So với nhiệm vụ ban đầu của bộ điều khiển logic khả trình (PLC), bộ điều khiển tự động hóa có nhiều chức năng hơn là thay thế rơ le. Giờ đây, bộ điều khiển có thể tích hợp logic, chuyển động, robot và giao tiếp với các máy móc và hệ thống quản lý khác. Hiệu suất có thể từ các thiết bị đơn giản đến bộ vi xử lý đa lõi.
Sự khác biệt giữa PLC truyền thống, bộ điều khiển tự động lập trình (PAC) và máy tính điều khiển công nghiệp (IPC) chủ yếu liên quan đến công suất và hiệu suất xử lý, nhưng ranh giới giữa chúng đang dần bị xóa nhòa. Do tuân thủ đặc điểm kỹ thuật lập trình 61131-3 của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC), phần mềm điều khiển đã đạt được một mức độ tiêu chuẩn nhất định. Hệ điều hành thời gian thực mạnh mẽ chạy nền tránh phụ thuộc vào hệ điều hành Microsoft Windows. Do đó, thuật ngữ" điều khiển dựa trên IPC" có thể chính xác hơn nếu nó được thay đổi thành"&dựa trên Intel hoặc dựa trên AMD; và có thể phản ánh các bộ xử lý chính mạnh mẽ được sử dụng.
Vì các bộ điều khiển tự động hóa hiện tại có thể làm được nhiều việc hơn ngoài xử lý logic, nên PLC có thểmột thuật ngữ lỗi thời. Bởi vì tất cả các bộ điều khiển tự động hóa đều có thể lập trình được," P" trong PAC cũng có vẻ là thừa. Bộ điều khiển về cơ bản là một máy tính có thể chạy nhiều hệ điều hành (thời gian thực, Microsoft Windows và Linux) trên cùng một bộ xử lý. IPC có thể được sử dụng để kiểm soát, thu thập dữ liệu và các tác vụ mới liên tục xuất hiện, chẳng hạn như tính toán biên.
Thời gian đáp ứng của giao tiếp PLCI / O truyền thống phụ thuộc vào hiệu suất mạng, têer của các nút, khối lượng giao tiếp, hiệu suất CPU và tải CPU; việc sử dụng tích hợp chặt chẽ hơn và thiết kế công nghệ mở IEC61131, quản lý phần mềm tập trung và thực thi chương trình phi tập trung có thể cải thiện hiệu suất.
Cân nhắc chức năng bộ điều khiển
Trong cùng một môi trường phần mềm và cùng một chương trình, chạy trên cùng một bộ xử lý và phối hợp các chức năng của tất cả các máy đang trở thành một xu hướng phổ biến. Điều này đòi hỏi sự đồng bộ của các chức năng máy và sử dụng cấu trúc mã mô-đun để có thể thực hiện một cách tiếp cận có tổ chức và gắn kết. Tuy nhiên, một số khu vực không cần quá nhiều kiểm soát tích hợp, chẳng hạn như các ứng dụng đơn giản, không có kế hoạch mở rộng. Độ phức tạp và các yêu cầu về hiệu suất của ứng dụng xác định các thông số kỹ thuật của bộ điều khiển. Có nhiều yếu tố cần xem xét khi chọn một bộ điều khiển. Tùy thuộc vào ứng dụng, bạn có thể cần phải xem xét các cân nhắc sau.
Hợp lý
Nhu cầu cơ bản về điều khiển logic là lý do tại sao chúng ta tiếp tục gọi bộ điều khiển tự động hóa là PLC. PLC open là một tổ chức chịu trách nhiệm duy trì và mở rộng phạm vi của tiêu chuẩn lập trình IEC61131-3, và quản lý một lượng lớn kiến thức, đào tạo và thư viện. Các hoạt động của tổ chức' vượt xa phạm vi kiểm soát logic, bao gồm thể thao, bảo mật, kiến trúc hợp nhất OPC (UA), XML, v.v.
Chuyển động nhiều trục
Theo các yêu cầu khác nhau như độ phức tạp của ứng dụng và đồng bộ hóa chuyển động, bộ điều khiển tự động hóa có thể điều khiển hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm trục chuyển động. Với sự phát triển của Định luật Moore' và các tiêu chuẩn công nghiệp, bộ điều khiển chuyển động độc lập hoặc rô bốt với mạng chuyển động chuyên dụng không còn cần thiết nữa.
An ninh mạng
Ở Bắc Mỹ, bảo mật mạng có dây vẫn là lựa chọn hàng đầu. Cơ sở an ninh mạng và thiết bị điều khiển máy chạy trên cùng một mạng, đã được chứng minh là một chức năng điều khiển hiệu quả. Việc thực hiện an ninh mạng có thể được thực hiện từ lõi dự phòng trên bộ xử lý điều khiển, đến bộ điều khiển an toàn riêng biệt, sau đó đến đầu vào / đầu ra an toàn (I / O) trong hệ thống nhỏ. An ninh mạng cũng mở rộng sang các chức năng an toàn thể thao và rô bốt, cho phép máy móc hoạt động ở chế độ an toàn thay vì tắt trực tiếp, có thể mang lại hiệu quả hoạt động tuyệt vời.
