Rosnąca funkcjonalność sterowników PLC zapewnia elastyczność aplikacji, w których są one stosowane.
Pomimo że podstawowa konfiguracja programowalnych sterowników logicznych PLC nie zmieniła się znacznie w ciągu ostatnich trzech dekad, sposoby ich konstruowania i programowania rozwinęły się. Dzisiejsze układy PLC są solidniejsze i bardziej odporne na surowe warunki panujące w przemyśle. Metody i języki programowania umożliwiają szerokie stosowanie sterowników PLC w aplikacjach przemysłowych, co czyni je czymś więcej niż tylko zwykłym przedmiotem.
Firma International Harverster używa PLC do kontrolowania zautomatyzowanych maszyn, które umieszczają aluminiowe nity na blachach w celu późniejszego zamocowania blach na ramach konstrukcyjnych kabin półciężarówek. Producent samochodów ciężarowych potrzebował szybkości, wysokiej jakości produktu, spójności partii i systemu łatwego w użyciu.
W tym zastosowaniu PLC skonfigurowany jest z szybkim modułem liczącym, który steruje dwuosiowym serwomechanizmem, dwiema 32-stykowymi kartami wejściowymi, dwiema 32-stykowymi kartami wyjściowymi, 8-stykową kartą wejściową napięcia analogowego i 8- -stykową kartą wyjściową analogowego sygnału prądu. System zawiera także kartę komunikacji Ethernet do komunikowania się z biurem w celu zdobywania danych oraz piętnastocalowy ekran dotykowy HMI umożliwiający diagnostykę.
Operator umieszcza arkusze aluminium w zespawanych szkieletach razem z kompletami nitów. Następnie umieszcza zespół na stole z dwuosiowym serwomechanizmem. Po wybraniu jednego z pięciu różnych programów maszyna umieszcza panel nad głównym zespołem, który wykonuje zarówno operację wiercenia, jak i nitowania. W każdym z 64 do 138 zaprogramowanych położeń nitu panel jest przewiercany, nit jest umieszczany i zaciskany z siłą około 490 kg/mm2, tworząc spójność nitowania poniżej 0,0762 mm. Po umieszczeniu w materiale ostatniego z nitów maszyny wykonują powrót do położenia początkowego i oczekują na następny panel.
Dzięki użyciu PLC w International Harvesters sprzęt nitujący stał się szybszy, spójność każdej partii poprawiła się, a system jest przyjazny dla użytkownika – zarówno dla operatorów, jak i personelu zajmującego się konserwacją.
Monitoring produkcji
Sterowniki PLC są używane do gromadzenia danych, śledzenia czasów przestoju i zwiększenia wydajności. Firma Process Technologies Group (PTG) z Addison jest firmą integrującą systemy, która projektuje i produkuje oprogramowanie dla urządzeń kontrolujących procesy, wydajność i zbierających dane. Zapewnia wydajność maszyn i systemy monitorowania czasów przestoju.
PTG ma bazujący na PLC system monitorowania czasów pracy, przestojów, produkcji i wydajności. Podstawowy system wykorzystuje 6-calowy ekran dotykowy oraz sterownik PLC zaprogramowany tak, aby zliczał impulsy pochodzące od magnetycznego czujnika zbliżeniowego zamontowanego w celu lokalizacji partii materiału w momencie kiedy opuszcza ona maszynę (rys. 1). Program śledzi zdarzenia występujące w procesie produkcji i ustala czasy przestoju na podstawie występowania pięciominutowych okresów, podczas których nie było sygnału. Timery i rejestry PLC gromadzą dane o czasach i liczbie zliczanych zdarzeń, a dotykowy ekran zapewnia dostęp do tych danych.
Zastosowanie sterowników PLC i oprogramowania zarządzającego wsadem, zautomatyzowany system podawania masy kieruje do wyładunku dwie porcje składników serwatki w proszku i soli do dwóch nierdzewnych stalowych pojemników
Kiedy następuje przestój, program podpowiada operatorowi, aby wybrał jego powód z listy wyświetlonej na ekranie. Informacja ta jest zapisywana w PLC i używana do analizowania przyczyn przestojów. Żeby upewnić się, że nastąpiło zgłoszenie przyczyny, sterowany przez PLC przekaźnik zapobiega restartowi maszyny do momentu odpowiedzi operatora. Karta opcji pozwala sterownikowi PLC na dostęp do zegara czasu rzeczywistego, aby mógł on śledzić dane w kolejnych dniach i na kolejnych zmianach.
