Какой лучший пример программируемой автоматизации

Как выбрать программируемый логический контроллер для задач автоматизации производства

Российские промышленные предприятия и компании, которые занимаются разработкой решений АСУ ТП, столкнулись с необходимостью поиска альтернативы программируемым логическим контроллерам (ПЛК) европейских, американских и японских производителей. В этой статье мы предлагаем вашему вниманию сравнительный обзор технических характеристик программируемых контроллеров Consyst Electronics.

Ключевые критерии при выборе ПЛК

Рассмотрим ключевые критерии, на которые необходимо обратить внимание при выборе ПЛК.

Максимально возможная локализация, допустимо производство элементной базы и готовых изделий в дружественных странах. Этот критерий подразумевает, что производство программируемых контроллеров должно быть размещено на территории страны, для которой они предназначены. Это позволяет снизить затраты на транспортировку, а также обеспечить возможность более быстрой и эффективной технической поддержки и обслуживания.
Минимальные сроки поставки. При выборе ПЛК важно учитывать сроки поставки. Чем быстрее компания может получить необходимое оборудование, тем быстрее она сможет начать его внедрять в своих проектах.
Использование в своих изделиях передовых отраслевых технологий. Выбор устройств для автоматизации, в которых применены передовые технологии, помогает производственным компаниям оставаться конкурентоспособными на рынке.
Разработка проектов ПЛК в соответствии со стандартом МЭК 61131-3. Стандарт МЭК 61131-3 обеспечивает единый подход к разработке проектов систем управления вне зависимости от производителя контроллеров.
Показатели надежности оборудования и его жизненный цикл не должны уступать лидерам рынка. ПЛК с высоким уровнем надежности и длительным жизненным циклом обычно стоят дороже, но при этом они обеспечивают более низкую совокупную стоимость владения на протяжении всего жизненного цикла АСУ ТП.

Семейство контроллеров Consyst Electronics

Весной 2023 года наша компания вывела на российский рынок свою линейку ПЛК.

Она включает три серии контроллеров:

Архитектура АСУ ТП на базе ПЛК Consyst Electronics

компактные контроллеры L22;
модульные контроллеры L52;
контроллеры безопасности L5S.

Серия L22 представляет ПЛК класса «все в одном» и предназначена для автоматизации малых и средних объектов дискретных производств с максимальным числом дискретных сигналов до 684.

ПЛК серии L52 являются модульными и поддерживают технологии резервирования и горячей замены модулей, что предопределяет их применение для автоматизации непрерывных (процессных) производств в таких секторах промышленности, как энергетика, металлургия, химическая, горнодобывающая, нефтегазовая, целлюлозно-бумажная, фармацевтическая отрасли, водное хозяйство и т.п. Контроллеры L52 относятся к классу высокопроизводительных и способны управлять системами с числом сигналов более 10 000.

Для создания проектов автоматизации на основе ПЛК серий L22 и L52 в соответствии со стандартом МЭК 61131-3 предназначено свободное распространяемое программное обеспечение AT300.

В программируемых контроллерах безопасности L5S используется одноканальная архитектура с самодиагностикой 1oo1D, что обуславливает их соответствие уровню полноты безопасности 2 (SIL2). Оснащенные специальными технологиями, L5S позволяют создавать системы противоаварийной автоматической защиты ПАЗ (SIS) различных типов для опасных промышленных объектов: аварийного отключения (ESD), обнаружения горючих и токсичных газов (контроля загазованности, GDS), управления горелками (BMS), противопожарных систем (FGS) и др. Расширяемость L5S составляет до 992 дискретных или аналоговых сигналов безопасности.

Требования стандартов безопасности относятся не только к оборудованию, но и к программному обеспечению для работы с ним. Поэтому для программирования контроллеров безопасности L5S используется отдельная среда разработки ATS100, которая при этом имеет много общего с родственным приложением AT300.

Рассмотрим более подробно модельный ряд и возможности каждой серии контроллеров.

Серия L22

ПЛК данной серии имеют в своем составе четыре модели центральных процессоров (ЦП) и ряд дополнительных сигнальных и коммуникационных модулей расширения.

Компактный контроллер серии L22

Две младшие модели ЦП оснащены 24 встроенными входами/выходами, из которых 14 (12) — это дискретные входы (24 В=), а 10 (8) – дискретные релейные выходы. L22 на 12 DI + 8 DO имеет дополнительно два входа и два выхода для ввода и вывода унифицированных аналоговых сигналов соответственно. Для программирования этих контроллеров используется встроенный порт RS-485.

