Плк (промышленные контроллеры)

Языки программирования ПЛК

Управляющие программы для контроллеров разрабатывают при языков, которые созданы не для программистов в современном понимании, а для инженеров по АСУ ТП.

Самым простым и популярным инструментом считается набор готовых модулей и конфигуратор, позволяющий собрать модули в управляющую цепь. Еще совсем недавно у каждого производителя ПЛК был свой язык. Но к середине 90-х ситуация изменилась. Языки стандартизировали.

Стандарт IEC 1131.3 определяет пять языков:

• Язык лестничных диаграмм LD – это традиционный язык на базе релейных блокировок, где алгоритмы изображаются в виде схем;
• FBD – представляет собой конфигуратор и типовые подпрограммы;
• SFC — язык последовательных схем. Инструмент, близкий к традиционному программированию и на нем реализуют алгоритмы с последовательным управлением;
• ST – язык структурированного типа. Это язык, напоминающий Pascal с поддержкой структурного программирования;
• IL – язык инструкций. Это низкоуровневый инструмент вроде Ассемблера, но он не ориентирован на микропроцессорную архитектуру. Он преимущественно применяется для создания быстрых программ.

Структура и устройство ПЛК

Контроллер можно образно предоставить в формате мини-компьютера, но очень компактного и с особенностями. ПЛК, как и ПК, состоят из оперативной памяти, процессора, вспомогательного периферийного оборудования. Однако, дело еще и в том, что промышленные контроллеры должны выполнять не только расчетные задачи, как ПК, но и заниматься сбором информации от массы устройств – это датчики, сенсоры. Также контроллер и выдают сигналы в цепи.

Сейчас выпускаются контроллеры в различных форм-факторах. Это:

1. Устройство типа «всё в одном». В одном корпусе объединен процессор, память, выходы/входы;
2. Распределенные решения – процессорный модуль с обвязкой сделан в виде отдельного блока, а по шине или через интерфейсы подключатся модули для вывода и ввода.

Первые модели встречаются очень часто, однако, они рассчитаны на эксплуатацию в малых объектах и системах, где нужно обрабатывать малое количество сигналов.

Второй вид контроллеров используют в промышленности гораздо шире – производства с полнофункциональными АСУ требуют значительно большего числа сигналов, которые требуется обрабатывать. Если производство масштабное, то удобнее разнести модули вводы вывода по территории с объединением в единую сеть, которая подчиняется отдельному логическому контроллеру. Такие сети называют полевыми сетями или fieldbus. К этой седи подключаются датчики, исполнительные системы, которые являются интеллектуальными, так как имеют эту возможность.

Существует масса видов полевых сетей. Стандарт IEC61158 (МЭК61158) включает в себя 8 видов сетей. А до введения этого стандарта каждый производитель придумывал и использовал свою полевую сеть.

В структуре ПЛК имеется базовые компоненты:

• Модуль процессора;
• Блок питания;
• Модули для ввода/вывода.

Процессорный модуль оснащен встроенной памятью. Имеются разъемы для программатора, удаленных устройств, для подключения к сетям. Питание реализовано в виде отдельного блока. Модули могут быть дискретными либо аналоговыми.

В зависимости от того, сколько каналов для ввода и вывода и какой тип процессора, модули ввод/вывод могут быть установлены на одном шасси с ЦП или на нескольких. До конца 80-х годов модули для ввода и вывода данных располагались отдельно от процессора. В стандартном контроллере современного типа модуль входов и выходов находится на одном шасси с микропроцессором. Некоторые ПЛК позволяют устанавливать более одного микропроцессора.

Модели меньших размеров очень часто предназначены под DIN-рейку. Самые компактные микро или даже нано устройства имеют всю систему, включая адаптер питания и систему ввода/вывода в одном корпусе. Микро-контроллеры иногда оборудуются встроенными панелями для настройки и мониторинга. Большинство микро-решений имеют определенное количество каналов входов/выходов и увеличить их не возможно. Как пример — плата ардуино

Возможно, вам также будет интересно

 
Компания Rockwell Automation представляет новые контроллеры Allen-Bradley GuardLogix 5580 и Compact GuardLogix 5380, которые можно адаптировать к системам безопасности различных уровней: от SIL 2/PLd до SIL 3/PLe. Подобная гибкость конфигурации позволяет инженерам масштабировать системы безопасности и уменьшать их стоимость, в то же время выполняя все актуальные требования к безопасности машинного оборудования. Производительность и вычислительная мощность контроллеров также выросли, что позволяет сократить время реакции систем безопасности и размеры зон безопасности.
Высокая …

В статье освещается начальный этап развития электромеханического способа генерирования электроэнергии, завершившийся в середине XIX века созданием динамомашин, идея самовозбуждения которых (принцип динамо) был использован и в ХХ веке для объяснения механизма образования магнитного поля Земли.

