PLC
| Bir dizi makalenin bir parçası ⓘ |
| Makine endüstrisi |
|---|
 |
| Üretim yöntemleri |
|
| Endüstriyel teknolojiler |
|
| Bilgi ve iletişim |
|
| Süreç kontrolü |
|
Programlanabilir mantık denetleyicisi (PLC) veya programlanabilir denetleyici, montaj hatları, makineler, robotik cihazlar veya yüksek güvenilirlik, programlama kolaylığı ve işlem hatası teşhisi gerektiren herhangi bir faaliyet gibi üretim süreçlerinin kontrolü için sağlamlaştırılmış ve uyarlanmış bir endüstriyel bilgisayardır. Dick Morley, 1968 yılında General Motors için ilk PLC olan Modicon 084'ü icat ettiği için PLC'nin babası olarak kabul edilir. ⓘ
PLC'ler, işlemciye entegre bir muhafaza içinde onlarca giriş ve çıkışa (I/O) sahip küçük modüler cihazlardan, binlerce I/O'ya sahip ve genellikle diğer PLC ve SCADA sistemlerine ağ ile bağlanan büyük rafa monte modüler cihazlara kadar çeşitlilik gösterebilir. ⓘ
Birçok dijital ve analog I/O düzenlemesi, genişletilmiş sıcaklık aralıkları, elektriksel gürültüye karşı bağışıklık ve titreşim ve darbeye karşı direnç için tasarlanabilirler. Makinenin çalışmasını kontrol eden programlar tipik olarak pil destekli veya uçucu olmayan bellekte saklanır. ⓘ
PLC'ler ilk olarak otomobil imalat endüstrisinde, sabit kablolu röle mantık sistemlerinin yerine esnek, sağlam ve kolay programlanabilir kontrolörler sağlamak için geliştirilmiştir. O zamandan beri, zorlu ortamlara uygun yüksek güvenilirlikli otomasyon kontrolörleri olarak yaygın bir şekilde benimsenmişlerdir. ⓘ
Çıkış sonuçlarının sınırlı bir süre içinde giriş koşullarına yanıt olarak üretilmesi gerektiğinden, bir PLC zor gerçek zamanlı bir sistem örneğidir, aksi takdirde istenmeyen çalışma meydana gelecektir. ⓘ
PLC (Programlanabilir Mantıksal Denetleyici, İngilizce: programmable logic controller) fabrikalardaki imalat hatları veya makinelerin kontrolü gibi işleçlerin denetiminde kullanılan özel bilgisayar. İlk PLC 1968 yılında şimdiki adı Modicon olan Associates firması tarafından üretilmiştir. ⓘ
Genel kullanımlı bilgisayarların aksine PLC birçok girişi ve çıkışı olacak şekilde düzenlenir ve elektriksel gürültülere, sıcaklık farklarına, mekanik darbe ve titreşimlere karşı daha dayanıklı tasarlanırlar. PLC'lere denetleyeceği sistemin işleyişine uygun programlar yüklenir. PLC programları, giriş bilgilerini milisaniyeler mertebesinde hızla tarayarak buna uygun çıkış bilgilerini gerçek zamanlıya yakın, cevap verecek şekilde çalışırlar. ⓘ
İcat ve erken geliştirme
PLC, 1960'ların sonunda ABD'deki otomotiv endüstrisinde ortaya çıkmış ve röle mantık sistemlerinin yerini almak üzere tasarlanmıştır. Daha önce, üretim için kontrol mantığı esas olarak röleler, kam zamanlayıcıları, tambur sıralayıcıları ve özel kapalı döngü kontrolörlerinden oluşuyordu. ⓘ
Kablolu yapı, tasarım mühendislerinin otomasyon sürecini değiştirmesini zorlaştırıyordu. Değişiklikler yeniden kablolama ve dokümantasyonun dikkatli bir şekilde güncellenmesini gerektiriyordu. Tek bir kablo bile yerinden çıksa veya bir röle arızalansa, tüm sistem hatalı hale gelirdi. Teknisyenler genellikle şemaları inceleyerek ve bunları mevcut kablo tesisatıyla karşılaştırarak sorun gidermek için saatler harcardı. Genel amaçlı bilgisayarlar kullanılabilir hale geldiğinde, kısa süre içinde endüstriyel süreçlerdeki kontrol mantığına uygulandılar. Bu ilk bilgisayarlar güvenilmezdi ve uzman programcılar ile sıcaklık, temizlik ve güç kalitesi gibi çalışma koşullarının sıkı bir şekilde kontrol edilmesini gerektiriyordu. ⓘ
PLC, önceki otomasyon sistemlerine göre çeşitli avantajlar sağladı. Endüstriyel ortamı bilgisayarlardan daha iyi tolere ediyordu ve röle sistemlerine göre daha güvenilir, kompakt ve daha az bakım gerektiriyordu. Ek I/O modülleri ile kolayca genişletilebilirken, röle sistemleri yeniden yapılandırma durumunda karmaşık donanım değişiklikleri gerektiriyordu. Bu, üretim süreci tasarımı üzerinde daha kolay yineleme yapılmasını sağladı. Mantık ve anahtarlama işlemlerine odaklanan basit programlama dili ile genel amaçlı programlama dilleri kullanan bilgisayarlardan daha kullanıcı dostuydu. Ayrıca çalışmasının izlenmesine de izin veriyordu. İlk PLC'ler, röle mantığının şematik diyagramına çok benzeyen merdiven mantığında programlanıyordu. Bu program notasyonu, mevcut teknisyenlerin eğitim taleplerini azaltmak için seçilmiştir. Diğer PLC'ler, yığın tabanlı bir mantık çözücüye dayanan bir komut listesi programlama biçimi kullandı. ⓘ
