آیا PLC های ماژولار آینده سیستم‌های کنترل صنعتی هستند؟

PLC ماژولار معماری، آینده اتوماسیون انعطاف‌پذیر را شکل می‌دهد، اما تنها راه حل برای هر کارخانه‌ای نیست. 

این طراحی مقیاس‌پذیر، توسعه آسان‌تر و پیکربندی ورودی/خروجی سفارشی را ارائه می‌دهد.

تأسیسات صنعتی روز به روز بیشتر به هم متصل و داده‌محور می‌شوند. سیستم‌های کنترل باید به سرعت با تغییرات تولید و برنامه‌های توسعه سازگار شوند.

بسیاری از مقالات فقط بر انعطاف‌پذیری و هزینه تمرکز دارند. تعداد کمی موارد زیر را توضیح می‌دهند:

• جزئیات معماری
• مشکلات سازگاری، یا 
• چالش‌های جایگزینی واقعی. 

آفرین به شما. این راهنما این کمبودها را پوشش می‌دهد. پس، تا انتها بخوانید تا بیشتر بدانید.

معماری PLC ماژولار چیست؟

یک کنترل‌کننده ماژولار از اجزای جداگانه‌ای ساخته شده است که در یک سیستم کنترل مونتاژ می‌شوند. به جای یک واحد ثابت، از ماژول‌های قابل تعویض استفاده می‌کند.

این سیستم معمولاً شامل موارد زیر است:

• الف منبع تغذیه
• ماژول پردازنده یا کنترل کننده PLC، و 
• چندگانه ماژول‌های ورودی/خروجی. 

ماژول‌های ارتباطی نیز می‌توانند اضافه شوند.

این ساختار به کاربران اجازه می‌دهد تا بر اساس الزامات خاص پروژه، یک کنترلر بسازند.

اجزای اصلی

CPU وظایف اجرای منطق و ارتباطات را بر عهده دارد. برنامه‌های کنترلی را که اغلب با منطق نردبانی PLC نوشته شده‌اند، اجرا می‌کند.

ماژول‌های ورودی/خروجی، دستگاه‌های میدانی مانند موارد زیر را به هم متصل می‌کنند:

• شیرآلات.
• حسگرها
• موتورها، و 

ماژول‌های برق، ولتاژ پایداری را به رک تأمین می‌کنند.

ماژول‌های ارتباطی اتصال اترنت، فیلدباس یا سریال را فعال کنید.

روش‌های بسط

گسترش می‌تواند از طریق توسعه رک محلی یا سیستم‌های ورودی/خروجی از راه دور انجام شود. برخی از پلتفرم‌ها از گسترش backplane با واحدهای پایه اضافی پشتیبانی می‌کنند.

برخی دیگر از ورودی/خروجی توزیع‌شده روی شبکه‌های صنعتی استفاده می‌کنند. این امر به ماژول‌ها اجازه می‌دهد تا به دستگاه‌های میدانی نزدیک‌تر قرار گیرند.

انعطاف‌پذیری در توسعه، یک مزیت کلیدی نسبت به کنترلرهای فشرده ثابت است.

چگونه این سیستم در سیستم‌های کنترل صنعتی PLC جای می‌گیرد؟

در سیستم‌های کنترل صنعتی PLC، معماری باید با اندازه و پیچیدگی کارخانه مطابقت داشته باشد. ماشین‌های کوچک ممکن است از کنترل‌کننده‌های جمع‌وجور استفاده کنند.

خطوط تولید بزرگ اغلب به طرح‌های مقیاس‌پذیر نیاز دارند. در اینجا، سیستم‌های مدولار عملکرد خوبی دارند.

آنها به مهندسان اجازه می‌دهند تا همزمان با ادغام ماشین‌های جدید، کانال‌های ورودی/خروجی اضافه کنند. این امر نیاز به تعویض کامل کنترلر را کاهش می‌دهد.

سناریوهای کاربردی معمول

خطوط تولید با توسعه مرحله‌ای از طراحی ماژولار بهره می‌برند. در هر مرحله از تولید می‌توان ماژول‌های جدیدی اضافه کرد.