Российская корпорация Триол разработала и успешно внедрила средневольтный преобразователь частоты Триол АТ27, который управляет насосами на карьере для алмазодобычи.
Весной прошлого года средневольтный преобразователь частоты Триол АТ27 был введен в эксплуатацию на карьере для алмазодобычи в Архангельской области. В рамках проекта данное электротехническое оборудование было изготовлено в соответствии с технологическими требованиями Заказчика и особенностями горно-геологических условий эксплуатации.
Триол АТ27 был поставлен в шкафном исполнении, с напряжением 6 кВ и мощностью 630 кВт. …

Гибкость, стандартизация

Для разработчиков оборудования, пытающихся стандартизировать используемые платформы управления, контроллер Allen-Bradley CompactLogix L45 является решением с гибкой масштабируемостью и встроенными функциями управления перемещением. Контролируя до восьми осей перемещения, контроллер L45 является расширением платформы Logix Control, обеспечивающей интегрированное управление движением и возможность организации распределенного управления для небольших приложений. Платформа расширила возможности процессора, среды разработки, сетевые и операторские технологии, обеспечивая полноценную интеграцию и расширяемость для использования в дискретных и серийных производствах, приложениях безопасности и перемещения.

www.rockwellautomation.com.Rockwell Automation

«Колибри-К2» — контроллер для высоконадежных систем управления

Рис. 2. Внешний вид контроллера «Колибри-К2» и функциональных модулей (процессорного и носителя мезонинов)

Контроллер «Колибри-К2» (рис. 2) со встроенной исполнительной системой ISaGRAF 6 Fiord Target, созданный петербургской компанией «ФИОРД» и работающий под управлением ОС Linux, представляет собой модульное, свободно компонуемое изделие с возможностью масштабирования по производительности и информационному объему. Для организации взаимодействия компонентов «Колибри-К2» используется технология Ethernet по несущей плате. Контроллер предназначен для применения в составе систем сбора и передачи технологической информации, а также объектов АСУТП в энергетической и нефтегазовой отрасли. В зависимости от конфигурации «Колибри-К2» может применяться для решения задач сбора, хранения, обработки данных, выдачи управляющих воздействий на исполнительные устройства и обмена информацией с верхним уровнем по сети Ethernet или полевым сетям RS-485/RS-422. «Колибри-К2» позволяет строить высоконадежные системы управления, максимально упрощая монтаж и дальнейшее сопровождение. Данный ПЛК предназначен для работы в расширенном температурном диапазоне от –40 до +70 °C. Потребляемая мощность не превышает 36 Вт.

«Колибри-К2» состоит из корпуса фиксированной высоты с объединительной платой, в который устанавливаются все функциональные модули контроллера. Питание и сообщение между модулями осуществляется по объединительной плате. Процессорный модуль «Колибри-К2» выполнен на основе встраиваемого модуля стандарта Qseven с пассивным охлаждением. В базовом варианте используется модуль Qseven серии conga-QA3 на процессоре Intel Atom E3815, 1,46 ГГц. Основные технические характеристики процессорного модуля: память 1 Гбайт DDR3, HDMI, Ethernet ?2, разъем для установки карты CFast, встроенный eMMC-диск до 8 Гбайт, 4 канала с интерфейсом USB 2.0, разъем для установки карты microSD до 32 Гбайт.

В состав «Колибри-К2» могут входить следующие функциональные модули: процессорный, блока питания, Ethernet-коммутатора, носителя мезонинов, дискретного ввода, релейных нагрузок, коммуникационных интерфейсов, трехфазных измерений. Модуль сетевого коммутатора выполняет функции связи процессорного модуля с модулями ввода/вывода по каналам Ethernet 100TX. Модуль коммутатора может иметь исполнения, обеспечивающие подключение 4, 6, 8 или 13 модулей ввода/вывода со скоростью обмена 100 Мбайт/с.

