تحسين الأداء الكهربائي لـ PLC لتحقيق أقصى إنتاجية

1. المقدمة

1.1 خلفية البحث وأهميته

في المجال الصناعي الحديث، أصبحت وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أداةً أساسيةً لتحقيق الإنتاج الآلي، وتُستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات، مثل التصنيع والطاقة والنقل. من خطوط إنتاج تصنيع السيارات، إلى التحكم في العمليات في شركات الكيماويات، إلى الإدارة الآلية للمباني الذكية، تنتشر وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة في كل مكان، حيث تتولى مهامًا أساسية مثل معالجة البيانات، والتحكم المنطقي، وقيادة الأجهزة. مع صعود الثورة الصناعية الرابعة (Industry 4.0) ومفهوم التصنيع الذكي، تزداد متطلبات أنظمة الإنتاج من حيث الكفاءة والموثوقية والمرونة، مما يجعل تحسين الأداء الكهربائي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة عاملاً أساسياً في تحسين الإنتاجية الصناعية.

يُحقق نظام التحكم المنطقي المبرمج (PLC) أتمتة عملية الإنتاج وذكاءها من خلال التحكم المنطقي الدقيق وقدرات معالجة البيانات السريعة، مما يُحسّن كفاءة الإنتاج بشكل فعال. في أنظمة التحكم الصناعية التقليدية، لا تقتصر دوائر التحكم المنطقي المكونة من أجهزة مثل المرحلات والملامسات على حجمها وتعقيد توصيلاتها فحسب، بل تتميز أيضًا ببطء سرعة استجابتها وموثوقيتها المنخفضة. يعتمد نظام التحكم المنطقي المبرمج (PLC) على أسلوب التحكم الرقمي، ويستبدل توصيلات الأجهزة ببرمجة برمجية، مما يُبسط تصميم وصيانة نظام التحكم بشكل كبير، ويُحسّن دقة التحكم وسرعة الاستجابة بشكل كبير. في خطوط إنتاج تصنيع السيارات، يُمكن لنظام التحكم المنطقي المبرمج (PLC) التحكم بدقة في حركات الروبوتات لتحقيق تجميع سريع ودقيق للأجزاء، مما يُحسّن كفاءة الإنتاج بشكل كبير. في عمليات الإنتاج الكيميائي، يُمكن لنظام التحكم المنطقي المبرمج (PLC) مراقبة وضبط معلمات العملية المختلفة في الوقت الفعلي لضمان سلامة عملية الإنتاج. تشغيل مستقر، يُحسّن جودة المنتج وكفاءة الإنتاج.

يلعب تحسين الأداء الكهربائي لـ PLC دورًا حيويًا في تحسين كفاءة الإنتاج. من ناحية، من خلال تحسين سرعة الحوسبة وقدرات معالجة البيانات لـ PLC، يمكن تقصير وقت استجابة النظام، بحيث يمكن للمعدات الاستجابة لتعليمات الإنتاج بشكل أسرع، وبالتالي تحسين كفاءة الإنتاج. في خطوط التجميع عالية السرعة، يمكن لـ PLC معالجة الإشارات من المستشعرات بسرعة، والتحكم في حركة المعدات في الوقت المناسب، وضمان استمرارية إنتاج المنتجات، وتقليل وقت توقف الإنتاج. من ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي تحسين الأداء الكهربائي لـ PLC أيضًا إلى تحسين موثوقية واستقرار النظام، وتقليل أعطال المعدات ووقت توقفها، وبالتالي ضمان استمرارية الإنتاج. يمكن أن يؤدي استخدام تقنيات مثل مصدر الطاقة الاحتياطي ووحدة المعالجة المركزية الاحتياطية الساخنة إلى تحسين تحمل الأخطاء لنظام PLC. حتى في حالة تعطل بعض الأجهزة، لا يزال النظام يعمل بشكل طبيعي لضمان عدم تأثر الإنتاج.

مع التحسين المستمر للأتمتة الصناعية، تتزايد متطلبات أداء أنظمة الإنتاج الخاصة بوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). في المستقبل، ستتطور هذه الوحدات نحو أداء وموثوقية وذكاء أعلى. لذلك، فإن البحث المتعمق في تقنية تحسين الأداء الكهربائي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) له أهمية عملية وقيمة تطبيقية بالغة الأهمية لتعزيز تطوير الأتمتة الصناعية وتحسين القدرة التنافسية للمؤسسات.

1.2 أهداف البحث وحل المشكلات

تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف كيفية تحسين الأداء الكهربائي لأنظمة التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) لتعزيز كفاءة الإنتاج الصناعي. ومن خلال البحث والتطوير في بنية أجهزة وبرامج وأنظمة أنظمة التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، تُقترح سلسلة من استراتيجيات وأساليب التحسين العملية لتوفير الدعم الفني والتوجيه النظري للمؤسسات الصناعية لتطبيق أنظمة التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) في الإنتاج الفعلي.

في عملية تحسين الأداء الكهربائي لـ PLC، نواجه العديد من المشكلات الرئيسية. أولاً، مع التوسع المستمر في حجم الإنتاج الصناعي والتعقيد المتزايد لعمليات الإنتاج، ازدادت كمية البيانات ومهام التحكم التي يحتاج PLC إلى معالجتها بشكل كبير، مما وضع متطلبات أعلى على سرعة الحوسبة وقدرات معالجة البيانات. أصبحت كيفية تحسين سرعة الحوسبة لـ PLC بحيث يمكنه معالجة كميات كبيرة من البيانات بسرعة ودقة مشكلة ملحة يجب حلها. في خطوط الإنتاج عالية السرعة، يحتاج PLC إلى معالجة كمية كبيرة من بيانات الاستشعار في الوقت الفعلي والتحكم الدقيق في حركة المعدات لضمان استمرارية الإنتاج وجودة المنتج. إذا كانت سرعة حوسبة PLC غير كافية، فسيؤدي ذلك إلى تأخير معالجة البيانات، ويؤثر على سرعة استجابة المعدات، وبالتالي تقليل كفاءة الإنتاج.

ثانيًا، تُعدّ موثوقية واستقرار جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) أساس ضمان استمرارية الإنتاج. في بيئات الإنتاج الصناعي، غالبًا ما تواجه أجهزة التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) عوامل تداخل مختلفة، مثل التداخل الكهرومغناطيسي، وتغيرات درجة الحرارة، والرطوبة، وغيرها. قد تُسبب هذه العوامل أعطالًا في جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) وتؤثر على سير الإنتاج الطبيعي. لذلك، تُعدّ كيفية تحسين قدرة جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة على مقاومة التداخل، وتعزيز موثوقيته واستقراره، أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الأداء الكهربائي لجهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC). في الشركات الكيميائية، يكون التداخل الكهرومغناطيسي في بيئة الإنتاج أكثر خطورة. إذا كانت قدرة جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة على مقاومة التداخل غير كافية، فمن السهل أن تُسبب أعطالًا، مما يؤدي إلى حوادث إنتاج.

بالإضافة إلى ذلك، يُعد توافق الاتصال بين وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والأجهزة الأخرى مسألةً مهمةً أيضًا. ففي أنظمة الأتمتة الصناعية الحديثة، عادةً ما تحتاج وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) إلى التواصل مع مجموعة متنوعة من الأجهزة، مثل المستشعرات والمشغلات وأجهزة الكمبيوتر المضيفة، إلخ. وقد تختلف بروتوكولات الاتصال ومعايير الواجهة بين الأجهزة المختلفة، مما يُصعّب تواصل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). وتُعدّ كيفية تحقيق اتصال فعال ومستقر بين وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والأجهزة الأخرى، وضمان دقة نقل البيانات، إحدى المشكلات التي يجب حلها لتحسين الأداء الكهربائي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). في المصانع الذكية، تحتاج وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) إلى التواصل مع مختلف الأجهزة الذكية لتحقيق إدارة ذكية لعملية الإنتاج. وإذا لم يكن توافق الاتصال جيدًا، فسيؤدي ذلك إلى ضعف نقل البيانات، ويؤثر على كفاءة تشغيل نظام الإنتاج بأكمله.

باختصار، ستقوم هذه الدراسة بإجراء بحث معمق حول هذه القضايا الرئيسية، واقتراح استراتيجيات وحلول فعالة للتحسين من خلال التحليل النظري والبحث التجريبي والتحقق من الحالات الفعلية لتحسين الأداء الكهربائي لـ PLC وتعظيم كفاءة الإنتاج الصناعي.

2. الأساس النظري للعلاقة بين الأداء الكهربائي لـ PLC والإنتاجية

2.1 نظرة عامة على مبدأ عمل PLC والأداء الكهربائي

باعتباره جهاز التحكم الأساسي في الأتمتة الصناعية، يعتمد نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) على التحكم في البرامج المخزنة وآلية المسح الدوري. يتكون نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة بشكل أساسي من وحدة المعالجة المركزية (CPU)، والذاكرة، وواجهة الإدخال/الإخراج (I/O)، ومصدر الطاقة، وأجزاء أخرى. تُعدّ وحدة المعالجة المركزية (CPU) جوهر نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة، وهي المسؤولة عن تنفيذ برامج المستخدم ومعالجة البيانات المختلفة؛ وتُستخدم الذاكرة لتخزين برامج النظام وبرامج المستخدم والبيانات؛ وتُعدّ واجهة الإدخال/الإخراج قناةً لتبادل البيانات بين نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة والأجهزة الخارجية؛ كما يوفر مصدر الطاقة جهد تشغيل ثابتًا لكل جزء من أجزاء نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة.

يمكن تقسيم عملية عمل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) إلى ست مراحل: المعالجة الداخلية، ومعالجة الاتصالات، والتشخيص الذاتي، وأخذ عينات الإدخال، وتنفيذ برنامج المستخدم، وتحديث المخرجات. تُنفذ هذه المراحل بشكل متكرر في دورة تُسمى دورة المسح. في مرحلة المعالجة الداخلية، تُهيئ وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الأجهزة، وتتحقق من تكوين وحدة الإدخال/الإخراج، وتُحدد نطاق حماية انقطاع التيار الكهربائي، وما إلى ذلك. في مرحلة معالجة الاتصالات، تتواصل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) مع وحدتها الذكية الخاصة بها مع وحدة المعالجة المركزية (CPU) والأجهزة الخارجية الأخرى لإكمال نقل البيانات واستقبالها، والاستجابة لأوامر المبرمج، وتحديث محتوى شاشة المبرمج، وتحديث محتوى الساعة والسجل الخاص. في مرحلة التشخيص الذاتي، تكتشف وحدة المعالجة المركزية (CPU) حالة كل وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). في حالة حدوث أي خلل، تُشخصه وتعالجه على الفور، وتُصدر في الوقت نفسه إشارة خطأ وتُضيء مؤشر LED على لوحة وحدة المعالجة المركزية. عند حدوث خطأ فادح، تُجبر وحدة المعالجة المركزية على وضع التوقف (STOP) وتتوقف عن تنفيذ البرنامج. في مرحلة أخذ العينات المدخلة، يقوم PLC بمسح جميع محطات الإدخال وتخزين حالتها (0/1) في سجل الإدخال، ثم إغلاق قناة الإدخال وإدخال الخطوة التالية من البرنامج؛ في مرحلة تنفيذ برنامج المستخدم، يتم أخذ البيانات من سجل الإدخال وسجل المكونات الداخلية، ويتم كتابة النتائج إلى سجل صورة الإخراج والذاكرة ذات الصلة وفقًا للعمليات المنطقية والعمليات الحسابية في البرنامج؛ في مرحلة تحديث الإخراج، بعد اكتمال تنفيذ البرنامج، يتم نقل جميع حالات مرحل الإخراج في سجل المكونات الداخلية إلى مزلاج الإخراج في وقت واحد في مرحلة الإخراج، ويتم نقلها إلى نهاية الإخراج من خلال العزل ودفع دائرة مكبر الطاقة لدفع الحمل الفعلي.

يؤثر الأداء الكهربائي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بشكل مباشر على تطبيقها في أنظمة الأتمتة الصناعية. فيما يلي بعض مؤشرات الأداء الكهربائي الرئيسية:

1. سرعة الاستجابة : تشير سرعة الاستجابة إلى الوقت اللازم لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للانتقال من استقبال إشارة دخل إلى إخراج تغيير في الإشارة، ويُقاس عادةً بدورة المسح. كلما كانت دورة المسح أقصر، زادت سرعة استجابة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، واستجابتها للتغيرات في عملية الإنتاج. في خطوط الإنتاج عالية السرعة، يجب أن تكون دورة مسح وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عند مستوى ميلي ثانية أو حتى ميكروثانية لضمان التحكم الفوري في المعدات واستمرارية الإنتاج. تتأثر سرعة الاستجابة بعوامل مثل سرعة تشغيل وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وتعقيد البرنامج، وعدد نقاط الإدخال/الإخراج. يمكن أن يؤدي استخدام وحدة معالجة مركزية عالية الأداء، وتحسين بنية البرنامج، وتقليل عمليات الإدخال/الإخراج غير الضرورية، إلى تحسين سرعة استجابة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بشكل فعال.
2. القدرة على مكافحة التداخل :توجد مصادر تداخل متنوعة في بيئة الإنتاج الصناعي، مثل التداخل الكهرومغناطيسي، وتداخل مصدر الطاقة، وتغيرات درجة الحرارة، والرطوبة، وغيرها. قد تؤثر هذه التداخلات على التشغيل العادي لجهاز PLC، مما يؤدي إلى أخطاء في البيانات، وفقدان التحكم في البرنامج، وحتى تلف المعدات. لذلك، يجب أن يتمتع جهاز PLC بقدرات قوية لمكافحة التداخل لضمان تشغيل مستقر في البيئات القاسية. يعتمد جهاز PLC عادةً على مجموعة متنوعة من إجراءات مكافحة التداخل، مثل ترشيح الأجهزة، والعزل الكهروضوئي، والحجب والتأريض، وغيرها. يمكن لتصفية الأجهزة إزالة الضوضاء عالية التردد والتداخل في إشارة الإدخال؛ يعزل العزل الكهروضوئي الدائرة الداخلية لجهاز PLC عن الدائرة الخارجية من خلال جهاز اقتران بصري لمنع إشارات التداخل الخارجية من دخول جهاز PLC؛ يقلل الحجب والتأريض من تأثير التداخل الكهرومغناطيسي عن طريق حجب جهاز PLC وتأريضه جيدًا.
3. مصداقية : تشير الموثوقية إلى قدرة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) على إنجاز وظائف محددة في ظل ظروف محددة وفي وقت محدد. تُعد الموثوقية مؤشرًا حاسمًا لأداء وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة في التطبيقات الصناعية، وترتبط ارتباطًا مباشرًا باستمرارية واستقرار الإنتاج. تعتمد وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) على مجموعة متنوعة من تقنيات تصميم الموثوقية، مثل تقنية التكرار، وتقنية تشخيص الأعطال والاستعادة الذاتية، وغيرها. تشمل تقنية التكرار التكرار في الطاقة، وتكرار وحدة المعالجة المركزية، وتكرار وحدة الإدخال/الإخراج، وغيرها. عند تعطل الجهاز الرئيسي، يمكن لجهاز النسخ الاحتياطي التبديل تلقائيًا لضمان التشغيل العادي للنظام؛ ويمكن لتقنية تشخيص الأعطال والاستعادة الذاتية مراقبة حالة تشغيل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة في الوقت الفعلي. عند اكتشاف عطل، يمكن تشخيصه ومعالجته في الوقت المناسب، واتخاذ الإجراءات المناسبة للاستعادة الذاتية، مثل إعادة التشغيل التلقائي، والتبديل إلى برنامج النسخ الاحتياطي، إلخ.
4. نقاط الإدخال والإخراج تشير نقاط الإدخال والإخراج إلى عدد أجهزة الإدخال والإخراج التي يمكن لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الاتصال بها، وعادةً ما تُقاس بنقاط الإدخال والإخراج. كلما زاد عدد نقاط الإدخال والإخراج، زاد عدد الأجهزة التي يمكن لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة التحكم بها، وزاد نطاق التحكم الملائم. عند اختيار وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، من الضروري تحديد نقاط الإدخال والإخراج المطلوبة بناءً على احتياجات التحكم الفعلية لضمان تلبية وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة لمتطلبات التحكم في نظام الإنتاج. في الوقت نفسه، من الضروري أيضًا مراعاة سعة توسيع نقاط الإدخال والإخراج بحيث يمكن زيادتها بسهولة عند توسيع نطاق الإنتاج أو تحسين العملية مستقبلًا.
5. سعة التخزين تشير سعة التخزين إلى حجم الذاكرة التي يستخدمها جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) لتخزين برامج المستخدم والبيانات ومعلومات النظام. كلما زادت سعة التخزين، زادت البرامج والبيانات التي يخزنها، وزادت تعقيد وظائف التحكم التي يؤديها. مع تطور الأتمتة الصناعية، تزداد كمية البيانات ومنطق التحكم في عملية الإنتاج تعقيدًا، وتزداد متطلبات سعة تخزين جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) أيضًا. عند اختيار جهاز تحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC)، يجب اختيار جهاز ذي سعة تخزين كافية بناءً على متطلبات التطبيق الفعلية، مع مراعاة إمكانية توسيع سعة التخزين.

