Өнеркәсіптік автоматтандыру қолданбаларында OpenPLC көмегімен математикалық амалдар

Бағдарламаланатын логикалық контроллерлер қарапайым қосу/өшіру шешімдерін орындаумен ғана шектелмейді. Заманауи автоматтандыру жүйелері бастапқы сенсор сигналдарын инженерлік бірліктерге түрлендіру, технологиялық айнымалыларды реттеу, өндіріс деректерін қадағалау, тиімділік көрсеткіштерін есептеу және нақты уақыттағы басқару шешімдерін қолдау үшін математикалық есептеулерді үздіксіз орындайды.

Қаптама машинасын басқару, су тазарту нысанын бақылау, өндірістік желіні пайдалану немесе үлестірілген технологиялық процесс жүйесін басқару жағдайларының бәрінде математикалық функциялар өнеркәсіптік автоматтандырудың негізгі құрамдасы болып қала береді.

OpenPLC инженерлерге бұл есептеулерді басқару бағдарламасының ішінде тікелей орындауға мүмкіндік беретін арифметикалық функция блоктарының толық жиынтығын ұсынады. Жеке нұсқаулар қарапайым болып көрінгенімен, олардың практикалық қолданысы өнеркәсіптің барлық дерлік саласын қамтиды.

Аналогтық түрлендіргіштердің ауқымын өзгертуден бастап өндірістің өткізу қабілетін есептеуге дейін математикалық операциялар бастапқы деректерді операторлар мен басқару жүйелері пайдалана алатын мағыналы ақпаратқа айналдыруға көмектеседі.

OpenPLC — ашық бастапқы коды бар платформа болғанымен, дәл осы математикалық ұғымдар Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7, ABB PLC жүйелері және заманауи өндіріс орындарында қолданылатын көптеген басқа өнеркәсіптік контроллерлерді қоса алғанда, коммерциялық автоматтандыру жүйелеріне де қолданылады.

Сондықтан бұл нұсқаулардың қалай жұмыс істейтінін түсіну қолданылатын PLC платформасына қарамастан пайдалы.

Өнеркәсіптік автоматтандыруда математикалық функциялар неліктен маңызды

Көптеген жаңа PLC бағдарламашылары контроллерлерді бастапқыда қозғалтқыштарды іске қосу, клапандарды іске қосу немесе батырмалардың басылуына жауап беру сияқты дискретті логикалық операциялармен байланыстырады. Бұл функциялар маңызды болғанымен, өнеркәсіптік автоматтандырудың едәуір бөлігі сандық есептеулерге сүйенеді.

Күн сайын PLC құрылғылары мынадай мыңдаған математикалық операцияларды орындайды:

• Температураны түрлендіру
• Қысымды есептеу
• Ағынды өлшеу
• Резервуар деңгейін бақылау
• Қозғалтқыш жылдамдығын есептеу
• Өндіріс көлемін санау
• Энергия тұтынуын қадағалау
• Сапаны бақылау өлшемдері
• Процесті оңтайландыру рәсімдері
• Жабдық өнімділігін бақылау

Математикалық нұсқауларсыз өнеркәсіптік контроллерлер негізгі релелерді алмастыру функцияларымен ғана шектелер еді.

Заманауи автоматтандыру жүйелері оның орнына технологиялық процестің жағдайларын үздіксіз бағалап, пайдалану бойынша ақылды шешімдер қабылдай алатын қуатты нақты уақыттағы есептеу платформалары ретінде әрекет етеді.

Бұл мүмкіндік PLC жүйелерін өнеркәсіптік HMI платформаларымен, SCADA бағдарламалық жасақтамасымен, деректер тарихнамаларымен және кәсіпорынның есеп беру жүйелерімен біріктіргенде ерекше маңызды болады.

Дәл математикалық есептеулер операторлардың сенімді ақпарат алуын және басқару шешімдерінің мағыналы инженерлік деректерге негізделуін қамтамасыз етеді.

PLC есептеулерін орындамас бұрын деректер типтерін түсіну

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

Әрбір математикалық операция контроллер пайдаланатын деректер форматына тәуелді.

OpenPLC бірнеше кең таралған сандық деректер типін, соның ішінде бүтін және жылжымалы нүктелі сандарды қолдайды.

Ең жиі қолданылатын типтер:

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

Әр деректер типі әртүрлі мақсатқа қызмет етеді.

Бүтін мәндер тиімді әрі жадты аз қажет етеді, сондықтан олар өндіріс санақтарына, машина күйлеріне және бүтін санды есептеулерге қолайлы.