Принцип работы ПЛК

ПЛК работает по циклическому принципу. В самом начале цикла ПЛК сканирует состояния входов, на которые поступают сигналы от датчиков и устройств. Затем в соответствии с алгоритмом программы происходит вычисление состояния выходов. В конце рабочего цикла контроллер устанавливает каждый выход в состояние, которое было определено.

   1. Чтение состояний входов

   2. Выполнение программы пользователя

3. Запись состояний выходов

Указанные этапы цикла выполняются последовательно – это означает, что изменения состояний входов не будут «замечены» контроллером во время выполнения программы. По этой причине одним из важнейших параметров ПЛК является время реакции. Если оно окажется больше, чем минимальный период изменения состояний входов, некоторые события, происходящие в системе, будут «пропущены» контроллером.

Также стоит учесть, что и датчики реагируют на изменения в системе не мгновенно. Поэтому полное время реакции системы управления складывается из времени реакции ПЛК и времени реакции датчиков.

Время реакции системы — время с момента изменения состояния системы до момента выработки соответствующей реакции (принятия решения).

Принцип действия ПЛК

В отличие от микропроцессорной техники принцип действия ПЛК немного другой. Софт делится на две части. Первая часть представляет собой блок системных программ. Если провести аналогию с ПК, то системное ПО контроллера выступает в роли операционной системы, ответственной за работу низкоуровневых процессов. Системная часть ПО устанавливается в постоянной памяти в любой момент вступает в работу.

Когда ПЛК включается, то уже через мгновение запускается операционная система. Выполнение пользовательской программы циклическое. Цикл работы состоит из четырех фаз:

• Опрос входов;
• Выполнение команд;
• Установка значений для входов;
• Вспомогательные операции.

Первая фаза цикла полностью обеспечивается системным ПО управления ПЛК. Затем управление берет на себя прикладное ПО – созданный оператором алгоритм. По данной программе контроллер будет выполнять то, что от него хотят. По завершению выполнения этих команд работа опять передается системному ПО. Процесс составления управляющей прикладной программы ПЛК максимально упрощен – программист не должен задумываться, как управлять аппаратными возможностями. Оператор лишь должен указать, какой сигнал будет на входе и как нужно на него реагировать на выходе.

Программирование ПЛК

• Конфигурируемые: В ПЛК хранится несколько программ, а через клавиатуру ПЛК выбирается нужная версия программы;
• Свободно программируемые: программа загружается в ПЛК через его специальный интерфейс с Персонального компьютера используя специальное ПО производителя, иногда с помощью программатора.

Программирование ПЛК имеет отличие от традиционного программирования. Это связано с тем, что ПЛК исполняют бесконечную последовательность программных циклов, в каждом из которых:

• считывание входных сигналов, в том числе манипуляций, например, на клавиатуре оператором;
• вычисления выходных сигналов и проверка логических условий;
• выдача управляющих сигналов и при необходимости управление индикаторами интерфейса оператора.

Поэтому при программировании ПЛК используются флаги — булевые переменные признаков прохождения алгоритмом программы тех или иных ветвей условных переходов. Отсюда, при программировании ПЛК от программиста требуется определённый навык.

Например, процедуры начальной инициализации системы после сброса или включения питания. Эти процедуры нужно исполнять только однократно. Поэтому вводят булевую переменную (флаг) завершения инициализации, устанавливаемую при завершении инициализации. Программа анализирует этот флаг, и если он установлен, то обходит исполнение кода процедур инициализации.

Типы ПЛК

Все ПЛК, выпускаемые Schneider Electric, Mitsubishi, Beckhoff, Omron, Segnetics или Unitronics, четко разделяются по типам. Это же относится к классификации российской продукции, представленной компаниями «Овен», «Контар», «Текон» и другими. Конструктивно устройства принято обозначать как моноблочные и модульные.

В первом типе содержится полный набор входных, выходных цепей, процессор, источник энергии. Во втором предусмотрена сборка готового ПЛК из отдельных частей. Согласно МЭК 61131, количество и состав модулей варьируются в соответствии с назначением, характеристиками поставляемого заказчику устройства.

