Серия «ПЛК»

Приводим данные двух аналитических агентств Global Market Insights (GMI) и Global Insight Services (GIS) о рынке виртуальных (vPLC) и программных (Soft PLC) программируемых логических контроллеров. В обзоре разобраны вопросы преимуществ и недостатков данных типов контроллеров в сравнении с традиционными аппаратными ПЛК, указываются основные рыночные игроки, показывается географическая сегментация, приводятся тенденции рынка и прогноз развития до 2032 года.

Определения:

Программные ПЛК (Soft PLC) – это программная версия контроллера, запускаемая на устройствах и операционных системах общего назначения (чаще всего промышленные мини ПК или ПЛК на Linux с runtime-ядром) и превращающая такое устройство в полнофункциональный программируемый контроллер автоматизации (PAC). В отличие от традиционных «хард» ПЛК с закрытой системой и заданным фиксированным набором функций, программные ПЛК обеспечивают высокую степень персонализации и гибкость в процессе создания системы управления автоматизацией. Большая часть современных ПЛК – это Soft PLC, например, под CODESYS 3.5.

Виртуальные контроллеры (virtual PLC или vPLC) – это расширение концепции SoftPLC, который работает на виртуальной машине, управляемой гипервизором реального времени на сервере или многоядерном промышленном ПК. Виртуальные ПЛК не привязаны к конкретному оборудованию, их можно развернуть в существующей ИТ-инфраструктуре и легко масштабировать путем увеличения или уменьшения количества экземпляров виртуальных ПЛК в зависимости от потребностей в вычислительной мощности. Это особенно полезно для ресурсоёмких задач, таких как машинное обучение и искусственный интеллект.

Данные агентства GMI

Глобальный рынок виртуальных и программных ПЛК в 2023 году оценивался в $ 865 млн и, по прогнозам, будет расти в среднем на 13% в год в период с 2024 до 2032 года.

Внедрение технологий Индустрии 4.0 стимулирует спрос на виртуальные и программные ПЛК. Поскольку практически все отрасли вовлечены в цифровую трансформацию, данные виды ПЛК, интегрированные с существующими промышленными системами, облачными платформами и устройствами Интернета вещей (IoT), обеспечивают необходимый уровень коммуникаций и контроля на различных этапах производства. А гибкость и масштабируемость делают их незаменимыми для так называемых smart-производств (умных заводов), стремящихся повысить свою производительность, сократить время простоя и оптимизировать использование ресурсов за счет интеллектуальной автоматизации.

Растущая тенденция удаленного управления в промышленности является еще одним ключевым фактором роста. Виртуальные ПЛК, реализованные посредством облачных платформ, позволяют инженерам и операторам управлять и устранять неполадки в АСУ ТП из любого места. Эта возможность особенно ценна для отраслей с территориально распределенными сетями, например, в нефтегазовой промышленности, коммунальном хозяйстве и любых крупных холдингах. Осуществление удаленных операций в реальном времени может значительно повысить эффективность работы и сократить время простоя, способствуя ускоренному принятию данных продуктов на рынке.

Тенденции рынка виртуальных и программных ПЛК

Одной из самых значимых тенденций на рынке виртуальных и программных ПЛК является растущая интеграция с экосистемами промышленного интернета вещей (IIoT). Отрасли всё больше используют IIoT, где виртуальные ПЛК обеспечивают бесшовную связь между заводским оборудованием и облачными системами для обеспечения мониторинга, управления и аналитики в реальном режиме времени. Виртуальные ПЛК с поддержкой IIoT могут взаимодействовать с несколькими датчиками, устройствами и системами, обеспечивая централизованное управление и лучшее принятие решений, на основе полученных данных.

Облачные и периферийные вычисления меняют подход к промышленной автоматизации, а виртуальные ПЛК находятся в центре этих изменений. Облачные виртуальные ПЛК снижают зависимость от физической инфраструктуры и предлагают большую гибкость в масштабировании операций, а также обеспечивают быструю обработку данных и снижают задержки в критически важных приложениях. Такое сочетание стимулирует интерес к виртуальным ПЛК, особенно в отраслях, требующих управления в реальном времени, таких как автомобилестроение, интеллектуальное производство и коммунальные услуги, где локальная и удаленная обработка данных играют важную роль.

Еще одной новой тенденцией на рынке виртуальных и программных ПЛК является переход к платформам с открытым исходным кодом и стандартизации в автоматизации. Традиционные системы ПЛК часто привязывают пользователей к проприетарным решениям, а виртуальные и программные ПЛК все чаще разрабатываются на платформах с открытым исходным кодом, поддерживая взаимодействие между различными устройствами и системами. Эта тенденция позволяет отраслям кастомизировать решения автоматизации, снижать зависимость от поставщиков и достигать бесшовной интеграции между различными технологиями. Усилия по стандартизации, такие как принятие OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), также способствуют совместимости между виртуальными ПЛК и различным промышленным оборудованием, еще больше ускоряя их принятие во многих секторах.

Анализ рынка виртуальных ПЛК и программных ПЛК

Одной из основных проблем, связанных с виртуальными и программными ПЛК, является повышенный риск кибератак, поскольку эти системы часто интегрируются с облачными платформами и подключаются к интернету. Зависимость от виртуальных систем делает их более уязвимыми для взлома, вредоносного ПО и других сетевых угроз. Отрасли, работающие с конфиденциальными данными или критической инфраструктурой, могут не спешить внедрять эти решения без надежных мер кибербезопасности. Эта уязвимость может замедлить темпы внедрения, особенно в секторах, где безопасность данных имеет первостепенное значение.

На основе типа уровня управления рынок виртуальных ПЛК и программных ПЛК делится на полевой уровень, уровень обработки, уровень контроля, уровень предприятия. Ожидается, что в течение прогнозируемого периода сегмент полевого уровня зарегистрирует совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) более 13%.

• Полевой уровень относится к физическому уровню, где датчики, исполнительные механизмы и другие устройства напрямую взаимодействуют с оборудованием и производственными процессами. Виртуальные и программные ПЛК соответственно управляют и контролируют эти устройства, обрабатывая данные в онлайн.