REAL мәндері ондық дәлдікті қамтамасыз етеді және температура, қысым, шығын жылдамдығы мен жылдамдық сияқты технологиялық айнымалылар үшін жиі пайдаланылады.

OpenPLC артықшылықтарының бірі — деректер типтерін қатаң өңдеуі.

Орындалу кезінде мәндерді автоматты түрде түрлендіретін кейбір PLC платформаларынан айырмашылығы, OpenPLC математикалық операциялардың барлығында деректерді бірізді пайдалануды ынталандырады.

Бұл тәсіл күтпеген нәтижелерді азайтып, бағдарлама сенімділігін арттырады.

Мысалы, бүтін және жылжымалы нүктелі есептеулерді араластыру ақауларды жою кезінде диагностикалау қиын болатын дөңгелектеу қателеріне әкелуі мүмкін.

Деректер типтерін бірізді сақтау бүкіл автоматтандыру жүйесінде есептеу нәтижелерінің болжамды болуын қамтамасыз етуге көмектеседі.

1-сурет. OpenPLC құрамында өнеркәсіптік автоматтандыру есептеулеріне арналған арифметикалық функциялық блоктар кітапханасы бар.

Математикалық операциялар нақты өнеркәсіптік процестерді қалай қолдайды

Өнеркәсіптік нысандар бастапқы сенсор мәндерін тікелей сирек пайдаланады.

Көптеген далалық құрылғылар пайдалы технологиялық ақпаратқа айналмас бұрын түрлендіруді қажет ететін электрлік сигналдар қалыптастырады.

Қысым таратқышы 0-ден 100 psi-ге дейінгі ауқымды білдіретін 4-20 mA сигналын шығаруы мүмкін. Температура таратқышы 0°C пен 400°C аралығындағы температураларды көрсетуі мүмкін. Шығынөлшегіш операторлар оларды дұрыс түсіндіре алуы үшін масштабтауды қажет ететін мәндерді беруі мүмкін.

Математикалық нұсқаулар бұл түрлендірулерді автоматты түрде орындайды.

PLC бастапқы деректерді қабылдап, арифметикалық операцияларды қолданады және көрсетуге, басқаруға, дабыл беруге және есептілікке арналған мағыналы инженерлік мәндерді қалыптастырады.

Бұл процесс үздіксіз жүреді, көбіне секундына мыңдаған рет орындалады.

Өнеркәсіптік операциялар деректерге барған сайын көбірек сүйенетіндіктен, математикалық өңдеу заманауи PLC платформалары орындайтын ең маңызды функциялардың біріне айналды.

Қосу (ADD) функциялық блогы

Қосу — OpenPLC жүйесінде қолжетімді ең негізгі математикалық амал. Тұжырымдамасы қарапайым болғанымен, қосу өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелерінің барлық саласында маңызды рөл атқарады.

ADD функциялық блогы екі немесе одан да көп сандық мәнді біріктіріп, бір шығыс нәтижесін шығарады.

Инженерлер қосу амалын мына мақсаттарда жиі қолданады:

• Өндіріс санын жиынтық есептеу
• Жиынтық ағынды есептеу
• Датчик өлшемдерін біріктіру
• Жұмыс уақыты мәндерін жинақтау
• Энергия тұтынуын бақылау
• Партиялық өндіріс деректерін басқару

2-сурет. ADD функциялық блогы бірнеше сандық мәнді бір есептелген нәтижеге біріктіреді.

Кең таралған өнеркәсіптік қолданыстардың бірі — өндірісті санау.

Бірнеше станциядан тұратын орау желісін елестетіңіз. Әр станция ауысым барысында өңделген өнімдер санын тіркейді. ADD нұсқаулығы осы мәндерді біріктіріп, оператор интерфейсінде көрсетілетін өндірістің жалпы санын шығара алады.

Энергияны бақылау жүйелері бірнеше машина немесе өндіріс аймағы бойынша электр энергиясының жалпы тұтынылуын есептеу үшін ұқсас тәсілдерді қолданады.

Процестік өндіріс салаларында қосу функциялары көбіне бірнеше ағын ортақ технологиялық қондырғыға үлес қосатын ағынды жиынтық есептеу қолданбаларын қолдайды.

Азайту (SUB) функциялық блогы

Қосу мәндерді біріктірсе, азайту екі сандық шаманың айырмасын анықтайды. SUB функциялық блогы өнеркәсіптік автоматтандыруда ең жиі қолданылатын арифметикалық нұсқаулардың бірі, өйткені көптеген басқару шешімдері ауытқуларға, ығысуларға және қате есептеріне тәуелді.