Модульный микроконтроллер может управлять посредством Ethernet соединения малопроизводительным собратом, выполняющим специфично назначенные функции (диагностика состояния периметра, безопасность охраняемой зоны). Маломощный адаптер питания в этом случае является отдельным модулем. Обобщенно функциональные возможности второго вида превосходят первый. Но в отдельных ситуациях (микроконтроллер управления чайником Berghof) достаточно моноблочного ПЛК.

Главное достоинство такой конструкции — компактность. При этом полностью завершенная конструкция платы, блока контроллера оборудуется дисплеем и устройством ввода-вывода, кнопочной панелью. Типичный пример — «умный» автоматный моноблок, отвечающий за стабилизацию напряжения.

Из нескольких ПЛК, смонтированных на стандартную рейку, набирается укрупненный узел управления. Первоначально конфигурация микроконтроллеров подразумевала замену существовавших релейных, полупроводниковых схем. Со временем задачи усложнились, но и сохранившиеся ограниченно производительные 8 и 16 разрядные процессоры по-прежнему востребованы в промышленности.

Сетевые опции

Сферы использования ПЛК в полной мере отражают отрасли применения систем автоматизации. Как и ожидалось, управление станками (82 %) все еще самая распространенная сфера применения. Управление процессом (74 %), управление движением (55 %), управление периодическими процессами (31 %), диагностические приложения (25 %). Реже всего PLC используются для обеспечения безопасности производства (1 %).

Методы коммуникации с другими системами управления являются главным показателем гибкости современного ПЛК. Как говорят участники, сетевые протоколы используются в 69 % установленных ПЛК, оставшиеся 31 % используются как автономные приборы. Большинство подключенных к сети контроллеров обменивается информацией с персональными компьютерами и PAC-контроллерами и столько же связано с другими ПЛК. Чуть больше 5 % устройств используется в распределенных системах управления.

Сетевые протоколы ПЛК обеспечивают очень большую гибкость системы управления. Несмотря на то, что существуют очевидные фавориты, такие как Ethernet, последовательный RS232/RS-485 и 4-20 мА, список доступных протоколов гораздо шире и разнообразнее. После трех вышеуказанных лидеров, в порядке популярности:

• DeviceNet
• Allen-Bradley Remote I/O
• Modbus
• ControlNet
• Wireless protocol
• Profibus
• HART.

В ПЛК используются различные языки программирования, но обзор выявил явные предпочтения. Релейная схема (96 %) и функциональные блоки (50 %) возглавляют список. Этот порядок не изменился с 2005 (см. сопроводительную диаграмму). Ясно, что сместить релейную схему с вершины будет очень трудно, но программирование с использованием функциональных блоков достигло большого прогресса за последние два года. Структурный текст поднялся с шестого места в 2005 году с 13 % на третье в 2007 с 24 %. Худший результат у языка программирования C, который опустился с четвертого места в 2005 на шестое. Программирование списком инструкций за это же время переместилось с пятого на шестое место.

Процесс выбора ПЛК не так прост. Тем не менее, некоторые свойства и функции были названы очень важными при определении, рекомендации и/или покупке ПЛК. На первое место в своем хит-параде участники опроса поставили встроенные коммуникационные возможности. Другими характеристиками, выстроенными в порядке убывания значимости, являются: возможности ПИД-регулирования, малое время цикла, объем доступной памяти, поддержка функций управления перемещением, съемные картриджи памяти и беспроводные технологии.

Считают ли инженеры, что поставщики ПЛК выполняют все требования? Вполне довольны 95 % респондентов, оставшиеся 5 %, столкнулись с проблемами, которые повлияют на дальнейшие решения при покупке оборудования. Два самых часто встречающихся комментария к процессу выбора ПЛК участников опроса отражают отношение специалистов. Для этих инженеров, «стандартизация» и «отказ от закупки более сложного ПЛК, чем это необходимо» являются ключевыми критериями при выборе.

Рейтинг лучших премиальных решений

Siemens EM 241

Дорогое устройство, которое способно работать на протяжении длительного периода без сбоев. Для программирования используются стандартные языки, поэтому опытному пользователю не придется учить новые.

