Лучшие программируемые логические контроллеры на 2021 год

Выбор ПЛК

Выбор платформы автоматизации

Выбор платформы определяет и весь ваш будущий выбор.

ПЛК является первым пунктом в выборе платформы.

Правильный выбор платформы позволяет минимизировать расходы жизненного цикла системы управления:

• склад запасных частей и сервисное обслуживание
• обучение и сертификацию обслуживающего персонала
• приобретение лицензий на средства разработки прикладного ПО
• интеграцию (бесшовная интеграция)
• миграцию (переход со старого оборудования на новое)
• программы и сикдки для ключевых клиентов

Определение количества точек ввода-вывода

Желательно максимально точно определить общее количество точек ввода-вывода (с учётом резервирования), чтобы подобрать ПЛК соответствующей производительности,
или заранее предусмотреть модель контроллера с большим запасом по расширяемости.

• Дискретные входы (стандартные и быстродействующие импульсные)
• Аналоговые входы для подключения датчиков:
  • токовых (0..20мА, 4..20мА)
  • «напряженческих» (-10..+10В, 0..+10В)
  • термопар и термосопротивлений (способ подключения: 2-х, 3-х или 4-х проводное подключение)
• Дискретные выходы (мокрый контакт)
• Релейные выходы (сухой контакт):
  • тип нагрузки (резистивная, индуктивная, резистивно-индуктивная)
  • величина тока (в Амперах)
  • напряжение (~220В, =24В)
• Аналоговые выходы:
  • токовые (0..20мА, 4..20мА)
  • «напряженческие» (-10..+10В, 0..+10В)
• Интерфейсы для подключения угловых или линейных датчиков скорости, положения (энкодеров, резольверов, синусно-косинусных)

Определение архитектуры системы управления

1. Составить список объектов автоматизации (производственных площадок, цехов, участков, технологических линий, подсистем)
2. Определиться с количеством ПЛК: если объекты управляются независимо друг от друга и вводятся в эскплуатацию поочередно, то можно предусмотреть для них
   отдельные контроллеры
3. В зависимости от объёма и скорости обмена данными, территориального расположения объектов управления необходимо выбрать тип и топологию промышленной сети,
   требуемое коммуникационное оборудование
4. Для минимизации длины кабельных соединений используются станции распределённого ввода-вывода
5. Расписать точки ввода вывода по контроллерам, шкафам локального и децентрализованного ввода-вывода, определить количество и типы модулей ввода-вывода с
   учётом запаса по свободным каналам ввода-вывода
6. В зависимости от направления обмена данными между ПЛК необходимо правильно выбрать конфигурацию Master – Slave (Ведущий – Ведомый): контроллеры типа Slave
   не могут обмениваться данными друг с другом

Масштабируемость

Масштабируемость – это возможность подобрать промышленный контроллер оптимальной конфигурации под конкретную задачу (не переплачивая за избыточную функциональность),
а при необходимости расширения – просто добавить недостающие модули без замены старых.

Выбор блоков питания

Контроллеры подключаются к стабилизированным импульсным источникам питания. Необходимо аккуратно подсчитать суммарный ток, потребляемый всеми модулями
контроллера и подобрать блок питания с соответствующей нагрузочной способностью.

Пример последствий неправильного выбора блока питания

Выходные модули установки приготовления клея для варки целлюлозы иногда отключались и испорченный клей приходилось выбрасывать тоннами.
К финскому проекту ни у кого претензий не возникало. Заменили все модули ввода-вывода — не помогло. Грешили на случайные помехи из-за плохого заземления.
Оказалось, что в определённых ситуациях (как-бы случайно) срабатывало такое «большое» количество входов и выходов,
что суммарный потребляемый ими ток на мгновение превышал допустимый выходной ток блока питания и модули вывода отключались.
Заменили блок питания на более мощный и проблема была решена.

• Очень полезен программный симулятор, с помощью которого можно отладить программу без подключения к ПЛК
• Удобно, если для программирования ПЛК можно использовать стандартный ноутбук и стандартный кабель (USB или Ethernet)
• Проще найти программиста, если контроллер поддерживает стандартные языки программирования IEC61131:
  • LD (Ladder Diagram) – графический язык релейной логики
  • IL (Instruction List) – список инструкций
  • FBD (Function Block Diagram) – графический язык диаграмм логических блоков
  • SFC (Sequential Function Chart) – графический язык диаграмм состояний
  • ST (Structured Text) – текстовый язык программирования высокого уровня

Структура и устройство ПЛК

Любой плк Siemens или аналогичный, других производителей, ориентирован на выполнение конкретных действий. Микроконтроллер опрашивает блоки ввода информации, чтобы принять решение, сформировать на выходе готовую команду. Упрощенно схема стандартного элемента включает:

• вход;
• центр;
• выход.