Процесті басқару орталарында инженерлер нақты процесс мәнін қалаған берілген мәнмен жиі салыстырады. Осы екі мәннің айырмасы процестегі қатені білдіреді.

Бұл қате есебі көптеген автоматты басқару стратегияларының негізін құрайды.

Азайтудың өнеркәсіптегі кең таралған қолданыстарына мыналар жатады:

• Берілген мән мен процестің нақты мәнін салыстыру
• Температура ауытқуын бақылау
• Резервуардағы қорды есептеу
• Өндірістік мақсаттың орындалуын бақылау
• Сапа рұқсаттарын талдау
• Материал шығынын есептеу
• Позиция қатесін есептеу

3-сурет. SUB нұсқаулығы екі мәннің айырмасын есептейді және процестегі қатені анықтау үшін жиі қолданылады.

Температураны басқару қолданбасын қарастырайық. Технологиялық реакторға 180°C мақсатты температурасы қажет болуы мүмкін. Егер нақты температура 172°C болса, контроллер 8°C қателікті есептейді.

Содан кейін бұл ақпаратты қанша қыздыру энергиясын беру керектігін анықтайтын басқару алгоритміне беруге болады.

Азайту өндірісті басқару жүйелерінде де кеңінен қолданылады.

Мысалы, өндірістік тапсырыс 10 000 бірлікті талап етсе, ал ағымдағы саны 7 350 бірлік болса, қалған мөлшерді SUB нұсқаулығы арқылы бірден есептеуге болады.

Автоматтандыру жүйелері нақты уақыттағы өндірістік панельдер мен нәтижелілік есептерін жасағанда, бұл қарапайым болып көрінетін есептеулер аса маңызды болады.

Көбейту (MUL) функция блогы

Көбейту PLC бағдарламалауында қолжетімді ең қуатты математикалық амалдардың бірі, өйткені ол инженерлерге технологиялық мәндерді масштабтауға, түрлендіруге және өзгертуге мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптік автоматтандыруда бастапқы датчик сигналдары инженерлік өлшем бірліктеріне сирек тікелей сәйкес келеді.

Оның орнына деректер мағыналы болмас бұрын масштабтау коэффициенттері қолданылуы керек.

MUL нұсқауы осы масштабтау байланыстарын қолданудың қарапайым әдісін ұсынады.

Кең таралған қолданбаларға мыналар жатады:

• Аналогтық сигналды масштабтау
• Инженерлік өлшем бірліктерін түрлендіру
• Өндіріс қарқынын есептеу
• Машина жылдамдығын есептеу
• Энергия тұтынуын талдау
• Ағын коэффициентін есептеу
• Айналу моментін бағалау

4-сурет. Көбейту PLC бағдарламаларына датчик кірістерін масштабтауға және инженерлік мәндерді есептеуге мүмкіндік береді.

Қысым түрлендіргіші 0-ден 100-ге дейінгі сандық мәнге түрлендірілген сигнал шығарады деп елестетейік. Егер технологиялық есептеу осы мәнді басқа инженерлік диапазонға түрлендіруді қажет етсе, қажетті масштабтау коэффициентін көбейту арқылы қолдануға болады.

Көбейту өндірістік аналитикада да маңызды рөл атқарады.

Конвейер жүйесі әр минут сайын датчик арқылы өтетін өнімдер санын бақылай алады. Бұл мәнді өнімнің салмағына көбейту PLC-ге материал өткізу өнімділігін автоматты түрде есептеуге мүмкіндік береді.

Өндірістік нысандар тиімділікті бақылау және өндіріс нәтижелілігін оңтайландыру үшін бұл есептеулерге барған сайын көбірек сүйенеді.

Өнеркәсіптік HMI платформаларымен және өндіріс туралы есеп беру бағдарламалық жасақтамасымен біріктірілген заманауи жүйелер оператор панельдері мен басқару есептерін жасау үшін көбейтуге негізделген есептеулерді жиі пайдаланады.

Датчиктерді масштабтау: PLC математикасындағы ең маңызды қолданбалардың бірі

Өнеркәсіптік автоматтандырудағы барлық есептеулердің ішінде датчиктерді масштабтау ең кең таралғандардың бірі болып қала береді.

Іс жүзінде әрбір технологиялық нысан аналогтық өлшемдерге сүйенеді.

Бұл өлшемдер көбіне мына көздерден алынады:

• Қысым түрлендіргіштері
• Ағын түрлендіргіштері
• Температура датчиктері
• Деңгей түрлендіргіштері
• Дірілді бақылау жүйелері
• Қуатты бақылау жабдықтары
• Жылдамдық бойынша кері байланыс құрылғылары

Бұл құрылғылар шығаратын бастапқы мәндер операторлар оларды дұрыс түсіндіруі үшін әдетте арифметикалық өңдеуді қажет етеді.