Присутствует функция передачи SMS на телефоны или пейджеры. Управление осуществляется посредством персонального компьютера, который расположен на значительном расстоянии. Главная особенность прибора – возможность монтажа на DIN-рейку. 8 светодиодных индикаторов позволяют отслеживать текущее состояние оборудования. Потребляемая мощность – 2.1 Вт.

программируемый логический контроллер Siemens EM 241

Достоинства:

• Поддерживаются современные интерфейсы подключения;
• Простая работа и настройка;
• Долговечность;
• Возможность монтажа на DIN-рейку;
• Небольшая потребляемая мощность;
• 8 светодиодов.

Недостатки:

ОВЕН ПЛК160

Обновленная линейка ПЛК, которая подойдет для автоматизации средних систем. Поддерживаются аналоговые и дискретные входы/выходы. Конструкция моноблочная. Для обработки энкодеров используются скоростные входы, что значительно сокращает время и увеличивает производительность.

Средняя цена – 34 000 рублей.

программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК160

Достоинства:

• Неограниченное количество цикло перезаписей;
• Максимальная частота входного сигнала составляет 100 кГц;
• При замене батарейки не требуется перепайка;
• Выдерживает температуры до -40 градусов;
• Поддерживается работа с высокоскоростными входами.

Недостатки:

• Не обнаружено.
• Не выявлено.

Siemens SIMATIC TD 200/TD 200C

Отличная модель высокого ценового сегмента, которая позволит сделать автоматизацию доступной. Для отображения информации используется специальный дисплей. Поддерживается русское меню, что значительно упрощает использование продукта. Для управления применяется 9 мембранных клавиш. Степень защиты лицевой панели – IP65, это дает возможность применять устройство в различных отраслях.

Средняя цена – 30 000 рублей.

программируемый логический контроллер Siemens SIMATIC TD 200/TD 200C

Достоинства:

• Поддержка кириллицы;
• Высокая скорость передачи информации;
• Простое управление;
• Долговечность;
• Высокая защита;
• Стандартный интерфейс подключения.

Недостатки:

Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер

Логика загружается в ПЛК при помощи программного обеспечения. Это ПО определяет, какие из выходов будут под напряжением и какие входные условия нужны для любых изменений. Управляющая программа аналогична схеме работы физического реле, но физически нет ни реле, ни проводов, ни катушек. Все эти элементы – мнимые. ПО разрабатывается и просматривается на ПК, соединенном с интерфейсом контроллера.

Есть кнопка, контроллер и индикатор. Когда кнопка не задействована, сигнал на вход контроллера отправлен не будет. ПО, показывающее открытый вход, не отправит сигнал на выход. Так, на выходе ток отсутствует и лампа не будет гореть.

Если кнопку нажать, то на входной канал отправиться соответствующий сигнал. Контакты переведутся в активное состояние, как физическое реле. В данном случае контакт контроллера, открытый ранее, закроется и программа отправит сигнал на выход. Когда выходной контакт будет под напряжением, то индикатор загорится.

Контакты с индикатором соединены физическим способом. А сигнал виртуальный. Однако, все элементы существуют только в компьютерном ПО, а как физические – нет. Но принцип реле здесь используется. Также в программе можно задавать условия, которые будут проверятся и выполнятся контроллером.

Чтобы создать такую же схему, но на основе физических железных компонентов, понадобится три реле, где два открытых контакта – каждый из них будет использоваться. Но с помощью ПЛК можно не добавляя лишнего оборудования использовать столько контактов на каждый вход, сколько захочется.

Управляющие команды на языке релейной логики просты и понятны для инженеров-электриков. На графическом интерфейсе видны все логические операции. Это электрическая ц3епь с замкнутыми либо разомкнутыми контактами. Если по цепи протекает ток, что это истина. Если ток не протекает, тогда состояние – ложь.

Основой управляющей программы служат логические выражения, состоящие из операндов и переменных. Также программа состоит из операторов. Операторы – это команды языка программирования.

Инженер-программист ПЛК – это сегодня больше инженер, чем программист. Сейчас не нужны сложные языки, писать ассемблерные вставки. Достаточно использовать стандартные функциональные блоки.