К двум старшим моделям ПЛК L22 через встроенные входы можно подключить 24 дискретных сигнала с напряжением уровня 24 В=, а встроенные дискретные выходы позволяют управлять 16 внешними устройствами с напряжением питания 24 В= (модель с транзисторными выходными ключами) или 220 В~ (модель с релейными выходами). Оба этих контроллера в качестве основного интерфейса связи с внешними устройствами используют порт Ethernet, который позволяет подключаться из среды разработки для программирования и отладки, а также поддерживает обмен данными по протоколу Modbus-TCP в качестве сервера и клиента.

Напряжение питания для L22 с релейными дискретными выходами составляет 220 В~, а модель с транзисторными DO необходимо запитывать от источника 24 В=.

Встроенный порт RS-485 старших ЦП и второй встроенный порт RS-485 младших моделей предназначены для обмена данными с внешними устройствами по последовательному интерфейсу на скорости до 115 Кб/с по протоколу Modbus-RTU Master/Slave (поддерживаются оба режима) или с другими контроллерами L22 по специальному протоколу M2M (Machine Interconnection). Также возможна работа последовательного порта в беспротокольном режиме Free Port для программной реализации пользовательских протоколов.

Если встроенных портов или входов/выходов модуля ЦП L22 недостаточно для создания системы автоматизации требуемого уровня, существуют два способа увеличения возможностей ввода/вывода ПЛК.

1. Использование платы расширения

Ко всем моделям ЦП L22 можно подключить одну плату расширения, которые бывают следующих типов:

1 порт RS-232;
1 порт RS-485;
4 DI;
4 DO (транзисторы);
2 AI;
1 AO.

Плата расширения устанавливается в модуль ЦП без увеличения габаритных размеров модуля ЦП.

2. Использование модулей расширения

Модули расширения в ПЛК L22 подключаются непосредственно к ЦП и к друг другу через разъемы внутренней шины и скрепляются между собой при помощи специальных фиксаторов.

К младшим моделям можно подключить до четырех, а к старшим – до 20 дополнительных модулей расширения серии L22. Номенклатура модулей расширения включает следующие модели:

8/16/32 DI;
8/16/32 DO;
4/8 AI;
4 TC/RTD/NTC (датчики температуры);
2/4 AO;
4 AI + 2 AO;
2 порта RS-232/RS-485 (Modbus-RTU Master/Slave, Free Port), только для старших ЦП;
PROFIBUS-DP slave (ведомый);
1 порт Ethernet (Modbus-TCP Server).

При максимальном использовании модулей расширения вместе с платой суммарное число дискретных сигналов, которые можно подключить к ПЛК серии L22, для старших моделей будет составлять:

24 DI + 16 DO (модуль ЦП) + 4 DI(DO) (плата расширения) + 20×32 DI(DO) = 684 дискретных вх/вых.
Для аналоговых сигналов: 20×8 AI = 160 AI или 20x(4 AI + 2 AO) = 120 AI/AO или 20×4 AO = 80 AO.

Также старшие модели ЦП L22 имеют незаурядную для класса базовых ПЛК расширяемость по последовательным портам.

1xRS-485 (модуль ЦП) + 1xRS-485(RS-232) (плата расширения) + 4×2 RS-485/RS-232 = 10 последовательных портов на 1 ПЛК.

Из других интересных особенностей ПЛК L22 следует отметить:

часть встроенных дискретных входов могут работать в режиме высокоскоростных счетчиков – 1 канал до 20 кГц или 4 канала до 100 кГц, в зависимости от модели (кроме ЦП на 24 DI/16 релейных DO);
определенное количество встроенных дискретных входов можно использовать в качестве входов аппаратных прерываний или для захвата коротких импульсов (до шести и восьми соответственно – в зависимости от модели, кроме ЦП на 24 DI/16 релейных DO);
модель на 24 DI/16 транзисторных DO оснащена четырьмя каналами высокоскоростных импульсных выходов до 100 кГц для управления шаговыми двигателями или сервоприводами для задач позиционирования;
съемные клеммные блоки, которые позволяют существенно ускорить монтаж или оперативно провести замену устройства;
возможность переноса части модулей расширения в отдельные сборки для узких шкафов управления или вынос модулей в другие шкафы при помощи специальных кабелей переноса внутренней шины – до трех кабелей длиной 2 м на одну систему;
поддержка календаря и часов реального времени для всех моделей (для младших – без сохранения значений при отсутствии питания);
возможность хранения резервной копии программы на внешнем USB-накопителе для младших моделей или карте памяти microSD – для старших ЦП;
дополнительный встроенный источник напряжения 24 В= в старших моделях на 40 дискретных входов/выходов.

Объем памяти программ для младших ЦП L22 составляет 128 Кб, для старших – 256 Кб.

Память для хранения данных имеет объем 10 Кб или 64 Кб (из них энергонезависимая 2 Кб или 8 Кб соответственно) – для младших и старших ПЛК.

