Өнеркәсіптік автоматтандыру қолданбалары үшін OpenPLC көмегімен математикалық операциялар

Бағдарламаланатын логикалық контроллерлер қарапайым қосу/өшіру шешімдерін орындаудан әлдеқайда көп нәрсе істейді. Қазіргі заманғы автоматтандыру жүйелері шикі сенсор сигналдарын инженерлік бірліктерге түрлендіру, процесс айнымалыларын реттеу, өндіріс деректерін қадағалау, тиімділік көрсеткіштерін есептеу және нақты уақыттағы басқару шешімдерін қолдау үшін үнемі математикалық есептеулер жүргізеді.

Орау машинасын басқару, су тазарту қондырғысын бақылау, өндіріс желісін іске қосу немесе таралған процесс жүйесін басқару болсын, математикалық функциялар өнеркәсіптік автоматтандырудың негізгі құрамдас бөлігі болып табылады.

OpenPLC инженерлерге осы есептеулерді басқару бағдарламасының ішінде тікелей орындауға мүмкіндік беретін арифметикалық функция блоктарының кең жинағын ұсынады. Жеке нұсқаулар қарапайым көрінгенімен, олардың практикалық қолданылуы өнеркәсіптің барлық салаларына таралған.

Аналогтық бергіштерді масштабтаудан бастап өндіріс өткізу қабілетін есептеуге дейін математикалық операциялар шикі деректерді операторлар мен басқару жүйелері қолдана алатын мағыналы ақпаратқа айналдыруға көмектеседі.

OpenPLC ашық бастапқы платформа болғанымен, сол математикалық ұғымдар коммерциялық автоматтандыру жүйелеріне де қатысты, оның ішінде Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7, ABB PLC жүйелері және қазіргі заманғы өндіріс орындарында кездесетін көптеген басқа өнеркәсіптік контроллерлер.

Осы нұсқаулардың қалай жұмыс істейтінін түсіну қолданылатын PLC платформасына қарамастан құнды.

Өнеркәсіптік автоматтандыруда математикалық функциялардың маңызы

Көптеген жаңа PLC бағдарламалаушылар бастапқыда контроллерлерді моторларды іске қосу, клапандарды белсендіру немесе батырмаларға жауап беру сияқты дискретті логикалық операциялармен байланыстырады. Бұл функциялар маңызды болғанымен, өнеркәсіптік автоматтандырудың үлкен бөлігі сандық есептеулерге негізделген.

Күн сайын PLC мыңдаған математикалық операцияларды орындайды, оның ішінде:

• Температураны түрлендіру
• Қысым есептеулері
• Ағын өлшемдері
• Резервуар деңгейін бақылау
• Мотор жылдамдығын есептеу
• Өндіріс санын есептеу
• Энергия тұтынуды қадағалау
• Сапаны бақылау өлшемдері
• Процесті оңтайландыру алгоритмдері
• Жабдықтың жұмыс өнімділігін бақылау

Математикалық нұсқауларсыз өнеркәсіптік контроллерлер тек қарапайым релелік ауыстыру функцияларымен шектелетін еді.

Қазіргі заманғы автоматтандыру жүйелері үнемі процесс жағдайларын бағалап, ақылды операциялық шешімдер қабылдай алатын қуатты нақты уақыттағы есептеу платформалары ретінде қызмет етеді.

Бұл мүмкіндік PLC жүйелерін Өнеркәсіптік HMI платформаларымен, SCADA бағдарламалық қамтамасыз етуімен, тарихшылармен және кәсіпорын есеп беру жүйелерімен біріктіру кезінде ерекше маңызды болады.

Дәл математикалық есептеулер операторларға сенімді ақпарат алуды және басқару шешімдерінің мағыналы инженерлік деректерге негізделуін қамтамасыз етеді.

PLC есептеулерін орындамас бұрын деректер түрлерін түсіну

Жеке математикалық функцияларды қарастырмас бұрын, PLC бағдарламалауындағы деректер түрлерінің рөлін түсіну маңызды.

Әрбір математикалық операция контроллер қолданатын деректер форматына тәуелді.

OpenPLC бірнеше жалпы сандық деректер түрлерін қолдайды, соның ішінде бүтін және қалқымалы нүктелі сандар.

Ең жиі қолданылатын түрлер мыналар:

• INT (16-биттік бүтін сан)
• DINT (32-биттік бүтін сан)
• REAL (қалқымалы нүктелі мән)

Әр деректер түрінің өз мақсаты бар.

