1. das Arbeitsprinzip und die Eigenschaften von PLC
1.1 Arbeitsprinzip von PLC
PLC ist die Abkürzung für Programmable Logic Controller (speicherprogrammierbare Steuerung), und der chinesische Name lautet Programmable Logic Controller. Sie besteht aus sechs Hauptteilen: Stromversorgung, Zentraleinheit, Festwertspeicher, Schnittstellenmodul, Funktionsmodul und Kommunikationsmodul.
Das Funktionsprinzip der SPS besteht darin, dass die Bediener das in der Sprache C und anderen Hochsprachen geschriebene Programm im Voraus im Festspeicher speichern. Wenn die SPS eingeschaltet wird, ruft die Zentraleinheit das Programm im Festwertspeicher auf, so dass die Funktionsmodule die vom Programm festgelegten Funktionen ausführen und über die Schnittstellenschaltung das digitale Signal des SPS-Programms in ein analoges Stromsignal zur Steuerung von Motoren usw. umwandeln, wodurch eine präzise Steuerung von Motoren oder anderen Komponenten erreicht wird.
1.2 Merkmale von PLC
Die wichtigsten Merkmale von SPS-Chips sind wirtschaftlich und praktisch, einfach zu installieren und einfach zu bedienen. PLC-Chips können viele Funktionen realisieren. Wenn eine Funktionsumwandlung einiger elektromechanischer Geräte erforderlich ist, können SPS-Chips in den Steuerkreis der elektromechanischen Geräte eingebaut werden. Obwohl sie nicht so leistungsfähig wie Computer sind, ist diese Umwandlungsmethode in Fällen, in denen keine große Rechenleistung erforderlich ist, die wirtschaftlichste und praktischste. Da die SPS-Chips klein sind und es sich um Standard-IC-Gehäuse handelt, ist es bei der Umwandlung vorhandener Gerätesteuerungsschaltungen nur erforderlich, den entsprechenden SPS-Chip-Sockel auf der Leiterplatte zu installieren. Wenn der Chip beschädigt ist oder ein Upgrade benötigt wird, entfernen Sie den Chip direkt. Mit der Weiterentwicklung der SPS-Chips werden immer mehr verschiedene SPS-Programmiersprachen und -Software angeboten, die für die Bediener sehr bequem zu programmieren sind. Diese Software kann einen Simulationsbetrieb realisieren, während sie das Programmdesign implementiert, was nicht nur die Programmierung erleichtert, sondern auch die Effizienz der Programmerstellung verbessert.
2 Felder von PLC in industriellen Steuerungssystemen
In industriellen Steuerungssystemen sind die Anwendungsbereiche der SPS hauptsächlich die Realisierung von Automatisierungssteuerungen, insbesondere bei hochpräzisen Steuerungen wie Schalt- (diskrete) Steuerung, Bewegungssteuerung, zentralisierte Steuerung und Fernsteuerung.
Im Folgenden wird am Beispiel der Anwendung von SPS in einer Biergärungsanlage die Rolle des SPS-Steuerungssystems erläutert. Der technologische Prozess der Biergärungsanlage ist in etwa: Schroten von Malz und anderen Körnern → Gelatinierung von Malz → Filtration → Kochen → Whirlpool-Sedimentation → Kühlen → Gärung → Reifung → Filtration und Abfüllung. Unter ihnen ist die Gärung der wichtigste Schritt bei der Bierherstellung. Während der Gärung entstehen neue Substanzen und es wird eine große Menge an Wärme freigesetzt. Es gibt zwei Methoden der Biergärung: Obergärung und Untergärung. Die beiden Gärungsmethoden sind im Grunde gleich; der Unterschied liegt in der Steuerung der Gärtemperatur. Die Temperatur bei der oberen Gärung liegt bei 15°C-25°C, die Temperatur bei der unteren Gärung bei 5°C-10°C. Die Höhe und die Schwankungen der Gärtemperatur bestimmen den Geschmack und die Qualität des Biers. Daher ist es notwendig, die Temperatur während der Gärung mit hoher Präzision zu kontrollieren, was das Kernstück des Automatisierungssystems in der Bierherstellung ist.
2.1 Schaltende (diskrete) Steuerung
Die Temperaturkontrolle bei der Biergärung ist eine Art von Schaltkontrolle. Dies ist auch die gängigste Methode in SPS-Steuerungssystemen. Im Kontrollsystem erfasst zunächst der Temperatursensor im Fermenter die Temperaturvariable des kontrollierten Objekts. Das erfasste analoge Signal wird über die Schnittstellenschaltung (d.h. die E/A-Eingangs-/Ausgangsschnittstelle) im SPS-Chip in ein digitales Signal umgewandelt, das der SPS-Chip erkennen kann. Diese Signaldaten werden mit den Werten im voreingestellten Programm verglichen. Die zentrale Verarbeitungseinheit im SPS-Chip führt eine Vergleichsberechnung durch, löst das voreingestellte Entscheidungsprogramm aus und überträgt diese Entscheidung als digitales Signal an die E/A-Eingangs-/Ausgangsschnittstelle, das in ein analoges Signal umgewandelt wird, um das elektrische Regelventil zu steuern. Bei diesem Prozess kann auch eine Fernsteuerung über das Kommunikationsmodul des SPS-Chips realisiert werden. Das Funktionsprinzip des Systems ist in Abbildung 1 dargestellt.