Modicon
1968 yılında GM Hydramatic (General Motors'un otomatik şanzıman bölümü), mühendis Edward R. Clark tarafından yazılan beyaz bir makaleye dayanarak kablolu röle sistemlerinin elektronik olarak değiştirilmesi için bir teklif talebinde bulundu. Kazanan teklif Bedford, Massachusetts'ten Bedford Associates'ten geldi. Sonuç, 1969 yılında üretilen ve Bedford Associates'in seksen dördüncü projesi olduğu için 084 olarak adlandırılan ilk PLC oldu. ⓘ
Bedford Associates, Modicon (modüler dijital kontrolör anlamına geliyor) adını verdikleri bu yeni ürünü geliştirmeye, üretmeye, satmaya ve servis vermeye adanmış bir şirket kurdu. Bu projede çalışanlardan biri de PLC'nin "babası" olarak kabul edilen Dick Morley'di. Modicon markası 1977 yılında Gould Electronics'e ve daha sonra da şu anki sahibi olan Schneider Electric'e satıldı. Aynı dönemde Modicon, PLC'leri ile kullanılan bir veri iletişim protokolü olan Modbus'ı yarattı. Modbus o zamandan beri birçok endüstriyel elektrikli cihazı bağlamak için yaygın olarak kullanılan standart bir açık protokol haline gelmiştir. ⓘ
Üretilen ilk 084 modellerinden biri şu anda Schneider Electric'in North Andover, Massachusetts'teki tesisinde sergileniyor. Yaklaşık yirmi yıllık kesintisiz hizmetin ardından ünite emekliye ayrıldığında GM tarafından Modicon'a hediye edildi. Modicon, 984 ortaya çıkana kadar ürün yelpazesinin sonunda 84 takma adını kullandı. ⓘ
Allen-Bradley
Paralel bir gelişme olarak Odo Josef Struger bazen "programlanabilir mantık denetleyicisinin babası" olarak da bilinir. Allen-Bradley programlanabilir mantık denetleyicisinin icadında yer almıştır ve PLC baş harfini icat ettiği kabul edilmektedir. Allen-Bradley (şu anda Rockwell Automation'a ait bir marka) onun görev süresi boyunca Amerika Birleşik Devletleri'nde önemli bir PLC üreticisi haline geldi. Struger, IEC 61131-3 PLC programlama dili standartlarının geliştirilmesinde liderlik rolü oynamıştır. ⓘ
İlk programlama yöntemleri
İlk PLC'lerin çoğu mantığı grafiksel olarak gösterme yeteneğine sahip değildi ve bu nedenle bunun yerine Boole cebirine benzer şekilde bir tür Boole biçiminde bir dizi mantık ifadesi olarak temsil ediliyordu. Programlama terminalleri geliştikçe, elektro-mekanik kontrol panelleri için kullanılan tanıdık bir format olduğu için merdiven mantığının kullanılması daha yaygın hale geldi. Durum mantığı ve Fonksiyon Bloğu (dijital entegre mantık devreleri kullanılırken mantığın tasvir edilme şekline benzer) gibi daha yeni formatlar mevcuttur, ancak bunlar hala merdiven mantığı kadar popüler değildir. Bunun birincil nedeni PLC'lerin mantığı öngörülebilir ve tekrar eden bir sırayla çözmesi ve merdiven mantığının mantığı yazan kişinin mantık sırasının zamanlamasıyla ilgili herhangi bir sorunu diğer formatlarda mümkün olandan daha kolay görmesine izin vermesidir. ⓘ
1990'ların ortalarına kadar PLC'ler, genellikle PLC programlarının çeşitli mantıksal unsurlarını temsil eden özel fonksiyon tuşlarına sahip özel programlama panelleri veya özel amaçlı programlama terminalleri kullanılarak programlanıyordu. Bazı özel programlama terminalleri PLC programlarının öğelerini grafik semboller olarak gösterirdi, ancak kontakların, bobinlerin ve tellerin düz ASCII karakter gösterimleri yaygındı. Programlar kaset kartuşlarında saklanıyordu. Bellek kapasitesinin yetersizliği nedeniyle baskı ve dokümantasyon olanakları çok azdı. En eski PLC'ler uçucu olmayan manyetik çekirdek bellek kullanıyordu. ⓘ
Mimari
PLC, program talimatlarını ve çeşitli işlevleri saklamak için kullanılan programlanabilir belleğe sahip endüstriyel mikroişlemci tabanlı bir denetleyicidir. Şunlardan oluşur:
- Girdileri yorumlayan, bellekte depolanan kontrol programını yürüten ve çıkış sinyalleri gönderen bir işlemci birimi (CPU),
- AC voltajını DC'ye dönüştüren bir güç kaynağı ünitesi,
- girdilerden gelen verileri ve işlemci tarafından yürütülecek programı depolayan bir bellek birimi,
- kontrolörün harici cihazlardan veri aldığı ve gönderdiği bir giriş ve çıkış arayüzü,
- Uzak PLC'lerden iletişim ağları üzerinden veri almak ve iletmek için bir iletişim arayüzü. ⓘ
PLC'ler, oluşturulan programı geliştirmek ve daha sonra kontrolörün belleğine indirmek için kullanılan programlama cihazına ihtiyaç duyar. ⓘ
Modern PLC'ler genellikle OS-9 veya VxWorks gibi gerçek zamanlı bir işletim sistemi içerir. ⓘ
