De juiste industriële automatiseringscontroller selecteren: een uitgebreide gids

Bij het kiezen van een industriële automatiseringscontroller zijn er verschillende belangrijke termen te overwegen, niet alleen die die de woorden PLC, PAC of IPC in zich hebben. Applicatievereisten moeten duidelijk gedefinieerd worden, terwijl schaalbaarheidsbehoeftes in rekening moeten worden gebracht voordat een keuze wordt gemaakt.

Voor starters is het splitsen van de operationele behoeften van de apparatuur een goed beginpunt, wat gebruikers helpt het bereik van controllers te evalueren zoals gespecificeerd door machinebouwers. Het automatiseringssysteem kan een uitgebreide oplossing of individuele controle bieden, afhankelijk van hoe het past in het productiescenario.

Een Programmable Logic Controller (PLC), Programmable Automation Controller (PAC) of Industrial Personal Computer (IPC) kan controle bieden voor een enkel station, machine, productielijn of zelfs de hele shopfloor. In het geval van een geïntegreerd productiesysteem, kan een enkele grote controller met remote input/output bases, communicerend via Ethernet, gebruikt worden om end-to-end controle te bieden. Er kunnen echter momenten zijn waarin de applicatie een modulaire benadering vereist, waar het opsplitsen van het automatiseringssysteem in logische secties meer geschikt zou zijn. In dergelijke gevallen wordt automatisering gecompartimenteerd en verdeeld over kleinere PLC's, afhankelijk van de werkbelasting.

Sommige automatiseringsexperts zien deze twee beslissingen als werelden van elkaar verwijderd, concluderend dat beide verschillende platforms vereisen. Maar dit hoeft niet waar te zijn. Er zijn enkele fabricanten die controllers aanbieden met verschillende grootte-opties, allemaal compatibel met dezelfde programmeersoftware. De aanwezigheid van een enkele programmeeromgeving betekent dat flexibiliteit in het systeem geïnstilleerd kan worden, terwijl kosten die geassocieerd zijn met programmeerontwikkeling geknipt kunnen worden, aangezien projecten van de ene PLC naar de andere geport kunnen worden.

De intimiderende beslissing is echter het beslissen of een grote PLC ingezet moet worden voor een enkel programma of of een modulaire benadering gebruikt moet worden. De beslissing is veel complexer dan het kiezen van een PLC, PAC of PC-gebaseerde controller. Het overwegen van de volgende factoren kan helpen een goede basis te bouwen:

• Nieuw of bestaand systeem
• Discrete apparaten
• Omgevingsomstandigheden
• Lusregeling
• Analoge apparaten
• Specialiteitsmodules
• I/O-locaties
• Communicatie
• Programmering

Of het systeem nieuw of bestaand is, kan veel verwarring opschonen en de overige factoren voor selectie beïnvloeden. Als producten al geïnstalleerd zijn, wordt compatibiliteit van het grootste belang, wat het aantal producten dat geen nut heeft, neutraliseert.

De keuze van de controller is ook afhankelijk van de omgevingsomstandigheden. Als er extreme condities zijn, zoals die gerelateerd aan temperatuur, vochtigheid, stof, etc., dan moet de controller aan deze voldoen om operationeel te blijven.

Aantal, typen en locatie van I/O's

De I/O-telling definiëren en veldapparatypen is de volgende stap. Begin met het opsommen van alle discrete inputs en outputs op een spreadsheet, elk type definerend, bijv. digitale sensor, analoge sensor, actuator, regelaar, etc. De parameters die genoteerd moeten worden omvatten communicatieprotocol, stroom-equivalent, etc.

Het type en aantal I/O-punten heeft een grote impact op de selectie van het control-platform. Machinebouwers maken vaak de fout controllers te kiezen die aan de directe behoeften voldoeden zonder ruimte te laten voor toekomstige uitbreiding. Door ruimte voor uitbreiding op te nemen, van ten minste 20%, kan I/O grote crises in de toekomst voorkomen. Er zijn ook controllers die beperkte typen I/O's hebben, zoals analoge, high-speed inputs, etc. Dit kan ook een probleem worden op de lange termijn.

