เจาะลึก Programmable Logic Controllers (PLC)

ในโลกของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ส่วนประกอบสำคัญโดดเด่นเนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการควบคุมเครื่องจักรและกระบวนการ: คอนโทรลเลอร์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) - PLC มักถูกเรียกว่าเป็น "สมอง" ของพื้นโรงงาน โดยเป็นคอมพิวเตอร์เฉพาะทางที่ทนทาน ออกแบบมาเพื่อทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง ต่างจากคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปมาตรฐานซึ่งสร้างมาสำหรับงานทั่วไป PLC ได้รับการออกแบบมาเพื่อการควบคุม การตรวจสอบ และการรับข้อมูลแบบเรียลไทม์ ความสามารถในการดำเนินการฟังก์ชันลอจิก เวลา และลำดับด้วยความแม่นยำที่ไม่เปลี่ยนแปลงคือสิ่งที่ทำให้ขาดไม่ได้สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การผลิตและหุ่นยนต์ไปจนถึงระบบ HVAC และสัญญาณไฟจราจร

สถาปัตยกรรมของ PLC

โดยแก่นแท้แล้ว ระบบ PLC ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญหลายประการที่ทำงานพร้อมกัน:

• หน่วยประมวลผลกลาง (CPU): สมองของ PLC นั้น CPU ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำ มีหน้าที่รับผิดชอบในการดำเนินโปรแกรมควบคุม ดำเนินการเชิงตรรกะ และจัดการการสื่อสาร CPU จะสแกนอินพุต รันโปรแกรมควบคุม และอัพเดตเอาต์พุตอย่างต่อเนื่อง กระบวนการที่เป็นวัฏจักรนี้เรียกว่า “รอบการสแกน” เป็นพื้นฐานของการควบคุมแบบเรียลไทม์
• โมดูลอินพุต/เอาต์พุต (I/O): โมดูลเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซของ PLC กับโลกทางกายภาพ โมดูลอินพุต รับสัญญาณจากเซ็นเซอร์ ปุ่มกด และสวิตช์ โดยแปลงสัญญาณจากโลกแห่งความเป็นจริงเหล่านี้เป็นข้อมูลดิจิทัลที่ CPU สามารถเข้าใจได้ โมดูลเอาท์พุต ทำย้อนกลับ โดยแปลงสัญญาณดิจิทัลจาก CPU ให้เป็นสัญญาณควบคุมที่ใช้งานอุปกรณ์ต่างๆ เช่น มอเตอร์ โซลินอยด์ ไฟ และวาล์ว ความยืดหยุ่นของโมดูล I/O ช่วยให้สามารถปรับแต่ง PLC สำหรับการใช้งานเฉพาะได้
• พาวเวอร์ซัพพลาย: จ่ายไฟ DC ที่จำเป็นให้กับโมดูล CPU และ I/O ออกแบบมาให้แข็งแกร่งและมีเสถียรภาพ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานอย่างต่อเนื่องแม้ในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าผันผวน
• เทอร์มินัลการเขียนโปรแกรม: คอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์มือถือที่วิศวกรหรือช่างเทคนิคใช้เพื่อสร้าง แก้ไข และตรวจสอบโปรแกรมควบคุมของ PLC โดยทั่วไป PLC สมัยใหม่จะถูกตั้งโปรแกรมโดยใช้ภาษามาตรฐานที่กำหนดโดยมาตรฐาน IEC 61131-3 ด้วย แผนภาพบันได (LD) เป็นเรื่องธรรมดาที่สุด

