א. הקדמה
במערכות בקרת אוטומציה תעשייתיות מודרניות, PLCs (בקרי לוגיקה מתכנתים) ממלאים תפקיד מכריע. PLC הוא מחשב שתוכנן במיוחד עבור סביבות תעשייתיות המאפשר שליטה אוטומטית של מכשירים ותהליכים שונים באמצעות תכנות. מאמר זה יסביר בפירוט כיצד פועלות PLC וחוקרים את היישומים שלהן בתחומים שונים, במטרה לספק לקוראים הבנה מקיפה ומעמיקה-.
II. איך עובד PLC
ניתן לסכם את עקרון הפעולה של PLC כ"סריקה רציפה בלולאה רציפה". באופן ספציפי, ניתן לחלק את פעולת ה-PLC לשלבים הבאים:
שלב דגימת קלט
במהלך שלב דגימת הקלט, ה-PLC קורא ברצף את כל מצבי הקלט והנתונים באופן סריקה ומאחסן אותם ביחידות המתאימות של אזור תמונת ה-I/O. תהליך זה מתבצע נקודה אחר נקודה; כלומר, המצבים והנתונים של כל הכניסות הדיגיטליות והאנלוגיות החיצוניות נקראים ומאוחסנים לראשונה באוגרי תמונת הקלט המתאימים בתוך ה-PLC. בשלב זה, אוגרי תמונת הקלט נשטפים, והמערכת ממשיכה לשלב ביצוע תוכנית המשתמש ולשלב עדכון הפלט. במהלך שני השלבים הללו, גם אם מצבי הקלט והנתונים משתנים, המצבים והנתונים ביחידות המתאימות של אזור תמונת ה-I/O נשארים ללא שינוי. לכן, אם נכנס אות דופק, רוחב הדופק חייב להיות גדול ממחזור סריקה אחד כדי להבטיח שהקלט ייקרא בכל הנסיבות.
שלב ביצוע תוכנית משתמש
במהלך שלב הפעלת תוכנית המשתמש, ה-PLC תמיד סורק את תוכנית המשתמש (דיאגרמת סולם) ברצף מלמעלה למטה. כאשר סורקים כל דיאגרמת סולם, היא תמיד סורקת את מעגל הבקרה בצד שמאל-המורכב ממגעים שונים-תחילה, ומבצעת פעולות לוגיות במעגל הבקרה הזה בסדר של שמאל לימין ומלמעלה למטה; לאחר מכן, בהתבסס על תוצאות הפעולות הלוגיות, הוא מעדכן את מצב הסיביות המקבילות ב-RAM של המערכת עבור הסליל הלוגי, או מעדכן את מצב הסיביות המקבילות באזור תמונת ה-I/O עבור סליל הפלט, או קובע אם לבצע את הוראות הפונקציה המיוחדות שצוינו בדיאגרמת הסולם.
שלב עדכון פלט
לאחר השלמת סריקת תוכנית המשתמש, ה-PLC נכנס לשלב עדכון הפלט. במהלך שלב זה, ה-CPU מרענן את כל מעגלי תפס הפלט בהתאם למצבים ולנתונים המתאימים באזור תמונת ה-I/O, ולאחר מכן מניע את ההתקנים ההיקפיים המתאימים דרך מעגלי המוצא. זה כאשר הפלט בפועל של ה-PLC מתרחש.
באמצעות המחזור הרציף של שלושת השלבים הללו, ה-PLC משיג בקרה אוטומטית של התקנים ותהליכים חיצוניים.