2.2 مؤشرات قياس الإنتاجية والعوامل المؤثرة

الإنتاجية مؤشر مهم لقياس كفاءة وفوائد نظام الإنتاج. فهي تعكس قدرة نظام الإنتاج على إنتاج منتجات أو تقديم خدمات خلال فترة زمنية محددة. في الإنتاج الصناعي، يعني تحسين الإنتاجية القدرة على إنتاج المزيد من المنتجات خلال نفس الفترة الزمنية، أو استهلاك موارد أقل عند إنتاج نفس العدد من المنتجات. بالنسبة لأنظمة الإنتاج الصناعي التي تُدار بواسطة التحكم المنطقي القابل للبرمجة، تشمل مؤشرات قياس الإنتاجية بشكل رئيسي الجوانب التالية:

1. الناتج يُعدّ الإنتاج مؤشرًا بديهيًا للإنتاجية، إذ يُشير إلى عدد المنتجات التي يُنتجها نظام الإنتاج خلال فترة زمنية محددة. في خط الإنتاج الآلي، يُحقق نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة استمرارية وكفاءة عملية الإنتاج من خلال التحكم الدقيق في تشغيل المعدات، مما يزيد من إنتاجية المنتج. يستطيع خط إنتاج مُصنّع السيارات إنتاج عشرات السيارات في الساعة من خلال التحكم في عمل الروبوتات والمعدات الآلية من خلال نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة، مما يزيد الإنتاج بشكل كبير مقارنةً بأساليب الإنتاج اليدوية التقليدية.
2. كفاءة الإنتاج تشير كفاءة الإنتاج إلى كمية العمل المُنجز من قِبل نظام الإنتاج لكل وحدة زمنية، وعادةً ما تُعبّر عنها بنسبة وقت الإنتاج إلى الناتج. كلما ارتفعت كفاءة الإنتاج، زادت كمية العمل المُنجز من قِبل نظام الإنتاج لكل وحدة زمنية، وبالتالي ارتفعت الإنتاجية. في عملية الإنتاج الكيميائي، يُحافظ نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) على أفضل أداء لعملية الإنتاج من خلال المراقبة الفورية وضبط مُختلف مُعاملات العملية، مما يُحسّن كفاءة الإنتاج. من خلال تحسين برنامج التحكم في نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، يتم تقليل عدد مرات تشغيل وإيقاف المُعدّات ووقت الانتظار في عملية الإنتاج، وتزداد كفاءة الإنتاج بمقدار 20%.
3. معدل استخدام المعدات يشير معدل استخدام المعدات إلى نسبة وقت التشغيل الفعلي إلى وقت التشغيل المخطط له، مما يعكس كفاءة استخدامها. في الإنتاج الصناعي، يُمكّن تحسين معدل استخدام المعدات من تعزيز قدرتها الإنتاجية، وتقليل وقت تعطلها، وبالتالي تحسين الإنتاجية. يستطيع نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) اكتشاف أعطال المعدات في الوقت المناسب وإجراء الإصلاحات اللازمة من خلال المراقبة الفورية وتشخيص الأعطال، مما يضمن التشغيل الطبيعي للمعدات، ويحسّن معدل استخدامها. من خلال نظام مراقبة PLC، يتم اكتشاف أعطال المعدات المحتملة في الوقت المناسب وإصلاحها مسبقًا، مما يزيد من معدل استخدام المعدات من الطراز 80% الأصلي إلى الطراز 90%.
4. جودة المنتج جودة المنتج من أهم مؤشرات قياس الإنتاجية، إذ تؤثر بشكل مباشر على القدرة التنافسية للمنتجات في السوق والفوائد الاقتصادية للمؤسسات. في عملية الإنتاج، يضمن نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) استقرار جودة المنتج وثباتها من خلال التحكم الدقيق في مختلف معايير العملية. في شركات تصنيع الإلكترونيات، يمكن لخط الإنتاج الآلي، الذي يتحكم فيه نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، التحكم بدقة في درجة حرارة اللحام ووقته وغيرها من معايير المنتجات الإلكترونية، مما يضمن جودة اللحام ويرفع من جودة المنتجات.
5. دورة الإنتاج دورة الإنتاج هي المدة اللازمة من إدخال المواد الخام إلى إنتاج المنتج، مما يعكس سرعة الإنتاج في نظام الإنتاج. يؤدي تقصير دورة الإنتاج إلى تحسين كفاءته، وتسريع دوران رأس المال، وبالتالي زيادة الإنتاجية. يُختصر نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) دورة الإنتاج من خلال تحسين عملية الإنتاج والتحكم في سرعة تشغيل المعدات. في شركات تصنيع الملابس، اختصرت معدات القص والخياطة الآلية التي يتم التحكم فيها بواسطة نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) دورة إنتاج الملابس من أسبوع واحد إلى ثلاثة أيام.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على الإنتاجية. بالنسبة لأنظمة الإنتاج الصناعي التي تُدار بواسطة PLC، إليك بعض العوامل الرئيسية:

• كفاءة تشغيل المعدات كفاءة تشغيل المعدات من العوامل الرئيسية المؤثرة على الإنتاجية. يمكن لـ PLC تقليل وقت تعطل المعدات وتحسين كفاءتها من خلال التحكم الدقيق في تشغيلها. في خط الإنتاج الآلي، يمكن لـ PLC ضبط سرعة تشغيل المعدات ونمط عملها تلقائيًا وفقًا لاحتياجات الإنتاج، لضمان عملها في أفضل حالة تشغيلية. في الوقت نفسه، يمكن لـ PLC أيضًا مراقبة المعدات وتشخيصها آنيًا، واكتشاف أعطالها ومعالجتها في الوقت المناسب، وتجنب توقفها لفترات طويلة، مما يحسن كفاءة تشغيلها.
• جودة المنتج تؤثر جودة المنتج بشكل مباشر على القدرة التنافسية للمنتجات في السوق والفوائد الاقتصادية للمؤسسات. في عملية الإنتاج، يضمن نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) استقرار جودة المنتج وثباتها من خلال التحكم الدقيق في مختلف معايير العملية. في حال عدم استقرار جودة المنتج، سيؤدي ذلك إلى انخفاض معدل تأهيل المنتج، وزيادة تكاليف الإنتاج، كما يؤثر على سمعة المؤسسة وحصتها السوقية. لذلك، يُعد تحسين جودة المنتج من أهم الطرق لتحسين الإنتاجية.
• تحسين عملية الإنتاج يُحسّن تحسين عمليات الإنتاج كفاءته، ويُخفّض تكاليفه، وبالتالي زيادة الإنتاجية. يستطيع نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) تحديد الاختناقات والاختلالات في عملية الإنتاج من خلال المراقبة الفورية وتحليل بياناتها، وتحسينها. يُقلّل تحسين عملية الإنتاج وقت الانتظار ومسافة مناولة المواد، ويرفع كفاءة الإنتاج.
• جودة الموظفين :يؤثر مستوى مهارة المشغلين وسلوكهم في العمل بشكل كبير على الإنتاجية. فالمشغّلون الذين يتقنون برمجة PLC ومهارات التشغيل، يمكنهم الاستفادة بشكل أفضل من مزايا التحكم في PLC، وتحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج. وفي الوقت نفسه، يتسم سلوك المشغل في العمل بالمبادرة والضمير والمسؤولية، مما يُقلل من تأثير العوامل البشرية على الإنتاج ويُحسّن الإنتاجية.
• العوامل البيئية الخارجية تؤثر العوامل البيئية الخارجية، مثل إمدادات المواد الخام، وطلب السوق، والسياسات واللوائح، على الإنتاجية. يؤدي عدم استقرار إمدادات المواد الخام إلى انقطاع الإنتاج ويؤثر على كفاءته؛ كما تؤثر التغيرات في طلب السوق على مبيعات المنتجات، مما يؤثر على خطة إنتاج الشركة وإنتاجيتها؛ كما تؤثر تعديلات السياسات واللوائح على إنتاج الشركة وعملياتها، وبالتالي على الإنتاجية.

2.3 تأثير الأداء الكهربائي لـ PLC على الإنتاجية

هناك علاقة جوهرية وثيقة بين الأداء الكهربائي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والإنتاجية. فهي تؤثر على كفاءة الإنتاج وجودة المنتج واستقرار المعدات في جوانب عديدة، مما يؤثر بدوره بشكل كبير على الإنتاجية.

2.3.1 التأثير على كفاءة الإنتاج

سرعة استجابة PLC هي أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على كفاءة الإنتاج. في خط الإنتاج عالي السرعة، تكون كل حلقة من عملية الإنتاج متصلة بشكل وثيق، وأي تأخير في أي حلقة قد يتسبب في ركود خط الإنتاج بأكمله. يمكن لقدرة الاستجابة السريعة لـ PLC ضمان تنفيذ المعدات لتعليمات التحكم المختلفة في الوقت المناسب وتقليل وقت الانتظار في عملية الإنتاج. في خط إنتاج الختم لتصنيع السيارات، يحتاج PLC إلى التحكم بسرعة في عمل آلة الختم حتى تتمكن من إكمال ختم الورقة في وقت قصير. إذا كانت سرعة استجابة PLC بطيئة جدًا، فسوف يتسبب ذلك في تأخير عمل آلة الختم، مما يؤثر على كفاءة الإنتاج. وفقًا للبحث ذي الصلة، عندما يتم تقصير دورة مسح PLC من 10 مللي ثانية إلى 5 مللي ثانية، يمكن زيادة كفاءة إنتاج خط الإنتاج بمقدار 10% - 20%.

تُؤثر قدرة معالجة البيانات في نظام PLC بشكل كبير على كفاءة الإنتاج. مع تطور الرقمنة والذكاء الاصطناعي في الإنتاج الصناعي، تتزايد كمية البيانات المُولّدة في عملية الإنتاج، وتحتاج هذه البيانات إلى معالجتها وتحليلها بواسطة PLC في الوقت الفعلي. تُمكّن قدرات معالجة البيانات القوية نظام PLC من معالجة كمية كبيرة من بيانات الإنتاج بسرعة، وتوفير أساس دقيق لاتخاذ قرارات الإنتاج، وبالتالي تحسين عمليات الإنتاج وزيادة كفاءته. في عملية الإنتاج الكيميائي، يحتاج نظام PLC إلى معالجة درجة الحرارة والضغط والتدفق وغيرها من البيانات التي تجمعها أجهزة الاستشعار المختلفة في الوقت الفعلي، وضبط معلمات الإنتاج بناءً على هذه البيانات لضمان التشغيل المستقر لعملية الإنتاج. إذا كانت قدرة معالجة البيانات في نظام PLC غير كافية، فستكون معالجة البيانات غير مُناسبة، مما يؤثر على ضبط معلمات الإنتاج وبالتالي تقليل كفاءته.

2.3.2 التأثير على جودة المنتج

تُعدّ قدرة التحكم عالية الدقة في نظام PLC أساس ضمان جودة المنتج. في عملية الإنتاج، غالبًا ما تتأثر جودة المنتج بعوامل عديدة، مثل تقلبات معلمات العملية، مثل درجة الحرارة والضغط والسرعة. يتحكم نظام PLC بدقة في هذه المعلمات للحفاظ عليها ضمن النطاق المحدد، مما يضمن استقرار جودة المنتج وثباتها. في شركات تصنيع الإلكترونيات، تخضع عملية تصنيع الرقائق لمتطلبات صارمة للغاية فيما يتعلق بمعلمات العملية. يضمن نظام PLC دقة تصنيع الرقائق وجودتها من خلال التحكم الدقيق في معلمات روابط العملية، مثل الطباعة الحجرية والنقش. ووفقًا للإحصاءات، يمكن زيادة معدل جودة المنتجات بمقدار 5% إلى 10% باستخدام نظام إنتاج يتحكم فيه نظام PLC.

لموثوقية واستقرار نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) تأثيرٌ بالغ الأهمية على جودة المنتج. ففي حال تعطله أثناء عملية الإنتاج، قد يتسبب ذلك في انقطاع العملية أو إنتاج منتجات غير مطابقة للمواصفات. لذلك، يُسهم تحسين موثوقية واستقرار نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) في تقليل مشاكل جودة المنتج الناتجة عن تعطل المعدات، وضمان استقرار جودتها. في صناعة الأدوية، تتطلب عملية إنتاج الأدوية متطلباتٍ عاليةً للغاية فيما يتعلق بموثوقية واستقرار المعدات. وقد يُؤدي أي عطل في نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) إلى جودة غير مطابقة للمواصفات للأدوية، بل قد يُلحق الضرر بصحة المرضى. ومن خلال اعتماد تقنيات التكرار، وتشخيص الأعطال، والاستعادة الذاتية، وغيرها من التدابير، تُحسّن موثوقية واستقرار نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، مما يضمن جودة إنتاج الأدوية.

2.3.3 التأثير على استقرار المعدات

تُعد قدرة PLC على مقاومة التداخل عاملاً هامًا لضمان التشغيل المستقر للمعدات. في بيئات الإنتاج الصناعي، توجد العديد من التداخلات الكهرومغناطيسية وتداخلات مصدر الطاقة وعوامل أخرى قد تؤثر على التشغيل الطبيعي لـ PLC وتتسبب في عدم استقرار تشغيل المعدات. يقلل PLC بشكل فعال من تأثير التداخل على المعدات ويضمن التشغيل المستقر للمعدات من خلال اعتماد تدابير مضادة للتداخل مثل ترشيح الأجهزة والعزل الكهروضوئي والتأريض الواقي. في نظام الطاقة، يُستخدم PLC للتحكم في معدات محطات الطاقة الفرعية. نظرًا للتداخل الكهرومغناطيسي القوي في نظام الطاقة، فإن قدرة PLC على مقاومة التداخل عالية جدًا. من خلال اعتماد تدابير مضادة للتداخل عالية الأداء، يمكن لـ PLC العمل بثبات في بيئة تداخل كهرومغناطيسي قوية، مما يضمن التشغيل الطبيعي لمعدات محطات الطاقة الفرعية.