Входные цепи образованы набором датчиков (аналоговых или цифровых), переключающих устройств, смарт-систем. В центральном блоке расположены: процессор, обрабатывающий команды, модуль памяти и средства коммуникации. Выходные цепи отвечают за передачу сигнала на моторы привода, вентиляцию, осветительную арматуру. Туда же допускается подключить управляющее смарт- устройство архитектуры ардуино или подобное. Необходимо также выполнить условие подключения ПЛК к цепям питания. Без них устройство работать не будет. Внешний компьютер через унифицированный интерфейс используется для отладки, программирования контроллера.

Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер‌‌

Возможность программирования, безусловно, является главным достоинством систем с ПЛК. Чтобы сделать восприятие процесса предельно понятным, разработчики изобрели визуальное отображение управляющих цепей в виде релейных контактных блоков.

На профессиональном языке такой метод обозначается аббревиатурой LD (logo LAD). В дальнейшем работа ПЛК представляется как взаимодействие отдельных логических элементов. Они выполняют действия таймеров, релейных ячеек, счетчиков. Считается, что благодаря подобной унификации, освоить принципы программирования может каждый. Причем независимо от профильной профессии.

Преимущества ПЛК

Многие предприятия, находящиеся в развитых странах дают возможность освободить человека от выполнения сложных и рутинных процессов. Благодаря такому решению увеличивается скорость работы, и снижается шанс образования дефектных изделий. Кроме того, оборудование не нуждается в перерывах на обед и может работать без остановки неделями. Каждая операция выполняется в точности с технологическим процессом, что позволяет избежать непредвиденных обстоятельств. Это только часть преимуществ ПЛК, также оборудование способно:

• Вести контроль или управлять отдельными электрическими установками. Все ограничивается только количеством входов и выходов. Так оператор, может создать условия, при которых автоматизируется сразу несколько технических станков или роботов.
• Высокая точность обработки информации и следование одному алгоритму.
• Работает при любых условиях и не требует перерывов. Благодаря этому людям больше не приходится работать в опасных для здоровья сферах, что дает возможность снизить риск образования раковых заболеваний и предотвращает получение травм.
• Для настройки используется легкий язык программирования, поэтому процесс не занимает много времени.

ОВЕН ПЛК63/73

А что там с Modbus?

SlaveтутРежим Мастер

• среда программирования;
• легко создать меню с уставками и настройками (Segnetics отдыхает)
• часы и память всегда «с собой»;
• возможность работать с нестандартными протоколами по COM порту;
• больше входов и выходов у ПЛК (в сравнении с Pixel);
• «из коробки» в меню ПЛК можно изменить типы датчиков, посмотреть их показания
• питание от 220В (наверно плюс, хотя придется предусматривать защиту по питанию в виде предохранителей и автоматов — уже был опыт с срабатыванием внутренней защиты по питанию).

• все модификации с питанием только от 220В;
• кнопки ПЛК73;
• модуль расширения только один;
• текстовый дисплей у ПЛК63 большой, но бестолковый — 2 x 16 символов;
• вход в меню с уставками одной кнопкой «Ввод». Мне лично не нравится, т.к. усложняет создание дополнительных меню;
• неудобно переносить меню из одной модели ПЛК в другую (тиражировать однотипные настройки). Приходится создавать заново. Раздражает.

Цены

• ПЛК63-РРРУУУ-L (8DI; 8AI; 3 реле; 3 AO 0-10В) — цена 14 514 р
• ПЛК73-ККККУУУУ-L (8DI; 8AI; 4 транзистора, 4 AO 0-10В) — цена 14 986 р
• МР1-Р (8 реле) — цена 3 953 р.

Segnetics SMH2g и Pixel

А что там с Modbus?

• мало времени для создания типовых программ для вентиляции;
• приятный дизайн оборудования;
• до 8 модулей расширения;
• можно всегда получить Ethernet.