Дополнительные возможности и функции ОВЕН ПЛК

При разработке контроллеров были отобраны самые востребованные функции аналогичных изделий ведущих мировых производителей, поэтому созданные компанией ОВЕН контроллеры ПЛК100 и ПЛК150 обладают современными расширенными функциональными и эксплуатационными возможностями. Первое — это наличие встроенного аккумулятора резервного питания, который позволяет сохранить данные и результаты промежуточных вычислений, а также функцию обмена по сети Ethernet после отключения основного питания (до 10 минут без перезагрузки). Второе — если всё-таки основное питание отсутствовало более 10 мин, то при перезагрузке ОВЕН ПЛК его выходы будут переведены в безопасное состояние. То же произойдет в случае аварийной ситуации. Третье — большой объем внутренней энергонезависимой Flash-памяти и наличие специализированной файловой системы даёт возможность сохранить проект CoDeSys непосредственно в контроллере. Встроенная Flash-память может быть использована для хранения архивов данных или результатов измерений. Архивы можно считать непосредственно из ПЛК через интерфейсы RS-232 или Ethernet и открыть в программе обработки электронных таблиц или текстовом редакторе. Дополнительно отметим, что ПЛК оснащён часами реального времени с собственным аккумуляторным питанием, имеет удобные надёжные винтовые клеммы и покупателю не требуется приобретать специальные кабели для подключения. Количество входов и выходов ОВЕН ПЛК может быть расширено путем подключения модулей ввода/вывода ОВЕН МВА8 и МВУ8, которые поддерживают интерфейс RS-485. Подробная информация о контроллерах, а также специальная библиотека функциональных блоков, таких как ПИД-регуляторы с автонастройкой коэффициентов, регуляторы положения трёх-позиционных исполнительных механизмов (задвижек), адаптивные регуляторы находятся в свободном доступе на сайте www.owen.ru.

Таблица. Технические характеристики контроллеров ОВЕН ПЛК100 И ОВЕН ПЛК150

Параметры
ОВЕН ПЛК100
ОВЕН ПЛК150
Общие сведения
Тип корпуса
для крепления на 35-мм DIN-рейку, длина 105 мм
Степень защиты корпуса
IP20
Диапазон рабочих температур
-20…+70 °С
Напряжение питания (два варианта исполнения)
=24 В/~220 В
Потребляемая мощность
б Вт
Индикация на передней панели
светодиодная
Ресурсы
Центральный процессор
32-разрядный RISC-процессор 200 МГц на базе ядра ARM9
Объём оперативной памяти
8 Mбайт
Объём энергонезависимой памяти хранения программ
4 Mбайт (Flash-память, специализированная файловая система)
Размер Retain-памяти
4 кбайт
Дискретные входы
Количествоь дискретных входов
8
6
Тип сигнала дискретного входа: • =24 В • ~220 В
15..24 В соответствует логической 1, 0…5 В — логическому 0 сухой контакт (разомкнут — логический 0; замкнут — логическая 1)
Гальваническая изоляция дискретных входов
на 1,5 кВ, групповая
Рабочая частота дискретных входов
до 10 кГц
Аналоговые входы
Количество аналоговых входов
нет
4
Предел основной приведённой погрешности
—
0,5 %
Типы поддерживаемых датчиков и входных сигналов (подключение датчика с выходным унифицированным сигналом тока или напряжения осуществляется напрямую и не требует согласующих резисторов)
—

термопреобразователи сопротивления медные, платиновые, никелевые 50,100, 500,1000 Ом (по двухпроводной схеме); термопары; ток 0…5 мА, 0(4).20 мА; напряжение 0…1 В, 0…10 В; сопротивление до 5 кОм

Время опроса одного аналогового входа
—
0,5
Дискретные выходы
Количество дискретных выходов и варианты их исполнения
б э/м реле (220 В, 8 А) 12 транз. кл., коммутирующих +Uпит
4 реле (220 В, 4 А)
Гальваническая изоляция дискретных выходов
1,5 кВ, индивидуальная
Аналоговые выходы
Количество аналоговых выходов
—
2
Разрядность
—
10 бит
Тип выходного сигнала (варианты исполнения): • тока • напряжения • универсальный (программное переключение типа выходного сигнала)
—
4…20мА 0…10В 0…10 В или 4…20 мА
Наличие встроенного источника питания
общий, гальванически изолированный (1,5 кВ)
Интерфейсы связи
Интерфейсы
Ethernet 10/100 mbps, RS-485, RS-232 – 2 канала, USB-Device, USB-Host
Ethernet 10/100 mbps, RS-485,RS-232
Скорость обмена по интерфейсам RS
настраиваемая, до 115200 bps
Протоколы
ОВЕН, Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP, Dcon, Gateway (протокол CoDeSys)
Программирование
Среда программирования
CoDeSys 2.3
Языки программирования
IL, ST, LD, SFC, FBD + дополнительный язык CFC
Размер пользовательской программы
ограничен размерами свободной памяти (около 1 млн инструкций)
Интерфейс для программирования и отладки
RS-232, Ethernet или USB

