PLC industriales
En 1968, la empresa estadounidense GM (General Motors) propuso reemplazar el dispositivo de control de relé. Al año siguiente, American Digital desarrolló la primera generación de controladores programables para cumplir con los requisitos de las líneas de montaje de General Motors. Con el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados y la tecnología informática, ha surgido la quinta generación de productos PLC.
Además del control de retroalimentación continua, especialmente en la fabricación y en las industrias de procesos caracterizadas por la transformación de materias primas en productos mediante cambios físicos y químicos, también existe una gran cantidad de controles de secuencia de bucle abierto para ejecutar acciones secuenciales de acuerdo con condiciones lógicas. Además, las acciones de protección de enclavamiento se controlan de acuerdo con relaciones lógicas y no tienen nada que ver con la secuencia y el tiempo, así como con una gran cantidad de recopilación de datos discretos y monitoreo de variables de estado como cantidades de conmutación, cantidades de pulsos, tiempos, contadores y; Alarmas de exceso de límite simuladas. Debido a estos requisitos de control y monitoreo, el PLC se ha convertido en un producto que reemplaza las líneas de relés y realiza control de secuencia. En muchos años de práctica de producción, PLC, DCS e IPC han formado gradualmente una tendencia tripartita. Los reguladores inteligentes de bucle único como la Tabla 1 ocupan una cierta proporción en el mercado.
Desde la década de 1980 hasta mediados de la de 1990, PLC se desarrolló más rápidamente, con una tasa de crecimiento anual del 30 al 40 %. Debido a la mejora de las capacidades de simulación de PLC y las funciones de red, ha ocupado parte del mercado de DCS (control de procesos) y gradualmente ha monopolizado industrias como la de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, debido a la aparición de las PC industriales (IPC), especialmente al desarrollo de la tecnología de bus de campo, IPC y FCS también ocupan parte del mercado de PLC, por lo que la tasa de crecimiento de los PLC se está desacelerando gradualmente. Más de 200 fabricantes en todo el mundo producen más de 300 productos PLC, que se utilizan principalmente en automóviles (23%), procesamiento de alimentos (16,4%), productos químicos/farmacéuticos (14,6%), metales/minería (11,5%) y pulpa/papel. .
2.2 Situación del mercado de PLC
Hay alrededor de 30 fabricantes nacionales de PLC, pero no tienen una capacidad de producción considerable y algunos productos de marca dependen de imitaciones, ensamblaje de componentes o ". pegar". Producción de "marca", se puede decir que PLC no ha formado una industria manufacturera en China. Como producto que no presenta dificultades técnicas de vanguardia en términos de principios, procesos y tecnologías, puede formar una industria manufacturera siempre que trabajemos duro.
China es muy activa en la aplicación de PLC. Cada año se invierten alrededor de 654,38 millones de juegos de nuevos productos PLC, con ventas anuales de 3 mil millones de yuanes y una amplia gama de industrias de aplicaciones. Sin embargo, en comparación con otros países, la aplicación en líneas de producción y procesamiento mecánico requiere una mayor inversión. Los siguientes productos PLC son muy populares en el mercado chino:
(1) Schneider Company, incluidos los primeros productos importados por Tianjin Instrument Factory de Modicon Company, que actualmente incluyen Quantum, Premium, Momentum y otros productos;
(2) productos PLC de Rockwell Company (incluida AB Company), incluidos SLC, Micro Logix, Control Logix y otros productos;
(3) productos Siemens, que actualmente incluyen SIMATIC S7- productos de la serie 400/300/200;
(4)productos de la empresa japonesa Omron, Mitsubishi, Fuji, Panasonic y otros productos de la empresa.
El PLC tiene un enorme potencial de mercado. No sólo en China, sino también en el Japón industrialmente desarrollado, las encuestas también muestran que la proporción de productos mecatrónicos respaldados por PLC representa el 42%, y los controlados por relés y contactores todavía representan el 24%. Por lo tanto, todavía hay muchas ocasiones en las que se necesita PLC, especialmente en China.
Desde la perspectiva de la innovación tecnológica, las grandes y medianas empresas de mi país deberían desarrollar vigorosamente CIMS (Sistema de Fabricación Integrado por Computadora). Si una fábrica de maquinaria quiere formar un sistema de fabricación flexible FMS, el PLC es la base, por lo que el mercado de PLC es enorme.
