Apabila mereka bentuk sistem Pengawal Logik Boleh Aturcara (PLC), langkah pertama adalah untuk menentukan strategi kawalan; langkah seterusnya melibatkan pemilihan kejuruteraan bagi perkakasan PLC tertentu. Ciri-ciri aliran proses dan keperluan aplikasi khusus berfungsi sebagai asas utama untuk proses pemilihan ini. PLC dan peralatan yang berkaitan hendaklah disepadukan dan diseragamkan, dipilih mengikut prinsip penyepaduan yang lancar ke dalam keseluruhan sistem kawalan industri dan kemudahan pengembangan fungsian. Sistem PLC yang dipilih harus menjadi penyelesaian yang matang dan boleh dipercayai dengan rekod prestasi terbukti berjaya dalam sektor perindustrian yang berkaitan. Tambahan pula, konfigurasi perkakasan sistem, keupayaan perisian dan ciri fungsi mesti dipadankan dengan sewajarnya dengan skala kemudahan dan keperluan kawalan khusus. Kebiasaan dengan PLC, carta fungsi, dan bahasa pengaturcaraan yang berkaitan membantu mengurangkan masa pengaturcaraan dengan ketara. Oleh itu, semasa fasa pemilihan dan anggaran kejuruteraan, adalah penting untuk menjalankan analisis terperinci tentang ciri-ciri proses dan keperluan kawalan; ini melibatkan penentuan tugas dan skop kawalan dengan jelas, dan mengenal pasti operasi dan tindakan yang diperlukan. Selepas itu,-berdasarkan keperluan kawalan ini-seseorang boleh menganggarkan bilangan titik input/output (I/O) dan kapasiti memori yang diperlukan, dan menentukan fungsi PLC yang diperlukan dan spesifikasi peranti luaran. Akhir sekali, objektifnya ialah untuk memilih PLC yang menawarkan nisbah prestasi-harga unggul dan mereka bentuk sistem kawalan yang sepadan.
Anggaran Mata I/O
Apabila menganggarkan bilangan mata I/O, adalah penting untuk memasukkan margin yang sesuai. Lazimnya, anggaran kiraan I/O diperoleh dengan mengambil bilangan mata yang dikira secara statistik dan menambah margin pengembangan 10% hingga 20%. Apabila membuat pesanan sebenar, mungkin perlu untuk membundarkan anggaran kiraan I/O untuk diselaraskan dengan spesifikasi produk dan konfigurasi modul tertentu yang ditawarkan oleh pengilang PLC.
Kapasiti Memori
"Kapasiti memori" merujuk kepada jumlah saiz unit storan perkakasan yang disediakan oleh PLC itu sendiri, manakala "kapasiti program" merujuk kepada bahagian tertentu memori tersebut yang digunakan oleh program aplikasi pengguna. Akibatnya, kapasiti program sentiasa kurang daripada atau sama dengan jumlah kapasiti memori. Semasa fasa reka bentuk, memandangkan atur cara aplikasi pengguna belum lagi ditulis, kapasiti program yang tepat masih tidak diketahui dan hanya boleh ditentukan selepas program dinyahpepijat sepenuhnya. Untuk memudahkan proses pemilihan dengan menyediakan anggaran yang munasabah bagi storan yang diperlukan, jumlah kapasiti memori biasanya digunakan sebagai proksi untuk kapasiti program semasa fasa reka bentuk. Tiada formula tetap untuk menganggar kapasiti memori yang diperlukan; manakala pelbagai formula muncul dalam kesusasteraan, mereka secara amnya mengikut pendekatan biasa: mengira 10 hingga 15 kali bilangan titik I/O digital, tambah 100 kali ganda bilangan titik I/O analog, dan gunakan jumlah ini sebagai jumlah bilangan perkataan (di mana satu perkataan bersamaan dengan 16 bit) untuk ingatan. Selain itu, margin keselamatan bersamaan dengan 25% daripada nilai yang dikira ini harus diambil kira.
Pemilihan Fungsi Kawalan
Proses pemilihan ini melibatkan pemilihan ciri khusus seperti fungsi aritmetik, fungsi kawalan, keupayaan komunikasi, ciri pengaturcaraan, alat diagnostik dan kelajuan pemprosesan.