Бүтін сандар тиімді және аз жадыны қажет етеді, сондықтан олар өндіріс есептері, машина күйі және бүтін сандармен есептеулер үшін қолайлы.

REAL мәндері ондық дәлдікті қамтамасыз етеді және температура, қысым, ағын жылдамдығы және жылдамдық өлшемдері сияқты процесс айнымалылары үшін кеңінен қолданылады.

OpenPLC-дің бір артықшылығы — деректер түрлерін қатаң өңдеуі.

Орындау кезінде мәндерді автоматты түрде түрлендіретін кейбір PLC платформаларынан айырмашылығы, OpenPLC математикалық операциялар барысында деректерді біркелкі пайдалануды ынталандырады.

Бұл тәсіл күтпеген нәтижелерді азайтуға және бағдарламаның сенімділігін арттыруға көмектеседі.

Мысалы, бүтін және қалқымалы нүктелі есептеулерді араластыру дөңгелектеу қателерін тудыруы мүмкін, оларды ақаулықтарды жою кезінде анықтау қиынға соғады.

Деректер түрлерінің біркелкі сақталуы автоматтандыру жүйесінде болжамды есептеу нәтижелерін қамтамасыз етеді.

1-сурет. OpenPLC өнеркәсіптік автоматтандыру есептеулері үшін арифметикалық функция блоктарының кітапханасын қамтиды.

Математикалық операциялар нақты өнеркәсіптік процестерді қалай қолдайды

Өнеркәсіптік нысандар шикі сенсор мәндерін тікелей сирек қолданады.

Көптеген өріс құрылғылары пайдалы процесс ақпаратына айналмас бұрын түрлендіруді қажет ететін электр сигналдарын шығарады.

Қысым бергіш 0-ден 100 psi дейінгі диапазонды білдіретін 4-20 мА сигналын шығара алады. Температура бергіш 0°C пен 400°C аралығындағы температураларды көрсете алады. Ағын өлшегіш операторлар дұрыс түсінуі үшін масштабтауды қажет ететін мәндерді бере алады.

Математикалық нұсқаулар бұл түрлендірулерді автоматты түрде орындайды.

PLC шикі деректерді қабылдап, арифметикалық операцияларды қолданады және дисплей, басқару, дабыл және есеп беру үшін мағыналы инженерлік мәндерді шығарады.

Бұл процесс үздіксіз жүреді, көбінесе секунд сайын мыңдаған рет.

Өнеркәсіптік операциялар деректерге негізделген сайын, математикалық өңдеу қазіргі PLC платформаларында орындалатын ең маңызды функциялардың бірі болды.

Қосу (ADD) функция блогы

Қосу OpenPLC-де қолжетімді ең негізгі математикалық операцияны білдіреді. Қарапайым болғанымен, қосу өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелерінде маңызды рөл атқарады.

ADD функция блогы екі немесе одан көп сандық мәндерді біріктіріп, бір шығыс нәтижесін шығарады.

Инженерлер қосуды жиі пайдаланады:

• Өндіріс санын толықтыру
• Жиынтық ағынды есептеу
• Сенсор өлшемдерін біріктіру
• Жұмыс уақытын жинақтау
• Энергия тұтынуды бақылау
• Пакеттік өндіріс деректерін басқару

2-сурет. ADD функция блогы бірнеше сандық мәндерді бір есептелген нәтижеге біріктіреді.

Өндірісті есептеу өнеркәсіпте кең таралған қолданба.

Көптеген станциялардан тұратын орау желісін елестетіңіз. Әр станция ауысымда өңделген өнімдер санын тіркейді. ADD нұсқауы осы мәндерді біріктіріп, оператор интерфейсінде көрінетін жалпы өндіріс санын жасай алады.

Энергияны бақылау жүйелері бірнеше машина немесе өндіріс аймақтарындағы жалпы электр тұтынуды есептеу үшін ұқсас әдістерді пайдаланады.

Процесс салаларында қосу функциялары көбінесе бірнеше ағындар жалпы процесс бірлігіне қосылатын ағынды толықтыру қолданбаларын қолдайды.

Азайту (SUB) функция блогы

Қосу мәндерді біріктірсе, азайту екі сандық мөлшер арасындағы айырмашылықты анықтайды. SUB функция блогы өнеркәсіптік автоматтандыруда ең жиі қолданылатын арифметикалық нұсқаулардың бірі, себебі көптеген басқару шешімдері ауытқуларға, ығысуға және қате есептеулерге тәуелді.