El PLC tiene las ventajas de estabilidad, confiabilidad, bajo precio, funciones completas, aplicación flexible y operación y mantenimiento convenientes. Ésta es la razón fundamental por la que puede ocupar el mercado durante mucho tiempo. A continuación nos centraremos en varios temas y estudiaremos sus tendencias de desarrollo. 3.1 Clasificación de PLC
En la década de 1990, PLC ha formado varios tipos de PLC micro, pequeños, medianos, grandes y gigantes. Según puntos de E/S se puede dividir en:
l Micro PLC: 32 entradas/salidas.
lPLC pequeño: 256 E/S.
l PLC mediano: 1024 E/S/O
l PLC grande: 4096 E/S.
PLC gigante: 8195 E/S
Los sistemas a gran escala con 300 circuitos y 65.000 puntos de E/S soportados por una sola máquina utilizan CPU de 16 a 32 bits Mientras que los PLC micro y pequeños originalmente usaban una CPU de 8 bits. Según los requisitos de comunicación y otros aspectos, algunos también se han cambiado a CPU de 16 a 32 bits. Debido a que las ventas de PLC por debajo de I/O64 representan el 47% de todo el PLC, de 64 a 256 representan 365,438+0%, lo que representa el 78% de todas las ventas de PLC, por lo que se debe realizar más investigación sobre los PLC micro y pequeños.
3.2 Hardware PLC
El hardware del controlador PLC en sí adopta una estructura de bloques de construcción y las estructuras de productos de cada fabricante son similares.
Tomemos como ejemplo el Omron C200HE de Japón. Tiene una estructura de marco de plantilla de bus. La plantilla de CPU se instala en el marco básico (placa base de la CPU) y la plantilla de E/S se instala en otras ranuras. , se pueden conectar a través de un módulo de E/S. El cable de expansión /O conecta la placa base de la CPU a la placa base de expansión de E/S e instala la plantilla de E/S en ella. Otro método es equipar una estación esclava de E/S remota. . Todo esto muestra que los fabricantes de PLC han desarrollado todos los componentes de hardware para que los usuarios puedan elegir y configurar PLC de diferentes tamaños. Además, la apertura de esta configuración de hardware brinda mucha comodidad a los fabricantes, distribuidores (agentes), integradores de sistemas y usuarios finales, y brinda una gran comodidad a la cadena de suministro de marketing. Fue una experiencia muy exitosa.
Además de las plantillas generales DI/DO y AD/DA, las plantillas de E/S en PLC también han desarrollado una serie de plantillas de E/S con funciones especiales para proporcionar aplicaciones de PLC en diversas industrias. caminos abiertos, como plantillas ASCII/BASIC para reconocimiento de códigos de barras, plantillas PID para control de retroalimentación, plantillas de conteo de alta velocidad para control y procesamiento de operaciones, plantillas de control de posición de un solo eje, plantillas de control de posición de dos ejes, plantillas de posicionador de leva, radio interfaces de identificación de frecuencia, etc. Además, los componentes relacionados de entrada y salida, el aislamiento eléctrico y el aislamiento de puesta a tierra de entrada y salida bajo fuertes interferencias también serán más perfectos.
La CPU del PLC coopera con la memoria para completar la función de control. A diferencia del sistema DCS que maneja parámetros como temperatura, presión y flujo, adopta un ciclo de escaneo rápido, generalmente de 0,1 a 0,2 s, y el ciclo de escaneo más rápido es inferior a 50 ms. Este es un sistema de control de muestreo digital.
3.3 Software PLC
Para completar la estrategia de control, reemplace el relé y permita al usuario completar el diagrama de escalera del sistema de control similar al circuito del relé, un conjunto de algoritmos de control. Los bloques de funciones (o subrutinas) se compilan, se denominan sistema de instrucciones, se solidifican en la memoria ROM y pueden ser invocados por el usuario al programar el programa de aplicación. El sistema de instrucción se puede dividir a grandes rasgos en dos categorías: instrucciones básicas e instrucciones extendidas. El sistema de instrucción general del PLC se subdivide en: instrucciones básicas, instrucciones de temporizador/contador, instrucciones de desplazamiento, instrucciones de transferencia, instrucciones de comparación, instrucciones de conversión, instrucciones de operación BCD, instrucciones de operación binaria, instrucciones de incremento/decremento, instrucciones de operación lógica, instrucciones de operaciones especiales, etc. . La mayoría de estas instrucciones son similares al lenguaje ensamblador. Además, el PLC también ha mejorado suficientes recursos internos como temporizadores, contadores, relés internos, registros y áreas de almacenamiento, lo que aporta una gran comodidad a la programación. C61131-3
Debido a los diferentes sistemas de comando y requisitos de usuario para los métodos de programación de varios fabricantes de PLC, IEC formuló el estándar de lenguaje de programación basado en Windows IEC 61131-3 (IEC 1993 promulgó el estándar internacional IEC 11365438) , se estipula que esto incluye programación textual (IL, ST) y programación gráfica (LD, FBD), y que SFC se puede utilizar en ambos lenguajes de programación. El comité técnico de IEC (TC65) inició la implementación.