Mekanik tasarım
PLC sistemleri için iki tür mekanik tasarım vardır. Tek bir kutu veya bir tuğla, tüm birimleri ve arayüzleri tek bir kompakt kasaya sığdıran küçük bir programlanabilir kontrolördür, ancak tipik olarak girişler ve çıkışlar için ek genişletme modülleri mevcuttur. İkinci tasarım tipi - modüler bir PLC - güç kaynağı, işlemci, I/O modüllerinin seçimi ve iletişim arayüzleri gibi farklı işlevlere sahip modüller için alan sağlayan bir şasiye (raf olarak da adlandırılır) sahiptir - bunların tümü belirli bir uygulama için özelleştirilebilir. Birkaç raf tek bir işlemci tarafından yönetilebilir ve binlerce giriş ve çıkışa sahip olabilir. Rafların işlemciden uzağa dağıtılabilmesi için özel bir yüksek hızlı seri I/O bağlantısı veya benzer bir iletişim yöntemi kullanılır, böylece büyük tesisler için kablolama maliyetleri azaltılır. G/Ç noktalarını doğrudan makineye monte etmek ve sensörlere ve valflere hızlı bağlantı kesme kabloları kullanarak kablolama ve bileşenleri değiştirme için zaman kazanmak için seçenekler de mevcuttur. ⓘ
Ayrık ve analog sinyaller
Ayrık (dijital) sinyaller yalnızca açık veya kapalı değer (1 veya 0, doğru veya yanlış) alabilir. Ayrık sinyal sağlayan cihazlara örnek olarak limit anahtarları, fotoelektrik sensörler ve enkoderler verilebilir. Ayrık sinyaller, belirli uç aralıkların açık ve kapalı olarak belirlendiği voltaj veya akım kullanılarak gönderilir. Örneğin, bir kontrolör 22 V DC üzerindeki değerlerin açık, 2 V DC altındaki değerlerin kapalı ve ara değerlerin tanımsız olduğu 24 V DC giriş kullanabilir. ⓘ
Analog sinyaller, izlenen değişkenin boyutuyla orantılı voltaj veya akım kullanabilir ve ölçekleri dahilinde herhangi bir değer alabilir. Basınç, sıcaklık, akış ve ağırlık genellikle analog sinyallerle temsil edilir. Bunlar tipik olarak cihaza ve verileri depolamak için mevcut bit sayısına bağlı olarak çeşitli doğruluk aralıklarına sahip tamsayı değerleri olarak yorumlanır. Örneğin, analog 0 ila 10 V veya 4-20 mA akım döngüsü girişi 0 ila 32.767 arasında bir tamsayı değerine dönüştürülür. PLC bu değeri alacak ve operatörün veya programın okuyabilmesi için istenen proses birimlerine dönüştürecektir. Uygun entegrasyon, gürültüyü azaltmak için filtre sürelerinin yanı sıra hataları bildirmek için yüksek ve düşük limitleri de içerecektir. Akım girişleri elektriksel gürültüye (örneğin kaynakçılardan veya elektrik motorlarının çalışmasından kaynaklanan) voltaj girişlerinden daha az duyarlıdır. Cihaz ile kontrolör arasındaki mesafe de önemlidir, çünkü iyi kalitede bir 0-10 V sinyalin maksimum hareket mesafesi 4-20 mA sinyale kıyasla çok kısadır. 4-20 mA sinyali, <4 mA sinyali bir hataya işaret edeceğinden, yol boyunca tel bağlantısının kesilip kesilmediğini de bildirebilir. ⓘ
Artıklık
Bazı özel süreçlerin istenmeyen minimum kesinti süresiyle sürekli çalışması gerekir. Bu nedenle, hataya toleranslı ve hatalı modüllerle süreci idare edebilecek bir sistem tasarlamak gerekir. Bu gibi durumlarda, donanım bileşeni arızası durumunda sistem kullanılabilirliğini artırmak için, donanım arızası nedeniyle sürecin tamamen veya kısmen kapanmasını önlemek amacıyla donanım yapılandırmasına aynı işlevselliğe sahip yedek CPU veya I/O modülleri eklenebilir. Diğer yedeklilik senaryoları güvenlik açısından kritik süreçlerle ilgili olabilir; örneğin, büyük hidrolik presler, bir çıkışın düzgün kapanmaması durumunda pres aşağı inmeden önce her iki PLC'nin de bir çıkışı açmasını gerektirebilir. ⓘ
Programlama
Programlanabilir mantık denetleyicileri, programlama geçmişi olmayan mühendisler tarafından kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle ilk olarak Ladder Diagram (LD, LAD) adı verilen grafiksel bir programlama dili geliştirilmiştir. Elektromekanik rölelerle oluşturulmuş bir sistemin şematik diyagramına benzeyen bu dil, birçok üretici tarafından benimsenmiş ve daha sonra IEC 61131-3 kontrol sistemleri programlama standardında standartlaştırılmıştır. 2015 yılı itibariyle, basitliği sayesinde hala yaygın olarak kullanılmaktadır. ⓘ
2015 yılı itibariyle PLC sistemlerinin çoğunluğu, 2 metinsel programlama dilini tanımlayan IEC 61131-3 standardına uymaktadır: Yapılandırılmış Metin (ST; Pascal'a benzer) ve Talimat Listesi (IL); ayrıca 3 grafik dili: Merdiven Diyagramı, Fonksiyon Blok Diyagramı (FBD) ve Sıralı Fonksiyon Şeması (SFC). Talimat Listesi (IL) standardın üçüncü baskısında kullanımdan kaldırılmıştır. ⓘ