Процесс басқару орталарында инженерлер нақты процесс мәнін қажетті баптау мәнімен жиі салыстырады. Бұл екі мән арасындағы айырмашылық процесс қатесін білдіреді.

Бұл қате есептеу көптеген автоматты басқару стратегияларының негізін құрайды.

Азайтудың жалпы өнеркәсіптік қолданбалары:

• Баптау мәні мен процесс мәнін салыстыру
• Температура ауытқуын бақылау
• Резервуар қорын есептеу
• Өндіріс мақсаттарын бақылау
• Сапа төзімділігін талдау
• Материал тұтынуды есептеу
• Орналасу қатесін есептеу

3-сурет. SUB нұсқауы екі мән арасындағы айырмашылықты есептейді және процесс қатесін анықтауда жиі қолданылады.

Температураны басқару қолданбасын қарастырыңыз. Процесс реакторына 180°C мақсатты температура қажет болуы мүмкін. Егер нақты температура 172°C болса, контроллер 8°C қателігін есептейді.

Бұл ақпарат содан кейін қанша жылу энергиясы қолданылуы керектігін анықтайтын басқару алгоритміне берілуі мүмкін.

Азайту өндіріс басқару жүйелерінде де кеңінен қолданылады.

Мысалы, егер өндіріс тапсырысы 10 000 бірлікті талап етсе және ағымдағы сан 7 350 бірлік болса, қалған санды SUB нұсқауын пайдаланып бірден есептеуге болады.

Бұл қарапайым есептеулер автоматтандыру жүйелері нақты уақыттағы өндіріс панельдері мен өнімділік есептерін жасағанда маңызды болады.

Көбейту (MUL) функция блогы

Көбейту PLC бағдарламалауында ең қуатты математикалық операциялардың бірі болып табылады, себебі ол инженерлерге процесс мәндерін масштабтап, түрлендіруге және өзгертуге мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптік автоматтандыруда шикі сенсор сигналдары сирек инженерлік бірліктерге тікелей сәйкес келеді.

Деректер мағыналы болмас бұрын масштабтау коэффициенттері қолданылуы керек.

MUL нұсқауы осы масштабтау қатынастарын қолданудың қарапайым әдісін ұсынады.

Жиі қолданылатын салалар:

• Аналогтық сигналды масштабтау
• Инженерлік бірліктерді түрлендіру
• Өндіріс жылдамдығын есептеу
• Машина жылдамдығын есептеу
• Энергия тұтынуды талдау
• Ағын коэффициентін есептеу
• Торктің бағалануы

4-сурет. Көбейту PLC бағдарламаларына сенсор кірістерін масштабтап, инженерлік мәндерді есептеуге мүмкіндік береді.

Қысым бергіш 0-ден 100-ге дейінгі сандық мәнге түрлендірілген сигнал шығарады деп елестетіңіз. Егер процесс есептеуі бұл мәнді басқа инженерлік ауқымға айналдыруды талап етсе, көбейту қажетті масштабтау коэффициентін қолдана алады.

Көбейту өндіріс аналитикасында да маңызды рөл атқарады.

Конвейер жүйесі әр минутта сенсор арқылы өтетін өнімдердің санын бақылай алады. Бұл мәнді өнімнің салмағымен көбейту PLC-ге материал ағынын автоматты түрде есептеуге мүмкіндік береді.

Өндірістік нысандар тиімділікті бақылау және өндіріс өнімділігін оңтайландыру үшін осы есептеулерге көбірек сенеді.

Қазіргі жүйелер Өнеркәсіптік HMI платформаларымен және өндіріс есеп беру бағдарламаларымен біріктіріліп, көбейту негізіндегі есептеулерді оператор панельдері мен басқару есептерін жасау үшін жиі қолданады.

Сенсор масштабтау: PLC-дің ең маңызды математикалық қолданбаларының бірі

Барлық өнеркәсіптік автоматтандыру есептеулері арасында сенсор масштабтау ең көп таралғандардың бірі болып табылады.

Дәлелденген әрбір процесс объектісі аналогтық өлшемдерге сүйенеді.

Бұл өлшемдер көбінесе келесі жерлерден шығады:

• Қысым бергіштер
• Ағын бергіштер
• Температура сенсорлары
• Деңгей бергіштер
• Діріл мониторинг жүйелері
• Қуат мониторингі жабдықтары
• Жылдамдық кері байланыс құрылғылары

Бұл құрылғылар шығарған шикі мәндер әдетте операторлар оларды дұрыс түсіну үшін арифметикалық өңдеуді қажет етеді.