• Конкуренция в этом сегменте сосредоточена на создании надежной связи в реальном режиме времени между программными системами управления и полевыми устройствами, что обеспечивает точность, скорость и гибкость системы. На рынке уже существует ряд компаний предлагают решения, которые обеспечивают бесшовную интеграцию с промышленным IoT, сочетая интеллектуальное производство с минимальной зависимостью от оборудования.

По типу развертывания данный рынок делится на On-premises и Cloud-based, т.е. на физические контроллеры, устанавливаемые на объектах и облачные ПЛК. Прогнозируется, что к 2032 году объем облачного сегмента составит $1 млрд.

• Сегмент Cloud-based представляет собой будущее виртуальных и программных решений ПЛК, где программное обеспечение размещается и управляется на облачных платформах, предлагая такие преимущества, как масштабируемость, экономическая эффективность и удаленный доступ. Облачные PLC-системы позволяют осуществлять онлайн мониторинг, управление и анализ из любой точки мира, обеспечивая гибкость глобальных операций и предиктивную аналитику.

На рынке уже существует конкуренция между компаниями, предлагающими облачные решения, интегрируемые с промышленным интернетом вещей и аналитикой, предоставляя заказчикам возможность оптимизировать операции удаленно, одновременно сокращая расходы на инфраструктуру. Облачные решения особенно выгодны для организаций, стремящихся к быстрому масштабированию и внедрению аналитических данных в процессы автоматизации.

Региональные данные

Северная Америка доминировала на мировом рынке виртуальных ПЛК (vPLC) и программных ПЛК (soft PLC) в 2023 году с долей более 35%. США являются ключевым игроком на рынке, причем ведущие в стране секторы производства, энергетики и автомобилестроения стимулируют спрос на передовые технологии автоматизации. США наиболее активно развивают Индустрию 4.0, и виртуальные ПЛК все чаще внедряются на заводах для обеспечения мониторинга в реальном режиме времени, предиктивного обслуживания и масштабируемой автоматизации. Сосредоточение страны на облачной инфраструктуре и удаленных операциях, особенно в таких секторах, как нефть и газ и коммунальные услуги, привело к большей зависимости от виртуальных ПЛК, которые предлагают экономически эффективные решения для удаленного управления сложными промышленными системами. Присутствие крупных компаний автоматизации и поставщиков программного обеспечения в США еще больше ускоряет рост этого рынка.

Рынок Японии тесно связан с инновационным стремлением страны к таким инициативам, как Society 5.0, направленным на интеграцию передовых технологий, таких как IoT, робототехника и ИИ, в промышленный сектор. Ведущие производственные секторы Японии, включая автомобилестроение и электронику, все чаще обращаются к виртуальным ПЛК для повышения эффективности производства, оптимизации процессов и снижения эксплуатационных расходов. Ставка страны на робототехнику и интеллектуальные заводы также стимулирует спрос на гибкие решения автоматизации с применением виртуальных ПЛК. Кроме того, постоянные усилия Японии по борьбе с нехваткой рабочей силы посредством автоматизации стимулировали интерес к виртуализированным системам управления, которые можно интегрировать в существующую инфраструктуру с минимальным обновлением оборудования.

Рынок виртуальных и программных ПЛК Китая подпитывается правительственной инициативой «Сделано в Китае 2025», которая отдает приоритет внедрению передовых производственных технологий. Обширная производственная база страны, особенно в таких отраслях, как электроника, автомобилестроение и производство потребительских товаров, стремительно движется в сторону автоматизации для повышения производительности и удовлетворения растущего внутреннего и международного спроса. Виртуальные ПЛК все чаще развертываются в целях эффективной масштабируемой автоматизации, особенно на крупных интеллектуальных заводах. Внимание Китая к промышленному Интернету вещей (IIoT) и интеграции облачных платформ с промышленными системами управления также стимулирует внедрение виртуальных ПЛК.

Рынок виртуальных и программных ПЛК в Южной Корее значительно растет, поскольку внимание правительства к цифровым инновациям и интеллектуальному производству является основным драйвером внедрения данных типов контроллеров. Электронная и автомобильная промышленность страны в значительной степени автоматизированы, а виртуальные ПЛК обеспечивают повышенную гибкость, позволяя этим секторам внедрять инновации и оптимизировать свои производственные процессы. Инвестиции Южной Кореи в технологию 5G и промышленный Интернет вещей еще больше способствуют росту внедрения виртуальных ПЛК, поскольку отрасли ищут более быстрые возможности обработки данных в реальном времени. Интеграция ИИ и периферийных вычислений в промышленную экосистему Южной Кореи также является ключевой тенденцией, при этом виртуальные ПЛК играют жизненно важную роль в обеспечении этих технологий.

Производители виртуальных и программных ПЛК

В отрасли Virtual PLC и Soft PLC заметными игроками являются ABB, Beckhoff Automation и Rockwell Automation. Цена является ключевым фактором в связи с тем, что отрасли ищут экономически эффективные альтернативы традиционным аппаратным ПЛК. Такие компании, как Siemens AG и Honeywell, фокусируются на гибкости и простоте использования, в то время как Mitsubishi Electric и Omron Corporation подчеркивают бесшовную интеграцию с существующими системами автоматизации.

Дистрибьюторские сети и глобальное присутствие, особенно для таких компаний, как Emerson Electric и Delta Electronics, также играют важную роль в лидерстве на рынке, обеспечивая локализованную поддержку клиентов и быстрое развертывание решений в различных секторах. Улучшенная кибербезопасность, техническая поддержка и послепродажное обслуживание являются дополнительными конкурентными факторами, способствующими успеху на этом рынке.

Основными игроками в отрасли виртуальных и программных ПЛК являются:

• ABB

• Advantech

• Beckhoff Automation

• Bosch Rexroth

• Delta Electronics

• Emerson Electric

• Hitachi Industrial Equipment Systems

• Honeywell International

• Koyo Electronics Industries

• Lenze

• Mitsubishi Electric

• Omron Corporation

• Phoenix Contact

• Pilz GmbH & Co

• Red Lion Controls

• Rockwell Automation

Новости отрасли виртуальных ПЛК и программных ПЛК

• В июле 2023 года Schneider Electric объявила о партнерстве с ведущими поставщиками программного обеспечения для улучшения интеграции программных ПЛК в их платформу EcoStruxure. Это сотрудничество направлено на предоставление клиентам более гибких и масштабируемых решений по автоматизации.

