PLC คืออะไรและหน้าที่หลักของมัน

 

ในสายการประกอบของโรงงานสมัยใหม่ เมื่อแขนหุ่นยนต์จับส่วนประกอบด้วยความแม่นยำ สายพานลำเลียงเริ่มและหยุดตามจังหวะ และพารามิเตอร์ เช่น อุณหภูมิและความดันได้รับการควบคุมแบบเรียลไทม์ จะมี "ผู้บังคับบัญชาที่มองไม่เห็น" อยู่เบื้องหลัง - PLC เสมอ อุปกรณ์นี้เป็นที่รู้จักในนาม "สมองอุตสาหกรรม" ซึ่งเป็นเสาหลักในด้านระบบอัตโนมัติมาอย่างยาวนาน ตั้งแต่การผลิตรถยนต์ไปจนถึงการแปรรูปอาหาร และจากการผลิตสารเคมีไปจนถึงการขนส่งอัจฉริยะ เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ แล้ว PLC คืออะไรกันแน่? และฟังก์ชั่นหลักอะไรที่ทำให้สามารถรองรับได้ครึ่งหนึ่งระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม?

PLC ย่อมาจาก "ตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้" ตามชื่อที่แสดง มันเป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์การทำงานแบบดิจิทัลที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมโดยเฉพาะ ย้อนกลับไปในทศวรรษ 1960 เดิมที PLC ได้รับการพัฒนาเพื่อทดแทนตู้ควบคุมรีเลย์แบบเดิม ในเวลานั้น รีเลย์ คอนแทคเตอร์ และสายไฟที่มีความหนาแน่นสูงในโรงงานไม่เพียงแต่ครอบครองพื้นที่ขนาดใหญ่และมีอัตราความล้มเหลวสูงเท่านั้น แต่ยังต้องมีการเดินสายไฟใหม่ทุกครั้งที่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิต ซึ่งใช้เวลา-สิ้นเปลืองเวลาและแรงงาน-เข้มข้น อย่างไรก็ตาม PLC จะแทนที่ "การเดินสายฮาร์ดแวร์" ด้วย "การเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์" เพียงปรับเปลี่ยนโปรแกรม ก็สามารถปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการควบคุมที่แตกต่างกันได้ ซึ่งช่วยแก้ไขจุดบกพร่องของวิธีการควบคุมแบบเดิมได้อย่างสมบูรณ์

โดยพื้นฐานแล้ว PLC ก็คือไมโครคอมพิวเตอร์ แต่โครงสร้างของมันถูกปรับให้เหมาะกับความต้องการที่รุนแรงของสถานการณ์ทางอุตสาหกรรมมากขึ้น - โดยสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เช่น อุณหภูมิสูง ฝุ่น การสั่นสะเทือน และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และมีความน่าเชื่อถือสูงและ-ความสามารถในการป้องกันการแทรกแซงที่แข็งแกร่ง มันเหมือนกับ "สมองที่ปรับแต่งเอง" ในด้านหนึ่งได้รับ "สัญญาณเข้า" จากอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์และปุ่มต่างๆ ในทางกลับกัน จะดำเนินการประเมินการปฏิบัติงานตามโปรแกรมที่ตั้งไว้ล่วงหน้า และสุดท้ายจะออก "คำสั่งการทำงาน" ให้กับแอคทูเอเตอร์ เช่น มอเตอร์ โซลินอยด์วาล์ว และไฟแสดงสถานะ เพื่อให้เกิดการควบคุมอัตโนมัติของกระบวนการทางอุตสาหกรรม

ค่านิยมหลักของ PLC อยู่ที่ความสามารถในการควบคุมที่ยืดหยุ่นและทรงพลัง ซึ่งรวบรวมผ่านฟังก์ชันหลัก 5 ประการที่ครอบคลุมสถานการณ์การควบคุมทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่:

1. การควบคุมเชิงตรรกะ: "การตัดสินใจ-สร้างความสามารถ" ขั้นพื้นฐานที่สุด

การควบคุมเชิงลอจิคัลเป็นฟังก์ชันหลักและเป็นพื้นฐานที่สุดของ PLC โดยส่วนใหญ่จะใช้การดำเนินการเชิงตรรกะ เช่น "AND, OR, NOT" เพื่อตอบสนองความต้องการ "การตัดสินแบบมีเงื่อนไข" ในสถานการณ์ทางอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น ในการควบคุมเครื่องมือกล PLC จะส่งคำสั่ง "เริ่มการประมวลผล" เมื่อตรงตามเงื่อนไขสามประการพร้อมกันเท่านั้น: "ประตูนิรภัยปิด" "ไม่ได้กดปุ่มหยุดฉุกเฉิน" และ "สัญญาณการหนีบชิ้นงานเข้าที่" อีกตัวอย่างหนึ่งคือการควบคุมสัญญาณไฟจราจรที่ทางแยก โดยที่ PLC จะปิดลำดับการเปิด-ของไฟสีแดง เขียว และเหลืองตามลอจิกที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อให้แน่ใจว่าการจราจรจะไหลเวียนอย่างเป็นระเบียบ ฟังก์ชันนี้จะแทนที่ลอจิกการสัมผัสของรีเลย์แบบเดิม ไม่เพียงแต่ด้วยความเร็วการตอบสนองที่เร็วขึ้น แต่ยังช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนลอจิคัลได้ด้วยการปรับโปรแกรมโดยไม่ต้องเปลี่ยนการเดินสายฮาร์ดแวร์