Масштабтау есептеулері көбінесе көбейту және бөлу нұсқауларын бірге қолдануды қамтиды.

Мысалы, деңгей бергіш 0-ден 32767-ге дейінгі мәнді шығара алады. PLC бұл мәнді мағыналы резервуар деңгейінің пайыздық көрсеткішіне айналдыруы керек.

Бұл түрлендіру процесі арифметикалық функция блоктарына қатты тәуелді.

Осы есептеулерсіз операторлар пайдалы процесс ақпаратының орнына мәнсіз сандық мәндерді көрер еді.

Бөлу (DIV) функция блогы

Бөлу - өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелерінде кеңінен қолданылатын тағы бір маңызды арифметикалық операция.

Көбейту мәндерді масштабтау коэффициенті бойынша арттырса, бөлу керісінше мәндерді пропорционалды түрде азайтады.

DIV нұсқауы қатынастар, орташа мәндер, түрлендірулер және инженерлік бірліктерді қамтитын есептеулерде жиі кездеседі.

Қалыпты өнеркәсіптік қолданбаларға мыналар жатады:

• Бірліктерді түрлендіру есептеулері
• Орташа мәндерді есептеу
• Тиімділікті талдау
• Өндіріс жылдамдығын есептеу
• Ағынды қалыпқа келтіру
• Жылдамдық түрлендірулері
• Өнімділік көрсеткіштері

5-сурет. Бөлу инженерлік бірліктерді түрлендіру және өнімділік есептеулерінде кеңінен қолданылады.

Орташа өндіріс жылдамдығын есептеу - кең таралған мысал.

Егер өндіріс желісі сегіз сағаттық ауысымда 12 000 бірлік шығарса, жалпы өндірісті жұмыс сағаттарына бөлу сағатына орташа 1 500 бірлік өндіріс жылдамдығын береді.

Операциялар менеджерлері бұл ақпаратты жабдықтың жұмысын бағалау және процесс жақсарту мүмкіндіктерін анықтау үшін жиі пайдаланады.

Бөлу сонымен қатар ағын жылдамдықтары, концентрация өлшемдері және энергия тұтыну көрсеткіштерін қамтитын процесс инженериясының есептеулерінде маңызды рөл атқарады.

Бұл есептеулер заманауи өндірістік кәсіпорындардағы операциялық тиімділік пен тұрақтылық бастамаларын қолдайды.

Айнымалы жиілікті драйвер қолданбаларының математикасы

Айнымалы жиілікті драйверлер (VFD) арифметикалық есептеулердің маңызды саласы болып табылады.

Көптеген өнеркәсіптік драйвер жүйелері жылдамдық сілтемелерін пайыздар, жиіліктер немесе инженерлік бірліктер түрінде пайдаланады.

PLC жиі командаларды драйверге жібермес бұрын математикалық түрлендірулерді орындайды.

Мысалы, оператор HMI арқылы конвейер жылдамдығын минутына 45 метр деп енгізуі мүмкін. PLC бұл инженерлік мәнді драйверге сәйкес жиілік командасына түрлендіруі керек.

Бұл түрлендіру көбінесе көбейту және бөлу нұсқауларын біріктіруді талап етеді.

Айнымалы жиілікті драйверлер, сервожүйелер және қозғалысты басқару платформаларын қамтитын қолданбалар дәл арифметикалық өңдеуге қатты тәуелді, бұл машинаның дәл жұмысын қамтамасыз етеді.

Тіпті кішкентай есептеу қателері жылдамдықты реттеу, позиция дәлдігі және жалпы машина тиімділігінде айтарлықтай айырмашылықтар тудыруы мүмкін.

Модуло (MOD) функция блогы

OpenPLC жүйесіндегі қолжетімді математикалық нұсқаулар арасында MOD функциясы жаңа бағдарламашылар үшін жиі ең аз түсінілетіндердің бірі болып табылады. Алайда, тәжірибелі басқару инженерлері машинаның реттілігі, индекстеу операциялары және циклдік өндіріс процестерінде модуло есептеулерін жиі қолданады.

MOD нұсқауы бөлінгеннен кейінгі қалдықты қайтарады.

Мысалы:

• 10 MOD 3 = 1
• 20 MOD 4 = 0
• 17 MOD 5 = 2

Бұл қарапайым көрінгенімен, модуло логикасы қайталанатын машина әрекеттері нақты аралықтарда орындалуы тиіс болғанда өте құнды болады.

6-сурет. MOD нұсқауы бөліндіден қалған қалдықты қайтарады және индекстеу мен тізбектеу қолданбаларында кеңінен қолданылады.