• В сентябре 2023 года компания ABB представила новые решения виртуализированного управления, которые используют технологию soft PLC для улучшения процессов промышленной автоматизации. Эти решения направлены на улучшение реагирования системы и снижение эксплуатационных расходов.

• В мае 2024 года Siemens представила новое решение виртуального ПЛК, разработанное для улучшения процессов автоматизации в производственных средах для развертывания на стандартном оборудовании, обеспечивая интеграцию с устройствами IoT.

Данные агентства Global Insight Services (GIS)

Ожидается, что рынок виртуальных и программных ПЛК вырастет с $1,5 млрд в 2023 году до $3,9 млрд к 2033 году, что соответствует среднегодовому темпу роста в 10%.

Рынок виртуальных ПЛК и программных ПЛК охватывает цифровую трансформацию традиционных программируемых логических контроллеров (ПЛК) в виртуализированные системы и программные решения. Этот рынок фокусируется на улучшении промышленной автоматизации с помощью гибких, экономически эффективных и масштабируемых альтернатив ПЛК. Он включает программные платформы, которые эмулируют аппаратное обеспечение ПЛК, обеспечивая бесшовную интеграцию с существующей ИТ-инфраструктурой, тем самым оптимизируя промышленные процессы, сокращая время простоя и поддерживая переход к парадигмам Индустрии 4.0 и интеллектуального производства.

Рынок виртуальных ПЛК и программных ПЛК демонстрирует устойчивый рост, обусловленный достижениями в области автоматизации и промышленной цифровизации. На этом рынке автомобильный сектор выделяется как сегмент с наивысшими показателями, обусловленный переходом отрасли к интеллектуальному производству и подключенным системам. Вторым по показателям подсегментом является нефтегазовая промышленность, где потребность в эффективном управлении и мониторинге процессов имеет первостепенное значение.

Географически Северная Америка лидирует на рынке благодаря раннему внедрению передовых технологий и значительным инвестициям в промышленную автоматизацию. Европа следует за ней, извлекая выгоду из сильной производственной базы и поддерживающей нормативно-правовой базы. Германия в Европе является ключевым игроком, используя свое инженерное мастерство и инновации в технологиях автоматизации. В Азиатско-Тихоокеанском регионе Китай становится значительным участником, подпитываемым быстрой индустриализацией и правительственными инициативами, продвигающими интеллектуальное производство. Эти тенденции подчеркивают динамичный характер рынка и выгодные возможности для заинтересованных сторон в различных секторах.

Сегментация рынка

В 2023 году рынок виртуальных ПЛК и программных ПЛК продемонстрировал устойчивый рост, объем рынка оценивается в 320 миллионов единиц. Сегмент виртуальных ПЛК занимает долю рынка в 55%, что обусловлено его адаптивностью и интеграцией с технологиями Индустрии 4.0. Программные ПЛК занимают долю в 45%, что подкрепляется их экономической эффективностью и простотой развертывания. Эта траектория роста подкреплена растущим внедрением автоматизации в различных секторах, включая производство и энергетику. Ключевые игроки, такие как Siemens AG и Rockwell Automation, играют ключевую роль, используя свои технологические достижения для захвата значительных долей рынка.

Конкурентная среда формируется стратегическими альянсами и инновационными предложениями продуктов. Нормативные рамки, особенно в Европе и Северной Америке, подчеркивают безопасность и совместимость, влияя на динамику рынка. Будущие перспективы многообещающие, с прогнозируемым среднегодовым темпом роста в 11% в период с 2023 по 2033 год. Ожидается, что инвестиции в НИОКР и интеграция ИИ и Интернета вещей будут способствовать дальнейшему прогрессу. Однако такие проблемы, как угрозы кибербезопасности и потребность в квалифицированном персонале, могут помешать росту. Рынок готов к расширению с возможностями в развивающихся экономиках и секторах, таких как интеллектуальная инфраструктура.

Географический обзор

Рынок виртуальных программных ПЛК демонстрирует значительный рост в различных регионах, каждый из которых вносит свой уникальный вклад в ландшафт. Северная Америка находится на переднем крае, движимая технологическими достижениями и интеграцией IoT в промышленные процессы. Соединенные Штаты с их прочной промышленной базой и акцентом на автоматизацию лидируют на этом региональном рынке.

Европа следует за ними, а такие страны, как Германия и Великобритания, возглавляют инновации в промышленной автоматизации. Акцент региона на Индустрии 4.0 и интеллектуальных производственных решениях стимулирует спрос на виртуальные и программные ПЛК. Этот акцент повышает операционную эффективность и снижает производственные издержки.

Азиатско-Тихоокеанский регион становится прибыльным рынком, во главе которого стоят Китай и Индия. Быстрая индустриализация и растущее внедрение технологий автоматизации стимулируют рост в этом регионе. Стремление к цифровой трансформации в производственных секторах еще больше ускоряет расширение рынка.

Латинская Америка, Ближний Восток и Африка также демонстрируют потенциал, хотя и более медленными темпами. Эти регионы постепенно внедряют автоматизацию для повышения производительности и конкурентоспособности. Ожидается, что инвестиции в инфраструктуру и промышленные секторы будут стимулировать будущий рост на этих рынках.

Последние события

Рынок виртуальных ПЛК и программных ПЛК переживает фазу трансформации под влиянием технологических достижений и меняющихся промышленных потребностей. Ценовые предложения значительно различаются – варьируются от 100 до 1000 долларов США в зависимости от функций и возможностей интеграции. Спрос обусловлен потребностью в гибких и масштабируемых решениях по автоматизации, особенно в таких секторах, как производство и энергетика.

Северная Америка и Европа находятся на переднем крае, внедряя эти технологии для повышения операционной эффективности и снижения затрат. Компании отдают приоритет простоте интеграции с существующими системами и надежным средствами отражения кибератак, которые становятся все более важными по мере цифровизации отраслей. Нормативные рамки, такие как те, которые обеспечивают стандарты кибербезопасности и взаимодействия, влияют на динамику рынка, устанавливая барьеры для входа и влияя на затраты на разработку.