1. Fungsi Aritmetik
Fungsi aritmetik Pengawal Logik Boleh Aturcara (PLC) mudah biasanya termasuk operasi logik asas, pemasaan dan fungsi mengira. PLC standard mengembangkannya untuk memasukkan operasi seperti peralihan data dan perbandingan. Keupayaan aritmetik yang lebih kompleks merangkumi operasi algebra dan fungsi pemindahan data. PLC berskala besar-menggabungkan lagi algoritma kawalan PID analog dan fungsi matematik lanjutan yang lain. Dengan kemunculan sistem terbuka, PLC moden dilengkapi secara universal dengan keupayaan komunikasi; produk tertentu mungkin menawarkan komunikasi dengan-peranti peringkat rendah, komunikasi-ke-rakan sebaya dengan PLC lain, komunikasi dengan sistem hos-peringkat lebih tinggi atau keupayaan pertukaran data dengan rangkaian-loji atau perusahaan. Apabila memilih model semasa fasa reka bentuk, seseorang harus mendasarkan pilihan pada keperluan khusus aplikasi sebenar, memilih hanya fungsi aritmetik yang benar-benar diperlukan. Dalam kebanyakan senario aplikasi, operasi logik asas, pemasaan dan fungsi mengira sudah memadai; sesetengah aplikasi mungkin memerlukan pemindahan data dan keupayaan perbandingan; manakala operasi algebra, penukaran berangka dan algoritma kawalan PID biasanya dikhaskan untuk aplikasi yang melibatkan pengesanan dan kawalan isyarat analog. Operasi seperti penyahkodan dan pengekodan diperlukan apabila keupayaan paparan data diperlukan.
2. Fungsi Kawalan
Fungsi kawalan merangkumi algoritma seperti kawalan PID, suapan-pampasan hadapan dan kawalan nisbah; fungsi khusus yang dipilih hendaklah ditentukan berdasarkan keperluan kawalan yang tepat bagi aplikasi. Memandangkan PLC direka terutamanya untuk kawalan logik berjujukan, tugas kawalan analog dalam kebanyakan senario biasanya dikendalikan menggunakan pengawal gelung-tunggal atau berbilang-yang khusus. Sebagai alternatif, modul I/O pintar khusus kadangkala digunakan untuk melaksanakan fungsi kawalan tertentu-strategi yang berfungsi untuk meningkatkan kelajuan pemprosesan keseluruhan PLC dan menjimatkan kapasiti memori dalaman. Contoh modul khusus tersebut termasuk unit kawalan PID,-pembilang kelajuan tinggi, modul input analog dengan pampasan halaju dan unit penukaran ASCII.
3. Fungsi Komunikasi
Sistem PLC berskala-sederhana hingga-besar-harus menyokong pelbagai bas medan dan protokol komunikasi standard (seperti TCP/IP). Tambahan pula, apabila diperlukan oleh aplikasi, sistem ini harus mampu mewujudkan sambungan dengan rangkaian pengurusan loji (melalui TCP/IP). Protokol komunikasi hendaklah mematuhi piawaian komunikasi ISO/IEEE dan hendaklah membentuk rangkaian komunikasi terbuka.
Antara muka komunikasi sistem Pengawal Logik Boleh Aturcara (PLC) hendaklah termasuk antara muka komunikasi bersiri dan selari, port komunikasi RIO, antara muka DCS biasa dan seumpamanya. Untuk sistem PLC berskala sederhana-kepada-besar-, bas komunikasi (termasuk peranti antara muka dan kabel) hendaklah dikonfigurasikan dengan redundansi 1:1; bas komunikasi ini hendaklah mematuhi piawaian antarabangsa, dan julat komunikasinya hendaklah memenuhi keperluan sebenar kemudahan tertentu.
