A bütykös tengelytől a processzoros automatizálási platformokig I.
2005/10. lapszám | netadmin | 3597 |
Figylem! Ez a cikk 21 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A bütykös tengelytől a processzoros automatizálási platformokig I. Bevezetés A tranzisztorok feltalálása olyan robbanásszerű növekedést indított el az elektrotechnikai eszközökben, amely példa nélküli a történelemben. A mindennapjainkban is megj...
Bevezetés
A tranzisztorok feltalálása olyan robbanásszerű növekedést indított el az elektrotechnikai
eszközökben, amely példa nélküli a történelemben. A mindennapjainkban is megjelentek
a mikrovezérlőkkel működő háztartási eszközök, kényelmi berendezések. Természetesen
ezek a változások az ipari folyamatokat is teljesen átformálták. A vezérlések,
szenzorok, a beavatkozók, a biztonsági rendszerek és nem utolsó sorban a felügyeleti
berendezések is elképesztő fejlődésen mentek keresztül. Sőt ez a folyamat nemhogy
lassulna,
hanem egyre nagyobb sebességgel és egyre szélesebb körben bővül.
Ezeknek a technológiáknak az automatizálási területre gyakorolt hatását, az
eszközök fejlődését mutatjuk be most induló cikksorozatunkban. A cikksorozat
célja, hogy ezeket az eszközöket, rendszereket megismertessük, s ismertebbé
tegyük lehetőségeiket, alkalmazhatóságukat - nem csak szakemberek számára.
A vezérlőberendezésekről jelentős szakirodalom áll rendelkezésre. A cikksorozatnak
nem lehet célja komplett összefoglalást nyújtani a teljes elméleti és műszaki
háttérről részletes magyarázatokkal, az ezek iránt érdeklődők számára cikkeinkben
feltüntetjük a vonatkozó irodalmat, illetve az általunk is forrásként használt
műveket.
A cikkekben saját tapasztalatainkra támaszkodva alkalmazási megoldásokat, gyakorlati
tanácsokat kívánunk nyújtani az érdeklődők számára.
A bemutatást történeti áttekintéssel indítjuk, mivel rendkívül fontosnak tartjuk
az alapok ismeretét: nyilvánvaló, hogy ezek nélkül gyakran elveszíthetjük az
ok-okozat fonalát.
A történelmi visszatekintést PLC-s alapismeretekkel folytatjuk, melyben magát
a technológiát, a felépítést és a működési alapokat mutatjuk be. Ennek az állomásnak
a második felében összegyűjtünk néhány alapvető szempontot a megfelelő PLC-k
kiválasztásához.
Az alapok ismeretében különböző alkalmazási területeket, illetve ezekhez megoldásokat,
konfigurációkat mutatunk be, továbbá ismertetjük az általunk használatos csoportosítási
módokat is, illetve, hogy melyik csoportot pontosan mihez ajánljuk. Röviden
bemutatjuk a különbséget az alkalmazás-specifikus és a nyílt vezérlési eszközök
között.
A
vezérlőberendezések, PLC-k manapság már nagyon ritka esetben képeznek elszigetelt
megoldást. Az eszközök általában valamilyen kommunikáción keresztül csatlakoznak
a többi PLC-hez vagy operátori panelekhez, nagyobb rendszerek esetében felső
adatgyűjtési szintekhez, SCADA rendszerekhez. Ebben a fejezetben a kommunikációs
lehetőségeket mutatjuk be, funkciójuk és rugalmasságuk alapján.
A cikksorozatot a jövő lehetőségeivel, fejlődési irányok bemutatásával zárjuk,
amelyben felvillantunk számos előrelépési irányt, illetve az Internet technológia
előretörését az ipari alkalmazások minden szintjén.
A PLC-k ősrobbanásától a napjainkig tartó evolúcióig
Mint ez a cikksorozat nevében is szerepel, ténylegesen próbálunk áttekintést
nyújtani a bütykös tengelyvezérlésig visszanyúlva a napjainkban alkalmazott
PLC-s megoldásokig. Nehéz lenne megmondani, hogy mit tekinthetünk az automatizálási
rendszerek kezdetének, mi is volt az első lépcső. A mechanikus tartályvezérlések,
az első programozott zeneszerszámok, verklik; az első szénpor-konszolidáción
alapuló lágyindító, vagy talán a mai mosógépekben is fellelhető bütykös tengely?
Nehéz erre a kérdésre választ találni, mindenesetre az ipari folyamatirányítást
és a PLC-k fejlődését több tényező is befolyásolta, mint például a félvezetők,
a mikroprocesszorok és főként a termelés hatékonyságának fokozása. Az ipari
vezérlőberendezések teljesen átalakították a termelés folyamatot, csökkentve
az élő munkaerő-igényt, növelték a termelékenységet és állandó minőséget tudtak
produkálni. Az első ipari kivitelű vezérlőberendezések a ‘60-as években jelentek
meg. A PLC (Programable Logical Controller/programozható logikai vezérlő) elnevezés
a ´60-as évek végén jelent meg Amerikában. Az első generációjú vezérlők programozása
még nem volt egységes, nem voltak univerzális programnyelvek (1. ábra).
Számos PLC, hasonlóan a kor követelményeinek megfelelő számítógépekhez, lyukkártyás
módszerrel volt programozható, és fizikai méreteiben is inkább egy gardróbszekrényre
hasonlított. A lyukkártyás módszeren kívül nagyon fontos volt a gépi kódú, valamint
az assemler-nyelvű programozás. A számítógépek és a mikroprocesszorok fejlődésével
párhuzamosan fejlődtek a PLC-k is. A ´70-es években jelent meg az egyvonalas
áramútterv-alapú programozás, a létra-logika, mely az első és a napjainkig is
uralkodó programozási forma. Az áramút-tervezést a relés, illetve a jelfogós
vezérlőberendezésekhez használták. A relés kapcsolótáblákkal kombinációs és
alapszintű sorrendi vezérléseket lehet megvalósítani.