Рыночный ландшафт формируют несколько тенденций. Переход к Индустрии 4.0 является значительным драйвером, поскольку отрасли стремятся использовать Интернет вещей и ИИ для интеллектуальных производственных процессов. Такие компании, как Siemens и Rockwell Automation, являются пионерами инноваций, предлагая комплексные решения, которые легко интегрируются с существующими промышленными системами. Более того, все больше внимания уделяется устойчивости, и решения, разработанные для оптимизации потребления энергии и сокращения выбросов углерода, набирают обороты.

Такие проблемы, как сбои в цепочке поставок и геополитическая напряженность, особенно в области доступности полупроводников, влияют на стратегии производства и ценообразования. Ожидается, что спрос на высокопроизводительные вычислительные возможности будет расти, особенно в секторах, переживающих цифровую трансформацию. Сотрудничество между технологическими гигантами и лидерами промышленности, например, партнерство Schneider Electric с Microsoft, способствует разработке передовых облачных решений PLC, продвигая рынок к более связанному и эффективному будущему.

Движущие силы рынка и тенденции

Рынок vPLC и Soft PLC переживает устойчивый рост, обусловленный увеличивающимся спросом на автоматизацию в различных отраслях. Ключевой тенденцией является интеграция технологий IoT и Индустрии 4.0, которая повышает эффективность работы и обработку данных в реальном режиме времени. Эта интеграция стимулирует внедрение виртуальных и программных ПЛК, которые обеспечивают гибкость и масштабируемость по сравнению с традиционными аппаратными решениями.

Еще одной важной тенденцией является растущее внимание к сокращению эксплуатационных расходов и времени простоя. Виртуальные ПЛК обеспечивают удаленный мониторинг и управление, что сводит к минимуму необходимость в обслуживании на полевом уровне и сокращает количество сбоев системы. Кроме того, заказчики предают большое значение энергоэффективности и устойчивой работе, что побуждает отрасли внедрять более адаптируемые и менее ресурсоемкие решения, такие как программные ПЛК.

Рынок также обусловлен достижениями в области облачных вычислений и технологий периферийных вычислений. Эти достижения облегчают бесшовную интеграцию с существующими системами и улучшают возможности анализа данных. Кроме того, растущая сложность промышленных процессов требует усовершенствованных систем управления, что повышает спрос на виртуальные и программные ПЛК. На развивающихся рынках, где промышленная автоматизация все еще находится на начальной стадии развития, открываются многочисленные возможности, что создает благоприятную почву для расширения.

Ограничения и проблемы рынка

Рынок виртуальных ПЛК и программных ПЛК сталкивается с несколькими существенными ограничениями и проблемами:

• Основной проблемой является сложность интеграции виртуальных ПЛК с существующими устаревшими системами. Многие отрасли полагаются на традиционные ПЛК, что делает переход к виртуальным решениям громоздким и дорогостоящим.

• Проблемы кибербезопасности также представляют собой значительное препятствие. Поскольку виртуальные ПЛК все больше подключаются к сетям, они становятся уязвимыми для сетевых угроз, что требует надежных мер безопасности.

• Рынок также сталкивается с нехваткой квалифицированных специалистов. Экспертиза как в области ИТ, так и в промышленной автоматизации имеет важное значение, однако существует нехватка специалистов с такими междисциплинарными навыками.

• Более того, первоначальные инвестиции для внедрения систем виртуальных ПЛК могут быть непомерно высокими. Этот финансовый барьер ограничивает внедрение, особенно среди малых и средних предприятий.

• Наконец, отсутствует стандартизированные протоколы для разных платформ и поставщиков, что усложняет взаимодействие и препятствует бесшовной интеграции решений виртуальных ПЛК в различных промышленных средах.

Ключевые игроки:

• Beckhoff Automation

• Wago Kontakttechnik

• B& R Industrial Automation

• Advantech

• Mitsubishi Electric

• Omron

• Schneider Electric

• Siemens

• Rockwell Automation

• ABB

• Yokogawa Electric

• Emerson Electric

• Honeywell

• Hitachi

• GE Automation

• Bosch Rexroth

• Fuji Electric

• Delta Electronics

• Panasonic Electric Works

• Festo

Относительно новые игроки:

• Soft Tech Automation

• Virtual Dynamics

• Code Flow Systems

• Innovative Logic

• Flex Control Solutions

• Next Gen Automation

• PLC Visionaries

• Soft Circuit Innovations

• Digital Control Group

• Automation Edge

• Smart Logic Systems

• Virtual Control Technologies

• Soft Wave Automation

• Intelli PLC Solutions

• Virtual Logic Labs

• Control Soft Innovations

• Advanced PLC Systems

• Soft Tech Dynamics

• Virtual Automation Hub

• Smart Control Solutions

В заключение, в качестве пояснения рыночного тренда приводим диаграмму агентства IoT Analytics, на которой сравниваются тенденции на рынке пленочных и цифровых камер на рубеже 2000 годов с тенденциями на рынке hard ПЛК и soft ПЛК в нынешнее время. График позволяет сделать вывод: в промышленных средах аппаратное обеспечение всё чаще заменяется программным.

Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)

Уважаемые коллеги, с удовольствием делимся экскурсом в прошлое отечественной автоматизации и публикуем историю, рассказанную Михаилом Непомниным – начальником КБ автоматизации ЭПО «Сигнал» о создании одних из первых отечественных аппаратных и программных средств АСУ ТП.

В уже далеком 1988 году я после окончания университета и 5 лет работы в элитном цехе регулировщиком РЭА я перешел в ОМА (отдел механизации и автоматизации), в новое бюро автоматизации поверочных работ (КБ АПР сокращенно). Часть инженеров местного политехнического института калымила, внедряя нам автоматизацию проверки выпускаемой продукции. А мы были у них на подхвате и учились уму разуму или постигали тонкости автоматизации.

Продукцией же были специальные датчики давления, выпускаемые для военных – они производились двух типов. Нас этом я заканчиваю рассказ про сами датчики, поскольку это секретная продукция. А вот автоматизированные рабочие места для их проверки при выпуске секретом не являются. Про них я могу говорить свободно. Тем более, что АРМы сейчас уже не работают на выпуске, заменены на новую модификацию. Так что я даже коммерческую тайну не выдаю.