Масштабтау есептеулері көбіне бірге жұмыс істейтін көбейту және бөлу нұсқауларының комбинацияларын қамтиды.

Мысалы, деңгей түрлендіргіші 0-ден 32767 есептік мәнге дейінгі аралықта мән шығаруы мүмкін. PLC бұл мәнді резервуар деңгейінің мағыналы пайыздық көрсеткішіне түрлендіруі керек.

Бұл түрлендіру процесі арифметикалық функция блоктарына қатты тәуелді.

Бұл есептеулерсіз операторлар пайдалы технологиялық ақпараттың орнына мағынасыз сандық мәндерді көрер еді.

Бөлу (DIV) функция блогы

Бөлу — өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелерінде кеңінен қолданылатын тағы бір маңызды арифметикалық амал.

Көбейту мәндерді масштабтау коэффициентіне сәйкес арттырса, бөлу оларды пропорционалды түрде азайтып, кері міндет атқарады.

DIV нұсқауы қатынастарға, орташа мәндерге, түрлендірулерге және инженерлік бірліктерге қатысты есептеулерде жиі кездеседі.

Өнеркәсіптік қолданбалардың типтік мысалдары:

• Бірліктерді түрлендіру есептеулері
• Орташа мәндерді есептеу
• Тиімділікті талдау
• Өндіріс қарқынын есептеу
• Ағынды қалыпқа келтіру
• Жылдамдықты түрлендіру
• Өнімділік көрсеткіштері

5-сурет. Бөлу инженерлік бірліктерді түрлендіруде және өнімділікті есептеуде жиі қолданылады.

Орташа өндіріс қарқынын есептеу — кең таралған мысал.

Егер өндіріс желісі сегіз сағаттық ауысымда 12 000 дана өнім шығарса, жалпы өндіріс көлемін жұмыс сағаттарына бөлу сағатына орташа 1 500 дана өндіру қарқынын береді.

Өндіріс басшылары бұл ақпаратты жабдық өнімділігін бағалау және процесті жақсарту мүмкіндіктерін анықтау үшін жиі пайдаланады.

Бөлу ағын жылдамдығын, концентрация өлшемдерін және энергия тұтыну көрсеткіштерін қамтитын технологиялық инженерлік есептеулерде де маңызды рөл атқарады.

Бұл есептеулер заманауи өндіріс орындарындағы операциялық тиімділік пен тұрақты даму бастамаларының екеуін де қолдайды.

Айнымалы жиілікті жетектер қолданбаларының негізіндегі математика

Айнымалы жиілікті жетектер (VFD) — арифметикалық есептеулер аса қажет болатын тағы бір сала.

Көптеген өнеркәсіптік жетек жүйелері пайыз, жиілік немесе инженерлік бірліктер түрінде көрсетілген жылдамдық мәндерін пайдаланады.

PLC жетекке пәрмендер жібермес бұрын математикалық түрлендірулерді жиі орындайды.

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

Бұл түрлендіру көбіне көбейту және бөлу нұсқауларының комбинацияларын қажет етеді.

Айнымалы жиілікті жетектерді, сервожүйелерді және қозғалысты басқару платформаларын қамтитын қолданбалар машинаның дәл жұмысын қамтамасыз ету үшін арифметикалық өңдеудің дәлдігіне айтарлықтай тәуелді.

Тіпті шағын есептеу қателері жылдамдықты реттеуде, орналастыру дәлдігінде және машинаның жалпы тиімділігінде айтарлықтай айырмашылықтарға әкелуі мүмкін.

Модуль бойынша есептеу (MOD) функция блогы

OpenPLC жүйесіндегі қолжетімді математикалық нұсқаулардың ішінде MOD функциясын жаңа бағдарламашылардың бірі жиі дұрыс түсіне бермейді. Алайда тәжірибелі басқару инженерлері модуль бойынша есептеулерді машиналарды ретімен басқаруда, индекстеу операцияларында және циклдік өндіріс процестерінде жиі қолданады.

MOD нұсқауы бөлуден кейінгі қалдықты қайтарады.

Мысалы:

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

Бұл қарапайым көрінгенімен, қайталанатын машина әрекеттері белгілі бір аралықтарда орындалуы тиіс болғанда, модульдік логика аса құнды болады.