• слабый «язык» программирования;
• отсутствие гальванической изоляции аналоговых входов и выходов (у Pixel);
• «из коробки» нет возможности менять тип аналоговых датчиков;
• нет возможности работать с нестандартными протоколами по COM порту (что-то может получится через linux у SMH2gi, но сама среда программирования такой возможности не даст);
• «плюющиеся» клеммы у Pixel. Наконечник типа НШВИ 1,5-8 частенько будет выталкиваться из клемм при закручивании. Рекомендую длиннее — НШВИ 1,5-12. Иначе рискуете много материться при монтаже.

Цены

• Pixel-2511-02-0 — цена 11 054 р
• Pixel-MR602-00-0 Модуль расширения 6вых. (реле 5А), 2 аналог. вых. (0…10В) — цена 7 206 р
• Pixel-MR120-00-0 Модуль расширения 12вх. (NPN/PNP) — цена 5 190 р
• SMH 2G-4222-01-2 — цена 12 614 р
• SMH 2Gi-0020-31-2 — цена 17 064 р
• MC-0401-01-0 Модуль расширения для SMH 2G/SMH 2Gi; 9вх. (NPN/PNP)/10вых. (5 реле 5А, 5 оптореле 400 мА), 8 аналог. вх. (6 универс., 2 напряжение/ток 0…10В/4…20мА, 24 бит)/4 аналог. вых. (0…10В) — цена 10 582 р

Schneider Electric M171/172

А что там с Modbus?

ModbusВот вам еще 1,5 ложки дегтя:

• 1 ложка – Master режим ВООБЩЕ не работает.
  Сколько наш программист не бился, так и не смог запустить. Вместо этого на выходе RS485 мы получали только первый байт посылки. Т.е. адрес опрашиваемого устройства. Так на одном объекте нам пришлось дополнять щит – вставлять Овна ПЛК100, чтоб 100тый выполнял роль Master’a (картинка ниже);
• 0.5 ложки – Slave режим на объекте у нас падал в течении 12ти часов работы. Это касалось Modbus TCP. Лечится только сбросом питания. А вот тут уже не знаем чего делать – попробуем перенести опрос на COM порт.

UPDПлюсы

• большая линейка оборудования, модулей расширения;
• много интерфейсов;
• есть модификации ПЛК с большим количеством I/O;
• графический дисплей (старшие модели);
• есть выносная и настенная панель;
• неплохой внешний вид;
• несколько языков программирования.

Минусы

• сырой продукт (во всяком случае, М172). Касается как ПО, так и самих ПЛК;
• недружелюбная среда разработки;
• нет нормальной документации по работе в среде программирования;
• никакой тех поддержки. Дистрибьютор еще чего-то пытался помочь – но и он не особо выручил;
• долгая поставка оборудования. В случае, когда надо все «вчера» – эти ПЛК не ваш выбор.

Цены

• TM172PDG42R ПЛК М172, дисплей, 42 I/O, Eth — цена 26 991 р
• TM172ASCTB42 Терминальный блок с винтами на 42 вх/вых — цена 1 159 р
• TM172PDG28R ПЛК М172, дисплей, 28 I/O, Eth — цена 19 283 р
• TM172ASCTB28 Терминальный блок с винтами на 28 вх/вых — цена 989 р

ПЛК3000

Рис. 6. Внешний вид ПЛК3000

НПО «Вымпел» (Саратов), ведущий отечественный разработчик и производитель средств автоматизации объектов добычи, транспорта и распределения в нефтегазовой отрасли, разработал и успешно использует ПЛК3000 (рис. 6) с поддержкой ISaGRAF. Комплексное решение ISaGRAF+ПЛК3000 внедрено в системе автоматического управления технологическими скважинами 1Т и 2Т Калининградского УПХГ ООО «Газпром ПХГ» и контролируемом пункте кранового узла № 91 системы линейной телемеханики магистрального газопровода Бухара — Урал (Челябинское ЛПУМГ ООО «Газпром Трансгаз Екатеринбург»). Результат сотрудничества НПО «Вымпел» и компании «ФИОРД» — это возможность применения данного устройства в проектах высокой степени сложности и ответственности. ПЛК3000 выполняет функции контроля и управления локальным оборудованием, связи с уровнем диспетчерского управления и с другими функциональными узлами.