Dalam rangkaian komunikasi sistem PLC, kadar komunikasi rangkaian-atas akan melebihi 1 Mbps dan beban komunikasi tidak boleh melebihi 60%. Bentuk utama rangkaian komunikasi untuk sistem PLC adalah seperti berikut:
1) PC bertindak sebagai stesen induk, manakala berbilang PLC model yang sama bertindak sebagai stesen hamba, membentuk rangkaian PLC mudah;
2) PLC tunggal bertindak sebagai stesen induk, manakala PLC lain daripada model yang sama bertindak sebagai stesen hamba, membentuk rangkaian PLC-induk;
3) Rangkaian PLC bersambung ke DCS-berskala besar melalui antara muka rangkaian tertentu, berfungsi sebagai subnet DCS;
4) Rangkaian PLC proprietari (rangkaian komunikasi khusus untuk produk PLC pengeluar tertentu).
Untuk meringankan beban kerja komunikasi pada CPU-dan berdasarkan keperluan sebenar konfigurasi rangkaian-pemproses komunikasi yang dilengkapi dengan pelbagai keupayaan komunikasi (cth, titik-ke-titik, bas medan) hendaklah dipilih.
4. Fungsi Pengaturcaraan
Mod Pengaturcaraan Luar Talian: Dalam mod ini, PLC dan peranti pengaturcaraan berkongsi CPU tunggal. Apabila peranti pengaturcaraan berada dalam "mod pengaturcaraan," CPU mendedikasikan perkhidmatannya semata-mata kepada peranti pengaturcaraan dan tidak mengawal peranti medan. Setelah pengaturcaraan selesai, peranti pengaturcaraan bertukar kepada "mod jalankan," di mana CPU menyambung semula kawalan peranti medan dan operasi pengaturcaraan tidak dapat dilakukan. Mod pengaturcaraan luar talian boleh mengurangkan kos sistem, walaupun mungkin kurang sesuai untuk penggunaan dan penyahpepijatan. Mod Pengaturcaraan Dalam Talian: Dalam mod ini, CPU dan peranti pengaturcaraan masing-masing mempunyai CPU khusus mereka sendiri. CPU hos bertanggungjawab untuk operasi kawalan medan dan bertukar-tukar data dengan peranti pengaturcaraan dalam satu kitaran imbasan; peranti pengaturcaraan menghantar data program yang baru dicipta atau diubah suai kepada CPU hos, dan dalam kitaran imbasan seterusnya, CPU hos melaksanakan logik sistem berdasarkan program yang baru diterima. Walaupun mod ini memerlukan kos yang lebih tinggi, ia menawarkan kemudahan yang lebih baik untuk penyahpepijatan dan pengendalian sistem, dan kerap digunakan dalam sistem PLC berskala-kepada-besar-skala sederhana. Terdapat lima bahasa pengaturcaraan piawai: tiga bahasa grafik-Carta Fungsi Jujukan (SFC), Rajah Tangga (LD) dan Rajah Blok Fungsi (FBD)-dan dua teks-bahasa berasaskan-Senarai Arahan (IL) dan Teks Berstruktur (ST). Bahasa pengaturcaraan yang dipilih harus mematuhi standard yang berkaitan (IEC 61131-3); tambahan pula, ia harus menyokong pelbagai bentuk pengaturcaraan alternatif-seperti C, Asas, dsb.-untuk memenuhi keperluan kawalan khusus bagi aplikasi khusus.
5. Fungsi Diagnostik
Keupayaan diagnostik Pengawal Logik Boleh Aturcara (PLC) merangkumi kedua-dua perkakasan dan diagnostik perisian. Diagnostik perkakasan menggunakan logik berasaskan perkakasan-untuk menentukan lokasi kerosakan perkakasan, manakala diagnostik perisian dikategorikan kepada diagnostik dalaman dan luaran. Diagnostik dalaman melibatkan penggunaan perisian untuk menilai prestasi dan kefungsian dalaman PLC; diagnostik luaran melibatkan penggunaan perisian untuk menilai keupayaan pertukaran data antara CPU PLC dan komponen luaran, seperti modul input/output (I/O).
Kekukuhan fungsi diagnostik PLC secara langsung mempengaruhi kecekapan teknikal yang diperlukan oleh kakitangan operasi dan penyelenggaraan, serta Masa Min untuk Pembaikan (MTTR).
