PLC-ket a világ minden pontján használnak különféle ipari és infrastrukturális alkalmazásokban.
A PLC-k az automatizált világ szürke eminenciásai, a vezérlő és a vezérlendő eszköz (gép, berendezés) közötti kapcsolatot a vezérlő kimeneti (Output) és bemeneti (Input) egységei (I/O egységek) segítségével valósítják meg. Magyar István, a Siemens Zrt. értékesítési vezetője és Barabás Zsolt, a Siemens Zrt. PLC-szakértője segít mellékletünk olvasóinak eligazodni a PLC-k világában.
A PLC mozaikszó az angol Programmable Logic Controller kifejezésből származik, jelentése programozható logikai vezérlő. Működését a vezérlő központi feldolgozó egysége (Central Processing Unit – röviden CPU) felügyeli. A vezérlendő folyamat állapotáról a bemenetekre érkező visszajelzések tájékoztatják a központi egységet, amely a kimeneteken keresztül vezérli a folyamatot. A bemenetekre érkező jelzések különböző érzékelőktől származnak, míg a kimenetek beavatkozó szerveket működtetnek. Az első PLC-k a huzalozott relés vezérlések kiváltására készültek. A mai PLC feladata már nemcsak a vezérlés és szabályozástechnikai algoritmusok ellátása, hanem rengeteg további funkcióval bővültek a generációk fejlődése során. Ilyen funkció például a felhőalapú adatnaplózás, vagy a mesterséges intelligencián alapú döntési rendszerek megvalósítása.
Az autóipar és a gépipar meghatározó fejlesztési lehetőségeket teremtettek a PLC-k számára, ugyanakkor a vegyipar, a gyógyszeripar, az élelmiszeripar mindig is nagyon komoly bázisát adták az automatizálási alkalmazásoknak.
PLC-k története
A tranzisztoroktól a digitális gyárakig tart a PLC története. Az automatizálási technológia az ipari termelés gerince: termelékenyebbé, hatékonyabbá, megbízhatóbbá és gyorsabbá teszi a létesítményeket. A SIMATIC márkanév 1958-as bevezetésével a Siemens megalapozta az automatizálási technológia alapjait, létrejött az első tranzisztoros vezérlés, ami már nem mágneskapcsoló volt, nem mechanikus kódtárcsa, hanem már félvezető technológián alapuló vezérlő. Ez germánium tranzisztorokkal működött, és huzalozott vezérlések voltak. Az elektronika fejlődésével először szilícium tranzisztor, majd integrált áramkör alapú vezérlések jelentek meg. Az áttörést 1979-ben a SIMATIC S5 PLC család hozta meg. Az S5 PLC-k már tényleg kifejezetten ipari vezérlésre voltak kifejlesztve, megjelentek a mai napig használatos PLC programozó nyelvek (utasításlista, létralogika, funkcióblokk diagram). A STEP5, programozói környezet, ami már PC-s környezetben is futott, iparági sztenderdet teremtett. A változással megjelent egy új szakma, a PLC programozó. Már nem az elektromos tervező villamosmérnökök konfigurálták a vezérlési algoritmusokat, a feladatok megvalósításához informatikai ismeretek is szükségesek voltak. Megjelentek a korai buszrendszerek, a különálló technológiai egységek hálózatba illesztése valamint az igény a vizualizációra. Az S5 PLC-ket több mint 30 évig gyártották, itthon még 2015- ben is adtak el belőlük új telepítésű rendszerekhez. Az S7-es sorozatot 1995.-ös piaci bevezetése során (Magyarországon egyébként 1996-ban történt meg a bemutatása) megjelent egy teljesen új platform, a STEP7 programozói környezet és a közkedvelt S7 300 és S7 400 PLC családok. Jelentős változás abban volt, hogy a buszrendszer szerves alapja lett az új irányítástechnikai rendszernek.
Magyar István névjegy
27 éve csatlakozott a Siemenshez. Az első 12 évben mint értékesítő mérnök tevékenykedett a hazai piacon, utána az értékesítési tevékenység mellett átvette az automatizálási terület vezetését. Ebben a munkakörben az automatizálási terület értékesítési stratégia kidolgozása mellett a futó és az újonnan megjelenő termékekhez tartozó értékesítési és promóciós tevékenység koordinálását végzi. Tevékenysége 10 éve kibővült a végfelhasználói és rendszerintegrátori értékesítési csatorna vezetésével, ahol az ipari digitalizációs szektor teljes portfóliójának a hazai értékesítését koordinálja. A szakember a diplomáját a Budapest Műszaki Egyetem villamosmérnöki karán szerezte. A Siemens előtt automatizálási termékek fejlesztésével és projektek kivitelezésével foglalkozott.