Azonban az egyre bonyolultabb vezérlő-algoritmusok, az időzítések, a kommunikáció
igényének felmerülése, és nem utolsó sorban a javíthatóság, a hibakeresés megvalósítása
indokolta, hogy egy új eszköz szülessen, amely magában foglalja az egyszerű
bővíthetőség és univerzalitás tulajdonságát.
A ´80-as években - a piaci követelményeknek megfelelően - a PLC-k is tovább
fejlődtek. A kétállapotú vagy diszkrét jelek kezelése mellett integrálták az
időben folytonos, azaz analóg jel feldolgozását is. Analóg jeleket szolgáltatnak
például a hőmérséklet-, távolság-, a szintérzékelő, valamint a sebességmérő
szenzorok is. Ez jelentős különbséget eredményezett a PLC előtti vezérlőkhöz
képest, hiszen az analóg (0-10 V, 4-20 mA) jeleket digitális feldolgozásra alkalmassá
kellett tenni, azaz digitalizálták. A digitalizálás eredményeképpen az analóg
jel e PLC-ben már értékként jelenik meg.
Egy értéket azonban a kettes számrendszerben, amely a digitális technika alapja,
nem lehet egy kapcsolóval (bit) leírni, azaz megjelentek a különböző adatábrázolási
formák. Az adatokat, a hőmérsékletértékeket össze kellett hasonlítani egy kívánt
vagy előre meghatározott értékkel, amelyet a technológia kínált. Így a feldolgozandó
jelek és adatok száma nagyobb teljesítményű eszközöket igényelt, tehát a hardver
továbblépett a következő szintre, amit a mikrokontrollerek elterjedése nagyban
elősegített. Az analóg jelek digitalizálása olyan speciális eszközöket kívánt
meg, amelyek ára indokolttá tette, hogy külön, alkalmazásonként lehessen megválasztani
a kívánt speciális modult.
A hardver teljesítményének növelésével lehetővé vált a mért adatok vagy üzemidők
tárolása a PLC-kben. A PLC memóriájából azonban ezeket az adatokat a termelési
statisztikák, illetve a hatékonyság elemzése érdekében egyre gyakrabban kellett
kiolvasni, így megszületett az igény a kommunikációs felületek, azaz portok
és protokollok használtára. Ennek és a speciális modulok megjelenések következtében
került a mai napig alapvető kommunikációnak tekinthető aszinkron soros kommunikációs
port a PLC-re (3. ábra).
A gyártási technológiák komplexitása, a sebesség és a kapacitás növelése érdekében
egyre több gyártási folyamatot kellett az automatizálni. Az automatizált részegységek
szinkronizációjához, illetve a teljesen automatizált gyártósorok felügyeletéhez
bonyolultabb számításokra, magasabb szintű vezérlés szervezésére volt szükség.
A ´90-es évekre tehető a PLC-k fejlődésének újabb mérföldköve, amikor is megjelentek
a nagy sebességű processzorok, az adatkapcsolati hálózatok, illetve a magas
szintű aritmetikai funkciókkal és a komplex, több szabályzókörös algoritmusokkal
felvértezett, akár több processzorral rendelkező vezérlő berendezések (4. ábra).
A nyersanyagok árának növekedésének következtében a vezérlőszekrények mérete
csökkent, a kábelezési távolságokat gazdaságosan át kellett hidalni, így a PLC-k
mérete is csökkent. Egyúttal egyre több kommunikációs lehetőséggel rendelkeznek,
hogy távoli érzékelők jelei is minél kevesebb kábelezéssel eljuttathatók legyenek
a vezérlőbe. A PLC-k alkalmazása már túllépett a klasszikus ipari felhasználási
területeken. Napjainkban egyre jobban növekszik a szerepük az épületautomatizálás,
az infrastruktúra területén, és egyéb speciális területeken. A modern, automatizált
rendszerekhez, a PLC-khez lokális megjelenítést és beavatkozást biztosító terminálok
(HMI: Human Machine Interface/ember-gép kapcsolat) kapcsolódnak, melyeken keresztül
változtathatjuk egy motor fordulatszámát, a hőmérsékletet, az anyagáramokat,
a nyomatékokat stb. Természetesen ma már nem csak egyszerűen vezérlőkről, hanem
sokkal inkább komplex automatizált rendszerekről beszélhetünk, melyek integráltan
lefedik a teljes gyártási technológiát, beépülnek a logisztikai, pénzügyi, minőségbiztosítási
rendszerekbe. Ezen komplex alkalmazásokat ipari kommunikációs hálózatok fogják
össze, melyek feladata az I/O kezeléstől egészen az adatgyűjtésig terjed.
Jelenleg a biztonsági, redundáns kialakítású, komplett megoldású technológiákat
irányító automatizálási platformok egyre inkább előtérbe kerülnek a pár jelet
lekezelő elszigetelt vezérlők helyett (5. ábra). A fejlődés nagyon gyors volt
napjainkig, s jelenleg gyorsul...
De ne tévesszük szem elől, hogy a lényeg továbbra is az, hogy költséghatékonyan
és megbízhatóan növelésre kerüljön a termelés a maximális rendelkezésre állás
megtartása mellett!
Cikksorozatunk következő részében taglaljuk a PLC-k felépítését és az I/O felületek
fajtáit. Folytatása következik
Nagylaki Csaba, Papp Géza Bálint