صنایع فرآیندی اغلب از پنل‌های ورودی/خروجی توزیع‌شده استفاده می‌کنند. توسعه از راه دور، طول کابل‌کشی را کاهش می‌دهد.

انبار اتوماسیون و سیستم‌های جابجایی مواد نیز به ساختارهای ورودی/خروجی مقیاس‌پذیر متکی هستند.

این موارد استفاده نشان می‌دهند که چگونه انعطاف‌پذیری از رشد بلندمدت سیستم پشتیبانی می‌کند.

مزایا در مقایسه با سایر ساختارهای PLC

اکثر رقبا انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری را برجسته می‌کنند. با این حال، مقایسه با گزینه‌های فشرده و مبتنی بر رک مهم است.

مقیاس‌پذیری و پیکربندی سفارشی

کاربران می‌توانند فقط انواع ورودی/خروجی مورد نیاز را انتخاب کنند. ماژول‌های دیجیتال، آنالوگ و ماژول‌های تخصصی می‌توانند با هم ترکیب شوند.

این امر از پرداخت هزینه برای کانال‌های بلااستفاده جلوگیری می‌کند. طراحی سیستم دقیق‌تر می‌شود.

ارتقاءهای آینده نیاز به اضافه کردن ماژول‌ها دارند، نه جایگزینی کل کنترلر.

نگهداری و جداسازی خطا

اگر یک ماژول ورودی/خروجی از کار بیفتد، می‌توان آن را به طور مستقل جایگزین کرد. این امر در مقایسه با واحدهای ثابت، زمان از کارافتادگی را کاهش می‌دهد.

تیم‌های تعمیر و نگهداری می‌توانند ماژول‌های رایج را برای سرویس سریع‌تر، انبار کنند.

تقسیم‌بندی واضح ماژول، عیب‌یابی را ساده می‌کند.

ادغام با شبکه‌های پیشرفته

بسیاری از این پلتفرم‌های معماری از پروتکل‌های مبتنی بر اترنت پشتیبانی می‌کنند. این امر ادغام با سیستم‌های SCADA و MES را پشتیبانی می‌کند.

همچنین از تشخیص از راه دور و نظارت بر داده‌ها پشتیبانی می‌کند.

محدودیت‌هایی که باید در نظر بگیرید

با وجود انعطاف‌پذیری، سیستم‌های مدولار همیشه ایده‌آل نیستند.

هزینه اولیه بالاتر سخت‌افزار

ماژول‌های جداگانه تعداد اجزا را افزایش می‌دهند. برای ماشین‌های کوچک و مستقل، PLCهای جمع‌وجور ممکن است هزینه کمتری داشته باشند.

رک‌های پیچیده ممکن است به کابینت‌های اضافی نیز نیاز داشته باشند.

بک‌پلینت‌های مخصوص برند

هر سازنده از طراحی صفحه پشتی مخصوص به خود استفاده می‌کند. ماژول‌های یک برند به ندرت با برند دیگر سازگار هستند.

این باعث ایجاد محدودیت برای توسعه توسط فروشنده می‌شود.

پیچیدگی پیکربندی

ماژول‌های بیشتر به مراحل پیکربندی بیشتری نیاز دارند. مهندسان باید آدرس‌دهی، تنظیمات ارتباطی و نسخه‌های میان‌افزار را مدیریت کنند.

پیکربندی نادرست ممکن است باعث مشکلات ارتباطی شود.

نمونه‌های برند و تفاوت‌های معماری

درک پلتفرم‌های واقعی محصول به روشن شدن تفاوت‌ها کمک می‌کند.

The ماژول‌های ورودی/خروجی Inovance GL20 از یک ساختار ماژولار جمع و جور با گزینه‌های دیجیتال و آنالوگ انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند. آنها بر کنترل توزیع‌شده مقرون‌به‌صرفه تمرکز دارند.

کنترلرهای آلن-بردلی SLC 500 از یک رک مبتنی بر شاسی با ماژول‌های افزونه استفاده کنید. طراحی صفحه پشتی اختصاصی و کاملاً یکپارچه است.