MOD логикасының өнеркәсіптік қолданбалары

Өндірістік жабдықтар жиі алдын ала болжанған циклдерді қайталайтын операцияларды орындайды.

Мысалдарға мыналар жатады:

• Айналмалы индекстеу кестелері
• Көпбасты толтыру машиналары
• Орау жүйелері
• Паллеттеу жабдықтары
• Жинақтау желісінің станциялары
• Автоматтандырылған сақтау жүйелері
• Партиялық өндіріс тізбектері

Сегіз жұмыс станциясы бар айналмалы индекстеу кестесін қарастырыңыз.

Кесте әр айналған сайын санағыш бірлікке артады.

MOD 8 қолдану PLC-ге белсенді станцияның орнын автоматты түрде анықтауға мүмкіндік береді.

Санағыштарды қайта-қайта қалпына келтірудің орнына, инженерлер модуло есептеулерін пайдаланып, машина циклінің бойында позицияларды тиімді бақылай алады.

Бұл тәсіл бағдарламаның қарапайымдылығын арттырып, қажетсіз басқару логикасын азайтады.

Орау жүйелері де периодтық әрекеттерді іске қосу үшін модуло есептеулерін пайдаланады.

Мысалы, әр ондық өнім сапа тексеруін талап етуі мүмкін. MOD 10-мен біріктірілген санағыш тексеру процедураларының қашан іске қосылатынын дәл анықтай алады.

Бұл техника қайталанатын әрекеттер дәл аралықтарда орындалуы тиіс автоматтандырылған өндіріс желілерінде жиі қолданылады.

Өндірісті бақылау және сапаны қамтамасыз ету қолданбалары

Модуло функциялары өндірістік сапа стратегияларын жүзеге асыруда өте пайдалы.

Көптеген өндірушілер әр өнімді емес, сынақ үлгілерін тексереді.

Модуло есептеулерін пайдалана отырып, PLC тексеру аралықтарын автоматты түрде таңдай алады.

Мысалдарға мыналар жатады:

• Әр 10-шы өнім
• Әр 25-ші орама
• Әр 50-ші жинақ
• Әр 100-ші партия

Бұл әдіс тексеру шығындарын азайта отырып, сапаны тұрақты түрде сынауды қамтамасыз етеді.

Өндіріс инженерлері көбінесе MOD нұсқауларын санағыштармен, деректерді жазу жүйелерімен және HMI интерфейстерімен біріктіріп, автоматтандырылған сапаны бақылау процедураларын жасайды.

Дәреже (EXPT) функция блогы

EXPT нұсқауы мәнді белгілі бір дәрежеге көтеру арқылы экспоненциалдық есептеулерді орындайды.

Дәреже есептеулері негізгі арифметикалық функцияларға қарағанда сирек кездессе де, олар инженерлік, ғылыми және процесті басқару қолданбаларында маңызды болып қала береді.

EXPT нұсқауы келесі форматта орындалады:

Нәтиже = Негіз ^ Дәреже

Мысалдарға мыналар жатады:

• 2² = 4
• 5² = 25
• 10³ = 1000

7-сурет. EXPT нұсқауы инженерлік және процестік қолданбаларда қолданылатын экспоненциалдық есептеулерді орындайды.

Экспоненциалдық есептеулерге арналған инженерлік қолданбалар

Экспоненциалдық функциялар көптеген өнеркәсіптік инженерлік салаларда кездеседі.

Мысалдарға мыналар жатады:

• Ағын есептеулері
• Сорғының жұмысын модельдеу
• Энергия тұтынуды талдау
• Жылу беру есептеулері
• Химиялық процесс моделдеу
• Қысым жоғалту есептеулері
• Алдын ала техникалық қызмет көрсету алгоритмдері

Сұйықтық жүйелерінде ағын жылдамдықтары жиі қысым айырмашылықтарымен сызықтық емес қатынастарды ұстанады. Бұл қатынастарды дәл модельдеу үшін экспоненциалды есептеулер қажет болуы мүмкін.

Сонымен қатар, жылу беру теңдеулері көбінесе квадраттық немесе жоғары дәрежелі мүшелерді қамтиды, оларды PLC бағдарламаларында экспоненттік нұсқаулар арқылы тікелей есептеуге болады.

Көптеген күрделі есептеулер қазір арнайы контроллерлер немесе инженерлік бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы орындалса да, EXPT функциялары PLC ішінде тікелей жеке алгоритмдерді жүзеге асыруда құнды болып қала береді.