يؤثر تصميم موثوقية وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بشكل كبير على استقرار المعدات. فمن خلال اعتماد تصميمات موثوقية مثل تقنية التكرار، وتشخيص الأعطال، وتقنية الاستعادة الذاتية، يمكن لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الحفاظ على التشغيل الطبيعي للنظام عند تعطل بعض الأجهزة، مما يُحسّن استقرار المعدات. في مجال الطيران، يعتمد نظام التحكم في الطائرات على وحدة تحكم منطقية قابلة للتكرار. عند تعطل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الرئيسية، يمكن لوحدة التحكم المنطقية القابلة للتكرار التبديل تلقائيًا لضمان سلامة طيران الطائرة. ووفقًا للدراسات، يمكن لنظام التحكم الذي يستخدم وحدة التحكم المنطقية القابلة للتكرار زيادة متوسط الوقت بين أعطال المعدات عدة مرات، مما يُحسّن استقرار المعدات بشكل كبير.

3. تحليل العوامل المؤثرة على الأداء الكهربائي لـ PLC

3.1 عوامل الأجهزة

3.1.1 أداء المعالج

بصفته المكون الأساسي لـ PLC، يلعب أداء المعالج دورًا حاسمًا في الأداء الكهربائي له. تحدد سرعة معالجة المعالج كفاءة معالجة PLC لإشارات الإدخال وسرعة تنفيذ برامج المستخدم. في خطوط الإنتاج عالية السرعة، مثل خطوط إنتاج ختم قطع غيار السيارات، تتطلب كل عملية ختم استجابة سريعة ودقيقة من PLC للتحكم في تشغيل آلة الختم. إذا كانت سرعة معالجة المعالج غير كافية، فسيتم تمديد الفاصل الزمني بين اكتشاف المستشعر لإشارة وصول اللوحة والتحكم في عمل آلة الختم، مما يؤدي إلى تباطؤ في خط الإنتاج وانخفاض كفاءته. عند مضاعفة سرعة معالجة المعالج، يمكن زيادة كفاءة إنتاج خط إنتاج الختم بمقدار 30% - 40%.

تُعد سعة التخزين أيضًا أحد المؤشرات المهمة لأداء المعالج. مع تطور الرقمنة والذكاء الاصطناعي في الإنتاج الصناعي، ازدادت كمية البيانات المُولَّدة في عملية الإنتاج بشكل كبير، مما يتطلب من وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) تخزين كميات كبيرة من بيانات الإنتاج وبرامج المستخدم ومعلومات تكوين النظام. تضمن سعة التخزين الكافية التشغيل الطبيعي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وتجنب فقدان البيانات أو تشغيل البرامج بشكل غير طبيعي بسبب نقص مساحة التخزين. في الشركات الكيميائية الكبيرة، تحتاج وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) إلى تخزين ومعالجة مختلف معلمات العملية، وحالة تشغيل المعدات، وغيرها من البيانات في الوقت الفعلي. في حال عدم كفاية سعة التخزين، قد لا يتم تسجيل البيانات الرئيسية، مما يؤثر على مراقبة وتحليل عملية الإنتاج، وقد يتسبب في حوادث إنتاجية.

بالإضافة إلى ذلك، تؤثر بنية مجموعة التعليمات وآلية ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج على الأداء الكهربائي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). تُحسّن بنية مجموعة التعليمات المتقدمة كفاءة تنفيذ التعليمات وتُقلل وقت تنفيذها؛ كما تُمكّن آلية ذاكرة التخزين المؤقت الفعّالة من قراءة البيانات وتخزينها بسرعة، وتقليل تأخير نقل البيانات بين المعالج والذاكرة، مما يُحسّن الأداء العام لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. على سبيل المثال، تُمكّن بنية مجموعة التعليمات التي تستخدم تقنية خطوط الأنابيب المعالج من معالجة تعليمات متعددة في نفس الوقت، مما يُحسّن سرعة التشغيل بشكل كبير؛ وتُقلل ذاكرة التخزين المؤقت ذات السعة الكبيرة عدد مرات وصول المعالج إلى الذاكرة، وتُحسّن كفاءة معالجة البيانات.

3.1.2 جودة الطاقة

يُعد مصدر الطاقة أساس التشغيل العادي لجهاز PLC، ولجودته تأثيرٌ بالغ الأهمية على أدائه الكهربائي. يرتبط استقرار مصدر الطاقة ارتباطًا مباشرًا بموثوقية جهاز PLC. في بيئة الإنتاج الصناعي، قد يتذبذب جهد الشبكة الكهربائية، ويرتفع بشكل مفاجئ، ويحدث ظروفًا غير طبيعية أخرى. عندما يتجاوز تذبذب الجهد نطاق التشغيل العادي لجهاز PLC، قد يؤدي ذلك إلى تعطل الدائرة الداخلية للجهاز، مما يؤدي إلى أخطاء في البيانات، وفقدان التحكم في البرنامج، ومشاكل أخرى. في المناطق التي يكون فيها مصدر الطاقة غير مستقر، قد يتعطل نظام التحكم في PLC بشكل متكرر، مما يؤثر على الإنتاج العادي.

تُعد قدرة مصدر الطاقة على مقاومة التداخل عاملاً رئيسياً يؤثر على الأداء الكهربائي لجهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC). توجد مصادر مختلفة للتداخل الكهرومغناطيسي في المواقع الصناعية، مثل تشغيل وإيقاف المحركات عالية الطاقة، وتشغيل ماكينات اللحام الكهربائية، وغيرها. قد تنتقل هذه التداخلات إلى داخل جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) عبر خط إمداد الطاقة، مما يؤثر على تشغيله الطبيعي. إذا كانت قدرة مصدر الطاقة على مقاومة التداخل غير كافية، ولم تتم تصفية إشارات التداخل هذه بفعالية، فستنخفض دقة التحكم في جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، وقد يؤدي ذلك إلى تعطل المعدات. ولتحسين قدرة مصدر الطاقة على مقاومة التداخل، عادةً ما تُركّب مرشحات ومحولات عزل ومعدات أخرى عند مدخل الطاقة لتقليل تأثير إشارات التداخل على جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC).

بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تجاهل عامل التموج في مصدر الطاقة. يشير التموج إلى مُكوّن التيار المتردد في جهد خرج مصدر الطاقة. سيتداخل التموج المفرط مع الدوائر الرقمية والتناظرية لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ويؤثر على أدائها. في الحالات التي تتطلب دقة تحكم عالية، مثل خطوط إنتاج الرقائق الإلكترونية، يلزم استخدام مصادر طاقة منخفضة التموج لضمان قدرة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة على التحكم بدقة في مختلف معلمات عملية الإنتاج وضمان جودة المنتج.

3.1.3 خصائص وحدة الإدخال والإخراج

وحدة الإدخال والإخراج هي جسر تبادل البيانات بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والأجهزة الخارجية، وتؤثر خصائصها بشكل مباشر على الأداء الكهربائي لها. تحدد سرعة استجابة وحدة الإدخال والإخراج توقيت استقبال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للإشارات الخارجية وتحكمها بها. في أنظمة التحكم في الحركة عالية السرعة، مثل التحكم في حركة الروبوت، تحتاج وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) إلى جمع إشارات موضع المستشعر بسرعة والتحكم في تشغيل المحرك في الوقت المناسب. إذا كانت سرعة استجابة وحدة الإدخال والإخراج بطيئة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى تأخر حركة الروبوت، مما يؤثر على دقة واستقرار الحركة. عند زيادة سرعة استجابة وحدة الإدخال والإخراج بمقدار 50%، يمكن تحسين دقة التحكم في حركة الروبوت بمقدار 20% - 30%.

دقة وحدات الإدخال والإخراج ضرورية في بعض التطبيقات التي تتطلب دقة تحكم عالية. في إنتاج الأتمتة الصناعية، تتطلب العديد من خطوات العملية تحكمًا دقيقًا في معلمات مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق. إذا كانت دقة وحدات الإدخال والإخراج غير كافية، فسيحدث انحراف بين قيمة التحكم الفعلية والقيمة المحددة، مما يؤثر على جودة المنتج. في الإنتاج الكيميائي، تكون دقة التحكم في درجة الحرارة في المفاعل عالية جدًا. إذا كان خطأ دقة قياس درجة الحرارة في وحدات الإدخال والإخراج كبيرًا جدًا، فقد يتسبب ذلك في خروج التفاعل الكيميائي عن السيطرة ويؤدي إلى حادث سلامة.

بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تجاهل قدرة وحدات الإدخال والإخراج على مقاومة التداخل. ففي المواقع الصناعية، تتأثر وحدات الإدخال والإخراج بسهولة بالتداخل الكهرومغناطيسي والتداخل الكهروستاتيكي، وما إلى ذلك، مما يؤدي إلى أخطاء في نقل الإشارة. ولتحسين قدرة وحدات الإدخال والإخراج على مقاومة التداخل، يُستخدم عادةً العزل الكهروضوئي والحماية والتأريض لضمان موثوقية نقل الإشارة. على سبيل المثال، تعزل تقنية العزل الكهروضوئي وحدات الإدخال والإخراج عن الدائرة الخارجية عبر مقرنات ضوئية، مما يمنع بفعالية تسلل إشارات التداخل الخارجية؛ كما يُقلل الحماية والتأريض من تأثير التداخل الكهرومغناطيسي من خلال حماية كابلات الإدخال والإخراج وتأريضها جيدًا.

3.2 عوامل البرمجيات

3.2.1 خوارزمية البرمجة وتحسين المنطق

يؤثر تصميم خوارزميات البرمجة والمنطق بشكل كبير على الأداء الكهربائي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وخاصةً من حيث دورات المسح واستخدام الموارد. تختلف كفاءة التنفيذ واستهلاك الموارد باختلاف خوارزميات البرمجة المختلفة عند معالجة المهمة نفسها. في برمجة التحكم التسلسلي، تُستخدم أساليب البرمجة الهيكلية لتقسيم مهام التحكم المعقدة إلى وحدات وظيفية متعددة. تُنفذ كل وحدة وظائف محددة. من خلال استدعاءات الوحدات المنطقية والتركيبات المنطقية، يمكن تحسين قابلية قراءة البرنامج وسهولة قراءته. كما تُحسّن قابلية الصيانة، مع تقليل وقت تنفيذ البرنامج وتقصير دورة المسح. في نظام التحكم PLC لخط الإنتاج الآلي، تُكتب وظائف نقل المواد ومعالجتها وكشفها كوحدات مستقلة، ويتم استدعاء هذه الوحدات بالتسلسل من خلال البرنامج الرئيسي لتحقيق التشغيل الآلي لخط الإنتاج. بالمقارنة مع البرمجة الخطية التقليدية، تُقصر البرمجة الهيكلية دورة المسح بمقدار 20% - 30% وتُحسّن كفاءة الإنتاج.

فيما يتعلق بالحكم الشرطي والتحكم الحلقي، يمكن لتحسين منطق البرمجة أن يُحسّن أداء وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بفعالية. في عمليات الإنتاج المعقدة، من الضروري الحكم بناءً على شروط متعددة لتحديد حالة تشغيل المعدات. يمكن أن يؤدي الاستخدام المعقول لعبارات الحكم الشرطي وتجنب التعشيش الشرطي غير الضروري والحكم المتكرر إلى تقليل وقت تنفيذ البرنامج. في نظام التحكم في درجة الحرارة، وفقًا لإشارة التغذية الراجعة لمستشعر درجة الحرارة، من الضروري الحكم على ما إذا كانت درجة الحرارة تصل إلى القيمة المحددة واتجاه تغير درجة الحرارة، وذلك للتحكم في بدء تشغيل معدات التدفئة وإيقافها. من خلال تحسين منطق الحكم الشرطي ودمج وتبسيط الشروط ذات الصلة، يتم تحسين كفاءة تنفيذ البرنامج بواسطة 15% - 20%، مما يضمن دقة وتوقيت التحكم في درجة الحرارة.

يُستخدم التحكم الحلقي غالبًا في برمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للتعامل مع المهام المتكررة، مثل جمع البيانات ومعالجتها. يُسهم تحسين خوارزمية التحكم الحلقي وضبط شروطها وعددها بشكل معقول في تقليل تنفيذ الحلقات غير الضرورية وتحسين استخدام الموارد. في نظام جمع البيانات، من الضروري جمع البيانات بشكل دوري من عدة مستشعرات. من خلال تحسين خوارزمية التحكم الحلقي واستخدام المقاطعات المؤقتة لبدء جمع البيانات، يتم تجنب انتظار الحلقات غير الضروري، مما يُحسّن كفاءة جمع البيانات من 30% إلى 40%، مع تقليل استهلاك وحدة المعالجة المركزية (CPU) لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).

3.2.2 توافق واستقرار برامج النظام

باعتباره الدعم الأساسي لتشغيل PLC، فإن توافق برنامج النظام مع الأجهزة واستقراره أمران حاسمان للأداء الكهربائي لـ PLC. عندما يكون برنامج النظام غير متوافق مع الأجهزة، فقد يتسبب ذلك في حدوث مشكلات مثل عدم قدرة الجهاز على الاتصال بشكل طبيعي أو أخطاء في نقل البيانات أو تعطل النظام. أثناء ترقية نظام التحكم PLC، إذا لم يتطابق برنامج النظام المثبت حديثًا مع معدات الأجهزة الأصلية، فقد تحدث انقطاعات في الاتصال وفشل في وحدة الإدخال/الإخراج، مما يؤثر بشكل خطير على الإنتاج الطبيعي. في مشروع تحويل الأتمتة في مصنع معين، تمت ترقية برنامج نظام PLC، ولكن لم يتم مراعاة توافق البرنامج والأجهزة بشكل كامل، مما أدى إلى حدوث أعطال متكررة في خط الإنتاج أثناء التشغيل وانخفاض كبير في كفاءة الإنتاج. بعد إعادة تصحيح الأخطاء ومطابقة برنامج النظام والأجهزة، تم حل مشكلة التوافق واستُعيد التشغيل الطبيعي لخط الإنتاج.

يرتبط استقرار برنامج النظام نفسه ارتباطًا مباشرًا بالأداء الكهربائي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). قد يواجه برنامج النظام غير المستقر مشاكل مثل تسرب الذاكرة وإنهاء البرنامج بشكل غير طبيعي، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. سيؤدي تسرب الذاكرة إلى انخفاض ذاكرة النظام تدريجيًا، وفي النهاية لن تتمكن وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من العمل بشكل صحيح بسبب نقص الذاكرة؛ وسيؤدي الإنهاء غير الطبيعي للبرنامج إلى انقطاع عملية الإنتاج، مما يؤدي إلى خسائر في الإنتاج. لتحسين استقرار برنامج النظام، عادةً ما يُجري مطورو البرامج الكثير من أعمال الاختبار والتحسين لإصلاح الثغرات والعيوب فيه. في الوقت نفسه، يجب على المستخدمين أيضًا تحديث برنامج النظام في الوقت المناسب أثناء الاستخدام للحصول على أحدث تحسينات الاستقرار والأداء. في بعض المجالات الصناعية ذات متطلبات الموثوقية العالية للغاية، مثل الفضاء وأنظمة الطاقة، إلخ، يجب أن يخضع برنامج نظام وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة لاختبارات وتحققات صارمة لضمان استقراره وموثوقيته وضمان سلامة واستقرار عملية الإنتاج.

