Programlanabilir Lojik Denetleyicilerin (PLC) Doğuşu

1968’de , General Motor’da mühendis bir grup Westinghouse konferansında tesislerindeki makinelerin güvenilirliği ve dokümantasyonu ile yaşadıkları sorunları detaylandıran bir rapor sundular. Mühendislerden biri, Bill Stone  bir “standart makine denetçisi” için dizayn kriterini takdim etti.

Kriter yeni araç dizaynı ve model değiştirme esnasında montaj hattı rölelerinin çıkarılması maliyetli hurda atıklarının olması ve güvenilmez elektromekanik rölelerin yerini alması  gerektiğini belirtti. Ayrıca gerektiğinde:

• Statik devrelerin avantajlarını tesis içindeki makinelerin% 90’ında kullanılması.
• Kontrol problemlerine ilişkin makinenin çalışmadığı zamanları azaltacaktır.  Halihazırda kabul edilmiş röle merdiveni (ladder) mantığına uygun olarak kolayca mevcut sistem muhafaza edilebilir ve buna göre programlanabilir.
• Gelecek yönelik geliştirmelere açık olur. Parçaların kolay değiştirilmesine ve genişletilebilmesine izin vermesi için  modüler olmak zorundaydı.
• Kir, nem, elektromanyetizma ve titreşimler gibi endüstriyel çevrede çalışmak zorundaydı.
• Tam mantıksal işlem yeteneklerini karşılamalıdır.

Bu özellikler, bir prototip imalatı yapılması için teklif talebi ile birlikte , 4 kontrolör üreticisine verildi:

• Allen-Bradley, (Michigan-based Information Instruments aracılığıyla)
• Digital Equipment Corporation (DEC)
• Century Detroit
• Bedford Associates

DEC takımının GM’ye (General Motors) getirdiği  “mini-bilgisayar” reddedilmiştir. Statik hafızanın eksikliği reddedilmesinin önemli sebeplerden bir tanesiydi.

Allen-Bradley rölelerin, reostaların ve motor kontrollerinin önemli bir üreticisiydi. Bu yeni fikir, ana faaliyet alanlarından biri olan elektromekanik rölelerle yarışacak olsa da, 5 ay içinde prototipten üretim birimine geçti. İlk girişim Program Data Quantizer ‘dı ya da PDQ-II. Bunun çok karmaşık ve programlaması çok zor olduğu hükmüne varıldı ve oldukça da büyüktü. Bir sonraki girişim Programlanabilir Matriks Denetçisiydi (PMC). Daha küçük ve daha kolay programlanabilir olmasına rağmen GM için hala yeterli değildi.

Tam GM nin dizayn kriterleri esasına uygun Bedford Associates  bir dizayn üzerinde çalışıyordu. Onun sistemi modüler ve dayanıklıydı , hafıza işlemleri yapılma esnasında denetçide işlem çalışırken bir kesinti olmamıştır. Şirket için 84. proje olduğundan bu üniteyi 084 diye isimlendirdiler. Proje takımı Richard Morley, Mike Greenberg, Jonas Landau, George Schwenk ve Tom Boissevain ‘dan oluşmaktaydı. Finansmanı elde ettikten sonra bu ekip yeni bir şirket kurdu ve MOdular DIgital CONtroller ın kısaltması olan Modicon diye şirketi isimlendirdiler.

Modicon 084 dayanıklı bir şekilde kuruldu , açma-kapama düğmesiz, fansız ve tamamen kapalı gövde içerisinde! Richard Morley şöyle anlatmıştı; “Fanlar kullanılmadı, kirlenme ve korozyon endişesi sebebiyle dış havanın sisteme girişine izin verilmedi. Zihnimizde  programlanabilir denetçinin bir kamyonun alt tarafında , açık bir şekilde ve Teksas ta, Alaska da etrafta sürüldüğünü hayal ettik. Bu koşullar altında çalışabilir kalmasını istedik. Diğer gereksinimler ise bir kutupta çalışabilmeli veya klima kontrollü olmayan bir ortamda çalışmalı.”

1969 yılında Bedford ve Modicon Programlanabilir Denetçi 084 ‘lerini GM ‘a gösterdiler ve sözleşmeyi kazandılar. Denetçi 3 bileşenden oluşuyordu: İşlemci kartı, hafıza ve mantık çözümleyici kart (algoritmaları çözmek için bir merdiven mantığı formu kullanır.)