Математика және процесс бақылау жүйелері

Қазіргі заманғы процесс өнеркәсіптері математика есептеулеріне қатты тәуелді.

Мұндай кәсіпорындар:

• Мұнай және газ зауыттары
• Химиялық өңдеу кәсіпорындары
• Энергия өндіру станциялары
• Су тазарту зауыттары
• Азық-түлік өңдеу операциялары
• Фармацевтикалық өндіріс орындары

процесс жағдайларын бағалау және тұрақты жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін арифметикалық функцияларға үздіксіз сүйенеді.

Yokogawa CENTUM VP, Honeywell Experion PKS және Emerson DeltaV сияқты таралған басқару жүйелері әр секундта мыңдаған математикалық есептеулерді орындайды.

Осы есептеулер қолдайды:

• PID басқару циклдары
• Ағынды теңестіру
• Энергияны оңтайландыру
• Өндіріс туралы есеп беру
• Жабдықты қорғау
• Кеңейтілген процесс бақылауы

Тіпті салыстырмалы түрде қарапайым арифметикалық нұсқаулар осы күрделі автоматтандыру жүйелерінің негізін құрайды.

Жағдайды бақылау және машиналарды қорғау есептеулері

Математикалық операциялар машиналарды бақылау қолданбаларында да маңызды.

Турбиналар, компрессорлар, сорғылар және генераторлар сияқты айналмалы жабдықтар үздіксіз өңделуі тиіс үлкен көлемдегі диагностикалық деректерді шығарады.

Бақылау жүйелері жиі келесі есептеулерді орындайды:

• Діріл амплитудасы
• Осьтің орны
• Дифференциалды кеңею
• Жылдамдық өлшемдері
• Жылдамдықты талдау
• Подшипник жағдайын бақылау

Bently Nevada сияқты платформалар шикі сенсор өлшемдерін мағыналы диагностикалық ақпаратқа айналдыру үшін математикаға қатты сүйенеді.

Осы есептеулерсіз алдын ала техникалық қызмет көрсету бағдарламалары ақаулар пайда болмас бұрын дамып келе жатқан жабдық ақауларын анықтай алмайды.

Индустрия 4.0 бастамалары кеңейе түскен сайын, арифметикалық өңдеу активтердің сенімділігі мен жағдайға негізделген техникалық қызмет көрсету стратегияларында маңызды рөл атқарады.

PLC математикалық нұсқауларын қолданудағы жиі кездесетін қателіктер

Арифметикалық функция блоктары қарапайым көрінгенімен, көптеген бағдарламалау мәселелері есептеулердің өзінен емес, дұрыс жүзеге асырылмауынан туындайды.

Тәжірибелі басқару инженерлері ең үлкен қиындықтар көбінесе деректерді өңдеу, масштабтау үйлесімділігі және сандық шектеулерге байланысты екенін түсінеді.

Іске қосу және ақауларды жою кезінде бірнеше жиі кездесетін қателіктер қайталанады.

Деректер типін дұрыс таңдамау

Ең жиі кездесетін мәселелердің бірі — есептеулерге сәйкес келмейтін деректер типтерін таңдау.

Мысалы, бүтін сан есептеулері ондық мәндерді дұрыс көрсете алмайды.

Егер процесс айнымалысы бір немесе екі ондық таңба дәлдігін талап етсе, INT айнымалысын пайдалану күтпеген дөңгелектеу әсерлерін тудыруы мүмкін.

Бұл мәселе көбінесе келесі жағдайларда кездеседі:

• Температура есептеулері
• Ағын өлшемдері
• Қысым масштабтауы
• Энергия мониторинг жүйелері
• Жылдамдық есептеулері

REAL айнымалыларын тиісті жерлерде пайдалану сандық дәлдікті сақтап, жалпы басқару өнімділігін жақсартады.

Нөлге бөлу қатесі

Тағы бір жиі кездесетін мәселе — бөлгіштің күтпеген жерден нөлге тең болуы.

Бұл жағдай сенсорлардың істен шығуы, байланыс үзілуі немесе күтпеген процесс жағдайлары салдарынан болуы мүмкін.

Жақсы бағдарламалау тәжірибесі әрқашан бөлгіш мәндерін тексеріп, содан кейін ғана бөлу операцияларын орындайды.

Қарапайым тексеру логикасын қосу жұмыс уақытындағы ақауларды болдырмауға және жүйенің сенімділігін арттыруға көмектеседі.