Быстродействие всех компактных контроллеров Consyst находится на хорошем современном уровне: время выполнения операций с битами − от 100 нс.

Принимая во внимание характеристики и функциональные возможности ПЛК L22, можно рекомендовать их к использованию в машиностроении, пищевой промышленности, этикетировке и маркировке продукции, для автоматизации насосных станций, систем отопления и вентиляции и др.

Серия L52

Конструкция ПЛК L52 предполагает установку модулей в специальные шасси, образуя таким образом стойки (корзины). Поскольку модули устанавливаются независимо друг от друга, существует возможность использования технологии оперативной горячей замены модулей при возникновении неисправности.

Модуль центрального процессора L52

Контроллер L52 всегда состоит из одной или двух стоек центрального процессора (в конфигурации без резервирования или с резервированием соответственно) и одной или более стоек системы ввода/вывода.

В стойке ЦП устанавливаются модули следующего типа:

питания;
центральный процессор;
коммуникационные (стойки ЦП);
синхронизации резервирования (для конфигурации с резервированием).

В резервируемой конфигурации с двумя стойками ЦП все перечисленные модули резервируются. Для обмена данными и синхронизации активной и резервной стоек ЦП применены гигабитные резервируемые оптоволоконные линии связи.

Конфигурация контроллера L52 с резервированием

Стойки ввода/вывода (расширения) состоят из:

интерфейсного модуля;
коммуникационных модулей (стойки ввода/вывода);
сигнальных модулей.

Обмен данными между ЦП и системой ввода/вывода осуществляется через полевые сети:

PROFIBUS-DP;
POWERLINK;
H-TCP (проприетарный протокол на базе Ethernet).

Выбор сети из перечисленных или их комбинаций определяется особенностями производственного объекта: его топологией, общим числом полевых сигналов, необходимостью интеграции сторонних устройств и т.д.

Поддерживается резервирование линий связи между стойкой ЦП и стойками расширения для всех вариантов подключения.

Такая структура контроллеров L52 дает возможность гибко комбинировать расположение стоек ввода/вывода − локально или удаленно, в рамках одной сети системы ввода/вывода L52.

Линейка модулей ЦП L52 состоит из трех моделей: 20, 22 и 24, которые отличаются друг от друга быстродействием, объемами памяти, расширяемостью, максимальным числом программных компонентов и др. При этом конфигурацию L52 с двойной резервируемой стойкой ЦП можно организовать на любом ЦП.

Скорость выполнения битовых операций составляет от 15 нс для младшей модели и от 7 нс – для старшей, а объемы памяти программ и памяти данных исчисляются мегабайтами, что в итоге позволяет использовать ПЛК серии L52 для автоматизации сложных крупных промышленных объектов с суммарным числом сигналов более 10 000.

Для обмена данными с другими ПЛК или верхним уровнем в контроллерах L52 используется сеть Ethernet и протокол Modbus-TCP (Server и Client), а в среднесрочной перспективе ожидается поддержка стандарта OPC-UA Server. Линии связи Ethernet при необходимости также резервируются.

Набор коммуникационных и сигнальных модулей системы ввода/вывода контроллеров L52 включает в себя:

одно- и четырехпортовые модули последовательной связи;
16/32 DI;
8 (реле)/16/32 DO;
6/8 AI (включая модуль с гальванической изоляцией между каналами);
6/8 TC/RTD (датчики температуры);
4/8 AO (включая модуль с гальванической изоляцией между каналами);
двухканальный модуль скоростного счета;
четырнадцатиканальный модуль SOE (регистрации последовательности событий).

По совокупности своих возможностей ПЛК L52 могут стать достойным выбором для применения на ответственных участках непрерывных производств, в том числе в задачах с повышенными требованиями к отказоустойчивости систем автоматизации.

Среда разработки AT300 для контроллеров L22 и L52 дает возможность создавать управляющие программы на языках CFC, ST, LD, SFC стандарта МЭК 61131-3. Типы данных, операторы, организация программ также соответствуют этому стандарту. Работу программного кода можно проверить с помощью встроенного эмулятора. AT300 отличается скромными размерами дистрибутива и установки, а также высокой скоростью работы даже на ПК с минимальными характеристиками.

Серия L5S

ПЛК серии L5S

В контроллерах безопасности L5S применяется ряд специальных аппаратных и программных технологий, которые необходимы для соответствия этих ПЛК уровню полноты безопасности (УПБ) SIL2.

Среди них можно отметить:

глубокую самодиагностику, которая выполняется при подаче питания и периодически;
систему мониторинга всех напряжений питания электронных компонентов;
независимый аппаратный сторожевой таймер в каждом модуле безопасности;
асимметричную гетерогенную архитектуру микропроцессора модуля ЦП;
проверку целостности пользовательских программ методом декомпиляции в среде разработки ATS100.