2. การควบคุมตามลำดับ: "การควบคุมจังหวะ" ที่แม่นยำ

การควบคุมตามลำดับหมายถึง PLC ที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ตามลำดับเวลาเพื่อให้ตระหนักถึงความต้องการ "การดำเนินการตามโหนดเวลา" ซึ่งทำหน้าที่เหมือน "ตัวจับเวลา" และ "เครื่องเมตรอนอม" ในการผลิตทางอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น ในการควบคุมอัตโนมัติของเครื่องซักผ้า PLC จะกระตุ้นลำดับการกระทำตามลำดับ "น้ำไหลเข้าเป็นเวลา 30 วินาที → การซักเป็นเวลา 2 นาที → การระบายน้ำเป็นเวลา 1 นาที → การคายน้ำเป็นเวลา 3 นาที" ในสายการผลิตเครื่องดื่มบรรจุขวด ระบบจะควบคุมเครื่องบรรจุให้ "ปล่อยของเหลวทุกๆ 0.5 วินาที" ในขณะเดียวกันก็ปรับความเร็วของสายพานลำเลียงให้ตรงกันเพื่อให้แน่ใจว่าขวดแต่ละขวดสามารถรับของเหลวได้อย่างแม่นยำ หัวใจสำคัญของฟังก์ชันนี้อยู่ที่ตัวจับเวลาที่มีความแม่นยำสูง-ภายใน PLC ซึ่งสามารถควบคุมข้อผิดพลาดภายในระดับมิลลิวินาทีเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านจังหวะของการผลิตภาคอุตสาหกรรม

3. การควบคุมการเคลื่อนไหว: ช่วยให้เครื่องจักร "เคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำ"

การควบคุมการเคลื่อนไหวเป็นฟังก์ชันควบคุมเฉพาะของ PLC สำหรับส่วนประกอบที่เคลื่อนที่ เช่น มอเตอร์และแขนหุ่นยนต์ สามารถรับรู้ถึงการควบคุมความเร็ว ตำแหน่ง และการเคลื่อนที่ที่แม่นยำ และเป็นหัวใจหลักของ "การผลิตที่ยืดหยุ่น" ในสายการผลิตแบบอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น ในสถานการณ์ที่แขนหุ่นยนต์จับส่วนประกอบ PLC จะควบคุมความเร็วการหมุนและมุมของเซอร์โวมอเตอร์เพื่อให้เอฟเฟกต์ปลายแขนหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งส่วนประกอบอย่างแม่นยำ โดยสามารถควบคุมข้อผิดพลาดได้ภายในหน่วยมิลลิเมตรหรือไมโครเมตร ในการควบคุมลิฟต์ จะปรับความเร็วมอเตอร์ตามสัญญาณพื้นเพื่อให้แน่ใจว่าลิฟต์หยุดอย่างราบรื่นที่พื้นเป้าหมายและหลีกเลี่ยงรถสั่น ในเครื่องกลึง CNC นั้น PLC จะร่วมมือกับระบบเซอร์โวเพื่อควบคุมความเร็วการป้อนและเส้นทางการตัดของเครื่องมือ และประมวลผลส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูง-

4. การควบคุมกระบวนการ: "การควบคุมพารามิเตอร์" ที่เสถียร

การควบคุมกระบวนการมุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ "แอนะล็อก" อย่างต่อเนื่อง เช่น อุณหภูมิ ความดัน การไหล และระดับของเหลว โดยคำนึงถึง "การควบคุมคงที่" หรือ "การควบคุมการติดตาม-" เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของกระบวนการทางอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น ในการผลิตเครื่องปฏิกรณ์เคมี จะต้องรักษาอุณหภูมิของปฏิกิริยาไว้ที่ 150 องศา PLC จะรับสัญญาณจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบเรียลไทม์ หากอุณหภูมิต่ำกว่า 150 องศา จะควบคุมอุปกรณ์ทำความร้อนให้สตาร์ท หากอุณหภูมิสูงกว่า 150 องศา มันจะกระตุ้นระบบทำความเย็น และทำให้อุณหภูมิคงที่ตามค่าที่ตั้งไว้ผ่าน "การควบคุมวงรอบปิด-" ในการควบคุมอุณหภูมิคงที่ของเครื่องปรับอากาศ PLC จะปรับความถี่การทำงานของคอมเพรสเซอร์ตามความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิภายในอาคารและอุณหภูมิที่ตั้งไว้ ทำให้เกิดความสมดุลระหว่างการอนุรักษ์พลังงานและอุณหภูมิคงที่ ฟังก์ชันนี้ต้องการให้ PLC มีความสามารถในการประมวลผลแบบอะนาล็อก ทำให้เกิดการควบคุมที่แม่นยำผ่านอัลกอริธึมการควบคุม PID ภายใน ({9}}อินทิกรัล-อนุพันธ์) ภายใน