De eerder genoemde spreadsheet moet de functies en signaalniveaus van alle analoge apparaten incorporeren, inclusief individuele totalen voor stroom/voltage lus, resistance temperature detector inputs, thermocouples, etc. De specificaties van de controllers moeten gematcht worden met deze vereisten, zodat alle analoge inputs en outputs ondersteund worden, evenals hun signaaltypen.

Bovendien moeten specialiteits I/O's ook in de spreadsheet vermeld worden. Deze kunnen omvatten, maar zijn niet beperkt tot high-speed inputs/outputs, tellers, real-time klokken en servo/stapmotor. Er kunnen controllers zijn die geen specialiteitsfunctionaliteiten hebben, dus wees er zeker van dat je een grondige analyse uitvoert voordat je je beslissing neemt. Het begrijpen van de capaciteiten van de controller en de applicatievereisten is essentieel.

De fysieke locatie van de I/O-terminals moet ook gedefinieerd worden, met betrekking tot de veldapparaten, en in de spreadsheet genoteerd. Het opsplitsen van deze vereisten in kleinere modules helpt de lokale en remote I/O-behoeftes te begrijpen, wat weer helpt bij het bepalen welke real-time communicatieprotocollen nodig zijn. Er zijn installaties waar localiteit geprefereerd wordt, terwijl anderen zwaar afhankelijk zijn van remote I/O's.

Als de afstand tussen de controllers en subsystemen aanzienlijk is, zou remote I/O een goede keuze zijn in plaats van door de ellende van het kabelen van elk veldapparaat te gaan. Verder moeten de communicatiemethoden en snelheden ondersteund worden, of het nu Serial of Ethernet-gebaseerde I/O is. In de hedendaagse industriële setting worden Ethernet-protocollen zoals EtherNet/IP populair samen met specifiek ontwikkelde versies van open-source protocollen zoals Modbus.

Communicatie

Communicatie tussen randapparaten, gedistribueerde I/O, PLC's en enterprise-systemen kan een noodzaak zijn voor sommige shopfloors. De scope van deze moet vroegtijdig gedefinieerd worden, met de overweging dat dingen complexer zullen worden naarmate je vooruitgaat. Sommige controllers bieden misschien slechts 1-2 poorten, waarvan een gereserveerd is voor programmeren, terwijl andere misschien specifieke protocollen niet ondersteunen die vereist zijn voor mission-critical applicaties.

De communicatie die plaatsvindt tussen de controller en HMI's of veldapparaten moet ook gespecificeerd worden. De opkomst van Internet of Things heeft het essentieel gemaakt om communicatieopties open te houden. Daarom moet gewaarborgd worden dat er additionele Ethernet, serial, USB-poorten beschikbaar zijn in de controller.

Specificatie van Ethernet-protocollen zoals Modbus TCP, Ethernet/IP, Profibus, etc. moet uitgevoerd worden, zowel voor huidige vereisten als toekomstige uitbreiding.

Hardware

Algemene hardware-overwegingen die gemaakt moeten worden omvatten de scan-time snelheid, hoeveelheid geheugen en batterij-backup. De controller moet voldoende systeemgeheugen hebben om zowel programmeervereisten als data te ondersteunen. Deze schattingen kunnen gemaakt worden door het aantal apparaten in het systeem te bepalen. Datageheugen wordt gebruikt voor zowel dynamische datamanipulatie als variabelenopslag, voorbeelden zijn preset setpoints, interne vlaggen in timers en geaccumuleerde tijd/tellingen.

De datatabelgrootte kan opzwellen als er behoefte is om historische data op de controller op te slaan. De noodzaak voor datalogging, interfaces naar HMI/SCADA, toegangsmethoden en historicus-databases moeten allemaal duidelijk gespecificeerd worden, terwijl in een IIoT-scenario, netwerken, protocoldefinitie en geheugenbehoeftes ook belangrijk worden.