Barabás Zsolt névjegy
11 éve dolgozik a Siemens Zrt.-nél. Fő szakterülete az automatizáláson belül is a PLC-k, a biztonsági PLC-k és a HMI kijelző panelek. Diplomáját a Budapesti Műszaki Főiskola Műszertechnológiai Intézetében számítógépes folyamat automatizáláson szerezte, egy Erasmus ösztöndíjjal kiegészítve a Furtwangeni Főiskolán. Több mint 20 éves tapasztalattal rendelkezik automatizálási projektek megvalósításában.
Vezérlések jellemzői
A PLC-k a vezérlési funkciókat programként tárolják a CPU moduljuk memóriájában. A SIMATIC programozása a STEP 7 (korábban STEP 5) programozószoftver vagy más gyártó által készített szoftver segítségével történhet. Az automatizálási rendszer moduláris, a CPU mellett különféle digitális és analóg I/O modulokkal, valamint előfeldolgozó, kommunikációs vagy intelligens modulokkal is bővíthetők a SIMATIC PLC-k. A modulokkal (kártyákkal) közvetlenül a CPU-k is bővíthetők, de ezeknek a hálózati elérése is megvalósítható. A SIMATIC S7 vezérlők jellemzője a tűrőképességük az elektromágneses zavarokkal (az EMC irányelv előírásainak megfelelően) és a környezeti viszonyokkal szemben (0-+60 ⁰C tolerálása működés közben). Ezek a rendszerek jól konfigurálhatók és bővíthetők, a termékcsaládokon belül többnyire szoftverkompatibilisek.
Automatizálási rendszerek
Már a 90-es évek végén a végfelhasználók a teljes technológiát egy automatizálási rendszerbe tudták fogni. A nyersanyag beérkeztetése, a gyártási technológia, illetve utána a késztermékkel kapcsolatos tevékenységek külön automatizálási feladatok, de az ügyfél szempontjából ezek szervesen összetartoznak. A buszrendszerek ezek összekötését jelentették, ilyen terepi buszrendszer a PROFIBUS, majd az Ethernet technológiát használó PROFINET. Ezek tették lehetővé, hogy ténylegesen egy teljesen integrált automatizálási rendszert tudjon valaki létrehozni. És itt már fejlődniük kellett a programozóknak is nagyon erősen, nagyon komoly számítástechnikai ismeretekkel, hálózati ismeretekkel kellett rendelkezniük, így magasabb szintre emelkedett a programozói munka. A PLC-k fejlődése tehát egyre jobban az IT oldalt is érintette már. Ezek a rendszerek évtizedek óta élnek, a mai napig is aktívak, lehet találkozni 40 éves S5-ökkel.
A SIMATIC S7 PLC-k és a STEP 7 programozószoftverek Németországban a legszélesebb körben elterjedt vezérlők (35%), de világszerte is egyfajta standardként alkalmazzák ezeket.
A siker útja: TIA PORTAL
A korszerű fejlesztési irányokat követve a 2010-es évben a Siemens az S7 PLC sorozat egy új fejlesztésű tagjával, az S7 1200 PLC családdal jelent meg a piacon. Az eszközhöz a Siemens létrehozott egy új fejlesztői környezetet, a Totally Integrated Automation PORTAL (TIA PORTAL) platformot. A PC-n futtatható alkalmazás tartalmazza a fejlesztéshez szükséges információkat az újonnan megjelent S7 1200 és S7 1500 PLC, és a korábban bevezetett S7 300 és S7 400 PLC család minden tagjáról, a központi egységek lehetséges bővítéseiről, valamint a működési folyamatok megjelenítésére és felhasználói beavatkozásra lehetőséget nyújtó képernyőpanelekről. Az új fejlesztési irányzatoknak megfelelően a program lehetőséget nyújt a különböző eszközök programozására, a velük kiépített hálózatok paraméterezésére, a felhasználói felület kialakítására, az elkészült program diagnosztizálására és letöltésére. A TIA PORTAL fejlesztése nem zárult le, nemcsak egy egyszerű PLC programozói eszközről beszélünk, hanem az első olyan mérnöki szoftver, ami egy közös szoftverben egyesíti a villamos hajtások, PLC-k, megjelenítőpanelek sokaságát, illetve az OPENESS programcsomaggal egyszerű összekapcsolódást kínál más szoftverek felé, akár egy tervezőprogramról vagy egy más adatbázisról beszélünk.