6. Kelajuan Pemprosesan
Pengawal Logik Boleh Aturcara beroperasi menggunakan mekanisme berasaskan-imbasan. Daripada perspektif keperluan prestasi masa sebenar-, kelajuan pemprosesan hendaklah sepantas mungkin; jika tempoh isyarat input adalah lebih pendek daripada masa imbasan PLC, pengawal mungkin gagal untuk mengesan isyarat, mengakibatkan kehilangan data.
Kelajuan pemprosesan dipengaruhi oleh faktor seperti panjang program pengguna, kuasa pemprosesan CPU dan kualiti perisian. PLC menampilkan masa tindak balas hubungan yang pantas dan kelajuan operasi yang tinggi, dengan masa pelaksanaan untuk setiap arahan binari biasanya antara 0.2 hingga 0.4 mikrosaat (µs); akibatnya, ia amat sesuai-untuk aplikasi yang menuntut kawalan yang ketat dan keupayaan tindak balas pantas. Kitaran imbasan (masa imbasan pemproses) hendaklah memenuhi kriteria berikut: untuk PLC-skala kecil, masa imbasan tidak boleh melebihi 0.5 ms setiap 1,000 arahan (0.5 ms/K); untuk PLC berskala sederhana-hingga-besar-, masa imbasan tidak boleh melebihi 0.2 ms setiap 1,000 arahan (0.2 ms/K).
Jenis Pengawal
Berdasarkan struktur fizikalnya, PLC secara umumnya dikelaskan kepada dua kategori: jenis integral (monoblok) dan jenis modular. Berdasarkan persekitaran pengendaliannya, ia diklasifikasikan kepada dua kategori: unit-medan yang dipasang dan unit-bilik{3}}kawalan. Tambahan pula, berdasarkan panjang perkataan CPU, ia dikategorikan kepada sistem 1-bit, 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32{18}}bit dan 64-bit. Daripada perspektif berorientasikan aplikasi-, PLC biasanya dipilih berdasarkan fungsi kawalan khusus mereka atau bilangan titik input/output yang diperlukan. Pengawal Logik Boleh Aturcara (PLC) jenis-bersepadu menampilkan bilangan titik I/O tetap; akibatnya, pengguna mempunyai fleksibiliti terhad dalam pemilihan mereka, menjadikannya sesuai untuk sistem kawalan berskala kecil. PLC jenis modular, sebaliknya, menawarkan pelbagai jenis kad I/O atau modul pemalam, membolehkan pengguna memilih dan mengkonfigurasi secara rasional bilangan titik I/O tertentu yang diperlukan untuk sistem kawalan mereka. Modulariti ini memudahkan pengembangan fungsi yang mudah dan fleksibel, menjadikannya secara amnya sesuai untuk sistem kawalan berskala sederhana hingga besar.
Jenis Input/Output
Isyarat Diskret (Kuantiti Bertukar): Ini terutamanya merujuk kepada input diskret dan output diskret-khususnya, kenalan tambahan yang dikaitkan dengan pelbagai peranti. Contohnya termasuk sesentuh tambahan geganti dalam pengawal suhu pengubah (yang bertukar keadaan apabila pengubah menjadi terlalu panas), sesentuh tambahan suis sesondol injap (yang bertukar keadaan apabila injap terbuka atau tertutup), sesentuh tambahan sesentuh (yang bertukar keadaan apabila penyentuh digerakkan), dan keadaan sesentuh tambahan terlampau (yang terlampau terbalik). Isyarat ini biasanya dihantar ke PLC atau peranti perlindungan komprehensif. Bekalan kuasa untuk kenalan ini biasanya disediakan oleh PLC atau peranti perlindungan itu sendiri; memandangkan kenalan tidak mempunyai sumber kuasa dalaman sendiri, ia dirujuk sebagai "sentuhan pasif" (atau "sentuhan kering"), dan diklasifikasikan sebagai input diskret dalam konteks PLC atau peranti perlindungan.