 

Morley’e göre orijinal cihaz sadece 125 word belleğe sahipti ve hızlı çalışması gerekmiyordu. Howard Hendricks’le yapılan röportajda şöyle söyledi “Ne olduğunu hayal edebilirsin. Öncelikle hızlı bir şekilde hafıza yetersiz geldi  ve ikinci olarak cihaz herhangi bir fonksiyonu yerine getirmek için röle tepki süresine yakın cevap verdi ve  fazlasıyla yavaştı. Röle tepki süreleri saniyenin 1 / 60 olmakta ve rölelerle dolu bir panonun koda dönüştürülmüş hali ihtiyaç  125 kelimeden daha fazladır. Biz hafızayı 1K’ya oradan da 4K ya genişlettik. 4K’da, uzunca bir süre test edildi. Başlangıçta marketing ve bellek boyutları 1K, 2K, 3K(?) ve 4K olarak satıldı. 3K olan model açık bir şekilde kısıtlı adresli 4K versiyonuydu böylece 4K ya kadar alan genişlemesi kolayca yapılabilirdi.”

1971’le beraber  Odo Struger ve Ernst Dummermuth isimli mühendisler PMC lerinde yani Programlanabilir Matriks Denetçilerinde iyileştirdikleri yeni bir konsept geliştirmeye başladılar. Bu konsept 1774 PLC Bülteni oldu. Allen-Bradley bunu “Programlanabilir Mantık Denetleyicisi” olarak adlandırdı; terim daha sonra kişisel bilgisayarlarla ilişkili PC kısaltması olunca endüstriyel standart haline geldi.

1972 de  Allen-Bradley ayrıca programlama terminali olarak ilk bilgisayarı sundu. 1970 ler ve 1980 lerde diğer üreticiler küçük bir ekranla birlikte tipik (ekranlı ve ekransız) özel programlama terminallerini kullandılar. Talimatlar 3 veya 4 harfli mnemonics olarak girildi. Teknoloji gelişirken bu bu terminaller elde tutulabilir cihaz boyutuna küçültüldüler.

1970 lerin daha sonraki yıllarında  birkaç başka şirket  (General Electric, Square D, Omron ve Siemens) PLC pazarına giriş yaptılar.

Modicon 1973 te 184 ile 084’ten daha iyisini yaparak pazarın ilk lideri oldu. Ardından 1975 yılında 284 ve 384 modelleri  izledi.  984, 1986 yılında üretildi ve uzun yıllar bir Modicon standardı olarak kaldı. AEG ve Schneider Automation ile yapılan ortak girişimde Quantum serisi kontrolörler 1994 yılında piyasaya sürüldü. 1977’de Modicon Gould Electronics tarafından satın alındı, daha sonrasında 1997 ‘den bugüne söz sahibi olan Schneider tarafından satın alındı (2017).

PLC Gelişimleri

Mitsubishi ve Omron gibi Japon şirketleri, otomotiv endüstrisi üretim süreçlerinde PLC’leri yoğun şekilde kullanmaya başladıklarında ABD pazarına girdi. Giddings & Lewis gibi makine parçası üreticilerinin yanısıra Westinghouse, Cutler Hammer ve Eaton gibi devler de ürünler ortaya çıkardılar. 1980 ‘de Pazar 80 milyon dolar tahminlendi ve 1988 ‘le birlikte dünya çapında bir milyar dolara erişti.

IBM uyumlu kişisel bilgisayarlar daha küçük ve daha az pahalı hale gelirken, şirketler programlamada DOS tabanlı yazılım geliştirmeye başladılar. Bu kullanıcıların grafiksel programlamaya girişine izin verdi. Yazı komutlarının yalnızca alfanumerik karakterler olarak görülmesindense , merdiven mantığı bir CRT monitör üzerinde görselleştirilebilirdi.

1990 ların başında Windows 3.0 işletim sisteminin piyasaya sürülmesiyle birlikte,yazılım renkli grafikler ve çokgörevlilikle(multitasking) gelişti. PC fiyatları ucuzlamaya başladı ve dizüstü bilgisayar neredeyse tüm el programcılarının yerini aldı. Birçok şirket basit uygulamalar için daha küçük, daha ucuz “tuğla” PLC’ler üretmeye başladılar.