Iparági szegmensek
A PLC-ket az ipari vezérléstechnikában használják leginkább, úgynevezett diszkrét vagy folyamatos technológiát alkalmazva. Rengeteg felhasználási területük van, gyakorlatilag a gyáraktól a közlekedési lámpákig, a sípályafelvonóktól az okos otthonokig bárhol előfordulnak. A szakma megkülönbözteti a diszkrét és a folyamatos alkalmazástechnológiát. A diszkrét alkalmazásra példa, amikor összeszerelés, megmunkálás történik, tehát egy autógyár, palacktöltés az üdítőital-gyártásnál diszkrétnek minősül. Emellett megkülönböztetjük az úgynevezett folyamatos technológiát például ilyen: a gyógyszergyártás, a kazántechnológia, amikor folyamatosan működik a berendezés, itt kicsit már mások a követelményrendszerek – tudjuk meg Magyar Istvántól, a Siemens Zrt. értékesítési vezetőjétől és Barabás Zsolttól, a Siemens Zrt. PLC-szakértőjétől. A diszkrét technológiák tipikusan PLC bázison alapulnak. A folyamatos technológiákat a nagykönyv szerint DCS folyamatirányító berendezésekkel kellene megoldani, de régen jóval élesebb volt a határ, ma már nincs ilyen éles különbség, itt is alkalmaznak PLC-ket. A Siemens a PLC-k területén iparági sztenderdeket teremtett, de nyitott más iparági megoldások felé, mint például a Modbus, ami például az S7 1200 és az S7 1500-as PLC-k sikerét hozta Magyarországon. Az összes termékbe nagyon könnyen lehet ezeket implementálni, ezzel gyakorlatilag a magyar fejlesztésű frekvenciaváltókhoz, teljesítménymérőkhöz a Siemens berendezések tökéletesen illeszkednek. Az ipari alkalmazások nagy többségében szükség lehet arra, hogy a vezérlőberendezés rugalmas legyen. Sok esetben lehet feltétel, hogy egy gyártmány opcionális tulajdonságokkal rendelkezzen és így igény szerinti eltérések legyenek az egyes berendezések között. Másik lehetőség, amikor a már működő berendezést kell módosítani például az alkalmazásának megváltozása miatt. Ilyen eset fordulhat elő, amikor egy automatikus gyártósort átállítanak egy másik termékre.
Technológiai kontroll
A PLC fejlődésére nagy hatással volt az autóipar. Több neves autógyárral van kapcsolatban a Siemens, Magyarországon az autógyáraknál hangsúlyosan jelen vagyunk ahogy ezen ökoszisztémákban is. Vannak olyan fejlesztések, amik például csak autógyáraknak érhetőek el. Ilyen például az extrém nagyméretű 40 col feletti kijelzők (az átlag kijelzőink 22 colnál befejeződnek). Ezentúl is rendkívül kiterjedt területen dolgozunk az iparban. A szennyvízágazatban, ivóvízellátásban, élelmiszeriparban, agráriumban, beleértve a takarmánykeverőket, vagy gabonasilók vezérlését, és akár egy összeszerelő üzemben, egy tesztelő gépsoron, tehát a diszkrét folyamatokban mind-mind jelen vagyunk. Folyamatos technológiákban, gyógyszergyárakban, oldatkészítésnél, injekciókészítésnél, vagy akár az üdítőital-gyártásnál, illetve erőművi technológiákban is jelentős a piaci részesedésünk ezekkel a berendezésekkel. Ami nagyon fontos, hogy ezeknek a vezérlőknek a feladata a technológiák kontrollálása, vezérlése és szabályozása – húzták alá a Siemens szakértői.
Elterjedtté vált, hogy ma már nem feltétlenül villamosmérnökök vagy villanyszerelők programoznak PLC-t, létrejöttek a magas szintű nyelvek, például „Pascal vagy C” közeli nyelven is lehet programozni, ami segíti az adott felhasználók munkáját.