Modern PLC'ler, röle türevi merdiven mantığından BASIC ve C'nin özel olarak uyarlanmış lehçeleri gibi programlama dillerine kadar çeşitli şekillerde programlanabilir. ⓘ
PLC programlamanın temel kavramları tüm üreticiler için ortak olsa da, I/O adresleme, bellek organizasyonu ve komut setlerindeki farklılıklar, PLC programlarının farklı üreticiler arasında asla mükemmel bir şekilde değiştirilemeyeceği anlamına gelir. Tek bir üreticinin aynı ürün grubu içinde bile, farklı modeller doğrudan uyumlu olmayabilir. ⓘ
Programlama cihazı
PLC programları tipik olarak bir masaüstü konsolu, kişisel bilgisayarda özel bir yazılım veya bir el programlama cihazı şeklinde olabilen bir programlama cihazında yazılır. Daha sonra program PLC'ye doğrudan veya bir ağ üzerinden indirilir. Uçucu olmayan flash bellekte ya da pil destekli RAM'de saklanır. Bazı programlanabilir kontrolörlerde program, programı EPROM gibi çıkarılabilir bir çipe yazan bir programlama kartı aracılığıyla kişisel bilgisayardan PLC'ye aktarılır. ⓘ
Üreticiler kontrolörleri için programlama yazılımı geliştirirler. PLC'leri birden fazla dilde programlayabilmenin yanı sıra, donanım tanılama ve bakım, yazılım hata ayıklama ve çevrimdışı simülasyon gibi ortak özellikler sağlarlar. ⓘ
Kişisel bir bilgisayarda yazılan veya programlama yazılımı kullanılarak PLC'den yüklenen bir program kolayca kopyalanabilir ve harici depolama alanında yedeklenebilir. ⓘ
Simülasyon
PLC simülasyonu, PLC programlama yazılımında sıklıkla bulunan bir özelliktir. Bir projenin geliştirilmesinin erken aşamalarında test ve hata ayıklamaya olanak tanır. ⓘ
Yanlış programlanmış PLC, üretkenlik kaybına ve tehlikeli koşullara neden olabilir. Projenin simülasyonda test edilmesi kalitesini artırır, ekipmanla ilgili güvenlik seviyesini yükseltir ve sistem etkinleştirilmeden önce birçok senaryo denenip test edilebildiğinden otomatik kontrol uygulamalarının kurulumu ve devreye alınması sırasında maliyetli duruş sürelerinden tasarruf sağlayabilir. ⓘ
İşlevsellik
Diğer bilgi işlem cihazlarından temel farkı, PLC'lerin daha zorlu koşullara (toz, nem, sıcak, soğuk gibi) yönelik olması ve bu nedenle bunlara tolerans göstermesi ve PLC'yi sensörlere ve aktüatörlere bağlamak için kapsamlı giriş/çıkış (I/O) sunmasıdır. PLC girişi, limit anahtarları gibi basit dijital elemanları, proses sensörlerinden gelen analog değişkenleri (sıcaklık ve basınç gibi) ve konumlandırma veya makine görüş sistemlerinden gelenler gibi daha karmaşık verileri içerebilir. PLC çıkışı gösterge lambaları, sirenler, elektrik motorları, pnömatik veya hidrolik silindirler, manyetik röleler, solenoidler veya analog çıkışlar gibi unsurları içerebilir. Giriş/çıkış düzenlemeleri basit bir PLC'nin içine yerleştirilebilir veya PLC, PLC'ye takılan bir fieldbus veya bilgisayar ağına bağlı harici I/O modüllerine sahip olabilir. ⓘ
PLC'nin işlevselliği yıllar içinde sıralı röle kontrolü, hareket kontrolü, proses kontrolü, dağıtılmış kontrol sistemleri ve ağ oluşturmayı içerecek şekilde gelişmiştir. Bazı modern PLC'lerin veri işleme, depolama, işlem gücü ve iletişim yetenekleri yaklaşık olarak masaüstü bilgisayarlara eşdeğerdir. PLC benzeri programlama uzak I/O donanımı ile birleştiğinde, genel amaçlı bir masaüstü bilgisayarın belirli uygulamalarda bazı PLC'lerle örtüşmesine izin verir. Masaüstü bilgisayar kontrolörleri ağır sanayide genel olarak kabul görmemiştir çünkü masaüstü bilgisayarlar PLC'lerden daha az kararlı işletim sistemleriyle çalışmaktadır ve masaüstü bilgisayar donanımı tipik olarak PLC'lerde kullanılan işlemcilerle aynı sıcaklık, nem, titreşim ve uzun ömürlülük tolerans seviyelerine göre tasarlanmamıştır. Windows gibi işletim sistemleri deterministik mantık yürütmeye uygun değildir, bunun sonucunda kontrolör giriş durumundaki değişikliklere her zaman PLC'lerden beklenen zamanlama tutarlılığı ile yanıt vermeyebilir. Masaüstü mantık uygulamaları, laboratuvar otomasyonu ve uygulamanın daha az zorlu ve kritik olduğu küçük tesislerde kullanım gibi daha az kritik durumlarda kullanım alanı bulur. ⓘ
Temel fonksiyonlar