Ограничения ПЛК

ПЛК имеет ограниченную память, программное обеспечение и периферийные возможности, по сравнению с персональным компьютером ПК. Управление движением (например, робототехника или сложная автоматизированная система) требует огромного количества входов/выходов, требующих дополнительных модулей управление ПЛК или внешней электроники. Тем не менее, стоит отметить, что компьютер способен обрабатывать гораздо большее количество информации, причем быстрее, что может значительно уменьшить физический размер и обеспечить необходимую вычислительную мощность для внедрения систем машинного зрения, управления движением и обеспечить быструю обработку больших потоков данных. Постоянный рост обрабатываемой информации связан с постепенным внедрением некоторыми компаниями промышленных интернет вещей IIoT в производственные линии и промышленные объекты, которые требуют больших вычислительных мощностей.

Оригинальные производители оборудования (англ. original equipment manufacturer OEM) способны увеличить производительность оборудования, позволяя машинам одновременно выполнять несколько операций. Максимально интенсивные И/ИЛИ вычисления критически важных процессов, запущенных одновременно, может привести к перегрузке программируемого логического контроллера. Для уменьшения времени обработки критически важных процессов машины могут использовать несколько вычислительных платформ. Как правило, они включают в себя один или несколько контроллеров движения и один или более наблюдающий процессор, который поддерживает интерфейс оператора для программирования, информации работы машины, сбора данных, функции техподдержки. Однако, использование нескольких процессоров является более дорогим. Новое программное обеспечение, ориентированное на платформы ПК, может помочь решить данную проблему, хотя…

ПК не так надежен и ему трудно «выживать» в промышленных условиях, таких как повышенная запыленность и влажность. Использования ПК с боле сложным программным обеспечением или большим количеством программных опций, занимает гораздо больше времени для обучения обслуживающего персонала. Усовершенствованное программное обеспечение может потребовать наличие программиста для проведения технического обслуживания, а также выполнение ремонтных работ и установки обновлений. Программное обеспечение ПЛК может быть базовым, но имеющие свои проверенные временем стандартные языки, которые могут обеспечить долговечность устройства, несмотря на его скорость и линейный характер.

ПЛК обычно используют в отрасли стандартный набор языков программирования (МЭК 61131-3), в том числе LAD диаграммы. LAD диаграммы строятся по аналогии с электрическими схемами, что позволяет значительно упростить обучение персонала, проведения технического обслуживания и ремонта. В большинстве случаев вполне возможно обойтись без программиста. Другой язык из стандарта МЭК 61131-3 — структурированный текст, который похож на язык «высокого уровня». Тем не менее, использование других нестандартных языков высокого уровня, таких как C ++ или Visual Basic, может быть трудно с ПЛК. Только в последнее время новые программные инструменты позволяли пользователям общаться с ПЛК так, как если бы это был обычный ПК.

Последовательная программа ПЛК сканирует все инструкции в каждом цикле. Цикл сканирования занимает примерно 10 мс или чуть больше. После завершения выполнения всех инструкций программа переходит к следующему сканированию. Если инструкция не выполняется в установленное время, то это вызывает сообщение об ошибке и выполнение программы прекращается. Это программное обеспечение жесткого времени может ограничивать продолжительность программы и любые входные сигналы с частотой менее 100 Гц.