6-сурет. MOD нұсқауы бөлуден кейінгі қалдықты қайтарады және индекстеу мен реттілік қолданбаларында кеңінен пайдаланылады.

MOD логикасының өнеркәсіптік қолданылуы

Өндірістік жабдықтар болжамды циклдерге сәйкес қайталанатын операцияларды жиі орындайды.

Мысалдар:

• Айналмалы индекстеу үстелдері
• Көпбасты құю машиналары
• Қаптама жүйелері
• Паллеттеу жабдығы
• Құрастыру желісінің станциялары
• Автоматтандырылған сақтау жүйелері
• Партиялық өндіріс реттіліктері

Сегіз жұмыс станциясы бар айналмалы индекстеу үстелін қарастырайық.

Үстел әр айналған сайын есептегіш бір бірлікке артады.

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

Есептегіштерді қайта-қайта нөлдеудің орнына инженерлер машина циклі бойындағы орындарды тиімді бақылау үшін модульдік есептеулерді пайдалана алады.

Бұл тәсіл бағдарламаны жеңілдетіп, қажетсіз басқару логикасын азайтады.

Қаптама жүйелері де мерзімді әрекеттерді іске қосу үшін модульдік есептеулерді пайдаланады.

Мысалы, әрбір оныншы өнім сапа тексеруінен өтуі мүмкін. MOD 10 функциясымен біріктірілген есептегіш тексеру процедураларының нақты қашан іске қосылуы керегін анықтай алады.

Бұл әдіс қайталанатын әрекеттер нақты аралықтарда орындалуы тиіс автоматтандырылған өндірістік желілерде жиі қолданылады.

Өндірісті қадағалау және сапаны қамтамасыз етуге арналған қолданбалар

Модульдік функциялар өндіріс сапасын қамтамасыз ету стратегияларын іске асыруда өте пайдалы.

Көптеген өндірушілер әр өнімді тексерудің орнына іріктеп тексеру жүргізеді.

Модульдік есептеулерді пайдалану арқылы PLC тексеру аралықтарын автоматты түрде таңдай алады.

Мысалдар:

• Әрбір 10-шы өнім
• Әрбір 25-ші қаптама
• Әрбір 50-ші құрастырылым
• Әрбір 100-ші партия

Бұл әдіс тексеруге жұмсалатын шығындарды азайта отырып, сапаны тұрақты іріктеп бақылауды қамтамасыз етеді.

Өндіріс инженерлері автоматтандырылған сапаны бақылау процедураларын жасау үшін MOD нұсқауларын есептегіштермен, деректерді тіркеу жүйелерімен және HMI интерфейстерімен жиі біріктіреді.

Дәреже көрсеткішінің (EXPT) функциялық блогы

EXPT нұсқауы мәнді көрсетілген дәрежеге шығару арқылы экспоненциалды есептеулерді орындайды.

Дәреже көрсеткішін есептеу негізгі арифметикалық функцияларға қарағанда сирек қолданылғанымен, ол инженерлік, ғылыми және технологиялық үдерістерді басқару салаларында маңызды болып қала береді.

EXPT нұсқауының пішімі:

Нәтиже = Негіз ^ Дәреже көрсеткіші

Мысалдар:

• 2² = 4
• 5² = 25
• 10³ = 1000

7-сурет. EXPT нұсқауы инженерлік және технологиялық үдерістерде қолданылатын экспоненциалды есептеулерді орындайды.

Экспоненциалды есептеулердің инженерлік қолданылуы

Экспоненциалды функциялар өнеркәсіптік инженерияның көптеген салаларында қолданылады.

Мысалдар:

• Ағынды есептеу
• Сорғы өнімділігін модельдеу
• Энергия тұтынуын талдау
• Жылу беруді есептеу
• Химиялық процестерді модельдеу
• Қысым жоғалуын есептеу
• Болжамды техникалық қызмет көрсету алгоритмдері

Сұйықтық жүйелерінде ағын жылдамдығы көбіне қысым айырмашылықтарымен сызықтық емес байланыста болады. Процестің жүрісін дәл модельдеу үшін бұл байланыстар экспоненциалдық есептеулерді қажет етуі мүмкін.

Сол сияқты, жылу беру теңдеулерінде PLC бағдарламаларында дәреже шығару нұсқаулары арқылы тікелей есептеуге болатын квадрат немесе одан жоғары дәрежелі мүшелер жиі кездеседі.

Көптеген жетілдірілген есептеулерді қазір арнайы контроллерлер немесе инженерлік бағдарламалық жасақтама орындайтынына қарамастан, EXPT функциялары теңшелетін алгоритмдерді тікелей PLC ішінде іске асырғанда әлі де құнды болып қала береді.