Охват самодиагностики оборудования (показатель DC) L5S для контура Дискретный вход -> Процессор -> Дискретный выход составляет 96,6%.

Доля безопасных отказов (SFF) достигает величины 98,7%.

Структура модульных ПЛК L5S аналогична L52: одна или две (в резервируемой конфигурации) стойки ЦП с подключаемыми стойками системы ввода/вывода.

Важным отличием L5S от L52 является способ связи ЦП с модулями ввода/вывода – это специализированная сеть безопасности PROFIsafe на базе PROFIBUS, в которой возможно резервирование линий связи между всеми узлами сети.

Отдельно необходимо отметить, что применение нерезервируемой конфигурации L5S с одной стойкой ЦП не снижает заявленный УПБ (уровень полноты безопасности). Резервируемая конфигурация может потребоваться для повышения отказоустойчивости системы безопасности.

Серия L5S включает в себя следующие модули Safety:

питания;
центральный процессор;
мастер-модуль PROFIsafe;
синхронизации резервирования (для конфигурации с дублированием стойки ЦП);
сигнальные 8DI/8DO/8AI.

В контроллер L5S можно установить до 124 модулей ввода/вывода сигналов безопасности. Поэтому максимальная расширяемость ПЛК этой серии составляет 8 каналов x 124 модуля = 992 входа/выхода системы безопасности.

Допускается подключение к контроллеру L5S ряда стандартных модулей системы ввода/вывода серии L52 по сети PROFIBUS-DP, но только при условии их использования вне системы безопасности, например, для контроля состояния объекта на HMI, реализации функций стандартного управления и т.п.

Быстродействие модуля центрального процессора L5S составляет 13 нс на выполнение битовой операции, объем памяти программ — 3,1 Мб, памяти данных – 2,4 Мб. Это позволяет реализовывать на базе L5S комплексные системы безопасности со сложными алгоритмами.

Для связи с верхним уровнем используется резервируемая сеть Ethernet и протокол Modbus-TCP (Server/Client). По умолчанию L5S позволяет только считывать данные из своей памяти данных по Modbus-TCP, а операции записи запрещены.

Исходя из изложенной информации, можно сделать вывод о назначении ПЛК безопасности серии L5S – создание систем противоаварийной защиты (ПАЗ) с требуемым УПБ SIL2 (или ниже) для защиты людей, окружающей среды и оборудования. Стандартно такие системы работают параллельно с системами управления технологическим процессом на базе стандартных ПЛК и независимо от них. Но в отдельных случаях L5S допускает создание гибридных систем, обеспечивающих функции безопасности и управления процессом одновременно.

Среда разработки ATS100 для ПЛК L5S имеет интерфейс, во многом схожий с AT300. Поэтому разработчик, умеющий работать с одним из этих приложений, сможет в минимальные сроки освоить другое. Тем не менее, между ними есть и существенные отличия. Например, в ATS100 для программирования контроллера безопасности можно использовать либо редактор языка LD, либо FBD вместо CFC. Также в ATS100 применяются дополнительные меры проверки при любом изменении программного кода, поскольку они напрямую влияют на алгоритм работы системы безопасности.

Заказной код компонентов для всех ПЛК Consyst формируется следующим образом:

L – закрепленная буква для всей линейки ПЛК Consyst;
M – принимает значения 2 или 5 и обозначает класс ПЛК: базовый или модульный;
N – принимает значения 2 или S и обозначает ПЛК стандартного ряда или безопасности;
(a) – показывает число каналов передачи данных (при наличии);
bc – кодируют функциональное назначение: CU – модуль центрального процессора, AI – сигнальный модуль аналогового ввода и т.п.;
uvw – обозначают тип оборудования: DP – модуль сети PROFIBUS-DP (PROFIsafe), UI – унифицированные аналоговые сигналы тока или напряжение, R – релейные дискретные выходы и т.п.

L22_40CU_T – модуль ЦП серии L22 со встроенными 24 DI/16 DO транзисторного типа;
L22_32DI_DC – модуль расширения серии L22 на 32 канала ввода дискретных сигналов 24 В=;
L52_6TB_CU – шасси для стойки ЦП контроллера серии L52 на 6 слотов;
L52_CU_24 – модуль ЦП серии L52, старшая модель 24;
L52_CP_PL – коммуникационный модуль серии L52, мастер сети POWERLINK;
L52_CI_PL – интерфейсный модуль серии L52, для связи стойки расширения с мастером сети POWERLINK;
L52_4CM_RS – коммуникационный модуль серии L52, 4 порта RS-485 (Modbus-RTU Master/Slave);
L52_8AI_U – сигнальный модуль серии L52, 8 каналов аналогового ввода сигналов ±10 В/0-10 В/0-5 В;
L5S_PM_24VDC – модуль питания серии L5S, входное напряжение 24 В=;
L5S_8DI_SOE – сигнальный модуль серии L5S, 8 каналов дискретного ввода с поддержкой функции SOE (регистрация последовательности событий).