Firma PTG udoskonaliła również system rejestrowania czasów przestoju wykorzystujący komercyjny program gromadzący dane, bazujący na PC HMI. System poprzez szeregową sieć gromadzi dane z PLC i wyświetla je w czasie rzeczywistym. Firma rozwinęła sam system PLC: uaktualniony został RAM w panelu operatora, podwojona pamięć PLC, dodano wbudowany zegar czasu rzeczywistego oraz kartę Ethernet w celu osiągnięcia dużo szybszej łączności sieciowej. Te udoskonalenia pozwoliły PTG na dodanie możliwości monitorowania liczby partii, rejestracji logowania operatora, śledzenia wydajności maszyn. Pozwala również użytkownikowi zapamiętać do 64 zwyczajowych przyczyn przestoju.
Produkcja margaryny
Zakład produkcyjny Canbra Foods w Lethbridge produkuje: oleje do gotowania oraz sałatkowe, margarynę, tłuszcze do pieczenia oraz białka. Do produkcji wyrobów margarynowych stosuje mieszankę oleju ze zmiksowanym mlekiem. Podczas gdy proces przygotowania oleju jest w dużej mierze zautomatyzowany, etap przygotowania mleka był dotychczas operacją głównie wykonywaną ręcznie.
Proces wymagał ręcznego wsypywania zawartości 13-kilogramowych toreb soli i 18- -kilogramowych toreb serwatki w proszku do mieszalnika wykonującego mieszanie wstępne. W rezultacie mieszalnik ten od czasu do czasu otrzymywał niedokładne porcje składników. Pracownicy narażeni byli na urazy związane z dźwiganiem opakowań i wsypywaniem ich do zbiornika urządzenia. Ręczne uruchamianie mieszalników i pomp sprawiało, że proces był narażony na błędy obsługi.
Decyzja Canbry o zautomatyzowaniu procesu podawania składników w fazie przygotowania mleka objęła wdrożenia oprogramowania zarządzania wsadem w celu redukcji ilości odpadów, zwiększenia przepustowości i wyeliminowania ryzyka wypadków. Zautomatyzowany system łączy oprogramowanie wsadowe z systemem przeładunku, który transportuje, ładuje, rozładowuje, waży i miesza składniki stałe. Oprogramowanie kontroluje operacje systemu przeładunku, używając PLC ze zdalnie konfigurowanymi wejściami/wyjściami umieszczonymi w obrębie systemu.
Kiedy operator wybierze przepis wymagający użycia 81 kg soli i 121,5 kg sproszkowanej serwatki, kontroler odbierze dwa sygnały. Oprogramowanie wsadowe nakazuje systemowi dodawania ładunku wykonanie dwóch rozładunków opakowań ze składnikami. Sól i serwatka zostają wsypane do nierdzewnych stalowych pojemników. Elastyczny przenośnik śrubowy pobiera składniki z dwóch pojemników poprzez dwa zawory rozdzielające typu Y do systemu zasilania grawitacyjnego. Stamtąd składnik jest transportowany do jednego z dwóch zbiorników mieszających.
Kiedy opakowanie opróżnia się, czujniki obciążenia przesyłają sygnał o ciężarze partii do kontrolera, który zatrzymuje elastyczny przenośnik śrubowy w momencie gdy waga partii osiąga ustalony poziom. Kontroler wymienia dane z systemem SCADA, który również komunikuje się z kontrolerem zarządzającym mieszalnikami i pompami.
Elastyczny przenośnik śrubowy przekazuje składniki z pojemników poprzez dwa zawory rozdzielające typu Y do jednego z dwóch zbiorników mieszających
Canbra używa oprogramowania do pisania receptur wykorzystywanych w procesie przygotowania mleka oraz do kontrolowania procesu „clean-in-place” (metoda czyszczenia zbiorników bez ich demontażu) każdego zbiornika. Firma obecnie stosuje 8 przepisów oraz 10 metod CIP, które zostały umieszczone na serwerach HMI znajdujących się w jednostce kontroli zakładu. Oprogramowanie tworzące wizualizację pozwala na obserwację każdego etapu procesu produkcji.