3.3 العوامل البيئية الخارجية

3.3.1 التداخل الكهرومغناطيسي

يُعد التداخل الكهرومغناطيسي أحد أهم العوامل البيئية الخارجية التي تؤثر على الأداء الكهربائي لأنظمة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة (PLC). مصادره واسعة ومسارات نقله معقدة. في مواقع الإنتاج الصناعي، ينشأ التداخل الكهرومغناطيسي بشكل رئيسي من الجوانب التالية:

1. نظام الطاقة تُولّد مختلف المعدات الكهربائية في نظام الطاقة، مثل المحولات وخطوط النقل عالية الجهد والمحركات عالية القدرة، مجالات كهرومغناطيسية قوية أثناء التشغيل. عندما تتجاوز شدة هذه المجالات الكهرومغناطيسية حدًا معينًا، فإنها تتداخل مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) القريبة. في مصانع الصلب، تُولّد أفران الكهرباء الكبيرة المستخدمة في صناعة الصلب تغيرات كبيرة في التيار أثناء التشغيل، مما يُسبب إشعاعًا كهرومغناطيسيًا قويًا، مما قد يُسبب أخطاءً في البيانات أو تشوهات في التحكم في وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) القريبة.
2. معدات الاتصالات معدات الاتصالات اللاسلكية المستخدمة على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي الحديث، مثل محطات الهواتف المحمولة، وأجهزة الاتصال اللاسلكي، وأجهزة الواي فاي، وغيرها، قد تُسبب تداخلاً كهرومغناطيسياً. تُصدر هذه الأجهزة موجات كهرومغناطيسية عالية التردد أثناء عملها. إذا كان تردد التشغيل قريبًا من تردد وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، فقد يتداخل ذلك مع اتصالاتها ومعالجتها للبيانات. في بعض المصانع الذكية، تتواصل العديد من أجهزة الاستشعار والمشغلات اللاسلكية مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة عبر شبكات لاسلكية. في حال وجود مصادر تداخل قوية في الاتصالات اللاسلكية، فقد يتسبب ذلك في انقطاع الاتصال أو حدوث أخطاء في نقل البيانات.
3. معدات كهربائية أخرى تُولّد آلات اللحام الكهربائية، ومصابيح الفلورسنت، ومنظمات سرعة التردد المتغير، وغيرها من المعدات الكهربائية، تداخلاً كهرومغناطيسياً أثناء العمل. تُولّد آلات اللحام الكهربائية تيارات نبضية عالية التردد أثناء اللحام، مما يُشعّ موجات كهرومغناطيسية إلى الفضاء المحيط، ويتداخل مع أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) القريبة؛ وتُولّد مصابيح الفلورسنت تذبذبات عالية التردد عند بدء التشغيل والعمل، مما يُسبب أيضاً تداخلاً مع أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs). تُعدّل منظمات سرعة التردد المتغير سرعة المحرك عن طريق تغيير تردد مصدر الطاقة، وتُولّد عدداً كبيراً من التوافقيات أثناء تشغيلها، مما يُتداخل مع أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) من خلال خطوط الطاقة والإشعاعات الفضائية.

يؤثر التداخل الكهرومغناطيسي على الأداء الكهربائي لـ PLC بشكل رئيسي من خلال طريقتين: التوصيل والإشعاع:

• التداخل الموصل : يشير التداخل الموصل إلى التداخل الكهرومغناطيسي الذي ينتقل إلى داخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عبر موصلات مثل خطوط الكهرباء وخطوط الإشارة. في الإنتاج الصناعي، يمكن أن تدخل إشارات التداخل في شبكة الكهرباء إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عبر خط الكهرباء الخاص بها، مما يؤثر على تشغيلها الطبيعي. عند وجود تداخلات مثل ارتفاعات الجهد والتوافقيات في شبكة الكهرباء، تنتقل إشارات التداخل هذه إلى وحدة الطاقة الخاصة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عبر خط الكهرباء، مما يؤثر على أجزاء أخرى من وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). سيؤثر التداخل على خط الإشارة أيضًا على إشارات الإدخال والإخراج الخاصة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، مما يتسبب في تشويه الإشارة أو حدوث أخطاء فيها. إذا تعرض خط الإشارة بين المستشعر ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للتداخل الكهرومغناطيسي، فقد تتداخل إشارة خرج المستشعر أثناء عملية الإرسال، مما يتسبب في استقبال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) لإشارات غير صحيحة واتخاذ قرارات تحكم غير صحيحة.
• التداخل المشع يشير التداخل الإشعاعي إلى التداخل الكهرومغناطيسي الذي ينتشر في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عبر الإشعاع الفضائي. عندما يكون جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) في بيئة إشعاع كهرومغناطيسي قوي، يؤثر التداخل الإشعاعي مباشرةً على مكونات دائرة الجهاز، مما يؤثر على أدائه الطبيعي. بالقرب من محطات التحويل الكبيرة، وبسبب وجود مجالات كهرومغناطيسية قوية، قد تتأثر وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) المحيطة بالتداخل الإشعاعي، مما يؤدي إلى خلل في تشغيل البرنامج أو فقدان البيانات. كما قد يؤثر التداخل الإشعاعي على شبكة اتصالات جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، مما يتسبب في تداخل إشارة الاتصال، مما يؤدي إلى انقطاع الاتصال أو حدوث أخطاء في نقل البيانات.

من أجل تقليل تأثير التداخل الكهرومغناطيسي على الأداء الكهربائي لـ PLC، يتم عادة اتخاذ التدابير التالية:

• الحماية : يُعزل جهاز PLC والأجهزة المرتبطة به لتقليل الإشعاع واستقبال التداخل الكهرومغناطيسي. تُستخدم أغلفة معدنية وكابلات عازلة لعزل جهاز PLC عن مصادر التداخل الكهرومغناطيسي الخارجية. يمنع الغلاف المعدني دخول المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية ويحمي الدائرة الداخلية لجهاز PLC من التداخل؛ كما يُقلل كابل العزل بفعالية من التداخل الكهرومغناطيسي على خط الإشارة ويضمن نقلًا موثوقًا للإشارة.
• تصفية : ركّب مرشحات على خطي الطاقة والإشارة لتصفية إشارات التداخل. يزيل مرشح الطاقة الضوضاء والتداخل عالي التردد في مصدر الطاقة لضمان استقرار مصدر طاقة PLC؛ بينما يُرشّح مرشح الإشارة إشارات الإدخال والإخراج، ويزيل مكونات التداخل فيها، ويُحسّن جودتها.
• التأريض يُعدّ التأريض الجيد إجراءً هامًا للحد من التداخل الكهرومغناطيسي. بتأريض الغلاف المعدني وطبقة الحماية، وما إلى ذلك، لجهاز PLC، يُمكن إدخال تيار التداخل إلى الأرض لمنع إشارات التداخل من التأثير على داخل جهاز PLC. في الوقت نفسه، يُعدّ تصميم التأريض المناسب والتحكم في مقاومة التأريض أمرًا بالغ الأهمية لضمان فعالية التأريض.
• الأسلاك المعقولة أثناء توصيل أسلاك نظام التحكم PLC، يجب ترتيب مواضع خطوط الطاقة وخطوط الإشارة وخطوط التحكم بشكل مناسب لتجنب تداخلها. وزّع خطوط الطاقة وخطوط الإشارة بشكل منفصل لتقليل التداخل بينها؛ وتجنب خطوط الإشارة الطويلة جدًا للحد من التداخل أثناء نقل الإشارة.

3.3.2 الظروف البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة

تؤثر الظروف البيئية، مثل درجة الحرارة والرطوبة، بشكل كبير على الأداء الكهربائي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). في بيئة الإنتاج الصناعي، تُعد التغييرات في هذه العوامل معقدة وتتطلب اهتمامًا كافيًا.

تُعد درجة الحرارة أحد العوامل البيئية الرئيسية التي تؤثر على الأداء الكهربائي لجهاز PLC. يتغير أداء المكونات الإلكترونية داخل جهاز PLC باختلاف درجات الحرارة، مما يؤثر على الأداء العام للجهاز. فعندما تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة جدًا، ترتفع درجة حرارة المكونات الإلكترونية داخل جهاز PLC بسبب ضعف تبديد الحرارة، مما يتسبب في انحراف معلمات المكونات، مثل التغيرات في قيم المقاومة والسعة، مما يؤثر بدوره على التشغيل العادي للدائرة. كما قد تؤدي درجة الحرارة الزائدة إلى تقصير عمر المكونات الإلكترونية أو حتى إتلافها. ففي بيئة ذات درجة حرارة عالية، يزداد تيار التسرب للرقاقة، ويزداد استهلاك الطاقة، وتولد المزيد من الحرارة، مما يشكل حلقة مفرغة قد تؤدي في النهاية إلى احتراق الشريحة. ووفقًا للدراسات، فإن كل زيادة قدرها 10 درجات مئوية في درجة حرارة المكونات الإلكترونية قد تقصر عمرها بنحو 50%. في بعض سيناريوهات الإنتاج الصناعي عالية الحرارة، مثل صهر الفولاذ وتصنيع الزجاج، غالبًا ما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة نطاق درجة حرارة التشغيل الاعتيادية لجهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC). في حال عدم اتخاذ تدابير فعالة لتبديد الحرارة، ستتعرض موثوقية جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) واستقراره لخطر بالغ.

على العكس من ذلك، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة منخفضة جدًا، قد يتدهور أداء المكونات الإلكترونية داخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). على سبيل المثال، تنخفض سعة المكثف مع انخفاض درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تغير ثابت زمن الدائرة، مما يؤثر على معالجة ونقل الإشارة. كما تتأثر خصائص التوصيل لبعض أجهزة أشباه الموصلات بدرجة الحرارة، مما قد يؤدي إلى أخطاء منطقية أو خلل في التحكم. في الإنتاج الصناعي في المناطق الباردة، مثل معدات إنتاج المواد الكيميائية الخارجية في فصل الشتاء، قد تواجه وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) تحديات بيئة درجات الحرارة المنخفضة، مما يستدعي اتخاذ تدابير عزل لضمان عملها بشكل طبيعي.

لا يمكن تجاهل تأثير الرطوبة على الأداء الكهربائي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs). فالرطوبة الزائدة قد تؤدي إلى امتصاص سطح لوحة الدائرة الكهربائية داخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، مما يقلل من أداء عزلها ويزيد من خطر حدوث قصر كهربائي وتسرب. عند وجود رطوبة على سطح لوحة الدائرة الكهربائية، قد يُسبب ذلك مشاكل في التوصيل الكهربائي بين المكونات الإلكترونية وأعطالها. في البيئات الرطبة، تكون الأجزاء المعدنية عرضة للصدأ والتآكل، مما يؤثر على الهيكل الميكانيكي والأداء الكهربائي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs). في حال صدأ غلاف وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) أو الموصلات المعدنية الداخلية، فقد يُسبب ذلك ضعفًا في الاتصال، مما يؤثر على نقل الإشارة والتشغيل الطبيعي للمعدات.

بالإضافة إلى ذلك، قد تُسبب الرطوبة تآكلًا كيميائيًا للمكونات الإلكترونية داخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، مما يُقلل من أدائها وعمرها الافتراضي. على سبيل المثال، بعض الغازات المسببة للتآكل التي تحتوي على الماء، مثل كبريتيد الهيدروجين والكلور، أكثر عرضة للتفاعل كيميائيًا مع المكونات الإلكترونية في بيئة عالية الرطوبة، مما يُسبب تلفها. في بعض الشركات الكيميائية أو بيئات الإنتاج الصناعي في المناطق الساحلية، يكون تأثير الرطوبة والغازات المسببة للتآكل أكثر خطورة، مما يستدعي اتخاذ تدابير وقائية خاصة، مثل استخدام أغلفة مقاومة للرطوبة والتآكل وطلاءات للوحات الدوائر الكهربائية لحماية وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من الرطوبة والغازات المسببة للتآكل.

من أجل تقليل تأثير الظروف البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة على الأداء الكهربائي لـ PLC، يتم عادة اتخاذ التدابير التالية:

1. التحكم في درجة الحرارة لتوفير بيئة عمل مناسبة لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، يمكن التحكم في درجة الحرارة المحيطة بتركيب أجهزة تبديد الحرارة ومكيفات الهواء وغيرها من المعدات. في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، تُستخدم أجهزة تبديد الحرارة، مثل المشعات والمراوح، لتبديد الحرارة المتولدة داخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، لضمان بقاء درجة حرارة المكونات الإلكترونية ضمن النطاق الطبيعي؛ وفي البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، تُستخدم أجهزة التدفئة أو مواد العزل للحفاظ على درجة حرارة تشغيل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). في بعض أنظمة التحكم الصناعية الكبيرة، تُركّب أنظمة تكييف هواء مخصصة لخزائن التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للتحكم الدقيق في درجة الحرارة داخل الخزانة وضمان استقرار تشغيل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).
2. التحكم في الرطوبة استخدم جهاز إزالة الرطوبة أو المجفف لتقليل الرطوبة المحيطة والحفاظ على جفاف الجزء الداخلي من وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). في البيئات ذات الرطوبة العالية، ركّب مزيل رطوبة لإزالة الرطوبة من الهواء وتقليلها؛ ضع المجفف في خزانة التحكم لامتصاص الرطوبة ومنع تبلل لوحة الدائرة. في الوقت نفسه، يمكن معالجة غلاف وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ولوحة الدائرة بوسائل مقاومة للرطوبة، مثل استخدام طلاء مقاوم للرطوبة، أو مادة مانعة للتسرب، وغيرها، لتحسين أدائها المقاوم للرطوبة.
3. التدابير الوقائية يجب تصميم جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) بشكل وقائي، مثل استخدام أغلفة محكمة الغلق وصمامات تهوية مقاومة للماء لمنع دخول الرطوبة والغبار. يحجب الغلاف المحكم التسرب بفعالية الرطوبة والغبار الخارجيين ويحمي المكونات الإلكترونية داخل الجهاز؛ كما يوازن الصمام المقاوم للماء والتهوية ضغط الهواء الداخلي والخارجي مع ضمان إحكام الغلاف، ومنع دخول الرطوبة والغبار بسبب تغيرات ضغط الهواء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء معالجة خاصة للمكونات الإلكترونية داخل الجهاز، مثل رشها بطلاء ثلاثي الطبقات (مقاوم للرطوبة، ومقاوم للعفن، ومقاوم لرذاذ الملح) لتحسين قدرتها على مقاومة التأثيرات البيئية.

4. طرق وتقنيات لتحسين الأداء الكهربائي لـ PLC

4.1 استراتيجية تحسين الأجهزة

4.1.1 اختيار المعالجات عالية الأداء وترقيات الأجهزة

في أنظمة الأتمتة الصناعية الحديثة، ومع التوسع المستمر في حجم الإنتاج وزيادة تعقيد عمليات الإنتاج، تزداد متطلبات أداء PLC أيضًا. يُعد اختيار معالج عالي الأداء أحد التدابير الرئيسية لتحسين الأداء الكهربائي لـ PLC. تتميز المعالجات عالية الأداء بسرعة حوسبة أعلى وقدرات معالجة بيانات أقوى، مما يمكن أن يقصر بشكل كبير دورة مسح PLC، مما يسمح لها بالاستجابة للإشارات الخارجية بشكل أسرع وتحقيق التحكم الدقيق في عملية الإنتاج. في خطوط الإنتاج الآلية عالية السرعة، مثل خطوط إنتاج الختم واللحام في تصنيع السيارات، يكون إيقاع الإنتاج ضيقًا وتتحرك المعدات بشكل متكرر، مما يتطلب سرعة استجابة عالية للغاية من PLC. باستخدام معالج بسرعة حوسبة عالية وقوة معالجة قوية، يمكن لـ PLC إكمال معالجة كميات كبيرة من البيانات وتنفيذ التعليمات في وقت قصير، مما يضمن التشغيل الفعال والمستقر لخط الإنتاج. وفقًا لتحليل الحالة الفعلية، في خط إنتاج الختم لشركة تصنيع سيارات، بعد ترقية معالج PLC الأصلي إلى معالج عالي الأداء، زادت كفاءة إنتاج خط الإنتاج بمقدار 20%، وزاد معدل تأهيل المنتج بمقدار 10%.