Таким образом, наименование любого модуля ПЛК Consyst позволяет получить представление о его назначении без использования справочной литературы.

Сравнительная таблица основных характеристик всех серий ПЛК Consyst Electronics представлена в таблице ниже.

Характеристика

Примеры программируемых логических контроллеров

В данном параграфе приводятся примеры различных ПЛК разных производителей. Основной целью является практическое подкрепление изложенной выше информации, а также демонстрации ПЛК различной сложности. Поэтому многие характеристики ПЛК, такие как разрядность оцифровки аналоговых данных, размеры ОЗУ и ПЗУ и т.п. характеристики здесь отсутствуют. Все эти данные можно узнать из руководства для данных ПЛК.

Кроме того, утилиты для работы с ПЛК также не рассматриваются подробно, поскольку каждый ПЛК имеет свою специфику по настройке и программированию. Поэтому не имеет смысла подробно изучать принципы настройки ПЛК, с которыми не предполагается дальнейшая работа.

Внешние модули ввода/вывода ADAM

Внешние модули ввода/вывода предназначены для сбора данных с датчиков, подключаемых к входам модуля, и последующей их передачи по протоколу MODBUS. В случае наличия выходов у модуля, принимают управляющие команды но тому же протоколу и устанавливают полученные значения на свои выходы. Если входы/выходы аналоговые, то внутри модуля проводится АЦП/ЦАП преобразование.

Существует два вида таких модулей, различаются они интерфейсом связи. Одна группа передает данные по Ethernet, а другая — по RS485. В первом случае используется протокол MODBUS TCP, во втором — MODBUS RTU.

Пример модуля с интерфейсом Ethernet показан на рис. 6.15.

Внешний модуль ввода/вывода ADAM-6052

Рис. 6.15. Внешний модуль ввода/вывода ADAM-6052

Модули ввода/вывода с дискретными входами и выходами могут реализовывать некоторую обработку получаемых данных и отправлять результат на свои выходы или даже выходы другого модуля. В этой обработке предусмотрены 16 правил обработки для одного модуля. Одно правило содержит операцию И/ИЛИ, возможно с инверсией результата, между тремя дискретными величинами и отправку результата трем получателям. В качестве входных величин могут учувствовать текущие состояние входов самого модуля и результаты работы таймеров или счетчиков, привязанных к какому-либо входу модуля. В качестве получателей могут выступать выходы самого модуля или выходы другого модуля, находящегося с текущим в одной сети. Пример такого правила показан па рис. 6.16.

Таким образом, данные дискретные модули могут реализовывать простейшую логику управления. У модулей с аналоговыми входами/выходами такая возможность отсутствует.

Сама среда настройки предназначена для установки адресов модулей. Для модулей с интерфейсом Ethernet устанавливается IP-адрес, а для модулей с RS485 — MODBUS-адрес. Кроме того, в данной утилите можно посмотреть текущее состояние входов и выходов модуля.

Рис. 6.16. Среда настройки модулей ввода/вывод ADAM на примере ADAM-6052

6.5.2. Микроконтроллеры серии DL205 фирмы KOYO

Микроконтроллеры серии DL205 предназначены для локальной автоматизации, выпускаются они японской фирмой KOYO. Модуль ЦПУ из интерфейсов связи имеет только RS232, но есть модули расширения, поддерживающие различные интерфейсы, такие как RS485, Ethernet и т.п. Эти модули устанавливаются в слоты для модулей ввода/вывода. Порты модуля ЦПУ используются в основном для соединения с ПК при программировании ПЛК.

Для данных ПЛК выпускается несколько вариантов баз — на 3, 4, 6 и 9 слотов. База выпускается вместе с блоком питания. В крайний левый слот всегда ставится модуль ЦПУ, остальные занимаются модулями ввода/вывода и коммуникационными модулями по необходимости. Для данных ПЛК выпускаются несколько различных модулей ПЦУ, они различаются вычислительными возможностями и наличием или отсутствием поддержки некоторых протоколов связи. Пример ПЛК серии DL205 с модулем ЦПУ DL240 показан на рис. 6.17.