Математика және процесті басқару жүйелері

Заманауи технологиялық өндірістер математикалық есептеулерге айтарлықтай тәуелді.

Мынадай нысандар:

• Мұнай және газ зауыттары
• Химиялық өңдеу нысандары
• Электр энергиясын өндіру станциялары
• Су тазарту зауыттары
• Азық-түлік өңдеу операциялары
• Фармацевтикалық өндіріс нысандары

процесс жағдайларын бағалау және операциялардың тұрақтылығын сақтау үшін арифметикалық функцияларға үздіксіз сүйенеді.

Yokogawa CENTUM VP, Honeywell Experion PKS және Emerson DeltaV сияқты бөлінген басқару жүйелері әр секунд сайын мыңдаған математикалық есептеуді орындайды.

Бұл есептеулер мыналарды қолдайды:

• PID басқару контурлары
• Ағындарды теңгерімдеу
• Энергияны оңтайландыру
• Өндіріс туралы есеп беру
• Жабдықты қорғау
• Процесті жетілдірілген басқару

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

Күйді бақылау және машиналарды қорғау есептеулері

Математикалық операциялар машиналарды бақылау қолданбаларында да бірдей маңызды.

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

Бақылау жүйелері көбіне мынадай есептеулерді орындайды:

• Діріл амплитудасы
• Білік орны
• Дифференциалдық ұлғаю
• Жылдамдық өлшемдері
• Үдеу талдауы
• Подшипниктер күйін бақылау

Bently Nevada сияқты машиналарды қорғау жүйелері шикі сенсор өлшемдерін мағыналы диагностикалық ақпаратқа түрлендіру үшін математикалық өңдеуге айтарлықтай тәуелді.

Бұл есептеулерсіз болжамды техникалық қызмет көрсету бағдарламалары ақаулар орын алмай тұрып, жабдықта пайда болып келе жатқан ақаулықтарды анықтай алмас еді.

Industry 4.0 бастамалары кеңейіп келе жатқандықтан, арифметикалық өңдеу активтердің сенімділігін қамтамасыз етуде және күйге негізделген техникалық қызмет көрсету стратегияларында барған сайын маңызды рөл атқаруда.

PLC математикалық нұсқауларын пайдалану кезіндегі жиі кездесетін қателер

Арифметикалық функция блоктары қарапайым көрінгенімен, бағдарламалау мәселелерінің көбі есептеулердегі қателерден емес, оларды дұрыс іске асырмаудан туындайды.

Тәжірибелі басқару жүйелері инженерлері ең күрделі мәселелер көбіне деректерді өңдеуге, масштабтаудың бірізділігіне және сандық шектеулерге байланысты болатынын түсінеді.

Іске қосу және ақауларды жою барысында бірнеше жиі кездесетін қателер қайталана береді.

Деректер түрін қате таңдау

Ең жиі кездесетін мәселелердің бірі — есептеулер үшін сәйкес емес деректер түрлерін таңдау.

Мысалы, бүтін сандық есептеу ондық мәндерді дұрыс көрсете алмайды.

Егер процесс айнымалысына бір немесе екі ондық таңбаға дейінгі дәлдік қажет болса, INT айнымалысын пайдалану күтпеген дөңгелектеу әсерлеріне әкелуі мүмкін.

Бұл мәселе көбіне мына жағдайларда байқалады:

• Температураны есептеу
• Ағынды өлшеу
• Қысымды масштабтау
• Энергияны бақылау жүйелері
• Жылдамдықты есептеу

Қажет болған жағдайда REAL айнымалыларын пайдалану сандық дәлдікті сақтап, басқару тиімділігін арттыруға көмектеседі.

Нөлге бөлу қателері

Тағы бір жиі кездесетін мәселе — бөлімнің күтпеген жерден нөлге айналатын бөлу амалдары.

Мұндай жағдай сенсорлардың істен шығуы, байланыс үзілуі немесе процестің күтпеген жағдайлары салдарынан туындауы мүмкін.

Бағдарламалаудың жақсы тәжірибесі бөлу есептеулерін орындамас бұрын бөлім мәндерін әрдайым тексеруді талап етеді.

Қарапайым тексеру логикасын қосу жұмыс уақытындағы ақаулардың алдын алып, жүйенің сенімділігін арттырады.

Аналогтық сигналды дұрыс масштабтамау

Масштабтау қателері іске қосу кезіндегі кідірістердің негізгі себептерінің бірі болып қала береді.