Основные преимущества ПЛК3000:

• Сверхнизкое потребление электроэнергии, возможность гибкого управления питанием компонентов системы.
• Модульная конструкция, максимальная адаптация аппаратуры для создания систем автоматизации различной сложности.
• Использование инструментальной системы программирования ISAGRAF с поддержкой языков стандарта МЭК 61131-3.
• Высокая информационная емкость.
• Конструкция контроллера обеспечивает естественное охлаждение элементов модулей.
• Широкий температурный диапазон работы: от –60 до +60 °C.
• Защита от аварий.
• Поддержка защищенного обмена данными через промышленные сети и Интернет.

Один крейт ПЛК3000 позволяет использовать до 592 линий дискретного ввода/вывода, до 288 линий аналогового ввода/вывода, до 100 линий последовательных интерфейсов RS-232/RS-485, до 74 Ethernet-каналов типа «витая пара», до 24 опто­волоконных каналов Ethernet. Крейт ПЛК3000 соответствует стандарту «Евромеханика». Высота поддерживаемых модулей — 6U (233,35 мм). Ширина поддерживаемых модулей достигает 6ТН (30,48 мм). Ширина поддерживаемых базовых модулей соответствует двойному шагу (60,96 мм). Можно проектировать контроллеры, имеющие в своем составе до трех крейтов.

Обновление программного обеспечения ПЛК3000 осуществляется с помощью набора отладочных интерфейсов, содержащего отладочный RS-232, Ethernet, Wi-Fi (режим ad-hoc). Контроллер ПЛК3000 поддерживает следующие информационные протоколы для различных коммуникационных интерфейсов: TCP, UDP, IP, PPP, NTP, DHCP, Modbus RTU, МЭК 60870-5-101/104.

Все модули поддерживают режим «блокировка», при котором все выходы модулей принимают заранее определенное состояние в случае подачи определенного сигнала блокировки. Изделие обеспечивает различные режимы энергосбережения: отключение незадействованных компонентов, уменьшение производительности с целью снижения энерго­потребления, режимы сна.

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

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

Термины и определения

Разница между ПЛК и ПКА может проникать и в другие технологии. Например, системы на кристалле (СнК), с английского System-on-a-Chip (SoC), встроенные компьютеры (embedded PC) и программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA) предлагают собой некоторые технологии, которые способны заменять или расширять возможности программируемых логических контроллеров. Тем не менее, для некоторых технологий пока не существует устоявшихся определений, и ученые спорят о более правильном описании их. Но мы постараемся привести некоторые основные определения.

Программируемый логический контроллер ПЛК

Представляет собой цифровой компьютер, предназначенный для автоматизации промышленных систем. Он специально разрабатывался для работы в жестких условиях эксплуатации, таких как температурные диапазоны, давление, электрические шумы, вибрации и другие неблагоприятные факторы промышленной среды. Он имеет наиболее важную особенность, которая, собственно, и привело его к такой популярности – это жесткая система реального времени.

Режим реального времени

Многие понимают режим реального времени как выполнение задачи «как можно скорее». Но это не так. Система реального времени гарантирует, что все входы,  выходы и вычислительные процессы будут обрабатываться за какой-то фиксированный промежуток времени, часто упоминаемый в технической литературе как дедлайн (с англ. deadline – предельный срок). В системах жесткого реального времени нарушение дедлайнов  приравнивается к отказу системы. В свою очередь мягкая система реального времени допускает небольшие превышение дедлайнов, но только тогда, когда это приводит к допустимому снижению качества работы системы. Например, видеоконференция. Небольшое запаздывание звука или видео не приведет к катастрофическим последствиям.

При компиляции программы ПЛК, он рассчитывает, есть ли необходимые ресурсы для выполнения пользовательских инструкций, после чего переходит к выполнению поставленной задачи в нужный срок.

Программируемый контроллер автоматизации ПКА

Представляет собой цифровой компьютер, включающий в себя функциональные возможности ПЛК. Программируемый контроллер автоматизации понятие относительно недавнее, появившееся в начале 2000-х. В большинстве случаев ПКА представляет собой эволюцию программируемого логического контроллера. ПЛК является мостом между электрической автоматизацией, построенной на реле, и электромеханической программируемой автоматизацией, где акцент делается на программное обеспечение операций (определение, данное 40 лет назад).

Мягкая система реального времени(softPLC)

Как упоминалось выше, мягкая система реального времени не дает гарантии своевременного выполнения поставленной задачи. По этому, их не применяют для систем управления движением. Вместо этого softPLC предпочтительны для подключения связей завод-цех, человеко-машинных интерфейсов, систем диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). Вполне возможно, для некоторых ПКА быть SoftPLC.