И так, в конце 1987 года создалось КБ, а в апреле 1988 года я перешел туда инженером-программистом. Вроде бы так моя должность называлась. КБ было преимущественно молодежное. Руководил им грамотный товарищ, который через полгода стал замом Главного инженера, а я стал начальником КБ.

Политех разрабатывал нам АРМы проверки и один АРМ «центральный процессор» для управления процессом и ведения архивов, как на бумажном носителе, так и в электронном виде. Женская часть КБ разбиралась с КД по проверки и помогала в языке высокого уровня ТурбоБейсик сочинять политеховцам программу центрального процессора. Вернее, разрабатывали прогу девчонки при постоянном контроле и подсказке работников политеха. А мужеска часть КБ, на тех же условиях разрабатывала в ассемблере программу для контроллера К1-20 микропроцессорной 580-й серии микросхем.

И не смейтесь над нами. Никаких Виндоус тогда еще не было, ТурбоБейсик был крутой язык и в ассемблере было не западло писать программу. Напомню, что это был далекий 1988-й год. Мы планировали писать программу центрального процессора на отечественной ЭВМ ДВК, но потом разжились IBM-ками. И если на ДВКшках мы в редкие минуты отдыха гоняли компьютерную игру Тетрис, то на IBMках начали кроме игр серьезно изучать языки высокого уровня типа Турбо- и Квикбейсика.

Поскольку я в университете прослушал курс лекций программирования на Алголе и Фортране, а также прошел практику по программированию, я тоже начал вместе с дамами нашего КБ программировать на Бейсике. А не осваивал один ассемблер для К1-20. Изучение Бейсика мне кстати очень пригодилось в дальнейшем. Ну об этом потом. А пока расскажу о составе и характеристиках контроллера К1-20. Это его типовое что ли название. Реально у нас были две опции контроллеров с шифрами МС2702 и МС2721.

На рисунках видно, чем они отличались друг от друга, но в общем и целом контроллеры были почти одинаковы.

Питание 5В было мощное – 3А. Контроллер грелся, но работал. Скажу, что мы успели поставить три АРМа в одном цехе и один в другом. Работа кипела. Собирались внедрять программу «центральный процессор» и увеличивать количество АРМ и диапазон охвата. Но (как часто в жизнь вмешивается это чертово «Но») наступила конверсия и датчики стали нужны в значительно меньших количествах, а с ними не стала нужна и наша автоматизация.

Хотел привести краткие технические характеристики контроллеров, но у меня документации давно нет. А в интернете что-то не нашел. Поэтому пишу, что помню.

Эти контроллеры содержали полноценные микропроцессорные комплекты 580-й серии. С контроллером прямого доступа к памяти, контроллерами прерываний и последовательного интерфейса. Разница была в конструкции пульта и количестве разъемов.

У МС2702 было 3 разъема, но большие. У МС2721 – 5, из которых 4 – меньшего размера, а пятый – такой, кажется, как у МС2702.

В коробочке в фольге микросхема ППЗУ для прошивки пользовательских программ. ЗИП в конденсаторную бумагу завернут, кроме картонной упаковки. Маленькая отвертка присутствует. В общем – кайф или мечта автоматизатора советских времен. Итак, переходим к основной части.

Состав АРМ:

1. Контроллер МС2702 (2721)

2. Блок питания контроллера ГН 09-01

3. Вольтметр В7-28 (В7-34)

4. Блок сопряжения

5. Жгуты

Один тип контроллеров для потенциометрических датчиков, другой – для индуктивных. За давностью лет и начинающимся склерозом, не помню, какой для каких датчиков применялся. Зато помню, какой вольтметр для чего служил. Поскольку В7-28 мог измерять напряжение в долях от опорного, но не мог работать с переменным напряжением, он обсчитывал потенциометрические датчики.

А вольтметр В7-34 работал с индуктивными датчиками. Они питались от напряжений с частотой 400 Гц или 2000 Гц, и спокойно обсчитывались умеющим измерять переменку В7-34. Для потенциометрических датчиков опорное напряжение бралось со штатного блока питания ГН 09-01. Индуктивные же запитывались со специализированного блока переменного тока заводской разработки.

Блок сопряжения состоял из отдельного корпуса и платы коммутации и платы связи с вольтметром. Плата коммутации осуществляла перебор датчиков на коллекторе. Плата вольтметра программировала вольтметры и посылала команду «Пуск» при считывании данных с каждого проверяемого датчика. Корпус служил для подсоединения плат и соединения разъемов внешних жгутов.

Жаль, что у меня нет фото АРМа целиком, фото блока сопряжения и схем АРМа. Могу только по памяти изобразить функциональную или структурную схему АРМа и блока сопряжения.

Все пропало в период перестройки и дикого капитализма. И так промышленный уклад у нас в стране был не очень крепкий. А в период позднего Горбачева и Ельцина стал вообще ни в дугу.

Документацию выкидывали, оборудование расхищали, считали, что тем, кто не производит материальные ценности платить надо минималку или вообще выгонять с работы.

Хорошо сейчас процесс потихоньку налаживается.

Еще раз благодарим Михаила Непомнина за рассказ, а также дополним его историей развития Московского завода тепловой автоматики (МЗТА), а точнее кратким перечнем приборов автоматизации, также предшественников современных ПЛК, которые были созданы до событий, о которых идет речь в статье, то есть до 1988 года.