ماژول‌های ورودی/خروجی ABB S500 از ورودی/خروجی توزیع‌شده روی شبکه‌های فیلدباس پشتیبانی می‌کنند. آن‌ها بر قابلیت اطمینان در اتوماسیون فرآیند تأکید دارند.

سیستم‌های PLC ماژولار بکهوف به شدت به کنترل مبتنی بر کامپیوتر و ارتباط EtherCAT متکی هستند. ماژول‌ها از طریق یک سیستم ترمینال پرسرعت متصل می‌شوند.

هر پلتفرم از رابط‌های ماژول و منطق توسعه متفاوتی استفاده می‌کند. کانکتورهای الکتریکی، پروتکل‌های ارتباطی و طرح‌های آدرس‌دهی متفاوت هستند.

قابلیت جایگزینی بین برندها به ندرت مستقیم است.

چالش‌های سازگاری و جایگزینی بین برندهای مختلف

راهنماهای آنلاین اغلب سناریوهای جایگزینی را نادیده می‌گیرند. در کارخانه‌های واقعی، این یک نگرانی عمده است.

اگر یک ماژول منسوخ شود، ممکن است جایگزینی مستقیم وجود نداشته باشد. تفاوت در اندازه مکانیکی و رابط کاربری backplane، جایگزینی را پیچیده می‌کند.

.

سازگاری میان‌افزار همچنین می‌تواند بر ادغام با پردازنده‌های موجود تأثیر بگذارد.

هنگام تغییر برند، ممکن است طراحی مجدد سیستم ضروری باشد. نگاشت ورودی/خروجی و پیکربندی ارتباطات باید با دقت بررسی شوند.

این چالش‌های عملی اغلب در محتوای رقبا وجود ندارند.

ملاحظات مربوط به تدارکات و منبع‌یابی چند برندی

تهیه سیستم کنترل فقط مربوط به انتخاب فنی نیست. زمان تحویل و ثبات تأمین نیز اهمیت دارد.

هنگام مواجهه با جایگزینی فوری، تحقیق در مورد معادل‌سازی بین برندهای مختلف بسیار مهم می‌شود. تطبیق مدل نیازمند مقایسه دقیق مشخصات است.

SimplyBuy با مقایسه ماژول‌ها در برندهای مختلف، از خریداران پشتیبانی می‌کند و به تأیید موارد زیر کمک می‌کند:

• نوع ورودی/خروجی
• محدوده ولتاژ
• رابط ارتباطی، و 
• سازگاری نصب.

این امر ریسک تدارکات را کاهش داده و چرخه‌های تحویل را کوتاه می‌کند. همچنین در صورت عدم دسترسی به مدل‌های اصلی، از گزینه‌های مقرون‌به‌صرفه پشتیبانی می‌کند.

برای تیم‌های تعمیر و نگهداری که سیستم‌های برندهای مختلف را مدیریت می‌کنند، منبع‌یابی متمرکز، عملیات را ساده می‌کند.

سخن آخر: آیا PLC های ماژولار آینده هستند؟

آینده اتوماسیون به سمت سیستم‌های مقیاس‌پذیر و آماده برای شبکه گرایش دارد. این معماری نیز با این جهت همسو است.

با این حال، کنترل‌کننده‌های فشرده هنوز هم به طور مؤثر به ماشین‌های کوچک خدمت می‌کنند. سیستم‌های کنترل توزیع‌شده بزرگ ممکن است از طرح‌های ترکیبی استفاده کنند.

نکته کلیدی، انتخاب معماری مناسب با توجه به اندازه برنامه و نیازهای توسعه است.

توسعه انعطاف‌پذیر، نگهداری آسان‌تر و یکپارچه‌سازی شبکه، این پلتفرم‌های سیستمی را به کاندیداهای قوی برای محیط‌های صنعتی در حال تحول تبدیل می‌کند. 

با این حال، توجه دقیق به سازگاری و استراتژی تدارکات همچنان ضروری است.