1. Kuantiti Digital
Kuantiti fizikal yang diskret-dari segi masa dan magnitud-dirujuk sebagai kuantiti digital. Isyarat yang mewakili kuantiti digital ini dipanggil isyarat digital. Litar elektronik yang direka bentuk untuk beroperasi menggunakan isyarat digital dikenali sebagai litar digital.
Contohnya: Apabila litar elektronik digunakan untuk mengira bilangan bahagian keluaran daripada barisan pengeluaran automatik, isyarat dihantar ke litar untuk setiap bahagian yang dihantar, menyebabkan ia mencatatkan kiraan "1." Sebaliknya, apabila tiada bahagian yang dihantar, isyarat yang digunakan pada litar ialah "0." Oleh itu, isyarat yang mewakili bilangan bahagian adalah terputus-secara sementara dan kuantitatif-menjadikan isyarat digital. Unit kuantiti terkecil dalam konteks ini ialah satu unit (1).
2. Kuantiti Analog
Kuantiti fizikal yang berterusan-sama ada dari segi masa atau magnitud-dirujuk sebagai kuantiti analog. Isyarat yang mewakili kuantiti analog ini dipanggil isyarat analog. Litar elektronik yang direka bentuk untuk beroperasi menggunakan isyarat analog dikenali sebagai litar analog.
Contohnya: Keluaran isyarat voltan oleh termokopel semasa operasi ialah isyarat analog. Memandangkan suhu yang diukur tidak boleh mengalami lompatan serta-merta, lompatan mendadak dalam apa jua keadaan, isyarat voltan yang terhasil adalah berterusan-baik secara sementara dan secara kuantitatif. Tambahan pula, setiap nilai khusus yang diambil oleh isyarat voltan ini semasa proses variasi berterusannya membawa kepentingan fizikal konkrit-iaitu, ia sepadan dengan bacaan suhu tertentu. Prinsip Penukaran
1. Digital-ke-Penukar Analog (DAC) ialah sistem yang menukar isyarat digital kepada isyarat analog; ini biasanya dicapai melalui penapisan -laluan rendah. Isyarat digital mula-mula menjalani penyahkodan-iaitu, kod digital ditukar kepada paras voltan yang sepadan untuk membentuk -isyarat seperti tangga-selepas itu ia tertakluk kepada penapisan lulus-rendah.
Mengikut teori isyarat dan sistem, isyarat seperti tangga digital-boleh dilihat sebagai lilitan isyarat impuls-ideal dan isyarat nadi segi empat tepat. Akibatnya, oleh Teorem Konvolusi, spektrum isyarat digital ialah hasil darab spektrum isyarat-impuls dan spektrum nadi segi empat tepat (dikenali sebagai fungsi Sa). Oleh itu, dengan menggunakan timbal balik fungsi Sa untuk pampasan spektrum, isyarat sampel asal boleh dipulihkan daripada isyarat digital. Tambahan pula, menurut Teorem Persampelan, menggunakan penapisan -laluan rendah yang ideal pada spektrum isyarat sampel menghasilkan spektrum isyarat analog asal.
Dalam pelaksanaan praktikal, prinsip teori ini tidak digunakan secara langsung, kerana menghasilkan isyarat sampel yang tajam dan ideal secara teknikalnya mencabar. Oleh itu, kedua-dua peringkat penapisan ini (pampasan fungsi Sa-dan penapisan lulus-rendah yang ideal) biasanya digabungkan (melantun). Selain itu, oleh kerana ciri penapisan ideal yang diperlukan oleh sistem ini secara fizikal tidak dapat direalisasikan, sistem sebenar hanya boleh memberikan anggaran proses ini.
2. Analog-ke-Digital Converter (ADC) ialah sistem yang menukar isyarat analog kepada isyarat digital; proses ini melibatkan penapisan, pensampelan dan penahanan, dan pengekodan.
Isyarat analog mula-mula menjalani-penapisan mengehadkan jalur dan melalui sampel-dan-litar pegang, dengan itu bertukar menjadi isyarat-seperti tangga. Selepas itu, isyarat ini melalui pengekod, yang menukarkan setiap aras voltan yang berbeza dalam isyarat tangga kepada kod binari yang sepadan.