• 1955-60 гг. – первый электронный прибор – ЭР-111-К – «КОМЕГА», дифференциальные манометры и электронные приборы регулирования – РБ-100

• 1960-е – комплекс – КРИСТАЛЛ, регулирующий прибор импульсного действия с бесконтактным выходом – РПИБ, дифференциатор ламповый – ДЛ-Т, электронные сигнализаторы и ограничители температуры ЭСП-К, ЭОС-Т

• 1974 – регуляторы энергетических установок – КАСКАД, КОНТУР

• 1975 – прибор регулирующий – Р25, прибор корректирующий – К15.3

• 1981 – прибор контроля пламени – Ф34

• 1982 – фотодатчик низкочастотный – ФДЧ, блок управления релейного регулятора – БУ21

• 1983 – индикатор положения – ИПУ

• 1984 – устройства для автоматизации промышленной энергетики и теплоснабжения – Р29

• 1986 – программируемый регулятор – ПРОТАР

• 1987 – многофункциональные регуляторы ТЕПЛАР, ПРОЛОГ, прецизионный регулятор температуры – ПРОТЕРМ

Технология программируемых логических контроллеров совершенно точно достигла зрелости – ей уже 60 лет. В связи с чем возникает вопрос: станут ли нынешние ПЛК «пенсионерами» и сойдут ли их будущие версии в могилу? Такое предположение кажется уместным, учитывая быстрое, а порой экспоненциальное развитие компьютерного оборудования, программного обеспечения, искусственного интеллекта, облачных сервисов и средств связи. Благодаря этим достижениям информационные технологии постепенно проникли в ранее изолированную сферу операционных технологий.

В свете этих событий приводим статью Джеффа Пейна, опубликованную в журнале Control Engineering о будущем контроллеров и приложений промышленной автоматизации на фоне происходящей в последние десятилетия эволюции ПЛК.

Оставаться верным своему делу

Основная задача ПЛК остается той же, что и всегда: обеспечение надежного управления и мониторинга физических полевых устройств даже в сложных условиях эксплуатации. Это было достигнуто благодаря использованию специализированных процессоров, операционных систем и сред программирования, встроенных в защищенные платформы. Тем не менее, эффект масштаба продолжает стимулировать внедрение основных потребительских и коммерческих технологий в ПЛК везде, где это осуществимо. Принцип «меньше, быстрее, лучше» сохранился и будет оставаться верным, но в основном в отношении более быстрых и лучших аспектов, поскольку тенденция к дальнейшей миниатюризации за последнее десятилетие выровнялась.

Многие преимущества развития электронных компонентов, процессоров и твердотельной памяти – снижение стоимости, уменьшение размера, минимизация энергопотребления и увеличение возможностей – уже реализованы в ПЛК и другой промышленной электронике. Однако несмотря на то, что незначительные улучшения в размерах, стоимости и производительности будут происходить и впредь, реальный прогресс будет заключаться в возможностях. На данный момент размер платформы в значительной степени ограничен необходимостью физической проводки для взаимодействия с модулями ввода-вывода ПЛК. Традиционный проводной ввод-вывод по-прежнему необходим, но во многих случаях связь с полевыми устройствами смещается в цифровые сети и распределяется удаленно с использованием таких технологий, как IO-Link и беспроводная связь.

Многоядерные процессоры, встроенные в конструкции ПЛК, теперь позволяют дополнять детерминированное управление обширными дополнительными вычислительными и коммуникационными функциями. На протяжении более 20 лет термин «программируемый контроллер автоматизации» (programmable automation controller – PAC) широко использовался для описания промышленного контроллера с более широкими возможностями, чем классический ПЛК.

Хотя поначалу ПАК (PAC) мог показаться отдельным продуктом по сравнению с ПЛК, время показало, что инженеры по автоматизации меньше озабочены названием и номенклатурой и гораздо больше интересуются производительностью и доступными функциями. В дальнейшем пользователи будут готовы рассматривать практически любой тип аппаратной части или операционной системы в качестве платформы автоматизации, которая может продолжать называться ПЛК, хотя на самом деле это будет нечто большее, если она сможет обеспечить управление в реальном режиме времени, обеспечивая при этом расширенные вычислительные возможности.

Сочетание гибкости и логики

Хотя системы на базе Windows доминируют в мире потребительских и коммерческих компьютеров и занимают видное место в сфере промышленной визуализации, это не относится к управлению в реальном времени. Платформы ПЛК/ПАК обычно работают под управлением специализированной операционной системы, хотя существуют некоторые варианты на базе Linux. В самых общих чертах пользователи должны сбалансировать свое стремление к открытости, которая обеспечивает большую гибкость и низкую стоимость продукта, с требованием надежности промышленного уровня, которое исторически обеспечивалось только проприетарными системами. Эти запатентованные системы также обеспечивают высокую степень кибербезопасности, хотя в первую очередь за счет некоторой неизвестности хакерам.

В течение многих лет наблюдалась тенденция или, по крайней мере, большой интерес к более открытым промышленным системам, как с точки зрения аппаратных платформ, так и с точки зрения языков программирования. Некоторые конечные пользователи применяют стандартное оборудование Raspberry Pi и Arduino для реализации проектов автоматизации и обработки данных. Другие избегали подобных экспериментов с продуктами потребительского уровня из-за опасений по поводу надежности. Но теперь несколько версий этих платформ превратились в устройства промышленного уровня (Рис. 1). Пользователи предъявляют большой спрос на возможность сочетания современной платформы программирования с проверенными промышленными устройствами ввода-вывода.

При таком разнообразии аппаратных средств следующим препятствием на пути к открытости стала гомогенизация среды программирования. В классических ПЛК использовалось программное обеспечение, разработанное конкретным поставщиком, которое было трудно перенести на другие бренды. Стандарт IEC 61131-3 представил упорядоченные языки программирования ПЛК и типы данных, но реализации, специфичные для конкретного поставщика, по-прежнему препятствовали переносу кода между брендами. В конечном счете интегрированная среда разработки (integrated development environment – IDE) CODESYS предложила более согласованный способ создания кода с использованием стандартных языков для его кроссплатформенного развертывания на промышленных контроллерах.

Однако ни одна из этих инициатив не учитывала тот факт, что программисты, поступающие на работу, часто предпочитали писать код на более современных языках, основанных на ИТ, таких как C++ или Python.

Несмотря на все эти усилия, направленные на открытость и современные языки программирования, можно с уверенностью сказать, что классическая релейная (лестничная) логика сохранится в обозримом будущем. Релейная логика имеет обширную базу инсталляций и остается простой методологией кодирования, предпочитаемой многими электриками, техническими специалистами АСУ ТП и даже разработчиками. Ее графический стиль позволяет выполнять основные функции поиска и устранения неисправностей, а также выполнять типичные функции промышленной автоматизации, а широкое распространение дает дополнительные преимущества.