El proyecto IEC61499 amplía IEC61131-3, un estándar arquitectónico para sistemas distribuidos modulares interconectados a través de redes de comunicación, y mejorará IEC61131-3. Este es un documento estandarizado abierto de alto nivel para dispositivos de control lógico programables basados en tecnología digital y es una tendencia importante en el desarrollo de PLC. Uno o más PLC están conectados a una PC, que desempeña el papel de programador original y estación de operación de interfaz hombre-máquina. Esta nueva tendencia en la década de 1990 trajo oportunidades comerciales para la integración de sistemas. Al mismo tiempo, también se desarrollaron software de programación, software de interfaz hombre-máquina (software de monitoreo o software de configuración) y software de interfaz (o software de controlador).
Sobre la base de proporcionar la interfaz RS232/422/485 de capa física en la plantilla de CPU original, los fabricantes de PLC han agregado gradualmente varias interfaces de comunicación para proporcionar una red de comunicación completa. Debido al rápido desarrollo de la tecnología de comunicación de datos, los usuarios tienen una fuerte demanda de apertura, y la tecnología de bus de campo y la tecnología Ethernet también se han desarrollado simultáneamente, por lo que el sistema PCS compuesto por PLC es ligeramente mejor que DCS. Rockwell AB ha formado un sistema de estructura multicapa, a saber, Ethernet, red de control, red de equipos y Asi (la red DH+ original también es compatible). Además de la red de comunicación Profibus-DP y la red Profibus-FMS, Siemens propuso la red de enrutamiento S7, concretamente Profibus-DP e Industrial Enternet. Internet todavía se está desarrollando y China ya debería haber invertido activamente en ella.
En 2001, la industria de maquinaria de mi país se convirtió en un nuevo punto brillante en el desarrollo industrial, con un valor de producción total que aumentó un 17,15% respecto al año anterior. Se encuentra entre los 10 primeros del mundo en producción de automóviles y el quinto del mundo en producción de máquinas herramienta. Los beneficios de la industria de la maquinaria aumentaron un 33,35%, representando más del 60% de los nuevos beneficios de toda la industria. Las exportaciones también han experimentado un crecimiento alentador. La industria de la maquinaria propone la implementación del networking. Con respecto a este punto, los profesionales de PLC deben tener una comprensión clara y hacer esfuerzos especiales para abordar la apertura de la red, la rentabilidad de la composición de la red y la confiabilidad, seguridad y avance de la red.
La conexión ascendente de la red es un problema de Internet y la conexión descendente es un problema de bus de campo. Además, es necesario determinar si la red existente puede adoptar el modo Ethernet "red electrónica hasta el final", si la red adopta el modo cliente/servidor, el modo navegador/servidor, el modo productor/consumidor y si el software de interfaz adopta el modo OPC. implementado aún más.
El PLC está conectado al centro de control de motores inteligente MCC, equipos CNC NC/CNC que admiten máquinas herramienta CNC y otros sistemas de control de operación, equipos de control eléctrico, convertidores de frecuencia y arrancadores suaves. El PLC debe cooperar con el DCS y servir como estación de E/S remota del DCS. Para cooperar con el IPC, además de la interfaz hombre-máquina, es posible utilizar el IPC como componente de E/S del software PLC. Además, existe la relación entre PLC y sistema de parada de emergencia (ESD), así como la relación entre PLC y almacén tridimensional, robots, CAD/CAM, etc. En resumen, el PLC debe ser compatible con varias tecnologías nuevas para que el PLC sea una verdadera "computadora".
El PLC tiene un amplio campo de aplicación y todavía quedan muchas áreas que deben desarrollarse con urgencia, como la certificación aduanera de vehículos de tránsito (Shenzhen Yantian) y la venta automática de medicamentos (algunas tiendas de medicina tradicional china). Además, en sistemas de eventos discretos, como el flujo de tráfico de la red de carreteras (recuento de vehículos, conteo de pasajeros y medición del tiempo de permanencia), sistemas logísticos, sistemas de fabricación flexibles (sistemas de fabricación ágiles) y todos los sistemas de servicios bajo demanda no estándar, el PLC puede Ser utilizado Modelar, implementar contramedidas y optimizar. El futuro del PLC es brillante y todos los argumentos pesimistas son insostenibles.
En cuanto al progreso tecnológico, ¡llevará algún tiempo hasta que el PLC y otras tecnologías se fusionen o incluso desaparezcan!