Встраиваемые ПК

Встраиваемый промышленный компьютер это не компьютер общего назначения. Он разработан и оптимизирован для одного пользовательского приложения. Все его компоненты, как правило, размещены на одной плате, включая и микроконтроллеры или микропроцессоры, шины ввода/вывода, память и другие пользовательские микросхемы. Устройство включает в себя даже программное обеспечение или прошивку (прошивка обычно находится в ПЗУ или памяти только для чтения). Встроенные ПК (embedded PC) действительно пересечение между аппаратным и программным обеспечением, поскольку существует тесная взаимосвязь между этими двумя частями – одна не может работать без другой. Проекты с использованием встраиваемых ПК могут реагировать на потребности жесткого или мягкого режима реального времени.

Процесс управления

В простейшей своей форме процесс управления состоит из трех основных компонентов – датчика, контроллера, исполнительного механизма. Датчик собирает информацию об управляемом объекте и передает ее контроллеру, который обрабатывает полученные данные и выдает сигнал управления исполнительному механизму. Такая конструкция носит название системы с замкнутым контуром или с обратной связью.

Например, мониторинг газов и температура в азотной печи может играть важную роль для термической обработки,  а данные о влажности в помещении или вибрациях не иметь вообще никакого отношения к процессу термической обработки. Добавление последних данных в систему автоматического управления не принесет абсолютно никакой пользы, а только усложнит ее и увеличит стоимость. Можем сделать вывод, что сложность приобретает решающее значение, так как она снижает затраты на проектирование, программирование узлов, устранение неполадок, а также позволяет избежать установки компонентов, которые не несут практической пользы.

После сбора датчиками, информация поступает в контроллер, который играет роль «мозга». Он будет обрабатывать полученную информацию на основании алгоритмов и программ, заданных ему программистом. Если значение не будет укладываться в границы установленных пределов, то контроллер пошлет сигнал на исполнительный механизм для исправления ошибки, и так будет происходить пока ошибка не войдет в допустимые границы. Исполнительный механизм – это мышцы системы автоматического регулирования (САУ). Именно он будет оказывать физическое воздействие на контролируемую систему. Исполнительными механизмами для САУ могут быть различные электроприводы, гидроприводы, пневмоприводы и другие механизмы.

«Контроллер осведомлен о происходящем и может принимать решения. ПЛК бесспорно лидирующая фигура в промышленной автоматизации» — говорит Matteo Dariol, инженер Bosch Rexroth. «Аббревиатура содержит «программируемый логический», так как в начале электронной революции в 1960-1970хх годах управляющие устройства начали строиться с помощью дискретных электронных компонентов. До этого изменение спецификации проекта приводило к перепроектированию и реинжинирингу всей логики управления вместе с изменением физических элементов устройств управления. С появлением программируемого логического контроллера ПЛК усилия по изменению алгоритма управления практически полностью заключаются только в изменении программного обеспечения».

Современные ПЛК являются вполне надежными устройствами, а их языки программирования стандартизированы. Среды разработки программного обеспечения для программируемых логических контроллеров пока не имеют общих единых стандартов, так как все основные игроки рынка электронных компонентов предлагают свои собственные уникальные решения. Программирование, а также поиск и устранение неисправностей в ПЛК может быть даже легче, чем в персональном компьютере ПК, который каждый из нас, казалось бы, знает очень хорошо. Программируемый логический контроллер ПЛК имеет модульную структуру и возможность подключения различных модулей в зависимости от требований проекта: дополнительные порты ввода/вывода, модули безопасности, а также конкретные коммуникационные карты Ethernet и это лишь несколько примеров.

Модульная конструкция дает программируемым логическим контроллерам основное преимущество – расширяемость. Есть и другие преимущества, такие как стоимость, простота устройства и прочность конструкции. Такие элементы САУ как реле, периодически нужно осматривать и проводить замену, и тут появляется еще одно преимущество ПЛК – минимум движущихся механических частей. Существуют возможности интеграции с более сложными системами, например с ПК контроллером.

В результате, многие производственные линии, которые уже используют ПЛК, скорее всего, будут работать с ними долгие годы. Привычность и простота дает очень хороший импульс, который будет продвигать программируемый логический контроллер в будущем. Тем не менее, в последние годы виден очень большой прогресс в развитии промышленных компьютеров, и это напрямую связано с развитием систем машинного зрения, более усложнившейся робототехники, а также развития промышленных интернет вещей IIoT.

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.