Для программирования и диагностики используется утилита DirectSOFT, разработанная производителем ПЛК. Программа для этих ПЛК составляется на языке LD. Других языков эти ПЛК не поддерживают, но для организации сложных программ в язык LD добавлены стадии, некоторый эквивалент языка SFC. Для обозначения стадий и перехода между ними используются специальные операторы. Стадии могут быть активны или неактивны. При переходе из активной стадии в какую-либо другую стадия, с которой осуществляется переход, помечается как неактивная, а стадия, на которую переходят, — как активная. ЦПУ выполняет только строки активных стадий.

Окно утилиты программирования ПЛК DL205 показано на рис. 6.18.

В данном ПЛК дискретные точки входов/выходов нумеруются автоматически, входам даются имена X, выходам — Y. Нумерация идет в восьме-

Рис. 6.17. Устройство ПЛК Direct LOGIC серии DL205 фирмы KOYO

Среда программирования ПЛК Direct LOGIC, на примере серии DL205

Рис. 6.18. Среда программирования ПЛК Direct LOGIC, на примере серии DL205

ричной системе исчисления, начиная с нуля. Аналоговые входы/выходы связываются специальными настройками с ячейками памяти, эти настройки проводятся из самой программы LD. Данные ПЛК оперируют только целыми числами, поэтому при делении получается операция деления нацело, при этом остаток заносится в специальную ячейку.

Выбор в пользу эффективной автоматизации

Выстаука RUPLASTICA 24

Правильный выбор аппаратного обеспечения для производства, несомненно, играет важную роль, но когда пользователи оценивают его возможности, им необходимо также убедиться в том, что выбранный контроллер включает и подходящее программное обеспечение, необходимое для его настройки.

При выборе контроллера для задач автоматизации производства у пользователей есть три варианта: программируемый логический контроллер (programmable logic controller, PLC), программируемый контроллер автоматизации (programmable automation controller, PAC) и индустриальный персональный компьютер (industrial personal computer, IPC). Чтобы принять решение, необходимо определить круг требований конкретных приложений, включая базовые принципы управления и возможную масштабируемость в будущем, а следовательно, приемлемую гибкость и универсальность контроллера.

Также важна программная платформа, которая используется для программирования контроллера. Она играет, подчеркнем, не менее важную роль, чем непосредственно выбор подходящего аппаратного обеспечения, и этот факт обязательно нужно принимать во внимание в процессе принятия конечного решения в пользу той или иной аппаратной реализации.

Для выполнения таких задач, как управление машиной, оборудованием или производственными и технологическими процессами, подойдут все типичные семейства контроллеров, т. е. PLC, PAC и индустриальные персональные компьютеры (ПК). У этих видов контроллеров есть много различий, но современная тенденция такова, что их функции постепенно объединяются. Хотя PLC появился на рынке первым, играя роль заменителя реле, он по-прежнему остается лучшим выбором для приложений малого и среднего уровня управления, реализованного на основе простой логики. Кроме того, по мере адаптации новых технологий возможности PLC возрастают, и это уже не просто замена реле. Многие модели PLC даже нижнего уровня используют программирование лестничной логики, что вполне удовлетворяет требованиям большинства приложений. Более дорогие PLC могут применять функциональный вычислительный блок и языки программирования, определенные стандартом IEC 61131-3.

PAC предоставляет более развитые, чем у PLC, функциональные возможности для управления многоосевым движением, обеспечения безопасности и машинного зрения. Одно из подмножеств этого класса контроллеров — PAC на базе PLC, которые объединяют вычислительную мощность PAC с простой функциональностью PLC. С другой стороны, индустриальные ПК, из-за способности взять на себя более сложные функции и работать с дополнительными языками, такими как варианты языка C, оптимально подходят для еще более сложных приложений.

Что касается конкретного физического воплощения, то независимо от того, какое семейство контроллеров выбрано, поставщики предлагают широкий спектр форм-факторов. Пример такой линейки приведен на рисунке, где показаны контроллеры компании AutomationDirect серий Click, Do-more и Productivity (сверху вниз).

Программируемые контроллеры от компании AutomationDirect варьируются от микро-PLC с фиксированным I/O (верхний на рисунке) и PLC среднего уровня (посередине) до модульных систем PLC, способных обрабатывать тысячи портов ввода-вывода (расположены внизу)

Рисунок. Программируемые контроллеры от компании AutomationDirect варьируются от микро-PLC с фиксированным I/O (верхний на рисунке) и PLC среднего уровня (посередине) до модульных систем PLC, способных обрабатывать тысячи портов ввода-вывода (расположены внизу).
Изображение предоставлено компанией AutomationDirect

В рамках каждого семейства контроллеров представлено множество вариантов конфигурации и различных комбинаций встроенного и удаленного ввода/вывода (I/O). Кроме того, доступны и разные варианты коммуникации — от простого последовательного интерфейсного порта до Ethernet. Конфигурации оборудования также могут включать автономные контроллеры со встроенными I/O, которые часто называются «кирпичами» и могут быть расширены с помощью встроенных портов I/O с опциональным исполнением под рэковую стойку.