Biztonsági vezérlések
A gépgyártásban használt vezérlések nem új keletűek, már 25 évvel ezelőtt fejlett volt ez a terület, a folyamatos technológiák vonzották azoknak a speciális eszközöknek a fejlesztését, amelyek már nemcsak arra voltak alkalmasak, hogy általános technológiát irányítsanak, hanem azokat a speciális igényeket is kielégítették, amelyek már a biztonsági vezérlők területe. Nagyon sok esetben a gépgyártásnál, illetve a folyamatos technológiai területeken is vannak olyan résztechnológiák, amelyek megkövetelik a biztonsági vezérlők használatát, ez azt jelenti, hogy különböző hibák esetén a technológiának meghatározott állapotban kell megállnia. Ezeket a biztonsági működéseket a különböző szakhatóságok előírják, illetve speciális eszközök, úgynevezett „safety” eszközök szükségesek a végrehajtásukhoz. A biztonsági vezérlők olyan különleges rendeltetésű eszközök, amelyek kritikus vezérlést és biztonságot nyújtanak potenciálisan veszélyes folyamathelyzetekben. Kifejezetten a kockázatok csökkentésére és a biztonsági követelmények teljesítésére tervezték őket. A folyamatos technológiák igényelték, illetve indukálták a redundáns rendszerek kifejlesztését, ami egyébként már a SIMATIC S5-ös világban is létezett. A rendelkezésre állás számos folyamattechnikai létesítményben kimagasló szerepet játszik. A berendezésrészek vagy akár csak az egyik komponens rövid idejű üzemszünete a termelés költséges leállását is okozhatja. Ezzel szemben a hosszú üzemi élettartamú redundáns rendszer biztonságot nyújt, szükség esetén szélsőséges környezeti feltételek esetén is. A redundáns rendszer nagy megbízhatóságú rendszerre utal, ami lehetővé teszi, hogy egyszeres vagy esetleg többszörös hibáknál is maga az automatizálási eszköz működőképes maradjon. Ezeket úgy végzik, hogy redundánssá, tehát duplikálttá teszik a tápegységeket, CPUkat, kommunikációs hálózatokat, illetve a technológiai eszközöket, technológiai csatoló modulokat. És itt a duplikáció nem úgy értendő csak, hogy kétszeres hardver van, hanem egy olyan koordinált átkapcsolást tesz lehetővé, ami zökkenőmentes technológiai tovább működést tesz lehetővé. Gondoljunk csak arra, amikor például egy gyógyszeripari technológiánál, vagy mondjuk egy vegyipari technológia során, ahol óriási a termelési érték, ami benne van éppen a folyamatban, ha koordinálatlanul leáll a technológia, akkor rendkívül nehéz az újraindítás, például beleköt az anyag a berendezésbe. Lehet, hogy berendezést kell cserélni, tehát azt lehet mondani, hogy felbecsülhetetlen érték a termelési érték ahhoz képest, amivel irányítani kell. Akár több százszorosa az automatizálási eszköz értékének, maga az, amit előállítanak, vagy amekkora kárt okozhat az, hogy ha leáll koordinálatlanul a technológiai folyamat. A biztonsági vezérlőket az idő előrehaladtával, az egyes technológiai folyamatok vagy ipari szerkezetek igényei alapján fejlesztették ki, mára ezek az eszközök már nagyon komoly fejlettségi szintet értek el és nélkülözhetetlenek a működési folyamatokban.
PLC-k a jövőben
A PLC-k mára túlhaladták azt a feladatot, amire eredetileg tervezték őket. Történelmi távlatból a PLC-k, a relés hálózatok kiváltására lettek tervezve, de ezt már túlnőttük. – mondja Magyar István, a Siemens Zrt. értékesítési vezetője és Barabás Zsolt, a Siemens Zrt. PLC-szakértője. Ennek oka, hogy az alapvető PLC-s nyelv a létra logikán alapul. A programozható logikai vezérlők (PLC-k) a logikai utasítások eredményei alapján hoznak döntéseket. Nagyon fontos az, hogy a nyelvek rohamosan fejlődnek. Egyre közeledünk a valós programozáshoz, már nemcsak létralogikai nyelven programozunk, hanem a „PC-s világban” elterjedt strukturált nyelven, ami egy Pascal vagy C szintű programozást jelent. Megjelent az úgynevezett objektumorientáltság, és ma már nem az a fő irány, hogy mindent leprogramozunk, hanem próbálunk objektumokat, funkciókat fejleszteni, ezeket példányosítani, és ezeket újra felhasználni. Ezzel költséget csökkentünk, biztonságot növelünk, és olvashatóbbá tesszük a kódot. Ami a klasszikus szoftverfejlesztésben megjelent, az gyűrűzött be az elmúlt években a PLC programozási technológiába, és ez változatlanul halad tovább az úton. A másik fontos tényező, hogy egyre nagyobb az adatkiszolgálási igény. Amíg régen kiolvastunk 100-200 adatot egy PLC-ből, ma már integráljuk az irányítási technológiákba a felső szintű adatkapcsolatot. Egyre közeledik az irányítástechnika világa az informatika világához. Ez valószínűleg a jövőt is meghatározza majd.