Tabelle 1 System-E/A-Zuordnungstabelle
| Symbol | Adresse | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Start | I0.0 | System Start/Stopp |
| Stopp | I0.1 | Not-Aus-Taste des Systems |
| Auto | I0.2 | Manuell/Automatik-Wahlschalter |
| TA1 | AIW0 | |
| TA2 | AIW2 | |
| TA3 | AIW4 | |
| TB1 | AIW6 | |
| TB2 | AIW8 | Temperaturwerte an jeder Temperaturmessstelle |
| TB3 | AIW10 | |
| TC1 | AIW12 | |
| TC2 | AIW14 | |
| TC3 | AIW16 | |
| Presse | AIW18 | Druckwert |
| Level | AIW20 | Wert für Flüssigkeitsstand |
| Durchfluss | AIW22 | Durchflusswert |
| Symbol | Adresse | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Lampe1 | Q0.1 | Kontrollleuchte für den automatischen Betrieb |
| Lampe2 | Q0.2 | Kontrollleuchte für den manuellen Betrieb |
| Lampe3 | Q0.3 | Anzeigelampe für die Stufe des natürlichen Temperaturanstiegs |
| Lampe4 | Q0.4 | Kontrollleuchte für die Vorfermentationsstufe |
| Lampe5 | Q0.5 | Kontrollleuchte der ersten Kühlstufe |
| Lampe6 | Q0.6 | Kontrollleuchte für die Nachfermentationsphase |
| Lampe7 | Q0.7 | Kontrollleuchte der zweiten Kühlstufe |
| Lampe8 | Q1.0 | Kontrollleuchte für die Lagerungsphase |
| Lampe9 | Q1.1 | Statusanzeige Druckbegrenzungsventil offen/geschlossen |
| Lampe10 | Q1.2 | Druckgrenzwert-Alarm |
| Lampe11 | Q1.3 | Temperatur-Grenzwertalarm |
| Größe1 | AQW0 | Einstellung der oberen elektrischen Ventilöffnung |
| Größe2 | AQW2 | Mittlere elektrische Ventilöffnungseinstellung |
| Größe3 | AQW4 | Einstellung der unteren elektrischen Ventilöffnung |
2.2 Bewegungssteuerung
Bei der Biergärung ist die wichtigste Methode der Temperaturkontrolle die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium und der Fermenterwand. Bei diesem Prozess wird hauptsächlich das elektrische Regelventil eingesetzt. Das Schalten des elektrischen Regelventils und der Öffnungsgrad des Ventils müssen mit den Ausgangsparametern übereinstimmen, die im SPS-Steuerungssystem für die Steuerung der Temperaturänderungen festgelegt wurden. Im SPS-Kontrollsystem ist jede E/A-Schnittstelle direkt mit Temperatur-, Füllstands-, Druck- und Durchflusssensoren verbunden, die die einzelnen Daten mit den Anfangsparametern im Speicher vergleichen und entsprechende Aktionen durchführen. Die spezifische E/A-Zuordnungstabelle ist in Tabelle 1 dargestellt.
2.3 Fernsteuerung
Bei der Biergärung ist das SPS-Steuerungssystem über seinen Bus mit dem Computer im zentralen Kontrollraum verbunden, und die Fernkommunikationsfunktionen werden über das intelligente Kommunikationsmodul EM241 in der SPS ausgeführt. Auf diese Weise kann die Hauptsteuerungsanlage im zentralen Kontrollraum über LAN oder Ethernet eine Verbindung mit dem SPS-Steuerungssystem des Gärbehälters herstellen und die vom Temperatursensor übertragene und von der SPS ermittelte Echtzeit-Temperatur auf dem Kontrollbildschirm anzeigen, während gleichzeitig der Betriebsstatus jedes elektrischen Regelventils in der vom SPS-System übertragenen E/A-Schnittstelle angezeigt wird. Gleichzeitig steuert der Host im zentralen Kontrollraum den Speicher des SPS-Steuerungssystems und jede E/A-Schnittstelle über die eingebettete prozessbasierte Steuerungssoftware OPC (OLE FOR Process Contrrol). Der Host speichert das entworfene Temperatursteuerungsprogramm im Speicher der SPS, stellt die Anfangsparameter und die entsprechenden Aktionen für die Temperatursteuerung ein oder sendet Steuerbefehle direkt über den Host an die SPS.
Fazit
Im Rahmen des von China vorgeschlagenen Entwicklungsplans „Made in China 2025“, der das Ziel verfolgt, eine Produktionsmacht zu werden, wird die Anwendung der SPS-Technologie in industriellen Steuerungssystemen in diesem Prozess weiter zunehmen. Gleichzeitig sollte die Innovationsentwicklung bei den Anwendungen stark gefördert und die Probleme bei SPS-Anwendungen weiter gelöst werden, um die Anwendungsbereiche der SPS stark zu erweitern und den Modernisierungsgrad der industriellen Produktion zu verbessern.
Referenzen
Yu, X. (2018). Anwendung von PLC-Kontrollsystemen in der industriellen Produktion. China Neue Technologie und neue Produkte
- Alex Chen
„Leitender Ingenieur für Brauprozesse bei Micetcraft“
Meine Mission ist einfach: Brauer mit den Werkzeugen und dem Wissen auszustatten, das sie brauchen, um ihre Visionen in außergewöhnliches Bier umzusetzen. Jedes Detail unserer Ausrüstung ist auf den Erfolg des Brauers ausgerichtet. Denn wenn es Ihnen gut geht, geht es der gesamten Handwerksgemeinschaft gut.“
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