عند اختيار معالج، عليك مراعاة عدة عوامل رئيسية. أولها هو البنية الأساسية للمعالج. تختلف البنيات المختلفة من حيث سرعة الحوسبة واستهلاك الطاقة ومجموعة التعليمات. على سبيل المثال، يمكن لمعالج متقدم متعدد الأنوية معالجة مهام متعددة بالتوازي، مما يحسن كفاءة الحوسبة بشكل فعال. ثانيها هو تردد ساعة المعالج. يمكن أن يؤدي تردد الساعة الأعلى إلى تسريع تنفيذ التعليمات، ولكنه سيزيد أيضًا من متطلبات استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يعد حجم ذاكرة التخزين المؤقت مؤشرًا مهمًا أيضًا. يمكن أن تقلل ذاكرة التخزين المؤقت الأكبر عدد مرات وصول المعالج إلى الذاكرة وتزيد من سرعة قراءة البيانات ومعالجتها. في نظام التحكم في الإنتاج لشركة كيميائية، تم اختيار معالج عالي الأداء بذاكرة تخزين مؤقت كبيرة، مما زاد من سرعة معالجة البيانات في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة بمقدار 30% عند معالجة كمية كبيرة من بيانات العملية، واستجاب النظام بشكل أسرع.

بالإضافة إلى المعالج، تشمل ترقيات الأجهزة مكونات أجهزة رئيسية أخرى. تُعد الذاكرة مكونًا مهمًا لتخزين البرامج والبيانات، وسعتها وسرعتها في القراءة والكتابة لها تأثير كبير على أداء وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). تتيح زيادة سعة الذاكرة لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة تخزين المزيد من البرامج والبيانات، مما يجنب تشغيل البرامج بشكل غير طبيعي بسبب نقص الذاكرة. في الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي استخدام الذاكرة عالية السرعة إلى تسريع قراءة البيانات وكتابتها وتحسين الأداء العام للنظام. في خط إنتاج آلي لشركة تصنيع إلكترونيات، بعد مضاعفة سعة ذاكرة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة واستبدالها بذاكرة عالية السرعة، تحسن استقرار تشغيل النظام بشكل كبير، وتم حل مشكلة تأخير معالجة البيانات في عملية الإنتاج بشكل فعال.

وحدة الإدخال/الإخراج (I/O) هي حلقة الوصل بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والأجهزة الخارجية، ويؤثر أداؤها بشكل مباشر على قدرة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة على جمع الإشارات الخارجية والتحكم فيها. عند ترقية وحدة الإدخال/الإخراج، يُنصح باختيار منتجات ذات استجابة سريعة ودقة عالية. في سيناريوهات التحكم في الحركة عالية السرعة، مثل التحكم في حركة الروبوت، يلزم استخدام وحدات إدخال/إخراج عالية الاستجابة لضمان قدرة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة على جمع الإشارات من مستشعرات الموضع في الوقت المناسب والتحكم بدقة في حركة المحرك. في خط إنتاج التجميع لدى مصنعي الروبوتات، تُستخدم وحدات إدخال/إخراج عالية الدقة والسرعة، مما يُحسّن دقة التحكم في حركة الروبوت بمقدار 15% وكفاءة التجميع بمقدار 18%.

عند ترقية الأجهزة، يجب مراعاة مسائل التوافق والاستقرار بشكل كامل. يجب أن تكون مكونات الأجهزة الجديدة متوافقة مع المكونات الأخرى للنظام الحالي لتجنب أي تعارضات أو عدم توافق. قبل الترقية، يلزم إجراء تقييم شامل للنظام الحالي لفهم طراز ومواصفات ونوع واجهة كل مكون من مكونات الأجهزة لضمان إمكانية توصيل الأجهزة الجديدة بسلاسة. في الوقت نفسه، يجب اختبار النظام المُحدّث بدقة وتصحيح أخطائه، بما في ذلك الاختبارات الوظيفية واختبارات الأداء واختبارات الاستقرار، لضمان عمله بثبات وموثوقية في مختلف ظروف العمل. في مشروع ترقية أتمتة لشركة صناعة الصلب، حدث انقطاع في الاتصال بين وحدة الإدخال/الإخراج المُثبتة حديثًا ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بسبب عدم مراعاة مسائل التوافق بشكل كامل أثناء عملية ترقية الأجهزة. بعد عدة عمليات تصحيح أخطاء واستبدال الأجهزة، تم حل المشكلة، مما تسبب في خسائر اقتصادية للشركة. لذلك، تُعد اعتبارات التوافق والاستقرار بالغة الأهمية أثناء عملية ترقية الأجهزة. فقط من خلال ضمان التوافق والاستقرار الجيدين بين الأجهزة الجديدة والنظام الحالي، يمكن تحقيق التأثير المتوقع من ترقية الأجهزة وتحسين الأداء الكهربائي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).

4.1.2 إدارة الطاقة وتدابير مكافحة التداخل

يُعد استقرار وجودة مصدر الطاقة أساسًا للتشغيل الطبيعي لجهاز PLC. في بيئات الإنتاج الصناعي، تُعد تقلبات جهد الشبكة، والارتفاعات المفاجئة، وضوضاء الطاقة أمرًا شائعًا، مما قد يؤدي إلى تعطل جهاز PLC أو حتى تلفه. لذلك، تُعدّ الإدارة الفعّالة للطاقة وإجراءات منع التداخل أمرًا أساسيًا لضمان استقرار تشغيل جهاز PLC.

يُعد تثبيت الجهد وترشيحه من أهم وسائل إدارة الطاقة. يضمن جهاز تثبيت الجهد استقرار جهد خرج مصدر الطاقة والحفاظ عليه ثابتًا ضمن نطاق معين. في الإنتاج الصناعي، قد يتقلب جهد الشبكة بسبب تغيرات الحمل، وأعطال نظام الطاقة، وما إلى ذلك، متجاوزًا نطاق جهد التشغيل الطبيعي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). يمكن أن يؤدي استخدام مصادر الطاقة المستقرة، مثل مصادر الطاقة المستقرة الخطية ومصادر الطاقة المستقرة التبديلية، وما إلى ذلك، إلى الحد من تقلبات الجهد بشكل فعال وتوفير جهد تشغيل مستقر لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). يعمل مصدر الطاقة المستقر الخطي على تثبيت جهد الخرج عن طريق ضبط درجة توصيل الترانزستور. يتميز بجهد خرج مستقر وتموج صغير، لكن الكفاءة منخفضة نسبيًا؛ بينما يعمل مصدر الطاقة المستقر التبديلي على ضبط جهد الخرج من خلال دائرة تبديل عالية التردد، بكفاءة عالية، ولكن تموج كبير نسبيًا. في الحالات التي تتطلب استقرارًا كبيرًا لمصدر الطاقة، مثل التحكم في الأجهزة الدقيقة، وتصنيع الرقائق الإلكترونية، وما إلى ذلك، يمكن اختيار مصادر الطاقة المستقرة الخطية؛ في المناسبات ذات المتطلبات العالية للكفاءة، مثل التحكم في المعدات الصناعية الكبيرة، يمكن اختيار إمدادات الطاقة المستقرة التبديلية.

تُستخدم دائرة الترشيح لإزالة إشارات الضوضاء والتداخل عالية التردد في مصدر الطاقة لضمان نقاء مصدر الطاقة. تشمل دوائر الترشيح الشائعة ترشيح المكثفات، وترشيح المحاثات، وترشيح LC. يستخدم الترشيح السعوي خصائص الشحن والتفريغ للمكثف لتجاوز ضوضاء التردد العالي في مصدر الطاقة إلى الأرض، مما يحقق غرض الترشيح؛ يستخدم الترشيح الحثي تأثير المحاث على تغيرات التيار لتسهيل تيار مصدر الطاقة وتقليل تقلباته؛ يجمع ترشيح LC بين مزايا المكثفات والمحاثات، ويمكنه ترشيح ضوضاء التردد العالي والمنخفض بكفاءة أكبر في مصدر الطاقة. في نظام التحكم PLC في مؤسسة كيميائية، تُركّب دائرة ترشيح LC عند طرف دخل الطاقة، مما يزيل التوافقيات والضوضاء عالية التردد بفعالية في مصدر الطاقة، ويحسّن بشكل كبير من استقرار عمل PLC ويقلل من خطر تداخل الطاقة.

تُعد تدابير منع التداخل وسيلةً مهمةً لضمان التشغيل الطبيعي لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) في البيئات الصناعية المعقدة. تعمل تقنية الحماية على عزل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عن مصادر التداخل الكهرومغناطيسي الخارجية باستخدام أغلفة معدنية وكابلات حماية، مما يقلل من إشعاع واستقبال التداخل الكهرومغناطيسي. يمنع الغلاف المعدني دخول المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية ويحمي الدوائر الداخلية لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) من التداخل؛ كما يُقلل كابل الحماية بفعالية من التداخل الكهرومغناطيسي على خط الإشارة ويضمن نقلًا موثوقًا للإشارة. في نظام مراقبة محطة طاقة فرعية معينة، يستخدم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) غلافًا معدنيًا كاملًا وكابلات محمية لتوصيل أجهزة الاستشعار والمشغلات، مما يقاوم بفعالية تأثير التداخل الكهرومغناطيسي القوي في المحطة الفرعية ويضمن استقرار تشغيل النظام.

يُعد التأريض أحد أهم التدابير لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي. يُمكن للتأريض الجيد إدخال تيار تداخل إلى الأرض ومنع إشارات التداخل من التأثير على وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). يجب أن يستخدم نظام التحكم في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) نظام تأريض مستقل، وأن يضمن أن تكون مقاومة التأريض أقل من القيمة المحددة، والتي عادةً ما تكون أقل من 10 أوم. في الوقت نفسه، يجب الانتباه إلى طريقة التأريض وتخطيطه لتجنب حلقات التأريض واختلافات الجهد الأرضي ومنع إدخال تداخل جديد. في خط الإنتاج الآلي لمصنع سيارات معين، من خلال تحسين نظام تأريض وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، واعتماد طريقة تأريض أحادية النقطة، وترتيب خطوط التأريض بشكل معقول، تم تقليل تأثير التداخل الكهرومغناطيسي على وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بشكل فعال، وتم تحسين كفاءة التشغيل واستقرار خط الإنتاج.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام تقنيات العزل، مثل العزل الكهروضوئي وعزل المحولات، لعزل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عن الأجهزة الخارجية، لمنع إشارات التداخل الخارجية من دخولها عبر التوصيلات الكهربائية. يستخدم العزل الكهروضوئي مقرنات ضوئية لعزل إشارات الدخل والخرج، مما يمنع بفعالية تسلل إشارات التداخل؛ بينما يعزل عزل المحولات إشارات الدخل والخرج عبر المحولات، ويمكن أن يلعب دورًا في تحويل الجهد ومطابقة المعاوقة. في خطوط التجميع الآلية، تُستخدم العوازل الكهروضوئية لعزل إشارات الدخل والخرج الخاصة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، مما يحسن بشكل فعال من قدرة النظام على مقاومة التداخل ويقلل من العمليات الخاطئة الناتجة عن تداخل الإشارات. من خلال الاستخدام الشامل لتدابير إدارة الطاقة ومنع التداخل، مثل تثبيت الجهد، والترشيح، والحجب، والتأريض، والعزل، يمكن تحسين الأداء الكهربائي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بشكل فعال، لضمان تشغيلها المستقر والموثوق في البيئات الصناعية المعقدة.

4.2 تكنولوجيا تحسين البرمجيات

4.2.1 Advanced Programming Technology and Algorithm Application

In the field of PLC programming, the application of advanced programming technology and algorithms plays a key role in improving system performance and control effects. As an important programming concept, structured programming decomposes complex program logic into multiple modules with clear functions and independent of each other, and each module focuses on achieving specific tasks. This modular design method makes the program structure clear, easy to understand and maintain. In the control system of a large-scale automated production line, functions such as material transportation, processing, and detection can be encapsulated in different modules. The material transportation module is responsible for controlling the start and stop of the conveyor belt, speed adjustment, and material positioning; the processing module controls the actions of various processing equipment according to process requirements, such as stamping, welding, cutting, etc.; the detection module monitors the quality of the product in real time to determine whether the product meets the standards. Through structured programming, each module interacts with data and works together through a clear interface, which greatly improves the readability and maintainability of the program. When the process of the production line changes or a failure occurs, technicians can quickly locate the corresponding module for modification and debugging, reducing the impact on the entire system.

Object-oriented programming (OOP) is also increasingly used in PLC programming. It introduces concepts such as classes, objects, encapsulation, inheritance, and polymorphism, bringing a higher level of abstraction and stronger code reusability to PLC programming. In the control system of a smart factory, various devices can be abstracted into different classes, such as motor classes, sensor classes, valve classes, etc. Each class encapsulates the properties and operation methods of the device. The motor class can contain properties and methods such as the motor’s speed, direction, start, and stop; the sensor class can contain properties and methods such as the sensor type, measurement range, and read data. By creating objects of the class to instantiate specific devices, the inheritance mechanism can be used to reuse code and reduce the writing of duplicate code. If there are multiple types of motors that have some common properties and methods, a base class “motor” can be created, and then specific motor subclasses can be derived from the base class, such as “AC motor” and “DC motor”. The subclass can inherit the properties and methods of the base class and expand and rewrite them according to its own characteristics. Polymorphism allows the program to call the corresponding method according to the actual type of the object, which improves the flexibility and extensibility of the program. In the process of controlling the motor, whether using an AC motor or a DC motor object, you can call methods such as “start” and “stop” through a unified interface, and the system will perform corresponding operations based on the actual type of the object.

In addition to advanced programming techniques, optimization algorithms also play an important role in PLC control. As an intelligent control algorithm, fuzzy control algorithm can handle complex nonlinear systems and uncertainty problems, and is particularly suitable for control scenarios where it is difficult to establish an accurate mathematical model. In a temperature control system, the change in temperature is affected by many factors, such as ambient temperature, heating power, heat dissipation conditions, etc. It is difficult to establish an accurate mathematical model to describe the relationship between temperature and these factors. By using the fuzzy control algorithm, by defining fuzzy variables (such as temperature deviation, temperature change rate, etc.) and fuzzy rules (such as if the temperature deviation is large and the temperature change rate is small, then increase the heating power; if the temperature deviation is small and the temperature change rate is large, then reduce the heating power, etc.), PLC can flexibly adjust the control strategy according to the actual temperature measurement value and change situation to achieve accurate control of temperature. Compared with the traditional PID control algorithm, the fuzzy control algorithm can better adapt to the dynamic changes of the system and improve the accuracy and stability of control. In practical applications, the fuzzy control algorithm has achieved good control effects in chemical production, smart home, power system and other fields, effectively improving production efficiency and product quality.