Например, если необходимо обрабатывать сигнал от датчика скорости с номинальными оборотами 1200 об/мин (частота сигнала 1200/60 = 200 Гц), микроконтроллер на базе ПЛК не может корректно измерять скорость используя такой вход. Необходима интеграция специального модуля с декодером или счетчиком на интегральных микросхемах, который преобразует сигнал от датчика в нормально-обрабатываемый микроконтроллером. Такие преобразовательные модули часто используются во многих системах. Также стоит отметить и необходимость модулей вывода на примере управление соленоидом с частотой работы ШИМ в 10 кГц. Для управления таким устройством с помощью ПЛК необходим модуль вывода с ШИМ генератором. Добавление таких модулей увеличивает стоимость системы в 2-3 раза.

Типы ПЛК

Устройства квалифицируются следующим образом:

• Число каналов для ввода/вывода данных;
• Расположение модулей для ввода/вывода;
• Назначение;
• Способ монтажа;
• Языки программирования.

По числу каналов для ввода/вывода ПЛК делят на классы:

1. Нано ПЛК контроллер – часто имеет встроенные возможности, содержит до 16 каналов;
2. Малый – от 16 до 100 каналов;
3. Средние системы для работы с 100-300 входами и выходами – типичный представитель ПЛК 110 Овен;
4. Большие модели с возможностью обработки 300-2000 входов/выходов;
5. Сверхбольшие модели – от 2000 и более каналов.

По тому, как располагаются модули, контроллеры различают на:

• Моноблоки – модуль ввода/вывода не отделяется от контроллера и подлежит замене. Устройство выглядит в виде моноблока с модулем ввода/вывода. Зачастую, модели имеют малое число каналов и отличаются малой мощностью;
• Модульные состоят из общей корзины или шасси, где расположены процессор, а также сменные модули с входами в выходами. Модули подбираются исходя из решаемой задачи. Контроллеры оснащаются числом слотов — от 8 до 32. Также возможна модульная конструкция, где каждый модуль соединяется при помощи шины. .
• Распределенные контроллеры – модули изготовлены в отдельных корпусах и соединяются с центральным процессорным модулем по сети. Дальность может составлять до 1,2 км.

Также ПЛК различаются по назначению – это универсальные общепромышленные устройства, коммуникационные , контроллеры ПИД, системы для робототехники, для контроля перемещения и позиционирования.

По способу монтажа промышленные контроллеры можно разделить на:

• Панельные;
• Под DIN-рейку;
• Стоечные;
• Бескорпусные.

По языкам программирования выделяют модели, программируемые на языке ПЛК систем МЕК 61131-3 и на классический языках, таких как С, C#, Visual Basic, Scala.

История создания

В 60 годах 20 века для управления телефонными станциями, промышленным оборудованием использовались сложные схемы с реле. Они не отличались повышенной надежностью или ремонтопригодностью. Инженерам одной из компаний, американской General Motors, была поставлена цель по созданию нового оборудования. Задачи, на которые оно было рассчитано, выглядели так:

1. Упрощение отладки, замены.
2. Относительная дешевизна.
3. Гибкость, удобство модернизации.
4. Снижение риска отказов.

Терминология, объясняющая, что такое ПЛК (PLC), внесена в международные и европейские стандарты качества МЭК, EN.

Удаленное управление и мониторинг

Контроллеры имеют гибкие возможности для коммуникации с другим оборудованием. Эти возможности позволяют удаленно управлять устройствами, а также интегрировать ПЛК в системы автоматизированного управления и сбора данных.

Операторская панель или HIM – это устройство для визуализации. Она может быть встроенной или подключаться кабелем. Существует масса различных типов таких решений – от простых цифровых с кнопками до серьезных сенсорных с функцией оперативного мониторинга и коррекции параметров.

SCADA – это аббревиатура означает систему диспетчеризации и сбора данных. Это программные пакеты, которые позволяют разрабатывать приложения в режиме реального времени. Также пакет имеет инструменты сбора и обработки данных, архивирования и отображения или управления.

Веб-интерфейс позволяет получать доступ к ПЛК по локальным или глобальным сетям. В зависимости функциональности контроллер может не иметь операторской панели, но есть порт для подключения ПЛК к Ethernet. Тогда устройство можно настраивать удаленно по веб-интерфейсу или с ноутбука.

Более продвинутое решение реализовано в семействе ПЛК Siemens – встроенный веб-сервер. Он позволяет выполнять мониторинг, а также управлять системой. Сегодня в ПЛК реализованы функции подключения к облакам для осуществления удаленного контроля.