Mindennapi gyakorlatok
Olyan helyeken is használnak PLC-ket, mint például pálinkafőzde, fagyigyár, csokigyár, üdítőitalok gyártása. Már a tervezés idején bekapcsolódunk a munkálatokba, de sokszor már meglévő technológiákat alakítunk át. Ez úgy történik, hogy van egy technológiai igény a gyártó részéről. Például a technológusok meghatározzák azt, hogy egy szivattyút mikor kell járatni. A hőkezelést mikor kell indítani, mikor kell injektálni. Ehhez jön a technológiai tervezés, a gépész tervezés, az átalakítás, a szerelvények beépítése, a szivattyúkiválasztás, és utána jön a villamostervezés, ami ezeket a gépészeti elemeket adaptálja magához a berendezéshez. Utána jön a PLC programozó, aki tulajdonképpen megvalósítja azt, amiért az előtte lévő 100- 200 ember dolgozott. Tehát PLC programozó nélkül nem indul el a gyártási folyamat. Érdekesség még, hogy valamennyi PLC-s kolléga előbb-utóbb specializálódik egy-egy területre. Valaki például a gyártósorok helyett inkább logisztikával foglalkozik. Az intralogisztika most nagyon kiemelt terület, sok automata raktár épül, ami egy teljesen új és izgalmas területe a vezérléstechnikának. De mondhatunk példákat az otthoni felhasználásra is, ahol PLC vezérli az egyre népszerűbb úgynevezett okos otthonokat. Kezdve az öntözőrendszerrel, az árnyékolókkal, de ide tartozhat a tűzvédelem és a szellőztetőrendszerek irányítása is.
Megbízható partnerek
A PLC sikerében a Siemens partnerei jelentős szerepet vállalnak, ők építik be, ők programozzák a berendezéseket, ők azok, akik tevékenyen részt vesznek a felhasználói környezetbe való beillesztésükbe. „Mi adunk egy terméket, adunk egy szoftvert, és természetesen, ami nagyon fontos, különböző támogatást a partnereinknek, hiszen, ha bármi gondjuk van, nyugodtan fordulhatnak hozzánk. Van külön support részlegünk, egy műszaki támogatói csapatunk, akik mintaprogramokkal vagy a hardvertervezésben tudnak segíteni, akár kis mintakódokkal, akár úgy, hogy a kollégák kimennek a helyszínre.
A Siemens nagyon komoly szervizháttérrel rendelkezik, ami akár a villamoshajtás technika, akár a PLC technikát jelenti. Tehát, ha valaki vásárol, illetve bekerült hozzá egy Siemens berendezés, akkor amiben tud, segít maga a magyarországi Siemens. Sok partnerrel rendelkezésre állási szerződésünk van, és rendszeres karbantartási szerződésünk, amelynek része a megelőző karbantartás. Nem csak akkor kell hívni a szervizt, amikor már gond van, hanem képesek vagyunk megelőzni a meghibásodást. Ennek nagyon fontos része a retrofit, hiszen ezeknek az elektronikáknak is van életciklusa, amint az természetes, hogy adott futott kilométer után olajat cserélünk az autóban, ezekben a berendezésekben is hasonlóan „olajat” kell cserélni bizonyos időközökben. Tehát ütemezni lehet a szükséges cserét, vagy karbantartást. A régi PLC-knél nagyobb igény volt a karbantartásra, elemet cserélni, esetleg a mozgó alkatrészek, például a ventilátorok cseréje is szükségessé vált. Az új, modern eszközöknél, ezek már nem jellemzőek, hiszen itt nagyon sok esetben nincs mozgó alkatrész, nincsenek elemek, amik a memóriatartalmat tárolják. Karbantartást kevésbé igényelnek az újabb eszközök, de teszteket igen, amik felderíthetik a hibákat. Itt is inkább távdiagnosztikai és távteszteket futtatnak le, és úgy lehet érzékelni a működésüket, és hogy megfelelően működik-e az általuk irányított rendszer” – zárja gondolatait Barabás Zsolt.
Szöveg: Mészáros Zsolt, MM Műszaki Magazin főszerkesztő
