ЧАВО: Какая разница между ПЛК и распределенной системой управления (РСУ)?
Не смотря на то, что существуют различия между программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) и распределенными системами управления (РСУ), эти две технологии становятся все более похожими. Но для начала немного истории.
На заре автоматизации ПЛК преимущественно использовались для управления станками. В тоже время РСУ были лучшим выбором для управления техническими процессами в нефтегазовой и химической промышленности, такое разделение сохраняется до сих пор. ПЛК все еще применяются для управления отдельными машинами, в то время как РСУ может управлять большим числом машин или процессов на производстве.
Одним из отличительных признаков ПЛК является их относительно простая операционная система, которая предназначена для выполнения минимальных задач, таких как сканирование входов и обновление состояния выходов. Такая простая структура ОС позволяет быстро выполнять программы, потому что системе нет большого числа фоновых процессов отнимающих процессорное время. Время обработки и реакции для ПЛК меньше, так как они, как правило, расположены ближе к устройствам которые они контролируют (моторы, насосы, переключатели и пр.), потому ПЛК более отзывчивы, в сравнении с большими РСУ которые обычно контролируют много устройств. Кроме того ПЛК более гибкие и проще в настройке.
Изображение типичной РСУ с различным уровнем связей: от полевых устройств до системы уровня всего предприятия (изображения предоставлено АВВ).
С другой стороны РСУ может одновременно управлять множеством машин и процессов. Фактически РСУ часто используются для управления целыми заводскими системами. РСУ также более надежны в обеспечении непрерывной работы технического процесса или системы.
В тоже время, с появлением более мощных ПЛК и так называемых программируемых систем автоматизации (или ПСА), отличия между ПЛК и РСУ размываются. Так, ПЛК становятся быстрее и могут справляться с более сложными задачами управления. Кроме того они становятся более надежными и более похожими на РСУ. Что же касается РСУ – они стали более быстрыми и адаптивными, как ПЛК и иногда могут использоваться вместо ПЛК. Таким образом, с точки зрения функциональности ПЛК и РСУ становятся все более похожими друг на друга. Стоимость РСУ все еще больше чем у типичного ПЛК, но эта разница в стоимости сокращается.
ЧАВО: Почему большинство ПК контроллеров оснащены интерфейсом человек-машина (ЧМИ)?
Ранее многие модели ПЛК оснащались ЭЛТ (электронная лучевая трубка) экранами для отображения оперативной информации. Тем кто не знаком с технологией ЭЛТ мониторов рекомендую почитать статьи в Википедии и посмотреть фотографии в Google Image для того чтобы иметь представление о том, как работает технология ЭЛТ. Это интересная часть истории развития контрольно-измерительного оборудования.
В мониторах ЭЛТ применены высоковольтные источники питания для генерации и управления пучками электронов, которые затем направляются на люминофорные точки расположенные на внутренней части экрана. Все это требует для работы громоздких трансформаторов и катушек для генерации магнитных полей. Так как ЭЛТ были относительно большими, тяжелыми и дорогими, они не были подходящим выбором для применения в качестве интерфейса оператора. В системах, для которых свойственно частое изменение программ или текстовый ввод, как правило, это ЧПУ станки, была предусмотрена возможность подключения клавиатуры и монитора.
Терминалы предназначенные для программирования, используемые для написания программного обеспечения для системы управления всегда оснащаются экранным интерфейсом, для того чтобы программисты могли видеть что они делают.
Поскольку терминал программирования не используется постоянно для разработки программы, загрузки и/или отладки пользовательского кода, монитор к нему подключается временно, так как в постоянном подключении монитора нет необходимости. Системы управления, основанные на реле, обычно используют кнопки и контрольные лампы в качестве дискретных пользовательских входов и выходов для отображения работы машины в качестве дешевой альтернативы ЭЛТ мониторам.
Текущее состояние дисплеев (ЧМИ) и технологий управления
С момента появления недорогих плоских дисплеев стоимость встроенных экранов как части системы управления значительно уменьшилась. В тоже время стоимость цифровой электроники снизилась до такой степени, что даже традиционную механическую кнопку стало дешевле заменить функциональным программируемым дисплеем. Учитывая, что функциональность сенсорного экрана и возможность отображения текста и графики делают его более экономичным и мощным решением для его использования в качестве машинного интерфейса для взаимодействия с оператором.
С функциональной точки зрения ЧМИ и ПК близки, так как оба оснащены управляющим процессором. Традиционный ПК использует централизованный процессор, который выполняет функции операционной системы, которая, в свою очередь, управляет всеми ресурсами, подключенными к ПК. Дисплей, память и внешние коммуникации управляются одним и тем же устройством. Дешевизна современных цифровых технологий позволяет установить дополнительный вычислительный модуль для управления экраном. Потому экономически выгодно для упрощения системы и объединения этих компонентов в одном устройстве.
Такая компоновка дает дополнительные преимущества при работе, в условиях больших сбоев, отображая диагностические сообщения, а также во время технической поддержки и обслуживания, ремонта, поддержки сетевых коммуникаций. Дополнительная функциональность и снижение стоимости сочетания плоского сенсорного экрана и компьютера в одной системе дают убедительный аргумент при создании новых систем управлений.
ЧАВО: Что необходимо знать для успешной интеграции блоков ввода/вывода с ПЛК?
