Sterownik PLC (Programmable Logic Controller) to urządzenie elektroniczne, które służy do sterowania procesami technologicznymi w przemyśle oraz automatyce przemysłowej. Możemy je roboczo określić jako specjalny komputer, którego zadaniem jest przetwarzanie sygnałów wejściowych i na ich podstawie generowanie sygnałów wyjściowych. Umożliwia to sterowanie maszynami i urządzeniami w procesie produkcyjnym.
Rosnąca popularność PLC
Programowalne sterowniki logiczne są popularne na całym świecie ze względu na swoją uniwersalność i wydajność. Trudno zliczyć powstające podgałęzie przemysłu w świetle koncepcji Przemysł 4.0, a PLC znajdziemy w nowoczesnej produkcji, automatyce, energetyce, telekomunikacji czy transporcie. Są one szczególnie popularne w krajach rozwiniętych o wysokim poziomie technologicznym takich jak Stany Zjednoczone, Niemcy, Japonia, Chiny, Korea Południowa, ale także coraz częściej w krajach rozwijających się, które intensywnie inwestują w przemysł.
Powody popularności PLC to z pewnością uniwersalność, skalowalność, łatwość programowania i łatwość diagnostyki. PLC można zastosować do sterowania różnymi rodzajami maszyn i urządzeń przemysłowych, co czyni je bardzo uniwersalnymi. PLC można łatwo skalować, czyli zastosować zarówno w małych, jak i dużych systemach. PLC są także szybsze i bardziej niezawodne niż tradycyjne systemy sterowania. Mowa tu o takich instalacjach jak systemy elektromechaniczne lub elektropneumatyczne, które są zazwyczaj wolniejsze i mniej precyzyjne niż PLC. Te tradycyjne systemy wykorzystują mechaniczne przekaźniki, przetworniki ciśnienia lub inne podobne elementy do sterowania urządzeniami przemysłowymi. PLC opierające się na technologii cyfrowej umożliwia bardziej precyzyjne i szybkie sterowanie. A skoro PLC zawierają mikrokontrolery, to istnieje możliwość ich programowania i sterowania za pomocą kodu cyfrowego. W porównaniu z tradycyjnymi systemami, PLC są bardziej niezawodne, wydajniejsze i szybsze, co oznacza, że mogą reagować na sygnały wejściowe i sterować urządzeniami wyjściowymi w krótszym czasie. Na wszystkich tych funkcjonalnościach zmodernizowane procesy produkcyjne, linie montażowe, systemy transportowe czy sterowanie maszynami w magazynach logistycznych mogą tylko zyskać. Do długiej listy zalet warto dopisać PLC wyposażone w narzędzia diagnostyczne, które ułatwiają szybką identyfikację i usuwanie usterek.
Rozwój PLC w ostatnich latach
PLC jak każda ciesząca się popularnością technologia przechodzi żywe zmiany. Znaczący postęp technologiczny przyniósł wiele nowoczesnych typów PLC, które są dziś dostępne na rynku również w klasie konsumenckiej. Pojawienie się PLC z procesorami wielordzeniowymi umożliwiło równoległe przetwarzanie wielu zadań. Jest to szczególnie przydatne w złożonych systemach, które wymagają równoczesnej obsługi wielu wejść/wyjść. Równie ważny postęp na polu komunikacji to PLC z wyjściami na Ethernet do łatwego i szybkiego łączenia z siecią i z innymi urządzeniami. Jest to szczególnie przydatne w systemach rozproszonych, gdzie wiele urządzeń musi ze sobą współpracować. Wiele nowoczesnych PLC umożliwia programowanie w językach wysokiego poziomu takich jak C++, Java czy Python, co niesie ze sobą bardziej zaawansowane i złożone sterowanie. PLC mogą także wykorzystywać systemy operacyjne, posiadać wbudowany wyświetlacz bez potrzeby podłączania do komputera w celu konfiguracji i wspomnianą rosnącą gamę funkcji bezpieczeństwa – wszak nie ma związanej z przemysłem gałęzi działalności, w której szybsze wykrycie lub zatrzymanie przebiegu niebezpiecznej sytuacji nie byłoby jedną z najbardziej pożądanych “funkcji”.