Neural network algorithm is another powerful intelligent algorithm. It has the ability of self-learning, self-adaptation and pattern recognition, and can model and predict complex nonlinear systems. In industrial production, neural network algorithm can be used for fault diagnosis, quality prediction and optimization control. In equipment fault diagnosis, by collecting various operating data of the equipment, such as vibration, temperature, current, etc., as the input of the neural network, the trained neural network can learn the characteristic patterns of data in normal operation and fault state. When the equipment is actually running, the neural network analyzes and judges according to the real-time collected data, and can timely and accurately detect whether the equipment has a fault, and identify the fault type and fault location. In terms of quality prediction, the neural network can predict the quality of the product according to various parameters in the production process (such as raw material quality, process parameters, etc.), discover potential quality problems in advance, and take corresponding measures to adjust and improve, so as to improve the qualified rate of the product. In optimization control, the neural network can automatically optimize the control parameters according to the production goals and constraints, realize the optimal control of the production process, and improve production efficiency and economic benefits. The application of neural network algorithms in intelligent manufacturing, aerospace, transportation and other fields is becoming more and more extensive, providing strong support for the intelligence and automation of industrial production.

4.2.2 Software system optimization and maintenance

The optimization and maintenance of software systems is a key link to ensure the stable and efficient operation of PLCs, and is directly related to the continuity and stability of industrial production. Code optimization is an important means to improve software performance. By analyzing and improving program codes, the execution time and resource consumption of programs can be reduced, and the response speed of the system can be improved. In the process of code optimization, the logical structure of the program must first be reviewed to remove redundant codes and unnecessary calculations. In a data processing program, if there are repeated calculation steps or conditional judgments, these repeated parts can be extracted to form an independent function or module. By calling this function or module, repeated calculations can be avoided and the execution efficiency of the code can be improved. In a loop structure, if the loop condition does not change in each loop, the loop condition can be extracted outside the loop to reduce the amount of calculation inside the loop.

Algorithm optimization is also an important aspect of code optimization. For some complex computing tasks, choosing an appropriate algorithm can significantly improve computing efficiency. Among the sorting algorithms, the average time complexity of the quick sort algorithm is O (n log n), while the average time complexity of the bubble sort algorithm is O (n^2). For large-scale data sorting, the quick sort algorithm is used Sorting time can be greatly reduced. In practical applications, it is necessary to select appropriate algorithms based on specific problems and data size to improve program performance. In addition, proper use of the PLC’s instruction set and function blocks can also optimize the code. Different PLC instructions have different execution efficiencies. Understanding and skillfully using efficient instructions can reduce program execution time. Some PLCs provide specialized mathematical operation instructions and logic processing instructions that are optimized to execute faster. When writing programs, you should give priority to using these efficient instructions and avoid using inefficient instruction combinations.

Memory management is another important aspect of software system optimization. During the operation of the PLC, it is crucial to reasonably allocate and manage memory resources to avoid memory leaks and memory fragmentation, which is crucial to ensure the stability and performance of the system. Memory leak means that after the program applies for memory, it fails to release the allocated memory for some reason, resulting in a continuous reduction of memory resources, which may eventually lead to a system crash. In order to avoid memory leaks, when writing programs, make sure that all requested memory has corresponding release operations. After using dynamic memory allocation functions (such as malloc function in C language) to apply for memory, be sure to call the corresponding release function (such as free function) to release the memory when the memory is no longer used. At the same time, pay attention to the timing of memory release to avoid releasing memory too early or too late.

Memory fragmentation refers to the situation in which the memory space is divided into many small blocks due to inconsistent sizes of memory blocks during memory allocation and release. These small blocks cannot be effectively used, thus reducing memory utilization. In order to reduce the generation of memory fragmentation, appropriate memory allocation strategies can be adopted, such as fixed-size memory block allocation and memory pool technology. Fixed-size memory block allocation is to divide the memory into several fixed-size memory blocks. Each time memory is allocated, the appropriate block is selected from these fixed-size memory blocks for allocation, which can reduce the generation of memory fragmentation. Memory pool technology is to pre-allocate a large memory space as a memory pool. When the program needs to allocate memory, it obtains the memory block from the memory pool. When the memory block is no longer in use, it is put back into the memory pool instead of being released directly to the operating system. This can avoid frequent memory allocation and release operations and reduce the generation of memory fragmentation.

The maintenance strategy of the software system is crucial to ensure the long-term stable operation of the PLC. Regular software updates are one of the important measures to maintain the software system. Software vendors will continuously fix vulnerabilities and defects in the software, while adding new features and optimizing performance. By regularly updating the software, you can obtain the latest security patches and performance optimizations to improve the stability and security of the software. Before updating the software, you should make a comprehensive backup of the existing system, including program code, data, and configuration files, to prevent problems during the update process that may cause data loss or system failure. After updating the software, you should conduct a comprehensive test of the system to ensure that the new software version can operate normally and does not affect the functions and performance of the existing system.

Software backup is also an important part of software maintenance. Regularly backing up software can prevent software loss or damage caused by hardware failure, virus attack, human error, etc. Backup files should be stored in a safe and reliable location, such as external storage devices, network storage servers, etc. At the same time, backup files should be verified regularly to ensure the integrity and availability of backup files. When a system fails, the software can be restored from the backup file in time to reduce system downtime and ensure the continuity of production. When backing up software, pay attention to the frequency and content of the backup, and reasonably determine the backup time interval based on the importance of the system and the frequency of data updates. For important systems and frequently updated data, the frequency of backup should be increased to ensure data security. In addition to regularly updating and backing up software, a complete software maintenance record and documentation should be established. Software maintenance records should include information such as software update time, update content, backup time, backup location, and system failures and solutions. These records help technicians understand the operation and maintenance history of the software and discover and solve problems in a timely manner. Software documents should include software design documents, user manuals, operating guides, etc. These documents are very important for software maintenance and upgrades, and can help technicians quickly understand the functions and usage of the software and improve maintenance efficiency.

4.3 Environmental optimization measures

4.3.1 Electromagnetic shielding and grounding technology

Electromagnetic shielding and grounding technology are key means to reduce electromagnetic interference and ensure the electrical performance of PLC. In industrial automation environments, electromagnetic interference problems are relatively common and seriously affect the stable operation of PLC. Therefore, it is crucial to deeply understand and effectively apply these technologies.

Electromagnetic shielding technology is based on the principle of electromagnetic induction. It uses metal shielding materials, such as copper and aluminum, to surround the PLC and its related equipment to form a shielded space. When the external electromagnetic field acts on the shield, the surface of the shield will induce charges. These charges will generate an induced electromagnetic field opposite to the external electromagnetic field, thereby offsetting part of the influence of the external electromagnetic field and greatly reducing the electric field strength inside the shield. In an industrial site with strong electromagnetic interference, such as near a large substation, using a metal shielding shell to wrap the PLC control cabinet can effectively block the intrusion of external electromagnetic fields and ensure that the internal circuit of the PLC is not disturbed. The shielding effect is closely related to the conductivity, thickness and integrity of the shielding material. The better the conductivity of the material, such as copper, the better the shielding effect; appropriately increasing the thickness of the shielding material can also improve the shielding effect; and the integrity of the shield requires that the shield has no defects such as cracks and holes to prevent the leakage of electromagnetic interference.

Grounding technology is to connect the metal shell, shielding layer, etc. of the PLC to the earth well, so that the interference current can flow smoothly into the earth through the grounding wire, thereby avoiding the interference signal from affecting the inside of the PLC. Grounding resistance is an important indicator to measure the grounding effect. Generally, the grounding resistance is required to be less than 10 ohms. In situations where electromagnetic compatibility is required to be high, the grounding resistance should be less than 1 ohm. In practical applications, the PLC control system should adopt an independent grounding system to avoid sharing grounding with other equipment to prevent ground potential differences and ground loop currents. The choice of grounding method is also critical. Common grounding methods include single-point grounding, multi-point grounding, and mixed grounding. Single-point grounding is suitable for low-frequency circuits and can effectively avoid interference from ground loop currents; multi-point grounding is suitable for high-frequency circuits and can reduce ground impedance and improve grounding effects; mixed grounding combines the advantages of single-point grounding and multi-point grounding, and selects appropriate grounding methods according to different circuit characteristics. In a PLC control system that includes analog circuits and digital circuits, the analog circuit part can use single-point grounding to reduce interference to the analog signal; the digital circuit part uses multi-point grounding to improve the transmission stability of digital signals.

In practical applications, electromagnetic shielding and grounding technology often need to be used in combination to achieve the best anti-interference effect. In a large-scale automated production line, the PLC control cabinet uses a metal shielding shell for electromagnetic shielding, and the shielding shell is well grounded to the ground. The signal line in the control cabinet uses a shielded cable, and the shielding layer is grounded at one end to reduce electromagnetic interference during signal transmission. Through this comprehensive application, the anti-interference ability of the PLC control system is effectively improved, ensuring the stable operation of the production line. When designing electromagnetic shielding and grounding, it is also necessary to consider factors such as the actual needs of the system and the installation environment, and select appropriate parameters such as shielding materials, grounding methods, and grounding resistance to achieve the best anti-interference effect.

4.3.2 Environmental monitoring and control

In an industrial production environment, the normal operation of PLC is significantly affected by environmental factors such as temperature and humidity. Therefore, implementing effective environmental monitoring and control measures is crucial to ensure the electrical performance and stability of PLC.

Temperature sensors are commonly used devices for monitoring ambient temperature. Their working principle is based on the thermal resistance effect or thermocouple effect of materials. Thermal resistance temperature sensors use the property that the resistance value of metal conductors or semiconductor materials changes with temperature, and calculate the temperature by measuring the resistance value. Platinum resistance temperature sensors have the advantages of high precision and good stability, and are widely used in industrial temperature measurement. Thermocouple temperature sensors are based on the thermoelectric effect of two different metal conductors. When two different metal conductors form a closed loop and there is a temperature difference between the two ends, a thermoelectric potential will be generated in the loop, and the temperature is determined by measuring the thermoelectric potential. Thermocouple temperature sensors have a fast response speed and are suitable for high temperature measurement occasions. Installing a temperature sensor in the PLC control cabinet can monitor the temperature in the cabinet in real time. When the temperature exceeds the set threshold, an alarm will be issued in time to remind the operator to take corresponding cooling measures.

Humidity sensors are used to monitor environmental humidity. Common humidity sensors include capacitive, resistive, and ceramic. Capacitive humidity sensors use the property that the dielectric constant of humidity-sensitive materials changes with humidity to determine humidity by measuring capacitance. Resistive humidity sensors are based on the principle that the resistance of humidity-sensitive materials changes with humidity, and humidity is measured by measuring resistance. Ceramic humidity sensors have the advantages of fast response speed, high accuracy, and good stability, and are widely used in industrial humidity monitoring. In industrial environments with high humidity, such as food processing workshops and chemical production sites, installing humidity sensors can monitor environmental humidity in real time. When the humidity exceeds the normal working range of the PLC, dehumidification measures can be taken in time to prevent PLC failures due to humidity problems.

According to the environmental monitoring data, take corresponding control measures to ensure that the PLC works under suitable environmental conditions. Air conditioning is a common device for regulating temperature. In a high temperature environment, air conditioning can reduce the temperature inside the PLC control cabinet to ensure the normal operation of the PLC. In some large industrial plants, in order to ensure the stable operation of the PLC control system, precision air conditioning is installed specifically for the PLC control cabinet to accurately control the temperature inside the cabinet at around 25°C, effectively improving the reliability and stability of the PLC.

Dehumidifier is an important device for regulating humidity. In a high humidity environment, using a dehumidifier can reduce the moisture content in the air and keep the inside of the PLC dry. In some underground factories or industrial enterprises in coastal areas, due to the high humidity of the environment, the PLC control cabinet is equipped with a dehumidifier to control the humidity within the range of 40% – 60%, avoiding circuit board short circuits, corrosion and other faults caused by humidity problems.

In addition, other auxiliary measures can be taken, such as installing fans in the PLC control cabinet to enhance air circulation and improve heat dissipation; using desiccants to absorb moisture in the cabinet to further reduce humidity. In some small PLC control systems, by installing fans and placing desiccants in the control cabinet, the working environment of the PLC is effectively improved and the stability of the system is improved. By implementing environmental monitoring and control measures, a suitable working environment can be created for the PLC, reducing the impact of environmental factors on the electrical performance of the PLC, and ensuring the continuity and stability of industrial production.

V. Case Analysis

5.1 Case 1: PLC system optimization of an automobile manufacturing company

An automobile manufacturing company widely uses PLC control systems on its production lines to achieve automation and efficiency in the production process. However, with the continuous growth of market demand and the increasing complexity of production processes, the original PLC system gradually exposed some problems, affecting production efficiency and product quality.

Before optimization, the company’s PLC system had the following major problems: First, the response speed was slow. As the production line continued to speed up, the performance of the original PLC processor gradually failed to meet the needs of fast data processing and real-time control, resulting in delayed equipment response and unstable production rhythm. In the body welding process, due to the delay in the transmission of control instructions from the PLC to the welding robot, the control accuracy of the welding time and position decreased, affecting the welding quality of the body, resulting in problems such as cold welding and desoldering at some welding points, and the product qualification rate was only 85%.

Secondly, the system is not reliable enough. Factors such as electromagnetic interference and temperature changes in the production environment often cause PLC failures, affecting the normal operation of the production line. According to statistics, the downtime caused by PLC failures reaches more than 10 hours per month, causing a large amount of production losses.

In addition, the original PLC system had poor communication compatibility with some newly introduced equipment, making it impossible to achieve efficient collaboration between equipment, limiting the overall efficiency improvement of the production line.

In response to these problems, the company has taken a series of optimization measures. In terms of hardware, a high-performance processor was selected, whose computing speed was 50% higher than before, and the memory capacity was doubled, which effectively improved the data processing capability and response speed of the PLC. At the same time, the power module was upgraded, and a switching power supply with higher stability and anti-interference ability was adopted. A filter and an isolation transformer were installed at the power input end to reduce the impact of power supply fluctuations and interference on the PLC. In addition, some I/O modules with slow response speed and low precision were replaced, and high-speed and high-precision I/O modules were selected to improve the data exchange efficiency between the PLC and external devices.

In terms of software, the programming algorithm and logic of PLC have been fully optimized. The structured programming method is used to decompose the complex control program into multiple functional modules, which improves the readability and maintainability of the program. At the same time, advanced algorithms, such as fuzzy control algorithms, are used to optimize the control of welding process parameters. According to the real-time data during the welding process, the welding current, voltage, welding speed and other parameters are automatically adjusted to improve the stability of welding quality. In terms of communication, the communication protocol of PLC has been upgraded to enable seamless communication with the newly introduced equipment and realize the collaborative work between equipment.

After optimization, the performance of the company’s PLC system has been significantly improved. The response speed has been greatly improved, the response delay of the equipment has been shortened from the original 100ms to less than 20ms, the production rhythm has become more stable, and the production efficiency of the production line has increased by 30%. The reliability of the system has also been greatly enhanced. Downtime due to PLC failure has been reduced to less than 2 hours per month, a reduction of more than 80%, effectively ensuring the continuity of production.

In terms of product quality, due to the precise control of welding process parameters, the welding quality has been significantly improved, and the pass rate of body welding has increased from the original 85% to more than 95%. The new PLC system has good communication compatibility with other equipment, enabling efficient collaborative work between equipment and further improving the overall efficiency of the production line.