Таратқыш дұрыс жалғанып, қалыпты жұмыс істеп тұрса да, масштабтау есептеулері қате бапталғандықтан, операторлар дұрыс емес мәндерді көруі мүмкін.

Масштабтау кезіндегі жиі кездесетін қателер:

• Инженерлік диапазондардың дұрыс көрсетілмеуі
• Түрлендіру коэффициенттерінің дұрыс таңдалмауы
• Өлшем бірліктерінің сәйкес келмеуі
• Деректердің қысқартылуы
• Ондық бөлшек таңбасының дұрыс қойылмауы

Іске қосу кезіндегі мұқият тексеру бұл мәселелердің көбін өндіріске әсер етпей тұрып жоюға мүмкіндік береді.

OpenPLC және коммерциялық өнеркәсіптік PLC платформаларын салыстыру

OpenPLC өнеркәсіптік автоматтандыру ұғымдарын үйренуге арналған тамаша орта ұсынады. Оның IEC 61131-3 бағдарламалау тілдерін қолдауы инженерлерге, студенттерге және әзірлеушілерге қымбат аппараттық және бағдарламалық платформаларға инвестиция салмай-ақ, нақты PLC бағдарламалау әдістерімен тәжірибе жасауға мүмкіндік береді.

Алайда OpenPLC ішінде көрсетілетін математикалық қағидалар коммерциялық өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелеріне тікелей қолданылады.

Инженер мына жүйелермен жұмыс істесе:

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

негізгі арифметикалық амалдар түбегейлі өзгеріссіз қалады.

Негізгі айырмашылықтар бағдарламалау орталарына, нұсқауларды атау конвенцияларына, аппараттық архитектураларға және кеңейтілген функциялар жиындарына қатысты.

Математикалық ұғымдардың өзі әмбебап болып қала береді.

Осыған байланысты OpenPLC бүкіл әлемдегі өндіріс орындарында қолданылатын өнеркәсіптік деңгейдегі автоматтандыру жүйелерімен жұмыс істеуге дайындалып жатқан инженерлер үшін құнды оқу платформасына айналады.

Математикалық функциялар Индустрия 4.0 бастамаларын қалай қолдайды

Индустрия 4.0-нің дамуы автоматтандыру жүйелеріндегі сандық өңдеудің маңызын едәуір арттырды.

Заманауи зауыттар мыңдаған датчиктерден, контроллерлерден, жетектерден және бақылау құрылғыларынан деректер жинайды.

Бұл ақпарат өңделіп, талданып, нақты әрекеттерге негіз болатын қорытындыларға айналуы керек.

Арифметикалық функциялар осы процестің негізін құрайды.

Қолданбаларға мыналар жатады:

• Жабдықтың жалпы тиімділігін (OEE) есептеу
• Энергияны басқару жүйелері
• Болжамды техникалық қызмет көрсету платформалары
• Цифрлық егіз модельдері
• Өндірістік аналитика
• Машиналық оқытуға арналған деректерді дайындау
• Активтердің өнімділігін бақылау

Сенімді математикалық өңдеусіз бұл озық технологиялар мағыналы операциялық ақпарат қалыптастыра алмас еді.

Тіпті күрделі жасанды интеллект жүйелері де түптеп келгенде негізгі арифметикалық есептеулер арқылы алынған дәл сандық деректерге сүйенеді.

Өндірістегі нақты жағдайды зерттеу: резервуар деңгейін бақылау

10 метрлік сақтау резервуарына орнатылған 4-20 mA деңгей таратқышын пайдаланатын су тазарту нысанын қарастырайық.

Операторлар негізделген шешім қабылдауы үшін PLC бастапқы аналогтық сигналды қабылдап, оны мағыналы инженерлік бірліктерге түрлендіруі керек.

Процесс әдетте бірнеше арифметикалық функцияны қамтиды:

• Сигналдың ығысу мәндерін жою үшін SUB
• Сигнал ауқымын қалыпқа келтіру үшін DIV
• Мәнді инженерлік бірліктерге масштабтау үшін MUL
• Қажет болса, түзету коэффициенттерін қолдану үшін ADD

Алынған деңгей мәні HMI-де көрсетіліп, сорғыны автоматты басқару логикасында пайдаланылады.

Бұл есептеулерсіз операторлар резервуардағы нақты деңгейлердің орнына бастапқы сандық мәндерді ғана көрер еді.

Бұл мысал негізгі арифметикалық нұсқаулардың күнделікті өндірістік операцияларды қалай тікелей қолдайтынын көрсетеді.

