Industriële PLC's Sturen Variabele Snelheidsaandrijvingen

Variabele snelheidsaandrijvingen hebben nauwkeurige en intelligente bewegingsbesturing gebracht tot een breed scala aan industriële toepassingen. De productiesector alleen is al afhankelijk van machines die materialen roteren en transporteren, vloeistoffen pompen, lucht koelen of verwarmen met ventilatoren, afgeronde producten verpakken en stapelen – en dat alles als onderdeel van een spreiding van onderling verbonden operaties die grotendeels automatisch verlopen.

Om in deze omgeving te functioneren zoals ze dat doen, zijn aandrijvingen volledig afhankelijk van het besturende, coördinerende vermogen van de PLC (programmeerbare logische controller). Gegeven dat het geen nieuwe technologie is – de eerste modellen zijn bijna precies vijftig jaar geleden gemaakt – rijst de onontkoombare vraag: wat maakt de PLC zo geschikt voor deze taak?

PLC's zijn ontwikkeld om de kracht van de computer te substitueren voor de hardgewirede banken van krachtrelais die vroeger gebruikt werden om fabrieksmachines te besturen. De moeilijkheden van het onderhouden en troubleshooten van deze oude elektromechanische zenuwcentra waren legio: gigantische behuizingen confronteerden de technicus met muren van relais, timers, tellers, zekeringen en klemmen midden in zwaden van gekruiste, point-to-point-bedrading. Het vervangen van een defecte spoel of een versleten contact was al uitdagend genoeg; het wijzigen van het doel van het systeem zelf zou een volledige herbouw kunnen vereisen.

Het was onvermijdelijk dat de komst van de microchip deze kabinetten van curiositeiten in de annalen van de ingenieurswetenschap zou verbannen. Zowel Odo Struger (1931-1998), een onderzoekingenieur bij Allen-Bradley in de jaren zestig, als Dick Morley (1932-2017), die in 1968 reageerde op een oproep voor ideeën van General Motors, zijn de "Vaders van de PLC" genoemd. Zij zagen allebei dat de reeks gebeurtenissen die door relaisystemen werden uitgevoerd om machines te besturen, kon worden vertaald – en geminiaturiseerd – in de vorm van een computerprogramma.

Het is dus een computer. Maar de PLC is een heel specifiek type computer; het is als zodanig geconcipieerd en blijft dat tot op de dag van vandaag. Maar op welke manieren?

Waarom PLC en niet, zeg, een PC?

Misschien het meest voor de hand liggende antwoord – als ernaar gekeken wordt – is dat een PLC fysiek robuust is; het ding is "ruggedised". Dit betekent dat alle aspecten van het ontwerp (van de keuze van componentmaterialen tot functies zoals temperatuurbesturing en behuizingsstijl) bedoeld zijn om het apparaut te beschermen tegen uitdagende niveaus van stof, vocht, trillingen, temperatuur enzovoort.

Het kenmerkende ontwerp van een PLC moet ook aansluiten bij aanzienlijke input/output-arrangementen – veel meer dan de occasionele geheugenstick of printer. De lijst van de PLC met binnenkomende signalen (van schakelaars, sensoren, stroomonderbrekers, enz.) gecombineerd met uitgaande commando's (naar motoren, lampen, kleppen en dergelijke) is zo lang als de operaties die het bestuurt complex zijn.

Maar het meest fundamentele verschil tussen PLC's en personal computers is hun programmeertaal. Ladder logic (of Ladder Diagram) codeert operationele instructies sequentieel, op een wijze die direct is gemodelleerd op de stroom van werk door een schema van elektrische relais. Dit maakt het extreem ingenieursvriendelijk. En naast een klein aantal andere eenvoudige talen, met name Function Block Diagram, blijft het de standaard programmeermethode.

PLC's communiceren met variabele snelheidsaandrijvingen ofwel via directe besturingssignalen of via een digitaal communicatieprotocol (Modbus is al lang de populairste) of via een combinatie van beide. Het volledige bereik van apparaatcommando's kan zo worden uitgevoerd: van het instrueren van de aandrijving om de motor te laten draaien en in welke draairichting, tot de cruciale realtime-aanpassing van versnellings- en vertragingsparameters.

Het potentieel van aandrijvingen om motoren op optimale snelheid te laten draaien, kan alleen volledig benut worden wanneer ze in realtime, tweerichte communicatie staan met PLC's. Het is de PLC die de prestaties van de aandrijving monitort, continu status en foutcodes controlerend die afgeleid zijn uit, bijvoorbeeld, de vergelijking van het doel met de echte uitgangsstroom. De manier waarop deze monitoring van de uitgang de aard van de aandrijvingscommando's beïnvloedt, is cruciaal voor de intelligentie van het systeem.

Impact van PLC's op de automatiseringsindustrie

PLC's hebben een revolutionaire invloed gehad op de automatiseringsindustrie, waardoor inzicht en controle over complexe mechanische systemen mogelijk werd – ver verwijderd van de dagen dat een enkele ongeïdentificeerde 'fout' het grootste deel van een productiefabriek tot stilstand kon brengen. En hun duurzame succes door de jaren heen is grotendeels te danken aan hun essentiële eenvoud – voor al hun verwerkingskracht.

Geen technologie blijft echter ongeroerd door voortgang. En PLC's zijn op de lange termijn even gebonden als alles anders om sleutelontwikkelingen in de manier waarop machines en apparaten worden gebouwd, te reflecteren.

Continu ontwikkeling

Miniaturisatie in het bijzonder – die kracht die vroege elektronische activiteit van de relaismuur naar de printplaat verplaatste – zorgt ervoor dat processoren, componenten en printplaten zelf steeds compacter worden. PLC's worden daardoor krachtiger (sneller en met dramatisch verbeterde geheugencapaciteit) zelfs terwijl ze in afmetingen afnemen. Een enkele PLC kan nu gemakkelijk het werk van meerdere voorgangers doen. Zulke vooruitgang is te zien in hun vermogen om meerdere communicatieprotocollen simultaan te ondersteunen of het feit dat hun softwareontwikkelaars verschillende programmeertalen kunnen combineren.

De ironie is natuurlijk dat deze orde van capaciteit niet noodzakelijk is voor de besturing van veel apparaten, aandrijvingen inbegrepen. Waar eenvoudige efficiëntie de prioriteit is, kan complexe capaciteit במקרה het beste irrelevant zijn en in het slechtste geval een risico (bijvoorbeeld in termen van cyberbeveiliging). Om die reden is een nieuwe generatie machinecontrollers – compacte PLC-achtige apparaten – geëvolueerd om een deel van het werk over te nemen waar high-end PLC's uit zijn gegroeid.

Beperkter dan een PLC qua geheugen en input/output-capaciteit, is een controller van dit type voor een variabele snelheidsaandrijving, meegeleverd, op maat geprogrammeerd en met een intuïtieve grafische interface, relatief goedkoop, tijdbesparend en gemakkelijk in gebruik (en te integreren met het grotere netwerk of systeem).

PLC's en aandrijvingen, de perfecte match?

De traditionele relatie tussen aandrijvingen en PLC's gaat dus door een tijd van verandering. Het is een omwenteling die misschien alleen oude systeemarchitectuur niet zou overleven. Het fundamentele principe – van aandrijvingen die slim worden gemaakt door programmeerkracht – is zo volgeladen als ooit.