Through the analysis of the PLC system optimization case of this automobile manufacturing enterprise, it can be seen that through reasonable hardware upgrades and software optimization, the electrical performance of the PLC can be effectively improved, thereby improving production efficiency, product quality and equipment reliability, and bringing significant benefits to the enterprise. significant economic benefits and improved competitiveness.

5.2 Case 2: PLC performance improvement practice in a chemical manufacturing company

In its production process, a chemical manufacturing company widely uses PLC control systems to achieve precise control of various chemical reactions, material transportation, and equipment operations. However, with the gradual expansion of production scale and increasingly stringent process requirements, the original PLC system gradually exposed some problems, seriously affecting the stability and efficiency of production.

Before optimization, the company’s PLC system had the following prominent problems: First, the response speed was slow. In the chemical production process, various process parameters change rapidly, requiring the PLC to respond quickly and make adjustments. However, the performance of the original PLC processor was limited and it was unable to process a large amount of sensor data and control instructions in a timely manner, resulting in control lag. In the temperature control link, when the temperature in the reactor fluctuated abnormally, the PLC took a long time to make adjustments, resulting in a large temperature deviation, affecting the progress of the chemical reaction, and then leading to unstable product quality and a defective rate of up to 15%.

Second, the anti-interference ability is weak. The chemical production environment is complex, and there are a large number of electromagnetic interference sources, such as high-power motors, frequency converters, etc. The original PLC system has insufficient anti-interference measures and is often affected by electromagnetic interference, resulting in data transmission errors, control command misexecution and other problems. The equipment failure rate is high, and the downtime caused by equipment failure reaches more than 15 hours per month, causing great economic losses to the company.

Third, the system has poor scalability. With the development of the enterprise, the production process is constantly improving, and new control equipment and functions need to be added. However, the original PLC system did not fully consider scalability when it was designed, making it difficult to upgrade hardware and software, which restricted the production development of the enterprise.

In response to these problems, the company has taken a series of targeted optimization measures. In terms of hardware, the PLC processor was upgraded and a high-performance multi-core processor was selected. Its computing speed is 80% higher than before, which can quickly process a large amount of data and instructions, greatly shortening the system’s response time. At the same time, the memory capacity was increased, the speed of data storage and reading was improved, and the system can run stably. The power supply module was improved, and a switching power supply with high anti-interference ability was adopted, and it was equipped with a filter and a voltage regulator, which effectively reduced the impact of power supply interference on the PLC. In addition, the input and output modules were fully inspected and replaced, and modules with strong anti-interference ability and fast response speed were selected to improve the accuracy and stability of signal transmission.

In terms of software, the programming logic of PLC has been optimized. The structured programming method is used to decompose the complex control program into multiple functional modules, each module is responsible for a specific control task, and the readability and maintainability of the program are improved. At the same time, the control strategy is optimized using advanced algorithms, such as the use of fuzzy control algorithms to accurately control key process parameters such as temperature and pressure, and automatically adjust the control amount according to the deviation between the actual measured value and the set value to make the process parameters more stable. In temperature control, after the fuzzy control algorithm is used, the temperature deviation is controlled within ±1℃, which effectively improves product quality and reduces the defective rate to less than 5%.

In order to improve the anti-interference ability of the system, a series of hardware and software anti-interference measures have been taken. In terms of hardware, the PLC control cabinet has been fully shielded by electromagnetics, and metal shielded shells and shielded cables have been used to reduce the intrusion of electromagnetic interference. In terms of software, data verification and error correction functions have been added to perform real-time verification of input and output data. Once data errors are found, error correction is immediately performed to ensure data accuracy.

In terms of system scalability, the PLC system has been redesigned and a modular structure has been adopted to facilitate hardware and software upgrades and expansions. Sufficient I/O interfaces and communication interfaces have been reserved to facilitate the addition of new control devices and functions in the future.

After optimization, the performance of the chemical production company’s PLC system has been significantly improved. The response speed has been greatly improved, the control lag problem has been effectively solved, the control of process parameters has been more precise, the product quality has been significantly improved, and the defective rate has been reduced by more than 10 percentage points. The system’s anti-interference ability has been enhanced, and the equipment failure rate has been greatly reduced. The monthly downtime caused by equipment failure has been reduced to less than 5 hours, a reduction of more than 66%, effectively ensuring the continuity of production.

In addition, the optimized PLC system has good scalability, providing strong support for the company’s future production development. Through this PLC performance improvement practice, the company not only improved production efficiency and product quality, but also reduced production costs, enhanced market competitiveness, and achieved significant economic and social benefits.

5.3 Case comparison and experience summary

Through in-depth analysis of the above two cases, it can be clearly seen that although automobile manufacturing companies and chemical manufacturing companies are in different industries and have significant differences in production processes and equipment, they have many similarities in optimizing PLC electrical performance. place.

In terms of hardware optimization, both companies recognize the key role of high-performance processors in improving PLC performance. Automobile manufacturing companies have effectively improved data processing capabilities and response speed by selecting processors with 50% higher computing speed and doubled memory capacity; chemical manufacturing companies have adopted multi-core processors with 80% faster computing speed, greatly shortening the time required to System response time. This shows that selecting an appropriate high-performance processor based on the company’s own production needs can significantly improve the PLC’s computing speed and data processing capabilities to meet the growing production control needs.

The optimization of power modules is also a joint initiative of the two companies. The automobile manufacturer uses a switching power supply with stronger stability and anti-interference ability, and is equipped with a filter and an isolation transformer; the chemical manufacturer uses a switching power supply with high anti-interference ability, and is equipped with a filter and a voltage regulator. These measures effectively reduce the impact of power supply fluctuations and interference on PLCs, ensuring the stable operation of PLCs in complex industrial environments.

The upgrade of input and output modules is equally important. Automobile manufacturers replaced I/O modules with slow response speed and low precision with high-speed and high-precision modules; chemical manufacturers comprehensively checked and replaced input and output modules, and selected modules with strong anti-interference ability and fast response speed. This series of operations improves the data exchange efficiency between PLC and external devices, and ensures the accuracy and stability of signal transmission.

In terms of software optimization, structured programming methods are widely used in both companies. Automobile manufacturing companies decompose complex control programs into multiple functional modules, improving the readability and maintainability of the program; chemical manufacturing companies also use structured programming to decompose control programs into multiple functional modules, each module is responsible for specific control tasks. This programming method makes the program structure clearer, facilitates technicians to debug and maintain, and improves programming efficiency and program reliability.

The application of advanced algorithms has also brought significant benefits to the two companies. Automobile manufacturing companies use fuzzy control algorithms to optimize welding process parameters, improving the stability of welding quality; chemical manufacturing companies use fuzzy control algorithms to accurately control key process parameters such as temperature and pressure, effectively improving product quality. This fully demonstrates that selecting appropriate advanced algorithms based on the characteristics of the production process can achieve precise control of the production process and improve product quality and production efficiency.

In the face of their own unique problems, the two companies also took targeted measures. The automobile manufacturer focused on solving the communication compatibility problem between the system and the new equipment, and achieved seamless communication and collaborative work between the equipment by upgrading the communication protocol; the chemical production company focused on improving the anti-interference ability and scalability of the system, and effectively enhanced the anti-interference ability and scalability of the system through electromagnetic shielding processing, adding data verification and error correction functions, and adopting modular structure design.

In summary, optimizing PLC electrical performance requires comprehensive consideration of hardware, software, environment and other factors, and taking targeted optimization measures. When optimizing PLC systems, enterprises should fully draw on these successful experiences and formulate reasonable optimization plans based on their own production characteristics and needs to improve production efficiency, product quality and equipment reliability, and enhance the market competitiveness of enterprises.

6. Optimization effect evaluation and economic benefit analysis

6.1 Optimization effect evaluation indicators and methods

In order to comprehensively and accurately evaluate the effect of PLC electrical performance optimization, it is necessary to determine a series of scientific and reasonable evaluation indicators and adopt appropriate evaluation methods. These indicators and methods can intuitively reflect the impact of optimization measures on production efficiency, product quality, etc., and provide a strong basis for enterprise decision-making.

In terms of evaluation indicators, the production efficiency improvement rate is a key indicator, which directly reflects the increase in the output of the optimized production system per unit time. The production efficiency improvement rate can be calculated by the change in product output per unit time before and after optimization, and the formula is: production efficiency improvement rate = (output per unit time after optimization – output per unit time before optimization) / output per unit time before optimization × 100%. On a certain electronic product production line, 100 products were produced per hour before optimization, and 120 products were produced per hour after optimization, so the production efficiency improvement rate = (120 – 100) / 100 × 100% = 20%.

The product quality pass rate is also an important indicator to measure the optimization effect, which reflects the impact of optimization measures on the stability of product quality. The calculation method of product quality pass rate is: product quality pass rate = number of qualified products / total number of products × 100%. In a certain machinery manufacturing enterprise, the product quality pass rate was 85% before optimization, and the product quality pass rate increased to 95% after optimization, which shows that the optimization measures have effectively improved product quality.

The reduction rate of equipment failure rate should not be ignored either, as it reflects the reliability and stability of the optimized equipment. The reduction rate of equipment failure rate can be calculated by the change in the number of equipment failures before and after optimization, using the formula: Equipment failure rate reduction rate = (number of equipment failures before optimization – number of equipment failures after optimization) / number of equipment failures before optimization × 100%. In a chemical production enterprise, the number of equipment failures per month before optimization was 10 times, and after optimization, the number of equipment failures per month was reduced to 5 times, so the equipment failure rate reduction rate = (10 – 5) / 10 × 100% = 50%.

In terms of evaluation methods, the experimental method is a commonly used method. By setting up an experimental group and a control group, under the same conditions, the PLC system of the experimental group is optimized, while the control group remains unchanged, and then the performance indicators of the two groups are compared to evaluate the optimization effect. On a certain automated production line, two identical production lines were selected, one as the experimental group, and its PLC system was upgraded with hardware and software optimized; the other was used as the control group and no optimization was performed. After a period of operation, the production efficiency, product quality, and equipment failure rate of the two production lines were compared. It was found that the production efficiency of the experimental group increased by 25%, the product quality qualification rate increased by 10%, and the equipment failure rate decreased by 60%, while the indicators of the control group remained basically unchanged, thus verifying the effectiveness of the optimization measures.

The comparison method is also an effective evaluation method, which evaluates the optimization effect by comparing the performance parameters and production data of the PLC system before and after optimization. In a certain automobile manufacturing company, the response speed, data processing capacity, and production line output and quality data of the PLC system before and after optimization were compared. It was found that the response speed of the PLC system after optimization increased by 30%, the data processing capacity increased by 40%, the production line output increased by 20%, and the product quality qualification rate increased by 8%, which intuitively demonstrated the improvement of the PLC electrical performance and production efficiency by the optimization measures.

In addition to experimental and comparative methods, simulation methods can also be used, using professional software to model and simulate the PLC system, simulate different working scenarios and optimization plans, and predict the optimization effects. In a certain power control system, simulation software was used to model the PLC system, simulated different electromagnetic interference environments and optimization measures, and predicted the anti-interference ability and stability of the optimized system. It can be seen intuitively from the simulation results that after adopting electromagnetic shielding and grounding optimization measures, the anti-interference ability of the system has been significantly improved, effectively reducing the impact of electromagnetic interference on the system.

By comprehensively using these evaluation indicators and methods, the effect of PLC electrical performance optimization can be comprehensively and accurately evaluated, providing scientific basis for enterprises to further improve and optimize PLC systems.

6.2 Economic benefit analysis model and application

When evaluating the economic benefits of PLC electrical performance optimization, the cost-benefit analysis model is a common and effective tool. This model helps companies clearly understand the economic feasibility and investment value of optimization measures by quantitatively analyzing the cost input and benefit output in the optimization process.

In terms of cost, the cost of hardware upgrade is a part that cannot be ignored. Replacing high-performance processors, upgrading memory and I/O modules and other hardware equipment all require a certain amount of money. In the PLC system optimization of an electronic manufacturing company, the cost of replacing high-performance processors was 50,000 yuan, and the cost of upgrading memory and I/O modules was 30,000 yuan and 40,000 yuan respectively, and the total cost of hardware upgrade reached 120,000 yuan. Software optimization costs include software development, debugging and maintenance costs. The optimization of PLC programming algorithms, the upgrade of software systems and subsequent maintenance work all require professional technicians and corresponding time costs. In this electronic manufacturing company, the cost of software optimization was 80,000 yuan, including the labor cost of programmers, the purchase and use of software tools, etc.

Environmental optimization costs mainly involve the construction of electromagnetic shielding and grounding facilities, as well as the purchase and operation costs of environmental monitoring and control equipment. In a chemical company, in order to reduce the impact of electromagnetic interference on PLC, the cost of installing electromagnetic shielding devices and improving the grounding system is 60,000 yuan; at the same time, in order to control the ambient temperature and humidity, the cost of purchasing air conditioners, dehumidifiers and other equipment is 4 Ten thousand yuan, the annual operation and maintenance cost is 20,000 yuan.

In terms of benefits, the benefits brought by improved production efficiency are significant. By optimizing PLC electrical performance, production efficiency is improved and product output per unit time is increased, resulting in additional sales revenue. In a certain automobile manufacturing company, the production efficiency of the optimized production line has increased by 20%, and 100 more cars can be produced every month. The profit of each car is 20,000 yuan, so the additional profit brought by the improvement of production efficiency every month is 2 million yuan.

The benefits brought by the improvement of product quality are mainly reflected in the reduction of defective rate and the increase of product added value. In a machinery manufacturing enterprise, the defective rate of products was 10% before optimization, and it was reduced to 5% after optimization. 10,000 products were produced per month, and the cost of each product was 1,000 yuan. Therefore, the cost saved per month due to the reduction of defective rate was 500,000 yuan. The improvement of product quality may also make the product get higher price in the market, thereby increasing sales revenue.

The benefits brought by the reduction of equipment failure rate are mainly reflected in the reduction of equipment maintenance costs and the shortening of downtime. In a certain power company, the annual maintenance cost of equipment was 500,000 yuan before optimization, and it was reduced to 200,000 yuan after optimization; at the same time, the annual downtime of equipment was reduced from 50 hours to 20 hours, and the downtime loss per hour was 10,000 yuan. Therefore, the benefits brought by the reduction of equipment failure rate are 600,000 yuan per year.

The return on investment (ROI) model is another important economic benefit analysis tool. It evaluates the profitability and investment value of an investment project by calculating the ratio between the expected return of the investment project and the investment cost. The calculation formula of ROI is: ROI = (annual profit or average annual profit / total investment) × 100%. In a PLC system optimization project for an automated production line, the total investment is 1 million yuan, including costs for hardware upgrades, software optimization, and environmental optimization. After optimization, the additional profit brought by increased production efficiency, improved product quality, and reduced equipment failure rate is 300,000 yuan each year. Then the ROI of the project = (30 / 100) × 100% = 30%. This shows that the project has a high return on investment and a large investment value.

By applying the cost-benefit analysis model and the return on investment model, enterprises can comprehensively and accurately evaluate the economic benefits brought by PLC electrical performance optimization, providing strong support for enterprise decision-making. In actual applications, enterprises should also consider the feasibility and investment value of optimization measures in combination with their own development strategies, market demand and financial conditions, so as to maximize the economic benefits of enterprises.

6.3 Comparison of economic benefits before and after optimization of case enterprises

By making a detailed comparison of the economic benefits of the case companies before and after optimization, the remarkable results brought by the optimization of PLC electrical performance can be intuitively demonstrated. Take a certain automobile manufacturing company as an example. Before the optimization, due to problems such as slow response speed, insufficient reliability and poor communication compatibility of the PLC system, the production efficiency was low, the product quality was unstable, and the equipment failure rate was high, which brought great economic losses to the company.