Сегодня большинство аппаратных платформ поддерживают релейную логику – как собственную, так и реализованную через другие IDE, например, CODESYS, а многие из них также допускают другие методы кодирования, которые можно комбинировать по мере необходимости. Различные языки программирования имеют свои сильные и слабые стороны для конкретных задач, а большинству пользователей нравится разрабатывать собственный вариант лучшего инструмента для решения проблемы, балансируя при между гибкостью и сложностью. Дополнительным бонусом для пользователей является то, что выход за пределы проприетарных языков позволяет им создавать библиотеку кода, которую можно развернуть на любом типе целевого оборудования, сводя к минимуму доработку.

Главным моментом сегодня и в будущем является то, что пользователям нужны платформы автоматизации, предлагаемые и поддерживаемые проверенными и опытными промышленными поставщиками, с возможностью поддержки любого типа предпочтительного языка программирования.

Коммуникации

Некоторые из достижений промышленной автоматизации в последнее время связаны с улучшением коммуникаций, что привело к полной взаимосвязи всех систем предприятия. Как и в случае с аппаратным обеспечением и программированием контроллеров, здесь наблюдается переход от проприетарных реализаций к более открытым предложениям.

Традиционные промышленные шины, такие как DeviceNet давно предлагаются пользователям в виде проверенных и надежных устройств. Но сейчас преобладают проводные и даже беспроводные варианты Ethernet, при этом доступны несколько ведущих протоколов промышленной связи. Улучшения физического форм-фактора, в том числе во влагозащитном корпусе со стандартными разъемами и питанием по PoE, теперь позволяют Ethernet-устройствам подходить и для промышленных сред.

Некоторые протоколы, такие как EtherNet/IP, PROFINET и Modbus-TCP, связаны с марками и моделями конечных устройств, тогда как другие оптимизированы для типов задач автоматизации (например, EtherCAT для управления движением). Хотя EtherCAT не нов, включение этого протокола в более функциональные ПЛК теперь означает, что приложения управления движением низкой и средней сложности могут быть интегрированы в платформу автоматизации без необходимости использования отдельных контроллеров движения.

Ethernet-APL – это среда, оптимизированная для операционных технологий (OT), которая упрощает развертывание проводного Ethernet на полевых устройствах. IO-Link развивается как оптимизированная полевая шина для базовых дискретных устройств автоматизации с соответствующими коммуникационными возможностями и интеллектом.

Соединение ОТ с ИТ для безопасного включения приложений Промышленного интернета вещей (IIoT) и передачи данных для поддержки удаленной визуализации и аналитики требует другого класса протоколов связи. OPC UA и MQTT доминируют в этой роли. Хотя некоторые из их возможностей частично совпадают, для обоих протоколов существуют оптимальные варианты применения, и пользователи могут реализовать их одновременно. Другие вспомогательные инструменты, такие как Node-RED, стали предпочтительными в качестве графического метода обработки и передачи данных в облако для использования другими приложениями.

От датчика до контроллера, от локального сервера, до облачных ресурсов и браузера – что все это означает? В «старые времена» контроллеры меньшего размера имели ограниченный набор функций, поэтому для достижения полной возможности подключения требовались более крупные устройства или несколько уровней интеграции. Сегодня и в будущем пользователи захотят, чтобы эти опции были доступны даже на самых простых и недорогих платформах автоматизации (Рис. 2).

Роль интегрированной робототехники

На протяжении многих лет робототехника в основном существовала как специализированная разновидность автоматизации, требующая индивидуальной интеграции в вышестоящие и последующие системы. Ситуация меняется по мере того, как робототехника в целом и коллаборативные роботы (коботы) в частности, похоже, станут одной из крупнейших областей роста во всей промышленной автоматизации в течение следующих 5–10 лет (Рис. 3). Что касается сопутствующих разработок, системы машинного зрения значительно продвинулись за последнее десятилетие, и многие из них стали совместимы с роботами, что позволяет легко интегрировать их во множество приложений.

Современные платформы автоматизации должны быть готовы идти в ногу со временем, предоставляя необходимую вычислительную мощность, инструкции по программированию и технологии плавной интеграции с робототехникой и машинным зрением. Современный ПЛК с такими возможностями, размещенный рядом с робототехникой в качестве платформы автоматизации будет обладать явным преимуществом.

Роль искусственного интеллекта в будущем ПЛК

Ни одна перспективная статья о промышленной автоматизации, написанная в 2024 году, не может упустить из виду потенциальное влияние искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML) для анализа ситуации и реагирования на нее режиме реального времени. Однако с этой темой связано много шума, поскольку в настоящее время в качестве платформы автоматизации программируемые логические контроллеры для этой задачи подходят не идеально. Хотя в будущем некоторые продвинутые версии ПЛК смогут запускать в реальном времени алгоритмы AI/ML.

Вместо этого ПЛК имеют хорошие возможности выступить в качестве полевого интерфейса для ресурсов искусственного интеллекта и машинного обучения более высокого уровня, предоставляя пользователям оперативные, всеобъемлющие и связанные с конкретной обстановкой данные.

С другой стороны, генеративный искусственный интеллект (Gen-AI) в ближайшие годы будет играть более важную роль в ПЛК с точки зрения создания кода. Среды разработки с интегрированными инструментами поддержки искусственного интеллекта могут помочь пользователям, возможно, даже специалистам начального уровня, разрабатывать логику автоматизации на основе библиотек и проверенного кода. ИИ, используемый в качестве инструмента разработки, может помочь ускорить разработку, повысить надежность кода и свести к минимуму ненужный и рутинный труд.

Будущий ПЛК – это часть платформы автоматизации

В течение следующего десятилетия программируемые логические контроллеры, какими мы их знаем, определенно не прекратят свое существование, даже если их будут называть ПАК, периферийными контроллерами, платформами автоматизации или чем-то еще. Но и не будет единой технологии контроллера, которая могла бы выполнять все функции во всех ценовых категориях.

Вместо этого ПЛК будут продолжать развиваться в зависимости от доступных технологий и потребностей пользователей, как они делали это на протяжении последних пяти десятилетий. Приоритетом будет обеспечение контроля в реальном времени и надежного мониторинга, но они добавят еще более совершенные функции программирования и подключения для улучшения пользовательского опыта и скорости реализации проектов.