Выбор PLC для конкретного приложения

Следующий шаг — рассмотрение требований конкретного приложения. Хорошей отправной точкой для этого является оценка количества цифровых и аналоговых портов I/O. Необходимое точное число таких портов поможет определить список основных компонентов, наряду с датчиками положения и присутствия.

Помимо выполнения определенных машинных и аналоговых технологических функций, некоторые PLC были разработаны для решения более сложных задач, таких как управление многоосевым движением или ПИД-регуляторы. Этот тип контроллеров может применяться, например, для управления высокоскоростной упаковочной линией с обеспечением сканирования и выравнивания положения продукции на линии.

Сервоприводы и приводы с переменной скоростью, используемые для некоторых функций управления движением, не всегда требуют точного следования в области координат, но при этом они могут быть довольно сложными с точки зрения коммуникации и ряда других требований. Многие контроллеры для управления положением, скоростью или крутящим моментом позволяют одновременно управлять несколькими приводами.

Что касается коммуникации, то допустимыми вариантами для связи с драйверами являются интерфейсы RS-232, RS-485, Ethernet и несколько других. Рекомендуется использовать интерфейсы цифрового коммуникационного протокола, нежели простой цифровой ввод/вывод, поскольку они позволяют упростить подключение и управление и могут контролировать большее количество параметров. Кроме того, данные интерфейсы априори являются более гибким решением и дают возможность легко изменять алгоритм управления.

Необходимо также учитывать требования по сбору данных. К счастью, многие контроллеры, даже новые небольшие PLC, имеют встроенные каналы коммуникации, возможности регистрации данных и отправки сообщений на электронную почту и доступ к веб-серверу. Помимо функциональности веб-сервера и удаленного доступа, стоит предусмотреть запись данных на карты памяти формата MicroSD.

Что касается обеспечения безопасности, а именно кибербезопасности, то для некоторых приложений такая необходимость задана нормативными требованиями. Стоит отметить, что, даже если приложение предполагает использование PLC с встроенным решением обеспечения кибербезопасности, применение PLC, которые номинально не содержат в себе элементов обеспечения безопасности, вместе с одним или несколькими программируемыми реле безопасности, может помочь снизить общие затраты, при этом обеспечив требуемые функциональные возможности.

Оценка программного обеспечения

При реализации типового проекта автоматизации выбор программного обеспечения (ПО) и непосредственно само программирование составляют примерно половину затрат времени и влекут за собой достаточно много проблем, которые необходимо решить. Время, требующееся для программирования контроллера, и уровень экспертизы могут сильно варьироваться в зависимости как от ПО, так и от программирования конкретного контроллера. Критерии, которые необходимо иметь в виду при выборе средства программирования контроллера, включают:

простоту и легкость программирования;
предпочтения и привычную среду программирования;
финансовые затраты и время, требуемые для программирования;
доступность учебных ресурсов;
протоколирование данных и удаленный доступ.

Использование простого (и иногда бесплатного) ПО, пусть и с ограниченными инструкциями по программированию, характерно для большинства приложений, в которых можно применить небольшие контроллеры начального уровня. При увеличении сложности контроллеров и управляемой машины или оборудования большинство средних и крупных PLC используют программные платформы, которые требуют значительно больших затрат времени на программирование, чем их более простые собратья по классу.

В отличие от аппаратного обеспечения, которое определяется требованиями приложения, выбор ПО контроллера более субъективен и чаще зависит от предпочтений пользователя и привычной для него среды программирования. Следовательно, большинству компаний следует применять для контроллеров стандартную программную платформу, а также согласующиеся методы программирования.

При выборе ПО пользователи обязательно должны предусмотреть наличие доступных ресурсов для обучения персонала. С этой точки зрения хорошим подспорьем является Интернет, поскольку в сети уже и сейчас имеются огромные библиотеки технической информации и руководств по работе с устройствами.

После разработки ПО его, естественно, необходимо протестировать. Программное обеспечение для программирования должно включать возможность просмотра ответной реакции ПИД-регулятора и профилей движения, а также моделирования других функций управляющего ПО. Значительно сократить время разработки могут встроенные симуляторы проектов, которые позволяют тестировать код без наличия оборудования и еще до его загрузки в существующую систему управления тем или иным производственным или технологическим процессом.

Выбор контроллеров для автоматизации производства — между PLC, PAC и индустриальными ПК — во многом зависит от задач, которые им нужно будет выполнять, хотя необходимо обращать внимание и на другие критерии (опыт персонала, число и типы портов I/O, простота программирования и т. д.).