De typen instructies en de programma-grootte zelf kunnen de geheugenbehoeftes ook beïnvloeden. Als het programma verschillende sequenties, gesofisticeerde controlefuncties en foutlogica heeft, dan kan dit vereisen verhoogd geheugen. De vereisten kunnen geschat worden op basis van de programma-rungs en data-bestanden. De specificaties van de controller moeten ook bestudeerd worden, aangezien sommige tag-name based programmering hebben, terwijl andere vaste maar uitbreidbare datatabellen hebben.

De hoeveelheid geheugen verbruikt door programma's en datatabellen zijn afhankelijk van het controllermodel. Een goede aanname is dat elk discrete I/O-apparaat 5-100 woorden geheugen gebruikt, terwijl analoge I/O 25-500 woorden gebruikt. De brede reeks kan schatting moeilijk maken voor complexe programma's. Een betere benadering zou zijn om enkele codeblokken te schrijven en het geheugengebruik te bestuderen.

Er kunnen applicaties zijn die snelle scan-time nodig hebben, en de CPU-snelheid van de controller en instructie-uitvoeringssnelheid zijn beide schadelijke factoren met betrekking tot dit.

Software

Bijna de helft van het project is afhankelijk van de kwaliteit van softwareprogrammering, wat op zijn beurt afhankelijk is van de software die door de fabrikant geleverd wordt. De volgende overwegingen moeten gemaakt worden bij het selecteren van een controller-programmeersoftware:

• Gebruiksgemak
• Voorkeuren
• Investering
• Trainingsbronnen
• Datalogging en remote access

Meeste controllers bevatten vaak een gratis en makkelijk te gebruiken programmeersoftware, met rond de 20 instructies zoals timers, coils, contacts, tellers, etc. die voldoende zijn voor kleine applicaties. Maar naarmate de complexiteit van vereisten toeneemt, kunnen dingen problematisch worden. Geavanceerde controllers bevatten vaak uitgebreide programmeersoftware die een overvloed aan functies omvat om programmeurs te assisteren.

De keuze van programmeersoftware is grotendeels afhankelijk van de comfortzone van de gebruiker, wat het een subjectieve beslissing maakt. Programmeurs kunnen hun eigen mening hebben over softwareselectie, maar deze worden vaak overruled door hoger management dat een standaard controller-programmeersoftware en methoden afdwingt.

Ongeacht, een controller zou niet gekozen moeten worden als het niet voldoende literatuur heeft die de programmeersoftware detail. Meeste fabricanten hebben zich al aangepast aan de trend van online bronnen, gedetailleerde documentaties aanbiedend alsook fora creërend waar mede-programmeurs hun vragen kunnen uitwisselen. Echter, niet allen zijn deze trein gestapt; dus zorgvuldige achtergrondcontroles moeten gemaakt worden voordat een PLC-selectie gemaakt wordt.

De kosten van technische support moeten ook in rekening gebracht worden, aangezien er momenten kunnen zijn dat documentaties niet helpen om door een specifiek probleem te komen. Er zijn leveranciers die beperkte gratis services aanbieden, wat nuttig kan zijn als een tijdlijn gevolgd wordt voor programmeerontwikkeling.

Eenmaal ontwikkeld, moet het programma grondig getest worden, en om dit te doen, moet de software bekijkbaar zijn in de vorm van een PID-lus respons en bewegingsprofiel. Dit zal simulatie toestaan om volledig uitgevoerd te worden zonder de noodzaak om verbinding te maken met de hardware.

Modern development software is geïntegreerd met simulators die full-fledge testing toestaan zonder de noodzaak te eliciteren om verbinding te maken met de hardware.

Concluderend, je moet je onthouden van een one-size-fits-all benadering, of het nu voor software, hardware of communicatie is. De geselecteerde controller moet de automatiseringsvereisten volledig voldoen, terwijl ruimte voor vooruitgang gelaten wordt naarmate ontwerpen veranderen.