Koyo 1980’lerden beri Texas Instruments, Siemens ve GE için PLC üretti. 1994 yılında, ABD’de posta siparişiyle PLC’leri pazarlamaya başlayan bir şirket kurdular. Tim Hohmann Atlanta’da 1999 yılında Automation Direct olarak yeniden isimlendirilen PLC Direct’i ortak bir girişim olarak kurdu.

Allen-Bradley 1990’lar boyunca baskın olan markasını Amerika’da sürdürdü. 1984 yılında Rockwell tarafından satın alındı ve 1994’te, Allen-Bradley PLC için rakip bir programlama yazılımı ürünü  ICOM Rockwell satın aldı. Daha küçük bir modüler kontrolör olan SLC500 hattı 1991’de piyasaya sürüldü, bunu 1995’te ilk MicroLogix ürünü izledi. Siemens, ABD ve Japonya’nın dışında egemen oyuncu oldu. 1979’da  S5 denetleyicisi geliştirildi.  S7-200, S7-300 ve S7-400 serileri 1994 yılında piyasaya çıktığında, birçok şirket mevcut platformlarını yükseltmeye başladı. Siemens, Kullanıcı Tanımlı Veri Tipleri (UDT’ler) kullanımında ve STL (Statement List) olarak da bilinen sürümü kullanarak gelişmiş programlamada erken bir yenilikçi oldu. Ayrıca yerel değişkenleri altprogramlar veya işlevler içinde tanımlayarak yeniden kullanılabilir kod kullanımına izin verdiler.

1994’te Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) PLC’lerin programlanabileceği dilleri, veri türlerini ve Programlanabilir Denetçilere uygun diğer detayları tanımlamaya başladı. IEC 61131-3 üreticilerin ürünlerini standardize etmek için takip ettikleri kuralları tanımladı. 5 dil tanımlandı: Merdiven (LD), Komut Listesi (IL), İşlev Bloğu Diyagramı (FBD), Yapısal Metin (ST) ve Sıralı Fonksiyon Grafikleri (SFC).

Omron dünya çapında kazançlar elde ederken Japonya ve Asya’nın büyük bölümünde Mitsubishi en büyük pazar payını elde etti.

2000lerle birlikte PLC’ler çok daha güçlü olmaya başladılar ve DCS (Dağıtık Kontrol Sistemleri) ‘nin alanlarından biri olan proses kontrolünden pazar kazanmaya başladılar. DeviceNet, Profibus ve Ethernet gibi I/O ağları kullanımı yeteneğiyle birlikte, bu  güçlü platformlar “Programlanabilir Otomasyon Denetçileri” veya PAC’ler olarak anılmaya başlandı. Geliştirilmiş hafıza, daha yüksek hızda işlemciler ve tek seferde binlerce analog ve dijital noktaları kontrol edebilme yeteneğiyle PAC’ler büyük kimyasal işleme tesisleri, atık su arıtma ve boru hatlarını kontrol edebilirlerdi . 2000 lerin başlarında çok eksenli hareket kontorli aynı zamanda PAClerin içerisine entegre olmaya başladı. Allen-Bradley, Siemens, Modicon ve Mitsubishi hepsinin entegre edilmiş, merkezi işlemciden bağımsız olarak çalışabilen denetçileri vardır. Aynı rafta çoklu veya yedek CPUlar da kullanılabilir. Değişken Frekanslı Sürücüler ve robotlar şimdilerde sıklıkla merdiven mantığında programlanabilen mikroişlemcileri içeriyor. Hibrid HMI dokunmatik denetçiler de yaygınlaştılar. Bugünün manzarasında, uluslararası pazarlara sahip 20’den fazla PLC üreticisini kapsamakta olup bunlardan 15’inin % 1 veya daha fazla pazar payı var.

Açık platformlar, küçük üreticilerin merdiven veya diğer IEC 61131-3 dillerinde kendi PC tabanlı veya yönetim düzeyi denetleyicilerini sunmalarına olanak tanıdılar. Codesys gibi şirketler şimdilerde Modicon, ABB, Beckhoff ve Bosch gibi , bazı büyük PLC üreticileri için bir platform sunuyor. Daha yüksek hızda Ethernet-tabanlı iletişim ve kontrol networkleriyle , hataları algılamak ve otonom mantık ve izleme görevleri gerçekleştirmek için I/O’un akıllı düğümleri ndeki mikroişlemcilerle, sistemler daha fazla dağıtılabilir hale geldi. 2016 itibarıyla, PLC pazarı Eternet/IP tabanlı denetim ağlarıyla ortak bir noktada buluşacağa benziyor.