5. การประมวลผลข้อมูลและเครือข่ายการสื่อสาร: "ลิงก์" สำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายทางอุตสาหกรรม

ในยุคอุตสาหกรรม 4.0 PLC จะไม่ถูกแยกจาก "หน่วยควบคุม" อีกต่อไป แต่เป็น "โหนดข้อมูล" ใน Internet of Things ระดับอุตสาหกรรม และฟังก์ชันการประมวลผลข้อมูลและการสื่อสารก็มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในด้านหนึ่ง PLC สามารถนับ คำนวณ และจัดเก็บข้อมูลต่างๆ ที่รวบรวมได้ (เช่น สถานะการทำงานของอุปกรณ์ ผลลัพธ์การผลิต และข้อมูลข้อผิดพลาด) เช่น การนับเอาต์พุตรายวันของสายการผลิต และการบันทึกรหัสข้อบกพร่องของอุปกรณ์ ในทางกลับกัน ผ่านโปรโตคอลการสื่อสาร เช่น อีเธอร์เน็ต, PROFINET และ Modbus พวกเขาตระหนักถึงการโต้ตอบข้อมูลกับหน้าจอสัมผัส คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม MES (Manufacturing Execution System) และแม้แต่แพลตฟอร์มคลาวด์ ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบสถานะอุปกรณ์แบบเรียลไทม์ผ่านหน้าจอสัมผัส และออกคำสั่งการผลิตจากระยะไกลผ่านระบบ MES ทำให้เกิดรูปแบบการผลิตอัจฉริยะของ "การตรวจสอบระยะไกลและการจัดการแบบรวมศูนย์"

การรองรับฟังก์ชันหลักเหล่านี้คือโครงสร้างฮาร์ดแวร์ที่เรียบง่ายแต่เชื่อถือได้ของ PLC ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) หน่วยความจำ โมดูลอินพุต/เอาท์พุต (I/O) โมดูลจ่ายไฟ และโมดูลการสื่อสาร CPU คือ "สมอง" ที่รับผิดชอบในการรันโปรแกรมและประมวลผลข้อมูล หน่วยความจำใช้จัดเก็บโปรแกรมและข้อมูลชั่วคราว โมดูล I/O คือ "มือและเท้า" - โมดูลอินพุตรับสัญญาณจากอุปกรณ์ เช่น เซ็นเซอร์ และโมดูลเอาต์พุตจะส่งคำสั่งไปยังแอคชูเอเตอร์ โมดูลจ่ายไฟให้พลังงานที่เสถียรสำหรับทั้งระบบ และโมดูลการสื่อสารมีหน้าที่รับผิดชอบ "บทสนทนาเครือข่าย" การออกแบบโมดูลาร์นี้ทำให้ PLC สามารถกำหนดค่าได้อย่างยืดหยุ่นตามความต้องการที่แท้จริง ตอบสนองทั้งการควบคุมอุปกรณ์ขนาดเล็กที่เรียบง่ายและข้อกำหนดที่ซับซ้อนของ-สายการผลิตขนาดใหญ่

จากการควบคุมเชิงลอจิคัลอย่างง่าย ๆ ที่เปลี่ยนรีเลย์จนกลายเป็นโหนดหลักในการเชื่อมต่อโครงข่ายทางอุตสาหกรรม การพัฒนา PLC ได้เห็นการทำซ้ำและการอัพเกรดระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ไม่มีรูปลักษณ์ที่สวยงาม แต่รับหน้าที่ "สั่งการ" ที่มุมหนึ่งของโรงงานอย่างเงียบๆ ด้วยความสามารถในการควบคุมที่แม่นยำและเชื่อถือได้ ช่วยลดต้นทุนค่าแรง ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ไม่ว่าจะเป็นโทรศัพท์มือถือและเครื่องใช้ในบ้านที่เราใช้ทุกวัน หรือส่วนประกอบของรถยนต์และเครื่องบิน เงาของ PLC ก็สามารถพบได้อยู่เบื้องหลัง ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของปัญญาอุตสาหกรรม PLC จะถูกบูรณาการอย่างลึกซึ้งกับปัญญาประดิษฐ์และข้อมูลขนาดใหญ่ โดยยังคงทำหน้าที่เป็น "ผู้บัญชาการที่มองไม่เห็น" ในยุคระบบอัตโนมัติ และส่งเสริมการผลิตทางอุตสาหกรรมเพื่อพัฒนาไปในทิศทางที่มีประสิทธิภาพและชาญฉลาดยิ่งขึ้น