Oprogramowanie wsadowe i systemy przeładunku wyeliminowały konieczność ręcznego dodawania składników, redukując czas cyklu o ok. 30 min na partię produkcyjną. Dzięki użyciu standardu ISA S88 oprogramowanie gromadzi dane o każdej partii, co pozwala firmie Canbra na identyfikację trendów i odchyleń w procesie i dostosowanie składników do kontroli bezpieczeństwa żywności.
Zautomatyzowanie procesu przygotowania mleka pozwoliło firmie Canbra zminimalizować powstawanie dużych zapasów produkcji, zwiększyć efektywność i zapewnić większe bezpieczeństwo środowiska pracy. Od momentu zautomatyzowania procesu firma oszczędza 45 tys. USD rocznie z uwagi na spójność partii. Dodatkowo poprawiło się bezpieczeństwo pracowników, którzy nie muszą już dźwigać ciężkich toreb ze składnikami.
UR
Artykuł pod redakcją Arkadiusza Gola
Kwestia utrzymania i projektowania PLC
Poza utrzymywaniem PLC i innego typu elektronicznego wyposażenia w warunkach czystości i chłodzenia jedną z praktycznych zasad jest zapewnienie odpowiedniej jakości zasilania. Niektóre firmy posunęły się nawet do dostarczania źródeł energii pozbawionej zakłóceń przeznaczonych do zasilania PLC i systemów kontroli.
Ale czy to konieczne? – Myślę, że przekonacie się, iż obecnie występuje niewiele awarii jednostek centralnych PLC lub PAC z powodu przejściowych zakłóceń i/lub niskiej jakości zasilania – mówi Jeff Paynee, menedżer produktu dla grupy kontroli PLC, I/O i PC w AutomationDirect w Cumming. – Sądzę, że przeważająca liczba nowoczesnych źródeł energii jest w stanie sprostać większości problemów z zasilaniem, ale nie wszystkie. Oczywiście nie można ochronić urządzeń przed skutkami wyładowań atmosferycznych albo znacznych przepięć w sieci spowodowanych awariami urządzeń w sieci wysokiego napięcia bez środków zapobiegawczych, takich jak filtry sieciowe i transformatory izolacyjne.
To nie znaczy, że zakłócenia nie są problemem przy stosowaniu PLC. – Sądzę, że miejscem występowania uszkodzeń spowodowanych zakłóceniami są wyjścia dyskretne modułów i prawdopodobnie uszkodzenia te będą dwa lub trzy rzędy wielkości większe niż się można spodziewać – mówi Paynee. – Myślę też, że winę za to ponoszą niewłaściwe praktyki projektowania systemów. Systemy nie są chronione odpowiednimi diodami Zenera (Transorb), ogranicznikami napięć lub diodami zabezpieczającymi przed powracającymi skokami napięcia powstającymi podczas załączania styków, przełączników lub rozładowywania cewek prądu przemiennego.
Paynee zaleca sposoby stosowania tłumienia skoków napięcia dla ochrony obwodów PLC przed zniszczeniem, kiedy są stosowane w obwodach z obciążeniem indukcyjnym. – Kiedy urządzenia indukcyjne, takie jak silniki, rozruszniki, przekładniki prądowe, solenoidy i lampy elektronowe, są kontrolowane przez styki przekaźnikowe, zaleca się, aby ogranicznik napięć był połączony bezpośrednio poprzez uzwojenie łączące system automatyzacji z otoczeniem. Jeśli urządzenie indukcyjne ma połączenia typu wtyk, ograniczniki przepięć mogą być instalowane na końcowym bloku przekaźnika wyjściowego.
Przejściowe ograniczniki przepięć zapewniają najlepszy sygnał i tłumienie zakłóceń pochodzących od cewek zasilanych prądem stałym i zmiennym, dostarczając najszybszej odpowiedzi przy najmniejszych wartościach prądu udarowego. Warystory metalowo-tlenkowe zapewniają optymalny poziom napięcia i tłumienie zakłóceń pochodzących od tych cewek – mówi Paynee.
Autor: Jack Smith