Programlanabilir bir kontrolörün en temel işlevi elektromekanik rölelerin işlevlerini taklit etmektir. Ayrık girişlere benzersiz bir adres verilir ve bir PLC komutu giriş durumunun açık veya kapalı olup olmadığını test edebilir. Tıpkı bir dizi röle kontağının mantıksal bir VE işlevi görmesi ve tüm kontaklar kapanmadıkça akımın geçmesine izin vermemesi gibi, bir dizi "açık olup olmadığını incele" talimatı da tüm giriş bitleri açıksa çıkış depolama bitine enerji verecektir. Benzer şekilde, paralel bir talimat seti mantıksal bir VEYA işlemi gerçekleştirecektir. Bir elektromekanik röle bağlantı şemasında, bir bobini kontrol eden bir grup kontağa "merdiven şemasının" bir "basamağı" denir ve bu kavram PLC mantığını tanımlamak için de kullanılır. Bazı PLC modelleri, bir mantık "basamağındaki" seri ve paralel talimatların sayısını sınırlar. Her bir basamağın çıkışı, fiziksel bir çıkış adresi ile ilişkilendirilebilen veya fiziksel bağlantısı olmayan bir "dahili bobin" olabilen bir depolama bitini ayarlar veya temizler. Bu tür dahili bobinler, örneğin birden fazla ayrı basamakta ortak bir eleman olarak kullanılabilir. Fiziksel rölelerden farklı olarak, bir PLC programında bir giriş, çıkış veya dahili bobine kaç kez başvurulabileceği konusunda genellikle bir sınırlama yoktur. ⓘ
Bazı PLC'ler, basamak mantığını değerlendirmek için soldan sağa, yukarıdan aşağıya katı bir yürütme sırası uygular. Bu, yeterince karmaşık bir devrede, çevredeki kontakların yapılandırmasına bağlı olarak akımı soldan sağa veya sağdan sola geçirebilen elektro-mekanik röle kontaklarından farklıdır. Bu "gizli yolların" ortadan kaldırılması, programlama tarzına bağlı olarak ya bir hata ya da bir özelliktir. ⓘ
PLC'nin daha gelişmiş talimatları, mantıksal bir giriş tarafından etkinleştirildiğinde bazı işlemleri gerçekleştiren ve örneğin tamamlanma veya hataları işaret etmek için çıkışlar üreten ve aynı zamanda ayrık mantığa karşılık gelmeyebilecek değişkenleri dahili olarak manipüle eden işlevsel bloklar olarak uygulanabilir. ⓘ
Haberleşme
PLC'ler harici cihazlarla (sensörler, aktüatörler) ve sistemlerle (programlama yazılımı, SCADA, HMI) iletişim kurmak için USB, Ethernet, RS-232, RS-485 veya RS-422 gibi dahili bağlantı noktalarını kullanır. İletişim, Modbus veya EtherNet/IP gibi çeşitli endüstriyel ağ protokolleri üzerinden gerçekleştirilir. Bu protokollerin çoğu satıcıya özeldir. ⓘ
Daha büyük I/O sistemlerinde kullanılan PLC'ler, işlemciler arasında eşler arası (P2P) iletişime sahip olabilir. Bu, karmaşık bir sürecin ayrı parçalarının bireysel kontrole sahip olmasını sağlarken, alt sistemlerin iletişim bağlantısı üzerinden koordine olmasına izin verir. Bu iletişim bağlantıları genellikle tuş takımları veya PC tipi iş istasyonları gibi HMI cihazları için de kullanılır. ⓘ
Eskiden bazı üreticiler, işlemcinin dahili ağ bağlantısına sahip olmadığı durumlarda eklenti işlevi olarak özel iletişim modülleri sunuyordu. ⓘ
Kullanıcı arayüzü
PLC'lerin yapılandırma, alarm raporlama veya günlük kontrol amacıyla insanlarla etkileşime girmesi gerekebilir. Bu amaçla bir insan-makine arayüzü (HMI) kullanılır. HMI'lar insan-makine arayüzleri (MMI'lar) ve grafik kullanıcı arayüzleri (GUI'ler) olarak da adlandırılır. Basit bir sistem, kullanıcıyla etkileşim kurmak için düğmeler ve ışıklar kullanabilir. Metin ekranlarının yanı sıra grafik dokunmatik ekranlar da mevcuttur. Daha karmaşık sistemler, PLC'nin bir iletişim arayüzü üzerinden bağlandığı bir bilgisayara yüklenen programlama ve izleme yazılımını kullanır. ⓘ
Bir tarama döngüsü süreci
Bir PLC, programını tekrar tekrar yürüttüğü bir program tarama döngüsünde çalışır. En basit tarama döngüsü 3 adımdan oluşur:
- girişleri oku,
- programı çalıştırın,
- çıktıları yazın. ⓘ
Program talimatların sırasını takip eder. İşlemcinin tüm talimatları değerlendirmesi ve tüm çıkışların durumunu güncellemesi genellikle onlarca milisaniyelik bir zaman alır. Sistem uzak G/Ç içeriyorsa (örneğin, G/Ç modülleri olan harici bir raf), bu PLC sisteminin yanıt süresine ek belirsizlik getirir. ⓘ
PLC'ler daha gelişmiş hale geldikçe, merdiven yürütme sırasını değiştirmek için yöntemler geliştirildi ve alt rutinler uygulandı. Bu gelişmiş programlama, yüksek hızlı süreçlerde tarama süresinden tasarruf etmek için kullanılabilir; örneğin, programın yalnızca makineyi kurmak için kullanılan kısımları, daha yüksek hızda çalışması gereken kısımlardan ayrılabilir. Daha yeni PLC'ler artık mantık programını IO taramasıyla eşzamanlı olarak çalıştırma seçeneğine sahiptir. Bu, IO'nun arka planda güncellendiği ve mantığın mantık taraması sırasında gerektiği gibi değerleri okuyup yazdığı anlamına gelir. ⓘ