PLC ทำงานอย่างไร: รอบการสแกน

การทำงานของ PLC อยู่ภายใต้วงจรการสแกนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งโดยทั่วไปจะทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. สแกนอินพุต: PLC อ่านสถานะของอุปกรณ์อินพุตทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับโมดูลอินพุต โดยพื้นฐานแล้วจะต้องใช้ "ภาพรวม" ของสถานะปัจจุบันของโลกทางกายภาพ
2. การทำงานของโปรแกรม: PLC รันโปรแกรมควบคุมหรือตรรกะที่ผู้ใช้เขียน โดยจะประมวลผลคำแนะนำในลักษณะจากบนลงล่างจากซ้ายไปขวา โดยใช้ข้อมูลอินพุตจากขั้นตอนก่อนหน้าเพื่อกำหนดสถานะเอาต์พุตที่ต้องการ
3. สแกนเอาท์พุต: ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของการทำงานของโปรแกรม PLC จะอัปเดตสถานะของโมดูลเอาท์พุต การดำเนินการนี้จะส่งสัญญาณควบคุมไปยังอุปกรณ์เอาต์พุตที่เชื่อมต่อ ส่งผลให้อุปกรณ์เปิดหรือปิด เริ่มหรือหยุด ฯลฯ
4. บริการทำความสะอาด: PLC ดำเนินการวินิจฉัยภายในและงานการสื่อสาร เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับรอบการสแกนถัดไป

วงจรที่รวดเร็วและต่อเนื่องนี้ ซึ่งมักจะเสร็จสิ้นในหน่วยมิลลิวินาที ช่วยให้มั่นใจได้ว่า PLC สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมได้แทบจะในทันที ทำให้เหมาะสำหรับกระบวนการที่ต้องการการควบคุมที่แม่นยำและทันท่วงที

ทำไมต้องเลือก PLC? ข้อได้เปรียบที่สำคัญ

การนำ PLC มาใช้อย่างแพร่หลายนั้นเนื่องมาจากข้อดีมากมายเหนือระบบควบคุมแบบรีเลย์แบบเดิม:

• ความน่าเชื่อถือและความทนทาน: PLC ได้รับการออกแบบมาเพื่อทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรง การสั่นสะเทือน ฝุ่น และการรบกวนทางไฟฟ้า การออกแบบโซลิดสเตตหมายความว่าไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ซึ่งช่วยลดโอกาสที่จะเกิดความล้มเหลวทางกลไกได้อย่างมาก
• ความยืดหยุ่นและความง่ายในการปรับเปลี่ยน: ตรรกะของ PLC ถูกจัดเก็บไว้ในซอฟต์แวร์ หากจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงในกระบวนการควบคุม ช่างเทคนิคเพียงแค่ปรับเปลี่ยนโปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ แทนที่จะเดินสายไฟใหม่ให้กับแผงรีเลย์ที่ซับซ้อน ซึ่งช่วยประหยัดเวลาและความพยายามได้มหาศาล
• การแก้ไขปัญหาและการวินิจฉัย: PLC มีเครื่องมือวินิจฉัยที่ทรงพลัง ตัวบ่งชี้สถานะบนโมดูล I/O และการตรวจสอบด้วยซอฟต์แวร์ช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถระบุและระบุข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว ช่วยลดเวลาหยุดทำงาน
• ความสามารถในการขยายขนาด: PLC สามารถขยายหรือลดขนาดได้โดยการเพิ่มหรือถอดโมดูล I/O ทำให้สามารถควบคุมเครื่องจักรธรรมดาหรือสายการผลิตที่ซับซ้อนทั้งหมดได้
• ฟังก์ชั่นขั้นสูง: PLC สมัยใหม่เป็นมากกว่าตัวแก้ปัญหาลอจิก โดยนำเสนอความสามารถขั้นสูง เช่น การบันทึกข้อมูล เครือข่ายการสื่อสาร (เช่น อีเทอร์เน็ต/IP, Profibus) การควบคุมการเคลื่อนไหว และการผสานรวมกับระบบ HMI (อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร) และ SCADA (การควบคุมดูแลและการได้มาซึ่งข้อมูล)

ที่ คอนโทรลเลอร์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ เป็นมากกว่าฮาร์ดแวร์ชิ้นหนึ่ง มันเป็นรากฐานสำคัญของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ การผสมผสานระหว่างการออกแบบที่ทนทาน การควบคุมที่แม่นยำ และความยืดหยุ่นในการใช้ซอฟต์แวร์ ช่วยให้ธุรกิจต่างๆ บรรลุประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และประสิทธิผลในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน ในขณะที่อุตสาหกรรมต่างๆ ยังคงยอมรับการผลิตอัจฉริยะและอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งทางอุตสาหกรรม (IIoT) บทบาทของ PLC จะกลายเป็นการบูรณาการและจำเป็นมากขึ้นเท่านั้น