Co ciekawe wykorzystanie sterowników PLC kojarzonych głównie z szeroko pojętym przemysłem staje się coraz popularne w domach i budynkach mieszkalnych. Wiele systemów takich jak oświetlenie, ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja, systemy alarmowe, rolety czy drzwi automatyczne, może być zintegrowanych i sterowanych przez sterowniki PLC – a stąd niedaleko już do pełnoprawnego smart home i zagadnień automatyki budynkowej.
Wybór sterownika PLC
Wybór odpowiedniego sterownika PLC zależy przede wszystkim od charakteru procesu, który ma być sterowany. Najważniejszymi czynnikami, które należy uwzględnić przy doborze sterownika PLC, są:
- Liczba wejść i wyjść – sterownik PLC powinien mieć odpowiednią ilość wejść i wyjść, aby umożliwić sterowanie całym procesem produkcyjnym.
- Szybkość przetwarzania danych – szybkość przetwarzania danych przez sterownik PLC jest ważna w przypadku procesów wymagających szybkiej reakcji na zmiany.
- Możliwości komunikacyjne – w przypadku sterowników PLC wykorzystywanych w bardziej złożonych systemach ważne są możliwości komunikacyjne, czyli umiejętność łączenia się ze sterownikami innych urządzeń oraz oprogramowania kontrolującego proces produkcyjny.
- Bezpieczeństwo – w przypadku procesów wymagających szczególnej ostrożności i dbałości o bezpieczeństwo pracowników, a właściwie trudno upatrywać innych w jakimkolwiek przemyśle, warto wybrać sterownik PLC z dodatkowymi funkcjami bezpieczeństwa takimi jak system monitorowania awarii i funkcja stop.
Najważniejsze parametry sterownika PLC
- Prędkość procesora: Określa, jak szybko sterownik może przetwarzać sygnały wejściowe i wyjściowe. Sterownik PLC musi reagować na zmiany sygnałów wejściowych i podejmować odpowiednie działania sterujące w ciągu bardzo krótkiego czasu, co jest istotne zwłaszcza w produkcji – powolne wykonywanie instrukcji programowych wpłynie na jakość i wydajność procesu. Wpływa wpływa na ilość i złożoność programów, jakie można zapisać w sterowniku, a także na możliwość diagnostyki i monitorowania systemu.
- Pamięć – określa, ile danych i programów może być przechowywanych w sterowniku. Przechowuje programy, zmienne, dane i informacje diagnostyczne.
- Rozmiar programu – określa, jak dużo instrukcji programowych można zapisać w sterowniku. Ilość instrukcji programowych ma mieć wpływ na jego funkcjonalność i zdolność do wykonywania złożonych zadań. Im więcej instrukcji programowych może być przechowywanych w sterowniku, tym większe możliwości programowania i konfiguracji urządzeń, którymi PLC zarządza. Jednocześnie ilość instrukcji programowych nie jest jedynym czynnikiem decydującym o funkcjonalności sterownika PLC – ważne jest także, jak efektywnie sterownik wykorzystuje dostępne instrukcje, jakie algorytmy i metody programowania są używane oraz jak szybko i dokładnie sterownik może przetwarzać informacje. Wiąże się to z pozostałymi wymienionymi parametrami.
- Interfejsy komunikacyjne – mówią o tym, jakie rodzaje komunikacji można przeprowadzać między sterownikiem PLC a innymi urządzeniami. Mogą to być np. Interfejs szeregowy RS-232 lub RS-485, Ethernet, Modbus TCP/IP, Profibus, CAN (Controller Area Network), DeviceNet, AS-Interface czy interfejs USB.
- Zdolność do diagnostyki – określa, jakie funkcje diagnostyczne są dostępne w celu ułatwienia diagnozowania i rozwiązywania problemów związanych z systemem sterowania.
- Oprogramowanie – określa narzędzia są dostępne dla programistów do tworzenia programów sterujących. W przeciwieństwie do komputerów osobistych, które zwykle korzystają z systemów operacyjnych takich jak Windows, Linux czy MacOS, sterowniki PLC zazwyczaj używają specjalistycznych systemów operacyjnych stworzonych z myślą o urządzeniach przemysłowych. Do popularnych i czołowych należą rozwiązania spod znaku Siemens, Rockwell, Schneider Unity Pro, Mitsubishi GX Works, ABB Automation Builder, Omron czy Beckhoff.