Tích hợp rô bốt
Cùng một bộ điều khiển tự động hóa có thể tích hợp nhiều rô bốt Delta, rô bốt SCARA, rô bốt khớp nối và rô bốt giàn, và các chức năng máy khác. Ngoài ra, có thể thực hiện các chức năng chuyển động trong môi trường tương thích với IEC61131-3. Do thuật toán xếp chồng được tích hợp sẵn cho chế độ lắp ráp, bộ điều khiển robot chuyên dụng có thể tiếp tục cung cấp các chức năng có giá trị.
Giám sát máy móc
Giám sát các điều kiện hoạt động của máy móc là một phần quan trọng trong việc dự đoán lịch trình bảo trì và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch. Bộ điều khiển có thể được kết hợp với các cảm biến hiện có khác nhau (chẳng hạn như đầu dò nhiệt độ và gia tốc kế) để theo dõi tình hình thực tế. Trước khi một sự cố thảm khốc xảy ra, việc giám sát máy móc cũng giúp phát hiện những điểm bất thường. Giám sát năng lượng cũng có thể được áp dụng cho việc sử dụng khí nén, sử dụng khí tự nhiên trong máy sưởi và máy sấy, và việc sử dụng nước trong quá trình này.
Xử lí dữ liệu
Bộ điều khiển tự động hóa có thể là một mạng, một máy chủ OPCUA và một máy khách. Chúng có chức năng thu thập dữ liệu Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) và có thể nhận hướng dẫn từ đám mây hoặc thiết bị đầu cuối để tối ưu hóa quy trình. Bộ điều khiển tự động hóa thường gửi dữ liệu đến hệ thống thực thi sản xuất (MES), hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP), hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE), mô-đun nền tảng đáng tin cậy (TPM) và phần mềm quản lý vòng đời sản phẩm (PLM). Trong môi trường IIoT, việc nhận dữ liệu phân tích hữu ích cũng rất quan trọng.
Cấu hình tự động
Trước đây, việc thay thế các thành phần mới (chẳng hạn như ổ đĩa) phải tự xác định và tải phiên bản firmware chính xác cho thiết bị. Giờ đây, bộ điều khiển tự động hóa có thể tự động đọc thiết bị và nhắc nhở kỹ thuật viên thực hiện các điều chỉnh cần thiết mà không cần can thiệp thủ công.
Khả năng giao tiếp
Ngày nay, ngay cả các bộ điều khiển giá rẻ cũng có một hoặc nhiều cổng giao tiếp Ethernet để giao tiếp với HMI, hệ thống quản lý, lập trình và các tác vụ không quan trọng về thời gian khác. Đối với bộ điều khiển, việc hỗ trợ một loại giao thức Ethernet công nghiệp nhất định, chẳng hạn như EtherNet / IP, EtherCAT, Powerlink, Profinet, v.v., đã rất phổ biến để tạo thành một mạng xác định. Thật không may, hiện tại không có tiêu chuẩn Ethernet công nghiệp được công nhận rộng rãi có thể cung cấp truyền thông tốc độ cao, xác định phù hợp để điều khiển máyTuy nhiên, sự phát triển của Mạng Nhạy cảm Thời gian (TSN) đã mang lại nhiều kỳ vọng. TSN, cùng với OPCUA và OPCUA Pub-Sub (Pub-Sub), sẽ mang lại sự chắc chắn hơn cho dòng chuẩn Ethernet IEEE802. Liên minh Internet công nghiệp đã thiết lập một phòng thử nghiệm cho nó và nhiều nhà cung cấp tự động hóa công nghiệp đã tham gia vào nó để chứng minh tính khả thi của TSN trong giao tiếp giữa máy và máy.TSN rất quan trọng, chủ yếu là vì để IIoT hoạt động, cần phải nhận ra khả năng tương tác của giao tiếp giữa các nền tảng điều khiển khác nhau trong nhà máy, xí nghiệp và trên đám mây. Nếu cần một giao diện nối tiếp, nó nên được xác định cụ thể, vì giao tiếp nối tiếp hiện nay ít được sử dụng hơn.
Hình thức cài đặt
Sau đây là 3 kiểu lắp đặt bộ điều khiển tự động hóa phổ biến nhất.
1) IP20, lắp đặt tủ: Đây là hình thức cài đặt thường được sử dụng cho các PLC truyền thống. Có một HMI riêng biệt, thường sử dụng I / O tích hợp, bảng nối đa năng / lắp đặt đường sắt hoặc các mô-đun I / O cài đặt từ xa.