Дұрыс емес аналогтық сигнал масштабтауы

Масштабтау қателері іске қосу кешігулерінің негізгі себептерінің бірі болып табылады.

Трансмиттер дұрыс жалғанған және дұрыс жұмыс істесе де, операторлар масштабтау есептеулері дұрыс орнатылмағандықтан қате мәндерді байқай алады.

Жиі кездесетін масштабтау қателері:

• Қате инженерлік ауқымдар
• Дұрыс емес түрлендіру коэффициенттері
• Бірлік сәйкессіздіктері
• Деректердің қысқаруы
• Дұрыс емес ондық таңбаның орны

Жүйені іске қосу кезінде мұқият тексеру өндіріс процесіне әсер етпей тұрып көптеген мәселелерді жоя алады.

OpenPLC мен коммерциялық өнеркәсіптік PLC платформаларының салыстырмасы

OpenPLC өнеркәсіптік автоматтандыру концепцияларын үйренуге тамаша орта ұсынады. Оның IEC 61131-3 бағдарламалау тілдерін қолдауы инженерлерге, студенттерге және әзірлеушілерге қымбат жабдықтар мен бағдарламалық платформаларға инвестиция салмай-ақ нақты PLC бағдарламалау әдістерін тәжірибеден өткізуге мүмкіндік береді.

Алайда, OpenPLC ішіндегі математикалық принциптер коммерциялық өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелеріне тікелей қолданылады.

Инженер келесі құралдармен жұмыс істесе де:

• Allen-Bradley ControlLogix
• Siemens SIMATIC S7
• ABB AC 800M
• Schneider Modicon Quantum
• Mitsubishi MELSEC
• Omron CJ сериясы
• Beckhoff TwinCAT

негізгі арифметикалық операциялар негізінен өзгеріссіз қалады.

Негізгі айырмашылықтар бағдарламалау орталарында, нұсқауларды атау дәстүрлерінде, аппараттық архитектураларда және жетілдірілген функциялар жиынтығында болады.

Математикалық ұғымдар өздері әмбебап болып қала береді.

Бұл OpenPLC-ді бүкіл әлемдегі өндірістік кәсіпорындарда қолданылатын өнеркәсіптік деңгейдегі автоматтандыру жүйелерімен жұмыс істеуге дайындалып жатқан инженерлер үшін құнды оқу платформасына айналдырады.

Математикалық функциялар Индустрия 4.0 бастамаларын қалай қолдайды

Индустрия 4.0-дің дамуы автоматтандыру жүйелеріндегі сандық өңдеудің маңыздылығын айтарлықтай арттырды.

Қазіргі зауыттар мыңдаған сенсорлар, контроллерлер, драйверлер және бақылау құрылғыларынан деректер жинайды.

Бұл ақпарат өңделіп, талданып, іс-қимылға жарамды түсініктерге айналуы керек.

Арифметикалық функциялар осы процестің негізін құрайды.

Қолдану салалары:

• Жалпы жабдық тиімділігін (OEE) есептеу
• Энергияны басқару жүйелері
• Алдын ала техникалық қызмет көрсету платформалары
• Цифрлық егіз модельдері
• Өндіріс аналитикасы
• Машиналық оқытуға арналған деректерді дайындау
• Активтердің жұмыс өнімділігін бақылау

Сенімді математикалық өңдеу болмаса, бұл жетілдірілген технологиялар мағыналы операциялық ақпарат жасай алмайды.

Тіпті күрделі жасанды интеллект жүйелері де негізінен арифметикалық есептеулер арқылы алынған дәл сандық деректерге сүйенеді.

Нақты өндірістік жағдай: Резервуар деңгейін бақылау

10 метрлік сақтау резервуарына орнатылған 4-20 мА деңгей беруші қолданатын су тазарту кәсіпорнын қарастырыңыз.

PLC шикі аналогтық сигналды қабылдап, оны операторлар дұрыс шешім қабылдай алатындай инженерлік бірліктерге түрлендіруі керек.

Процесс әдетте бірнеше арифметикалық функцияларды қамтиды:

• Сигнал ығысу мәндерін алып тастау үшін SUB
• Сигнал диапазонын қалыпқа келтіру үшін DIV
• Мәнді инженерлік бірліктерге көбейту үшін MUL
• Қажет болса түзету коэффициенттерін қолдану үшін ADD

Алынған деңгей мәні HMI-де көрсетіледі және автоматты сорғыны басқару логикасында қолданылады.

Осы есептеулер болмаса, операторлар нақты резервуар деңгейлерінің орнына тек сандық мәндерді көрер еді.