In terms of production efficiency, the company’s production line produced 50 cars per hour before optimization, and increased to 65 cars after optimization, with a 30% increase in production efficiency. This means that within the same working hours, the company can produce more products, thereby increasing sales revenue. Assuming that the price of each car is 150,000 yuan, after optimization, (65 – 50) × 8 × 22 = 2,640 more cars can be produced per month (based on 22 working days and 8 hours of work per day), and the increased sales revenue is 2,640 × 15 = 396 million yuan.

In terms of product quality, the qualified rate of products before optimization was 85%, and it increased to 95% after optimization. The improvement of product quality not only reduces the losses caused by defective products, but also enhances the brand image and market competitiveness of the enterprise. Taking the production of 10,000 cars per month as an example, the number of defective products before optimization was 10,000×(1 – 85%) = 1,500, and the number of defective products after optimization was reduced to 10,000×(1 – 95%) = 500. Assuming that the processing cost of each defective product is 50,000 yuan, the defective product processing cost can be saved by (1,500 – 500)×5 = 50 million yuan per month after optimization.

In terms of equipment failure rate, before optimization, the downtime caused by PLC failure reached more than 10 hours per month. The equipment failure rate was high, which affected the continuity of production. After optimization, downtime was reduced to less than 2 hours per month, a reduction of more than 80%. Reduced equipment failure rates reduce equipment repair costs and downtime losses. Assuming that the hourly downtime loss is 100,000 yuan and the equipment maintenance cost is 200,000 yuan per month, then after optimization, the monthly downtime loss and maintenance cost can be reduced by (10 – 2) × 10 + 20 – 2 × 10 = 800,000 yuan .

Taking a chemical manufacturing company as an example, before optimization, due to problems such as slow response, weak anti-interference ability, and poor scalability of the PLC system, the product defective rate was high, the equipment failure rate was high, and the production efficiency was low. After optimization, production efficiency has been greatly improved, product defective rates have been reduced, and equipment failure rates have been significantly reduced, bringing considerable economic benefits to the enterprise.

In terms of production efficiency, the company’s daily output of chemical products was 100 tons before optimization, and increased to 120 tons after optimization, with a 20% increase in production efficiency. Assuming the profit per ton of product is 5,000 yuan, after optimization, the company can produce (120 – 100) × 30 = 600 tons more products per month (calculated as 30 days), and the increased profit is 600 × 5,000 = 3 million yuan.

In terms of product quality, the defective rate of products was 15% before optimization, and it was reduced to 5% after optimization. Taking the production of 3,000 tons of products per month as an example, the number of defective products before optimization was 3,000×15% = 450 tons, and the number of defective products after optimization was reduced to 3,000×5% = 150 tons. Assuming that the processing cost of each ton of defective products is 3,000 yuan, the defective product processing cost can be saved by (450 – 150)×3,000 = 900,000 yuan per month after optimization.

In terms of equipment failure rate, before optimization, downtime caused by equipment failure reached more than 15 hours per month, and equipment maintenance costs were high. After optimization, downtime was reduced to less than 5 hours per month, a reduction of more than 66%. Assuming that the hourly downtime loss is 80,000 yuan and the equipment maintenance cost is 300,000 yuan per month, then after optimization, the monthly downtime loss and maintenance cost can be reduced by (15 – 5) × 8 + 30 – 5 × 8 = 700,000 yuan .

Through the comparison of the economic benefits of the above two case companies before and after optimization, it can be clearly seen that optimizing PLC electrical performance can significantly improve the production efficiency of the company, improve product quality, and reduce equipment failure rates, thereby bringing huge economic benefits to the company. . These actual cases provide powerful references for other companies to optimize PLC systems, proving the importance of optimizing PLC electrical performance for companies to improve their competitiveness and achieve sustainable development.

7. Conclusion and outlook

7.1 Summary of research results

This study deeply analyzes the hardware, software and external environmental factors that affect PLC electrical performance, and proposes a series of comprehensive and effective optimization methods and technologies. In terms of hardware, the use of high-performance processors, upgraded memory and I/O modules, and optimized power management and anti-interference measures have significantly improved the PLC’s data processing capabilities, response speed and reliability. By choosing a processor with a 50% increase in computing speed and doubled memory capacity, the response speed of the PLC system of an automobile manufacturing company has been greatly improved, and the equipment response delay has been shortened from 100ms to less than 20ms, effectively improving production efficiency.

At the software level, advanced programming technologies such as structured programming and object-oriented programming, as well as intelligent algorithms such as fuzzy control algorithms and neural network algorithms are used to optimize program logic and control strategies, and improve the flexibility and control accuracy of the system. In temperature control, after a chemical production enterprise adopted the fuzzy control algorithm, the temperature deviation was controlled within ±1°C, which effectively improved product quality and reduced the defective rate to less than 5%.

In view of external environmental factors, electromagnetic shielding, grounding technology, and environmental monitoring and control measures are used to reduce the impact of environmental factors such as electromagnetic interference, temperature and humidity on PLC, ensuring its stable operation in complex industrial environments. In the monitoring system of a certain power substation, PLC uses a full metal shielded shell and shielded cables to connect sensors and actuators, effectively resisting strong electromagnetic interference and ensuring the stable operation of the system.

Through actual case analysis of an automobile manufacturing company and a chemical production company, the effectiveness of the optimization measures was verified. After optimization, the production efficiency of automobile manufacturing companies increased by 30%, the product qualification rate increased from 85% to more than 95%, and the equipment failure rate decreased by more than 80%; the production efficiency of chemical production companies increased by 20%, and the defective rate increased from 15% was reduced to less than 5%, and the equipment failure rate was reduced by more than 66%. These remarkable results fully prove that optimizing PLC electrical performance is of great significance for improving production efficiency, product quality and equipment reliability, and can bring huge economic benefits and market competitiveness improvement to enterprises.

7.2 Research deficiencies and prospects

Although this study has achieved certain results in optimizing PLC electrical performance, there are still some shortcomings. The scope of the study is limited in some aspects, mainly focusing on the impact and optimization of common hardware, software and environmental factors on PLC electrical performance. Some emerging technologies, such as the potential application of quantum computing in PLC processors and the application of blockchain technology in PLC data security transmission, have not been deeply explored. With the continuous development of science and technology, these emerging technologies may bring new breakthroughs to the improvement of PLC electrical performance, but this study failed to involve these cutting-edge fields, which limits the comprehensiveness and foresight of the research.

There are also certain limitations in the experimental conditions. During the research process, although actual cases were analyzed, it is difficult for the experimental environment to fully simulate the complex and changeable industrial field environment. Factors such as electromagnetic interference, temperature and humidity changes in industrial sites are often diverse and uncertain, and the experimental conditions may not cover all of these situations. In some special industrial scenarios, such as extreme environments such as deep sea and space, the challenges faced by PLC are more severe. The experimental conditions of this study cannot effectively simulate these extreme situations, which may lead to certain limitations in the promotion of the research results in practical applications.

Future research directions can be developed from multiple aspects. On the one hand, we should explore the application of emerging technologies in the optimization of PLC electrical performance. We should study how quantum computing technology can improve the computing speed and data processing capabilities of PLC processors, and how blockchain technology can enhance the security and reliability of PLC data transmission. We can study how to apply the super computing power of quantum computing to the complex algorithm processing of PLC to achieve rapid analysis and decision-making of large-scale data; and explore how the distributed ledger and encryption technology of blockchain can ensure that the data transmission of PLC in the industrial Internet of Things is not tampered with or stolen.

On the other hand, we will further improve experimental research, expand experimental scenarios, simulate various complex industrial environments as much as possible, and improve the reliability and applicability of research results. We will establish a more comprehensive experimental platform to simulate industrial environments in different industries and scenarios, and test and analyze the performance of PLC under various complex conditions. We will carry out special experimental research in view of the high pressure, low temperature, strong corrosion and other characteristics of the deep-sea environment, as well as the high radiation and microgravity of the space environment, to provide technical support for the application of PLC in these special fields.

With the in-depth development of Industry 4.0 and intelligent manufacturing, PLC will be deeply integrated with artificial intelligence, big data, cloud computing and other technologies. Future research can focus on the impact of these technology integrations on the electrical performance of PLCs, and how to achieve intelligent and adaptive control of PLC control systems through technology integration. Use artificial intelligence technology to achieve intelligent diagnosis and predictive maintenance of PLC production processes, optimize PLC control strategies through big data analysis, and use cloud computing to achieve remote storage and analysis of PLC data. Through the expansion of these research directions, it is expected to further improve the electrical performance of PLCs and provide stronger technical support for the development of industrial automation.

8. References

[1] Wang Qianjin, Ma Xiaoping, Zhang Shoutian. Application of PLC software redundancy in fan monitoring system [J]. Industrial and Mining Automation, 2014, 40(01): 93-96.

[2] Wang Yungang, Chen Wenyan. Water level automatic control system based on MCGS and PLC[J]. Measurement and Control Technology, 2014, 33(01): 96-98+103.

[3] Zhou Shiqiang, Guo Qiang, Zhu Tao, Liu Xudong. Analysis and research on electrical control and PLC application technology [J]. Chinese Folk House (Second Half Monthly), 2014 (01): 199+201.

[4] Yuan Wenbo, Hong Bo, You Wanfang, Yin Zhaosheng, Jiang Yan, Wen Liu. Research on S7-PLC communication based on Modbus/TCP protocol [J]. Computer Engineering and Design, 2014, 35(02): 736-741.

[5] Xie Jinsong, Liang Hongbin. Research on soft PLC control system of five-axis CNC milling machine [J]. Combined Machine Tool and Automation Processing Technology, 2014 (03): 82-85.

[6] Li Benhong, Chen Xiaojun. Design of food packaging automation production line control system based on PLC and touch screen [J]. Mechanical and Electrical Engineering Technology, 2014, 43 (01): 9-13.

[7] Hu Shijun, Zhang Hongxiang, Zhang Dailu. Research on application of PLC in temperature control system[J]. Forging Technology, 2014, 39(01): 118-120.

[8] Liu Li. Application of configuration software in PLC experimental system[J]. Laboratory Research and Exploration, 2014, 33(04): 127-129+136.

[9] Li Xiaoting, Zhang Chen, Fang Lide, Zhang Yao, Liang Yujiao, He Qing. Design of measurement and control system for small-scale high-precision multiphase flow experimental device based on PLC [J]. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation, 2014, 28(06): 670-674.

[10] Chen Jin, Ji Yuanyuan, Li Yaoming. Design of combined harvester monitoring system based on PLC and touch screen [J]. Instrument Technology and Sensor, 2014 (07): 78-81.

[11] Huang Cheng, Li Xiaolin, Ren Junhui, Huang Ying, Li Yan, Zhang Wanrong. Research on AC/DC PLC noise filter for Nuozadu ±800kV DC transmission project [J]. High Voltage Apparatus, 2014, 50(08): 87-92.

[12] Yin Jianfeng, Ding Wenbo, Wei Huayi, Zhu Desheng, Cai Yu, Gao Zhen. Research on power line carrier communication standards PRIME and G3-PLC [J]. Electrical Measurement and Instrumentation, 2014, 51 (13): 37-41.

[13] Mao Yun, Yang Feng. Design of stepper motor control system based on PLC[J]. Industrial Instrumentation and Automation Equipment, 2014(04):87-89+98.

[14] Lv Huafang, Yang Hanbo, Cong Zhentao, Lei Huimin. Indoor rainfall infiltration automatic measurement system based on PLC control [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2014, 45(09): 144-149+160.

[15] Guo Wei, Tian Lulin, Zhang Yongliang, Cui Ge’an, Yang Yun. Design and implementation of a universal protection platform based on embedded PLC soft core [J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(16): 122-126.

[16] Chen Dongqing. Design of palletizing industrial robot operating system based on PLC and touch screen [J]. Packaging Engineering, 2014, 35 (23): 84-88.

[17] Shu Changbao, Jiang Bujun, Yu Zhao, Chen Yunyun. Development of multifunctional PLC practical teaching device[J]. Experimental Technology and Management, 2014, 31(12): 70-73.

[18] Zhao Jinhui, Yang Xuejun, Liu Lijing, Liu Zhongjun, Zhou Junping, Jin Chen. Mechanical performance test device of planter furrow opener based on PLC[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2014, 45(S1): 29-34.

[19] Kou Zhiwei, Xu Mingna, Li Wenjun, Su Xi, Ma Dezhi. Water level measurement and control system of solar water heating project based on PLC[J]. Foreign Electronic Measurement Technology, 2015, 34(01): 69-72+79.

[20] Kou Zhiwei, Xu Mingna, Su Xi, Ma Dezhi, Li Wenjun. Design of inverter application training system based on PLC[J]. Electronic Measurement Technology, 2015, 38(01): 12-15.

[21] Sun Songli, Wang Ronglin, Zhang Guixin. Design of PLC simulation training system based on MCGS[J]. Laboratory Research and Exploration, 2015, 34(01): 87-91.

[22] Chen Huilian, Gu Mingyue, Zheng Yanbo, Yan Ying. Design of temperature and humidity automatic control system based on PLC[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2015, 36(02): 246-248.

[23] Gan Neng. Research on the application of PLC control technology in industrial automation[J]. Electronic Technology and Software Engineering, 2015(06):159-160.

[24] Hao Song, Meng Yue, Li Wei, Hu Shaoyu, Yang Dehong. PTH-induced activation of PKC pathway independent of PLC enhances CITED1 expression in osteoblasts[J]. Journal of Southern Medical University, 2015, 35(04): 486-491.

[25] Chen Xiaobei, Wang Zhicheng, Ye Baoan. Design of PLC touch screen control system based on embedded system [J]. Electronic Measurement Technology, 2015, 38(03): 54-56.

[26] Zhu Xiangrong, Feng Qiaosheng, Shi Shaojie, Lv Lingzhi. VC + programming technology for Xinjie PLC to communicate with computer serial port and Ethernet [J]. Software, 2015, 36 (06): 75-82.

[27] Cheng KW, Li Q, Zhan YQ, Wang CY, Wang GH, Ni Y, Zhu BH, Deng XS. Effects of 5-fluorouracil on biological characteristics and drug resistance mechanism of PLC/RAF/5 hepatocellular carcinoma cell line[J]. Journal of Clinical Hepatobiliary Diseases, 2015, 31(09): 1458-1463.

[28] Yang Dong, Lei Yong, Tu Guoqiang, Pan Zhenyu, Yu Qiaojun. Design of tunnel fan system based on Siemens PLC control [J]. Automation Instrumentation, 2015, 36 (09): 65-68.

[29] Xing Ling, Xu Jianning, Dong Zengwen. Design and development of virtual-real combined large-scale equipment PLC experimental system [J]. Experimental Technology and Management, 2015, 32 (11): 121-124.

[30] Wang Jingchong, Wang Dahu, Liu Haiyang. Application of virtual simulation in PLC batching control system teaching[J]. Laboratory Research and Exploration, 2015, 34(09): 75-78+102.

[31] Wang Weijun, Guo Qing, Liu Wei, Sun Jin. Development of CNC drilling machine controller based on PLC [J]. Foreign Electronic Measurement Technology, 2013, 32 (01): 41-45.

[32] Wang Hong, Wang Zicheng, Cui Guangzhao. Research on PLC elevator control and simulation based on configuration software [J]. Manufacturing Automation, 2013, 35(02): 109-112.

[33] Zhou Yu, Zhang Feng, Liu Yan. G3-PLC system design and performance optimization based on embedded platform[J]. Communications Technology, 2020, 53(05): 1163-1168.