2) IP65 / 67 / 69K niêm phong, lắp đặt đế hoặc bảng điều khiển phía trước: Hình thức này tích hợp HMI và bộ điều khiển, đồng thời áp dụng cài đặt kiểu rocker, có thể phát huy hết các lợi thế tiện dụng của thiết bị, vì vậy nó ngày càng trở nên phổ biến. Ngoài khả năng điều khiển, hình thức này cũng có thể tích hợp các chức năng của PC để chạy các ứng dụng Microsoft Windows khác nhau, chẳng hạn như HMI, mặc dù xu hướng HMI dựa trên nền tảng Web ngày càng trở nên rõ ràng hơn. So với các bộ điều khiển tương tự, bộ điều khiển gắn trên đế thường đắt hơn lắp trên bảng điều khiển, yêu cầu vách ngăn bằng thép không gỉ và yêu cầu niêm phong cao hơn.
3) IP20, máy tính công nghiệp loại tủ, với HMI độc lập: Cũng giống như dạng tích hợp, dạng này cũng có thể được sử dụng như một bộ điều khiển với hệ điều hành thời gian thực, các hệ điều hành máy tính khác nhau và các dịch vụ mạng. Bộ điều khiển có thể độc lập và máy tính công nghiệp dành riêng cho các tác vụ không phải điều khiển như cạnh, sương mù hoặc điện toán đám mây. Các thư viện lịch sử, tuần tự hóa và kiểm tra trực quan cũng là những ứng dụng phổ biến. Các nhà cung cấp tự động hóa tiên tiến có thể cung cấp cho người dùng một loạt các sản phẩm PLC đáp ứng các nhu cầu khác nhau, ví dụ, từ vi PLC với I / O cố định, đến PLC tầm trung, đến mô-đun Hệ thống PLC có thể xử lý hàng nghìn I / O.
Khả năng mở rộng
Mặc dù môi trường phát triển phần mềm thường liên quan đến phần cứng (PLC siêu nhỏ, vi mô, trung bình và lớn), nhưng cũng có thể làm việc trong môi trường phát triển độc lập với phần cứng. Điều này có nghĩa là dự án có thể được lập trình trước, và sau đó phần cứng điều khiển có thể được chọn hoặc thay đổi. Tính linh hoạt này có thể được mở rộng cho các loại động cơ và truyền động. Bộ biến tần hoặc bước cấp thấp có thể chia sẻ cùng một chương trình với servo cao cấp. Khi một loạt thiết bị được thiết kế để cho phép sử dụng lại các phần tử phần mềm quan trọng, các yêu cầu về khả năng mở rộng là đặc biệt quan trọng.
Hiệu suất CPU
Có rất nhiều loại từ bộ vi xử lý cấp thấp đến đa lõi để bạn lựa chọn, nhưng hiệu suất của chúng sẽ trùng lặp với nhau. Do đó, nên hợp tác với đội ngũ kỹ sư bán hàng và hỗ trợ kỹ thuật của nhà cung cấp công nghệ để chọn giải pháp tiết kiệm chi phí tốt nhất cho các yêu cầu ứng dụng dự kiến, vì họ hiểu rõ sản phẩm của mình hơn.Tốt nhất, bộ xử lý nên có thể mở rộng để phần mềm điều khiển có thể tương thích với tất cả các sản phẩm thuộc dòng sản phẩm bộ điều khiển. Các nhà cung cấp công nghệ tự động hóa sẽ chuẩn bị hàng tồn kho đủ các thành phần quan trọng để đảm bảo sản phẩm có sẵn và cung cấp dịch vụ di chuyển cho các lựa chọn thay thế.Ngoài ra, cần xác định xem có yêu cầu hoạt động im lặng không, và nhiệt độ môi trường dự kiến để lắp đặt bộ điều khiển. Các tùy chọn làm mát khác bao gồm quạt, máy điều hòa không khí, bộ tản nhiệt và làm mát bằng nước.
RAM
Bộ nhớ trạng thái rắn đã trở nên rất phổ biến trong các bộ điều khiển tự động hóa, phương tiện di động (chẳng hạn như thẻ C-Fast) và các ứng dụng được cài đặt vĩnh viễn có chi phí cao hơn. Ưu điểm của bộ nhớ rời là có thể dễ dàng thay thế, thuận tiện trong việc sao lưu và lưu trữ, mở rộng dung lượng bộ nhớ cũng rất dễ dàng.
Tuy nhiên, bạn cần phải cẩn thận khi sử dụng thẻ nhớ công nghiệp và đảm bảo rằng phương tiện đó đáp ứng các thông số kỹ thuật mà ứng dụng yêu cầu. Các loại lưu trữ khác nhau có tuổi thọ sử dụng khác nhau, điều này phụ thuộc vào chu kỳ đọc và ghi. Đây cũng là một chủ đề cần được thảo luận với các nhà cung cấp tự động hóa.