Блок ввода/вывода (или I/O) – это одна из важнейших частей любого ПЛК. Блок ввода/вывода обеспечивает подключение ПЛК к внешним устройствам (станку или процессу). На вход ПЛК могут приходить сигналы, представленные в форме напряжения или тока, которые являются функцией физической переменной или состоянием внешних устройств, таких как переключатели, двигатели или источники света.
На фото показан модуль ввода/вывода Allen-Bradley 1734 POINT, который оснащен цифровыми, аналоговыми и специальными портами ввода/вывода, порты данного модуля, так же как и модуля POINT Guard выполнены с защитой от погодных условий (от одного до восьми разъемов на модуль). На модуле могут быть как стандартные, так и защищенные вводы/выводы в зависимости от устройств, которые необходимо подключить (переключатели, моторы, лампы).
Вводы/выводы могут быть как аналоговые, так и цифровые, а модули вводов/выводов могут быть оснащены соответствующими входами/выходами. В данном случае применение конкретного модуля вводов/выводов будет зависеть от типа источника входного сигнала.
Например, порты ввода/вывода цифровых сигналов могут быть подключены к устройствам, которые могут находиться в двух состояниях – включено или выключено, например переключатели или исполнительные устройства, такие как двигатели или реле. Аналоговые порты вводы/выводы могут работать с непрерывно изменяющимися сигналами, такими как температура, давление или скорость, где входными устройствами будут преобразователи соответствующих физических величин – температуры (термопары), давления (манометры), скорости (тахометры). В общем случае, аналоговый вход требует большей обработки, в сравнении с цифровым входом. Поэтому чем больше аналоговых вводов/выводов, тем больше нужно процессорного времени и памяти для корректной обработки сигналов поступающих на них. Типичные диапазоны аналоговых сигналов, используемые в промышленности: напряжение 0-5В или 0-10В, ток 4-20мА или 0-20мА.
Кроме того, существует два подхода в использовании модулей ввода/вывода. Такие модули могут быть или интегрированными или распределенными. Интегрированный модуль, исходя из названия, является частью ПЛК (установлен на одном шасси или в одной стойке с ПЛК). Распределенный модуль может быть встроен в станок чтобы, таким образом, находится в непосредственной близости к измеряемому процессу или к исполнительным органам.
Важнейшим условием при выборе модуля ввода/вывода ПЛК является понимание технических требований к конкретному случаю применения такого модуля, а именно тип модуля (цифровой или аналоговый) и количество точек входа/выхода необходимых системе. Производители ПЛК как правило предлагают модули расширения портов ввода/вывода, которые могут быть добавлены в ПЛК для обработки большего количества разных типов входных или выходных сигналов по мере того как станок модифицируется для большего соответствия предъявляемым к нему требований.
ЧАВО: Как драйверы шаговых двигателей работают с контроллерами шаговых двигателей на основе ПЛК?
Программируемые логические контроллеры или ПЛК – это компьютеры, которые управляют системами автоматизации и контроля движения, они работают в режиме реального времени, в этом режиме входные данные должны быть обработаны и соответствующие сигналы должны быть выведены на выходы в ограниченный промежуток времени. Обычно ПЛК хранят программы алгоритмов в энергонезависимой памяти или в памяти с батарейным питанием. Использование ПЛК для управления шаговым двигателем позволяет управлять механизмами программно, без необходимости менять положение переключателей и ручной перестройки цепей. Использование ПЛК вместе с шаговым двигателем имеет ряд уникальных аспектов. ПЛК не является драйвером и не может создавать напряжений и токов, необходимых для нормальной работы шаговых двигателей. ПКЛ формирует управляющие сигналы для драйвера, который непосредственно и отвечает за формирование сигналов с необходимыми токами и напряжениями, таким образом, формируется линия управления – ПЛК, драйвер, двигатель. В случае, если применяется петля обратной связи, ПЛК получает сигналы от двигателей, энкодеров и датчиков. Такая обратная связь может быть учтена в программном обеспечении ПЛК, и такая программа будет учитывать данный обратной связи и вносить коррективы во время работы установки.
На фото изображен программируемый логический контроллер производства Mitsubishi Electric. Надежное исполнение отличает его от других контроллеров.
ПЛК имеет много общего с персональным или настольным компьютером. Так же как и ПК, ПЛК имеет ОЗУ, ЦПУ, ПЗУ, прошивку и другие сходные компоненты. Как правило, ПЛК спроектированы так, чтобы быть более прочными и работоспособными при работе в условиях промышленного производства. Не смотря на то, что в качестве ПЛК можно использовать обычный ПК, как правило, этого избегают, так как операционные системы и компьютеры, предназначенные для бытового использования недостаточно гибкие и надежные.
Инженеры или ученые-программисты пишут код, который управляет диском и алгоритмами, полученный код работает на ПЛК и отслеживает, все операции и инженеры могут его модифицировать в ответ на изменяющиеся условия работы. Драйверы подключаются к портам ввода/вывода ПЛК, как правило, это стандартизированные разъемы, такие как USB и Ethernet, но могут быть использованы и проприетарные конструкции разъемы. Подключение ПЛК к различным компонентам позволяет драйверам шаговых двигателей хорошо интегрироваться в систему.