Өндірістегі нақты жағдайды зерттеу: конвейердегі өндірісті бақылау

Өндіріс орны бірнеше конвейер жүйесі арқылы әр сағат сайын мыңдаған өнім шығаруы мүмкін.

Фотоэлектрлік датчиктер өнімдерді тексеру нүктелерінен өткен кезде санайды.

Математикалық нұсқаулар ақпаратты өңдеп, өндірістік статистиканы қалыптастырады.

Мысалдар:

• ADD арқылы өнімдердің жалпы санын есептеу
• SUB арқылы өндірістік мақсатты көрсеткіштерді есептеу
• DIV арқылы сағатына шығарылатын бірлік санын есептеу
• MUL арқылы өнім салмағын есептеу
• MOD арқылы сапа үлгілерін алу аралықтарын есептеу

Басқару жүйелері бұл метрикаларды операциялық тиімділікті бағалау және өндірістегі тар орындарды анықтау үшін пайдаланады.

Есептілік құрылымының барлығы автоматтандыру жүйесінде орындалатын дәл арифметикалық есептеулерге тәуелді.

Өнеркәсіптегі нақты жағдайды зерттеу: Турбинаны мониторингілеу жүйелері

Электр энергиясын өндіретін нысандар — математикалық есептеулер аса маңызды тағы бір орта.

Турбинаны басқару жүйелері үздіксіз бағалайды:

• Ротордың айналу жылдамдығы
• Мойынтірек температуралары
• Діріл амплитудалары
• Бу қысымы
• Генератордың шығыс қуаты
• Жылулық кеңею өлшемдері

Жетілдірілген жабдықты мониторингілеу платформалары секунд сайын мыңдаған сандық мәнді өңдейді.

Turbine Control Systems және Machinery Monitoring Solutions сияқты жүйелер жұмыс жағдайларын бағалау және маңызды активтерді қорғау үшін арифметикалық функцияларға едәуір сүйенеді.

Бұл есептеулер жабдықтың апатты істен шығуының алдын алуға және пайдалану тиімділігін барынша арттыруға көмектеседі.

Математикалық функционалдық блоктар арқылы масштабталатын PLC бағдарламаларын құру

Функционалдық блоктармен бағдарламалаудың негізгі артықшылықтарының бірі — қайта пайдалану мүмкіндігі.

Арнайы есептеулерді қайта-қайта жасаудың орнына инженерлер бірнеше жобада қайта пайдалануға болатын стандартталған математикалық модульдер әзірлей алады.

Бұл тәсілдің бірнеше артықшылығы бар:

• Бірізділіктің жақсаруы
• Әзірлеу жылдамдығының артуы
• Ақауларды іздеуді жеңілдету
• Инженерлік жұмыстарға жұмсалатын күштің азаюы
• Ұзақ мерзімді сүйемалдаудың жақсаруы

Өнеркәсіптік жүйелер күрделене түскен сайын стандартталған бағдарламалау тәжірибелері барған сайын маңызды бола түседі.

Қайта пайдалануға болатын математикалық функционалдық блоктар ұйымдарға жабдықтар, нысандар және инженерлік топтар арасында бірізділікті сақтауға көмектеседі.

Қорытынды

Математикалық нұсқаулар PLC бағдарламасындағы қарапайым арифметикалық құралдардан әлдеқайда кең ұғымды білдіреді. Олар бастапқы сенсор деректерін мағыналы инженерлік ақпаратқа айналдырып, процесті басқару шешімдерін қолдап, өндірістік талдауды қамтамасыз етіп және жабдық сенімділігін арттыру арқылы заманауи өнеркәсіптік автоматтандырудың негізі қызметін атқарады.

OpenPLC ADD, SUB, MUL, DIV, MOD және EXPT сияқты арифметикалық функциялар арқылы осы ұғымдарды үйренуге арналған практикалық ортаны ұсынады. Мысалдар қарапайым көрінуі мүмкін, алайда дәл осы есептеулер өндіріс, энергетика, инфрақұрылым және процестік өнеркәсіп салаларында қолданылатын күрделі автоматтандыру платформаларының негізін құрайды.

Аналогтық сигналдарды масштабтау мен өндіріс туралы есеп беруден бастап болжамды техникалық қызмет көрсету мен жетілдірілген процесті басқаруға дейін математикалық операциялар кез келген заманауи автоматтандыру жүйесінің маңызды құрамдастары болып қала береді. Бұл функцияларды қалай және қашан қолдану керегін түсінетін инженерлер Industry 4.0 жүйесінің деректерге негізделген талаптарын қолдай алатын тиімділігі жоғары, масштабталатын және сенімді PLC бағдарламаларын жасай алады.