PLC'nin tarama süresinin öngörülebilir performansa izin vermeyecek kadar uzun olduğu durumlarda özel amaçlı I/O modülleri kullanılabilir. Hassas zamanlama modülleri veya şaft enkoderleri ile kullanım için sayaç modülleri, tarama süresinin darbeleri güvenilir bir şekilde saymak veya bir enkoderin dönme hissini tespit etmek için çok uzun olduğu durumlarda kullanılır. Bu, nispeten yavaş bir PLC'nin bile bir makineyi kontrol etmek için sayılan değerleri yorumlamasına izin verir, çünkü darbelerin biriktirilmesi program yürütme hızından etkilenmeyen özel bir modül tarafından yapılır. ⓘ
Güvenlik
E. A. Parr 1998 tarihli kitabında, çoğu programlanabilir kontrolörün fiziksel anahtarlar ve şifreler gerektirmesine rağmen, sıkı erişim kontrolü ve sürüm kontrol sistemlerinin yanı sıra anlaşılması kolay bir programlama dilinin olmamasının, programlarda yetkisiz değişikliklerin yapılmasını ve fark edilmemesini muhtemel kıldığına dikkat çekmiştir. ⓘ
Haziran 2010'da Stuxnet bilgisayar solucanının keşfedilmesinden önce PLC'lerin güvenliği çok az dikkat çekmiştir. Modern programlanabilir kontrolörler genellikle Microsoft Windows gibi masaüstü işletim sistemlerine benzer şekilde istismara açık olabilen gerçek zamanlı bir işletim sistemi içerir. PLC'lere, iletişim kurdukları bir bilgisayarın kontrolü ele geçirilerek de saldırılabilir. 2011'den bu yana, PLC ortamında daha önce ayrı olan tesis katı ağları ile ofis ağlarını birbirine bağlayan ağlar yaygınlaştıkça bu endişeler de artmıştır. ⓘ
Şubat 2021'de Rockwell Automation, Logix kontrolör ailesini etkileyen kritik bir güvenlik açığını kamuoyuna açıkladı. PLC ve iş istasyonu arasındaki iletişimi doğrulamak için kullanılan gizli kriptografik anahtar, Studio 5000 Logix Designer programlama yazılımından çıkarılabilir ve bağlı kontrolörün program kodunu ve yapılandırmasını uzaktan değiştirmek için kullanılabilir. Güvenlik açığına CVSS güvenlik açığı ölçeğinde 10 üzerinden 10 şiddet puanı verilmiştir. Yazım sırasında, güvenlik açığının azaltılması, etkilenen cihazlara ağ erişimini sınırlamaktı. ⓘ
Güvenlik PLC'leri
Emniyet PLC'leri bağımsız bir model veya mevcut kontrolör mimarilerine (Allen-Bradley Guardlogix, Siemens F serisi vb.) eklenen emniyet dereceli bir donanım ve işlevsellik olabilir. Bunlar, PLC'lerin geleneksel olarak kablolu güvenlik röleleri ve güvenlik talimatlarına ayrılmış bellek alanları ile desteklendiği güvenlik açısından kritik uygulamalar için uygun olmaları nedeniyle geleneksel PLC tiplerinden farklıdır. Güvenlik seviyesi standardı SIL'dir. ⓘ
Bir emniyet PLC'si, tuzaklı anahtar erişimine sahip bir robot hücresine erişimi kontrol etmek veya bir konveyör üretim hattındaki acil durdurmaya kapatma tepkisini yönetmek için kullanılabilir. Bu tür PLC'ler tipik olarak acil durdurmalar, ışıklı ekranlar vb. ile arayüz oluşturmak için tasarlanmış güvenliğe özel talimatlarla güçlendirilmiş kısıtlı bir normal komut setine sahiptir. ⓘ
Bu tür sistemlerin sunduğu esneklik, bu kontrolörlere yönelik talebin hızla artmasına neden olmuştur. ⓘ
PLC'nin diğer kontrol sistemleriyle karşılaştırılması
PLC'ler bir dizi otomasyon görevine iyi adapte olmuşlardır. Bunlar tipik olarak, otomasyon sisteminin geliştirilmesi ve bakım maliyetinin otomasyonun toplam maliyetine göre yüksek olduğu ve operasyonel ömrü boyunca sistemde değişikliklerin beklendiği üretimdeki endüstriyel süreçlerdir. PLC'ler endüstriyel pilot cihazlar ve kontrollerle uyumlu giriş ve çıkış cihazları içerir; çok az elektrik tasarımı gereklidir ve tasarım sorunu istenen işlem sırasını ifade etmeye odaklanır. PLC uygulamaları tipik olarak son derece özelleştirilmiş sistemlerdir, bu nedenle paketlenmiş bir PLC'nin maliyeti, belirli bir özel yapım kontrolör tasarımının maliyetine kıyasla düşüktür. Öte yandan, seri üretim mallar söz konusu olduğunda, özelleştirilmiş kontrol sistemleri ekonomiktir. Bunun nedeni, "genel" bir çözüm yerine en uygun şekilde seçilebilen ve tekrarlanmayan mühendislik masraflarının binlerce veya milyonlarca birime yayıldığı bileşenlerin daha düşük maliyetli olmasıdır. ⓘ
Programlanabilir kontrolörler hareket, konumlandırma veya tork kontrolünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bazı üreticiler PLC ile entegre edilecek hareket kontrol üniteleri üretir, böylece makine hareketlerine talimat vermek için G kodu (bir CNC makinesini içeren) kullanılabilir. ⓘ
PLC Çip / Gömülü Denetleyici