PLC больше подойдет для малого и среднего уровня управления, реализованного на основе простой логики, хотя сейчас доступны и модели PLC с программированием лестничной логики.

Возможности PAC более развитые и позволяют использовать этот тип контроллеров в системах безопасности, машинного зрения и для управления многоосевым движением.

Индустриальные ПК, в свою очередь, могут взять на себя еще более сложные функции и способны работать с дополнительными языками программирования.

Программируемые логические контроллеры. Обзор

Новые моноблочные контроллеры для малых, средних и распределенных систем автоматизации ПЛК200 / ПЛК210

Моноблочные контроллеры для средних систем автоматизации ПЛК110[М02] / ПЛК110 / ПЛК160

ОВЕН ПЛК110 [М02]

ОВЕН ПЛК160 [М02]

Линейка программируемых моноблочных контроллеров с дискретными входами/выходами и аналоговыми входами/выходами (ПЛК160) на борту для автоматизации средних систем.

Оптимальны для построения систем автоматизации среднего уровня и распределенных систем управления.

Сравнительная таблица контроллеров ОВЕН ПЛК110, ОВЕН ПЛК110[М02](обновленный), ОВЕН ПЛК160

Контроллер

Дискретные входы

Дискретные выходы

Аналоговые входы

Аналоговые выходы

RS-485

Отличительные особенности линейки

Мощные вычислительные ресурсы и большой объем памяти.
Наличие последовательных портов (RS-232, RS-485) на борту контроллера.
Наличие порта Ethernet для включения в локальные или глобальные сети верхнего уровня.
Поддержка протоколов обмена Modbus (RTU, ASCII), ОВЕН, DCON.
Возможность работы напрямую с портами контроллера, что позволяет подключать внешние устройства с нестандартными протоколами.
Контроллер имеет встроенные часы, что позволяет создавать системы управления с учетом реального времени.
Встроенный аккумулятор, позволяющий организовать ряд дополнительных сервисных функций: возможность кратковременного пережидания пропадания питания, перевод выходных элементов в безопасное состояние.

Наличие дискретных (ПЛК110/ПЛК110[М02]/ПЛК160) и аналоговых (ПЛК160) входов/выходов на борту контроллера.

Сравнение ПЛК110 (выпускаемого ранее) и ПЛК110[M02] (модернизированного)

Параметр

ПЛК110

ПЛК110[М02]

Есть, EmbOS Segger

Работа по беспроводным сетям

Питание 5В в RS-232

Температурный диапазон эксплуатации

Источник питания для часов RTC

Заменяемая стандартная батарейка CR2032

Источник питания для Retain

Не требуется, используется MRAM

Ведение архивов на USB Flash

Поддерживаемые интерфейсы и протоколы

Протокол

Интерфейс

Применение

Поддержка модулей ввода/вывода ОВЕН Мх110

Работа в сетях ОВЕН совместно с ТРМ2хх

Поддержка модулей ввода/вывода и операторских панелей (например, ОВЕН СП3хх), связь со SCADA-системами

Ethernet 10/100 Mbps

Связь со SCADA-системами

ППоддержка модулей ввода/вывода ICP DAS I-7xxx, АDAM-4xxx, операторских панелей

GateWay (протокол CODESYS)

Ethernet 10/100 Mbps

Программирование контроллера, отладка пользовательской программы

Связь с контроллерами других производителей на базе CODESYS.

Работа с OPC-сервером CODESYS

Контроллеры данной линейки также поддерживают работу с нестандартными протоколами по любому из портов, что позволяет подключать такие устройства, как электро-, газо-, водосчетчики, считыватели штрих-кодов и т.п.

Программирование

Программирование контроллеров осуществляется в профессиональной, распространенной среде CODESYS v.2.3.x, максимально соответствующей стандарту МЭК 61131:

поддержка 5 языков программирования, для специалистов любой отрасли;
мощное средство разработки и отладки комплексных проектов автоматизации на базе контроллеров;
функции документирования проектов;
количество логических операций ограничивается только количеством свободной памяти контроллера;
практически неограниченное количество используемых в проекте счетчиков, триггеров, генераторов.

Интерфейсы для программирования и отладки: Ethernet, USB, RS-232 (Debug).

При покупке программируемого контроллера ОВЕН ПЛК предоставляются БЕСПЛАТНО

Среда программирования CODESYS
Готовые библиотеки программных блоков
Специальные сервисные утилиты для работы с ОВЕН ПЛК
Руководство пользователя и обучающие видео-курсы
Для организации обмена с верхним уровнем предоставляются бесплатные OPC драйвера OPC, драйвер Gateway (от CODESYS) и OPC драйвер ModBus (от ОВЕН)