Бұл мысал қарапайым арифметикалық нұсқаулардың күнделікті өндірістік операцияларды қалай қолдайтынын көрсетеді.

Нақты өндірістік жағдай: Конвейер өндірісін бақылау

Өндірістік кәсіпорын бірнеше конвейер жүйелері арқылы сағатына мыңдаған өнім шығара алады.

Фотоэлектрлік сенсорлар өнімдерді тексеру нүктелерінен өткенде санайды.

Математикалық нұсқаулар осы ақпаратты өңдеп, өндіріс статистикасын жасайды.

Мысалдарға мыналар жатады:

• ADD пайдаланып жалпы өнім санын есептеу
• SUB пайдаланып өндіріс мақсаттарын анықтау
• DIV пайдаланып сағаттық бірліктерді есептеу
• MUL пайдаланып өнімнің салмағын есептеу
• MOD пайдаланып сапа үлгілеу аралықтары

Басқару жүйелері осы көрсеткіштерді пайдаланып, операциялық көрсеткіштерді бағалайды және өндірістік тармақтарды анықтайды.

Барлық есеп беру құрылымы автоматтандыру жүйесінде дәл арифметикалық есептеулерге тәуелді.

Нақты өнеркәсіптік жағдайлық зерттеу: Турбиналық мониторинг жүйелері

Электр энергиясын өндіру нысандары математикалық есептеулердің маңызды ортасы болып табылады.

Турбиналық басқару жүйелері үнемі бағалайды:

• Ротор жылдамдығы
• Подшипник температуралары
• Діріл амплитудалары
• Бу қысымы
• Генератордың шығуы
• Термиялық кеңею өлшемдері

Жетілдірілген машина мониторинг платформалары әр секундта мыңдаған сандық мәндерді өңдейді.

Турбиналық басқару жүйелері және Машина мониторинг шешімдері сияқты жүйелер жұмыс жағдайларын бағалау және маңызды активтерді қорғау үшін арифметикалық функцияларға қатты сүйенеді.

Бұл есептеулер апатты жабдық ақауларын болдырмауға және операциялық тиімділікті барынша арттыруға көмектеседі.

Математикалық функция блоктарымен масштабталатын PLC бағдарламаларын құру

Функция блогы бағдарламалаудың негізгі артықшылықтарының бірі – қайта қолданылуы.

Инженерлер әр жобада жеке есептеулерді қайта-қайта жасау орнына, бірнеше жобада қолдануға болатын стандартталған математикалық модульдерді дамыта алады.

Бұл тәсіл бірнеше артықшылықтарды ұсынады:

• Жақсартылған бірізділік
• Жылдам әзірлеу
• Ақауларды анықтаудың жеңілдеуі
• Инженерлік күш-жігердің азаюы
• Ұзақ мерзімді қызмет көрсетудің жақсаруы

Өнеркәсіптік жүйелер күрделенген сайын, стандартталған бағдарламалау тәжірибелері маңыздырақ болады.

Қайта қолданылатын математикалық функция блоктары ұйымдарға жабдықтар, нысандар және инженерлік топтар арасында бірізділікті сақтауға көмектеседі.

Қорытынды

Математикалық нұсқаулар PLC бағдарламасындағы қарапайым арифметикалық құралдардан әлдеқайда көп. Олар шикі сенсор деректерін мағыналы инженерлік ақпаратқа айналдырып, процесті басқару шешімдерін қолдап, өндіріс аналитикасын іске қосып, жабдықтың сенімділігін арттыру арқылы заманауи өнеркәсіптік автоматтандырудың негізін құрайды.

OpenPLC ADD, SUB, MUL, DIV, MOD және EXPT сияқты арифметикалық функциялар арқылы осы ұғымдарды үйренуге практикалық орта ұсынады. Мысалдар қарапайым көрінгенімен, дәл сол есептеулер өндіріс, энергетика, инфрақұрылым және процестік салаларда қолданылатын күрделі автоматтандыру платформаларын қамтамасыз етеді.

Аналогтық сигналды масштабтау мен өндіріс туралы есеп беруден бастап, алдын ала техникалық қызмет көрсету және жетілдірілген процесті басқаруға дейін, математикалық операциялар әрбір заманауи автоматтандыру жүйесінің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Бұл функцияларды қалай және қашан қолдануды түсінетін инженерлер Industry 4.0-дің деректерге негізделген талаптарын қолдай алатын тиімді, масштабталатын және сенімді PLC бағдарламаларын жасай алады.