Düşük veya orta hacimli küçük makineler için. Ladder, Flow-Chart/Grafcet gibi PLC dillerini çalıştırabilen PLC'ler... Geleneksel PLC'lere benzer, ancak küçük boyutları, geliştiricilerin bunları bilgisayar programlama bilgisi olmadan, ancak kullanımı, değiştirilmesi ve bakımı kolay bir dille bir mikrodenetleyici gibi özel baskılı devre kartlarına tasarlamalarına olanak tanır. Klasik PLC / Mikro-PLC ile Mikrodenetleyiciler arasındadır. ⓘ
Kam zamanlayıcıları
Yüksek hacimli veya çok basit sabit otomasyon görevleri için farklı teknikler kullanılır. Örneğin, ucuz bir tüketici bulaşık makinesi, üretim miktarlarında sadece birkaç dolara mal olan elektromekanik bir kam zamanlayıcı ile kontrol edilebilir. ⓘ
Mikro denetleyiciler
Mikrodenetleyici tabanlı bir tasarım, yüzlerce veya binlerce ünitenin üretileceği ve bu nedenle geliştirme maliyetinin (güç kaynaklarının tasarımı, giriş/çıkış donanımı ve gerekli test ve sertifikasyon) birçok satışa yayılabileceği ve son kullanıcının kontrolü değiştirmesinin gerekmeyeceği durumlarda uygun olacaktır. Otomotiv uygulamaları buna bir örnektir; her yıl milyonlarca ünite üretilmektedir ve çok az sayıda son kullanıcı bu kontrolörlerin programlamasını değiştirmektedir. Bununla birlikte, transit otobüsler gibi bazı özel araçlar, hacimleri düşük olduğundan ve geliştirme maliyeti ekonomik olmayacağından, özel tasarlanmış kontroller yerine ekonomik olarak PLC'ler kullanır. ⓘ
Tek kartlı bilgisayarlar
Kimya endüstrisinde kullanılanlar gibi çok karmaşık proses kontrolü, yüksek performanslı PLC'lerin bile kapasitesinin ötesinde algoritmalar ve performans gerektirebilir. Çok yüksek hızlı veya hassas kontroller de özelleştirilmiş çözümler gerektirebilir; örneğin, uçak uçuş kontrolleri. Yarı özelleştirilmiş veya tamamen özel donanım kullanan tek kartlı bilgisayarlar, yüksek geliştirme ve bakım maliyetinin desteklenebileceği çok zorlu kontrol uygulamaları için seçilebilir. Masaüstü tipi bilgisayarlarda çalışan "Soft PLC'ler" endüstriyel I/O donanımı ile arayüz oluşturabilirken, proses kontrol ihtiyaçları için uyarlanmış ticari işletim sistemlerinin bir versiyonu içindeki programları çalıştırabilir. ⓘ
Tek kartlı bilgisayarların artan popülaritesi de PLC'lerin gelişimi üzerinde etkili olmuştur. Geleneksel PLC'ler genellikle kapalı platformlardır, ancak bazı yeni PLC'ler (örneğin Opto 22'den groov EPIC, Bosch Rexroth'tan ctrlX, Wago'dan PFC200, Phoenix Contact'tan PLCnext ve Kunbus'tan Revolution Pi) geleneksel PLC'lerin özelliklerini açık bir platformda sağlar. ⓘ
PID Kontrolörleri
PLC'ler, tek değişkenli geri besleme analog kontrol döngüsü, bir PID kontrolörü için mantık içerebilir. Örneğin bir üretim sürecinin sıcaklığını kontrol etmek için bir PID döngüsü kullanılabilir. Tarihsel olarak PLC'ler genellikle sadece birkaç analog kontrol döngüsü ile yapılandırılırdı; süreçlerin yüzlerce veya binlerce döngü gerektirdiği durumlarda, bunun yerine dağıtılmış bir kontrol sistemi (DCS) kullanılırdı. PLC'ler daha güçlü hale geldikçe DCS ve PLC uygulamaları arasındaki sınır bulanıklaşmıştır. ⓘ
Programlanabilir mantık röleleri (PLR)
Son yıllarda, programlanabilir mantık röleleri (PLR'ler) veya akıllı röleler olarak adlandırılan küçük ürünler daha yaygın ve kabul edilir hale gelmiştir. Bunlar PLC'lere benzer ve sadece birkaç I/O noktasına ihtiyaç duyulan ve düşük maliyet istenen hafif sanayide kullanılır. Bu küçük cihazlar genellikle birkaç üretici tarafından ortak bir fiziksel boyut ve şekilde üretilir ve düşük kaliteli ürün yelpazelerini doldurmak için daha büyük PLC üreticileri tarafından markalanır. Bunların çoğunda 8 ila 12 ayrık giriş, 4 ila 8 ayrık çıkış ve en fazla 2 analog giriş bulunur. Bu tür cihazların çoğunda basitleştirilmiş merdiven mantığını (belirli bir zamanda programın yalnızca çok küçük bir kısmı görülebilir) ve I/O noktalarının durumunu görüntülemek için küçük bir posta pulu boyutunda LCD ekran bulunur ve tipik olarak bu ekranlara 4 yönlü bir basmalı düğme ve VCR uzaktan kumandasındaki tuş düğmelerine benzer ve mantıkta gezinmek ve düzenlemek için kullanılan dört ayrı düğme daha eşlik eder. Çoğunda RS-232 veya RS-485 üzerinden kişisel bir bilgisayara bağlanmak için küçük bir fiş bulunur, böylece programcılar bu amaçla küçük LCD ve buton setini kullanmak zorunda kalmak yerine programlama için kullanıcı dostu (G)UI'lere sahip MS Windows, macOS veya Linux gibi genel amaçlı işletim sistemlerindeki basit uygulamaları kullanabilirler. Genellikle modüler ve büyük ölçüde genişletilebilir olan normal PLC'lerin aksine, PLR'ler genellikle modüler veya genişletilebilir değildir, ancak fiyatları bir PLC'den iki kat daha az olabilir ve yine de sağlam tasarım ve mantıkların deterministik yürütülmesini sunarlar. ⓘ