III. יישומים של PLCs
כמכשיר בקרת אוטומציה תעשייתית יעיל ואמין ביותר, ה-PLC מצא יישום נרחב בתחומים שונים. להלן מספר תחומי יישום עיקריים עבור PLCs:
אוטומציה תעשייתית
PLCs נמצאים בשימוש נרחב בתהליכי ייצור תעשייתיים, כגון בקרת קו ייצור, בקרת רובוט ובקרת מערכת לוגיסטית. באמצעות תכנות, PLCs יכולים להפוך את הניטור, ההתאמה והאופטימיזציה של תהליכי הייצור לאוטומטיים, ובכך לשפר את יעילות ואיכות הייצור. לדוגמה, בקו ייצור אוטומטי, PLC יכול לשלוט על פעולת כל תחנת עבודה בהתאם לצרכי הייצור, להשיג אוטומציה ושליטה חכמה בתהליך הייצור.
אוטומציה של בניינים
ניתן להשתמש ב-PLC לשליטה במערכות בניין, כגון תאורה, אוורור ואבטחת מבנים. באמצעות תכנות, PLCs מאפשרים בקרה והתאמה חכמה של ציוד הבניין, תוך שיפור יעילות אנרגטית ונוחות. לדוגמה, בבניינים חכמים, PLCs יכולים להתאים באופן אוטומטי את הבהירות וטמפרטורת הצבע של מערכות תאורה בהתבסס על תנאי התאורה הפנימיים ופעילות הדיירים, תוך השגת חיסכון באנרגיה ונוחות משופרת.
הוֹבָלָה
ניתן להשתמש ב-PLC לשליטה באותות תנועה, מערכות טיפול במטען בתחנות ובשדות תעופה, ומערכות אוטומטיות להובלת מטענים. באמצעות תכנות, PLCs יכולים להתאים את רצפי אותות התנועה ותזמון בזמן אמת על סמך זרימת התנועה והביקוש, ובכך לייעל את זרימת התנועה ולהפחית את העומס. לדוגמה, במערכות תחבורה חכמות, PLCs יכולים להתאים סכימות תזמון של אותות תנועה בהתבסס על נתוני תנועה בזמן אמת- כדי לשפר את יעילות התנועה בכבישים.
מערכות חשמל
ניתן להשתמש ב-PLC עבור בקרה אוטומטית של מערכות חשמל, כולל בקרה והגנה על תחנות משנה, ניטור קווי תמסורת ושיגור רשת. באמצעות תכנות, PLCs יכולים לבצע-ניטור בזמן אמת והתאמות אוטומטיות של מערכות החשמל כדי להבטיח את פעולתן יציבה ובטוחה. לדוגמה, ברשתות חכמות, PLCs יכולים לנטר את המצב התפעולי של הרשת בזמן אמת ולהתאים אוטומטית את פרמטרי הפעולה של ציוד החשמל כדי לאזן בין הספק וביקוש.
טיפול בשפכים
ניתן להשתמש ב-PLC עבור בקרה אוטומטית בתהליכי טיפול בשפכים, כולל ויסות זרימה, ויסות לחץ, בקרת מפלס מים ובקרת תהליכים. באמצעות תכנות, PLCs יכולים לנטר ולהתאים באופן אוטומטי תהליכי טיפול בשפכים כדי לשפר את יעילות הטיפול ואיכות המים. לדוגמה, במתקן טיהור שפכים, PLC יכול להתאים אוטומטית את פרמטרי הפעולה של ציוד הטיפול בהתבסס על נתוני בדיקת איכות המים כדי להבטיח פריקה תואמת.
IV. תַקצִיר
כמכשיר בקרת אוטומציה תעשייתית יעיל ואמין ביותר, PLCs מצאו יישום נרחב בתחומים שונים. עקרון הפעולה שלהם מבוסס על "סריקה רציפה בלולאה רציפה", השגת שליטה אוטומטית בציוד ותהליכים חיצוניים דרך שלב דגימת הקלט, שלב ביצוע תוכנית המשתמש ושלב רענון הפלט. עם התקדמות מתמשכת של אוטומציה תעשייתית והתקדמות של Industry 4.0, היישום של PLCs יהפוך לנפוץ עוד יותר ומעמיק יותר, ויביא אפשרויות והזדמנויות גדולות יותר לבקרת אוטומציה תעשייתית.