PLC'lerin uzak konumlarda kullanılan bir çeşidi de uzak terminal ünitesi ya da RTU'dur. Bir RTU tipik olarak düşük güçlü, sağlamlaştırılmış bir PLC'dir ve temel işlevi saha ile merkezi kontrol sistemi (tipik olarak SCADA) veya bazı modern sistemlerde "Bulut" arasındaki iletişim bağlantılarını yönetmektir. Yüksek hızlı Ethernet kullanan fabrika otomasyonunun aksine, uzak sahalara iletişim bağlantıları genellikle radyo tabanlıdır ve daha az güvenilirdir. Azalan güvenilirliği hesaba katmak için RTU mesajları arabelleğe alır veya alternatif iletişim yollarına geçer. Mesajları tamponlarken RTU her mesaja zaman damgası vurur, böylece saha olaylarının tam bir geçmişi yeniden oluşturulabilir. RTU'lar PLC'ler gibi çok çeşitli I/O'lara sahiptir ve tipik olarak birçok PLC, RTU ve DCS'de ortak olan IEC 61131-3 standardındaki dillerle tamamen programlanabilir. Uzak konumlarda, bir RTU'nun PLC için bir ağ geçidi olarak kullanılması yaygındır; burada PLC tüm saha kontrolünü gerçekleştirir ve RTU iletişimi yönetir, olayları zaman damgasıyla kaydeder ve yardımcı ekipmanı izler. Yalnızca birkaç I/O'ya sahip sahalarda RTU aynı zamanda saha PLC'si olabilir ve hem iletişim hem de kontrol işlevlerini yerine getirir. ⓘ
Giriş
İçinde bir mikroişlemcisi olup karmaşık sistemlerin programlanmasında kullanılabilir. PC'lerden en temel farkı sinyal girişlerinin ve çıkışlarının (İng: Input/Output) çalışma ve işlenme şeklinde ortaya çıkmaktadır. PLC'ler ilk olarak karmaşık röle sistemlerinin yükünü hafifletmek için çıkarılmış basit mantıksal (lojik) işlemleri yapan cihazlardı. Daha az yer kaplar ve ekonomiktir ⓘ
Özellikleri
Günümüzde diğer programlanabilir bilgisayarlarla arasındaki farklılıklar giderek azalmaktadır. PLC bir bakıma monitörü ve klavyesi bulunmayan bir bilgisayar gibidir. Bir diğer fark ise işletilecek verilerin gerçek ortamdan gelmesi ve sonuçların yine gerçek ortama analog veya sayısal (dijital) olarak gönderilmesidir. ⓘ
Mikroişlemcilerin maliyeti daha düşük olmasına rağmen, PLC'lerin tercih edilmelerinin sebebi; elektronik tasarım için harcanacak zamanı en aza indirmesidir. Aynı zamanda endüstriyel ortamların sahip olduğu zor koşullardan (manyetik alan, büyük sıcaklık farkları, toz vb.) etkilenmeden çalışabilen hazır çözümler olmalarıdır. ⓘ
Bir fabrikanın tüm otomasyon işlerini yüklenebilecek kadar Giriş/Çıkış sayısına sahip PLC'ler bulunmaktadır. Günümüzde geliştirilen modüler yapıdaki PLC'lere gerektiğinde ek giriş-çıkış modülleri, RS232, RS485, modem, ethernet gibi haberleşme modülleri eklenebilmektedir. Bu gibi özelliklerle mevcut yapı geliştirilebilmektedir. Ayrıca birçok modelde proses kontrolüne yönelik hazır ON-OFF (AÇ-KAPA), PID, Fuzzy (Bulanık) vb. tiplerdeki kontrolörler standart olarak bulunmaktadır. ⓘ
Programlama Yazılımı
PLC'ler sahadan ya da herhangi bir sistemden aldıkları bilgileri çalıştırdıkları yazılım aracığıyla değerlendirerek sahaya ya da bağlı oldukları sisteme çıkış sağlayan cihazlardır. Günümüzde en yoğun olarak kullanılan PLC yazılımı LADDER'dır. Bu yazılım ile elektrik şemasına benzer bir yapıda sistemin değerlendirilmesi mümkün olmaktadır. Piyasada bulunan farklı marka PLC'lerin Ladder yazılımları kendilerine özgü olmakla birlikte genel işleyiş mantıkları benzerdir. Ladder dışında kullanılan PLC yazılımlarını da ST(Structured text), FBD(Function block diagram), SFC (Sequential function), IL (Instruction list) olarak sıralayabiliriz. Günümüzde ise 5 farklı yazılımı da içeren IEC61131-3 standartlarına uygun yazılım paketi kullanıcılara kolaylık sağlamaktadır. ⓘ
Gelecek
Endüstride oldukça fazla kullanım alanı olan PLC'lerin hafızaları ve işlem kapasiteleri karmaşık prosesler karşısında yetersiz kalabilmekte, bu yüzden de gelişen teknoloji ile birlikte daha güçlü yapıya sahip endüstriyel PC'lere geçiş söz konusu olmaktadır. Günümüzde artık Endüstriyel PC olarak imal edilen PLC ler mevcuttur. Bunlar hem dokunmatik paneli üzerinde montajlı olan aynı zamanda bilgisayar aracılığı ile veya kendi üzerindeki kontrol üniteleriyle programlanabilmektedir. ⓘ