Итак, ПЛК в ближайшее время не исчезнут, а новые технологии, подкрепленные требованиями пользователей, помогут им эволюционировать в качестве базовой платформы автоматизации.

Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)

• Требования к входам/выходам. Определите количество и тип точек ввода-вывода (аналоговые и/или цифровые), необходимых для вашего приложения. Учитывайте потребности в напряжении и токе, а также параметры датчиков, исполнительных механизмов и других устройств, которые необходимо подключить к ПЛК.

• Скорость и память. Учитывайте сложность вашего приложения, а также объем вычислительной мощности и памяти, которые необходимы для запуска программного обеспечения. Для более крупных программ или приложений с большим количеством вычислений или сложных алгоритмов может потребоваться более мощный процессор и дополнительная память.

• Коммуникации. Определите требования по связи вашего приложения, например, необходимость взаимодействия с другими системами управления, с человеко-машинными интерфейсами (HMI) или удаленными устройствами. Составьте список протоколов связи, включая Ethernet, Modbus, Profibus и др. и интерфейсов, которые должны поддерживать ПЛК со SCADA системами.

• Условия эксплуатации. Учитывайте температуру, влажность, уровень вибрации и пыли в месте установки ПЛК. Выберите ПЛК, который соответствует необходимым стандартам и сможет стабильно работать в прогнозируемых условиях.

• Техподдержка и поставки товара. Выберите ПЛК из надежного производителя и поставщика, который предлагает техническую помощь и обучение. Учитывайте репутацию контрагента в плане качества и обслуживания клиентов, а также наличия запасных частей.

• Программное обеспечение. Учитывайте простоту программирования и доступность средств программирования и отладки контроллеров. Выберите ПЛК, который поддерживает знакомый вам язык программирования или имеет простую в использовании среду программирования.

• Цена. И наконец, оцените стоимость ПЛК, которая включает в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, монтаж и пуско-наладку. Затем выберите ПЛК, который предлагает необходимые функции и возможности, оставаясь в рамках вашего бюджета.

Типы ПЛК: какой лучше всего подходит для вашего проекта?

Производители выпускают различные разновидности ПЛК, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы в зависимости от потребностей заказчиков. Вот несколько примеров распространенных типов и приложений ПЛК:

• Компактные ПЛК. Компактные ПЛК подходят для объектов с ограниченным пространством или задач с небольшим количеством точек ввода-вывода. Они обычно используются в миниатюрных механизмах, конвейерах и автоматизации зданий.

• Модульные ПЛК. Модульные ПЛК предназначены для изменения и расширения путем добавления модулей для дополнительных точек ввода-вывода, интерфейсов связи и других функций. Они подходят для приложений, которые имеют меняющиеся потребности или требуют высокой степени гибкости.

• Стоечные ПЛК. Эти ПЛК предназначены для установки в обычную 19-дюймовую стойку для соединения с другими устройствами (стекирование). Чаще всего их можно увидеть на крупных промышленных объектах, таких как электростанции и химические перерабатывающие заводы.

• ПЛК безопасности. Эти ПЛК разработаны в соответствии со стандартами и правилами безопасности и используются в приложениях, где безопасность имеет решающее значение, например, на производственных линиях или в тяжелом машиностроении. Дополнительные функции безопасности включают резервные процессоры, механизмы самодиагностики и встроенные протоколы безопасности.

• Распределенные ПЛК. Такие ПЛК предназначены для использования соответственно в распределенных системах управления, например, на крупных промышленных предприятиях. Они могут работать в тандеме с другими ПЛК или системами для управления различными техпроцессами.

• Высокоскоростные ПЛК. Эти ПЛК предназначены для АСУТП, требующих быстрого реагирования, таких как упаковочные линии или робототехника. Они часто включают в себя высокопроизводительный процессор и специальные модули ввода-вывода для обработки скоростных сигналов.

Рекомендации по программированию

При выборе ПЛК для конкретного применения соображения программирования имеют решающее значение, поэтому учитывайте следующие соображения:

ПО программирования. Ищите ПЛК с удобным программным обеспечением, простым в освоении и использовании. ПО, безусловно, должно быть совместимо с языками программирования и протоколами связи, которые требуются вашему приложению.

Интеграция с существующими системами. Если у вас уже есть система управления, выберите ПЛК, который легко с ней интегрируется. Отказ от внесения крупных изменений в систему управления сэкономит время и деньги.

Простота и ясность программирования. Найдите ПЛК с простым и понятным интерфейсом программирования. Язык программирования также должен быть простым и легким для понимания, иметь соответствующую документацию и помощь.

Совместимость с HMI. Ищите ПЛК, совместимый HMI, который вы уже используете или планируете использовать. Это гарантирует легкость включения ПЛК в систему управления и простоту интерфейса оператора.

Удаленный доступ и устранение неполадок. Рассмотрите ПЛК, который включает функции удаленного доступа и устранения неполадок, что позволит вашим специалистам, диагностировать проблемы и модифицировать систему управления без физического присутствия.

Совместимость с будущими обновлениями. Выберите ПЛК, совместимый с будущими обновлениями систем управления, такими как новые протоколы связи или обновления ПО автоматизации. Это гарантирует, что в будущем ПЛК можно будет просто модернизировать без значительных изменений в системе управления.

Дополнительные особенности ПЛК, на которые также следует обратить внимание

Возможности диагностики и устранения неполадок. Убедитесь, что ПЛК оснащен средствами диагностики и устранения неполадок для быстрого выявления дефектов и проблем. Это может помочь сократить время простоя и повысить эффективность системы управления.

Масштабируемость и расширяемость. Выберите ПЛК, который можно легко расширять и масштабировать в соответствии с меняющимися потребностями приложений. Это позволяет расширять ПЛК вместе с приложением, уменьшая необходимость замены контроллера в будущем.

Функции резервирования и безопасности. Ищите ПЛК с функциями резервирования и безопасности, такими как резервные процессоры, механизмы самодиагностики и встроенные протоколы безопасности, если приложение требует высокого уровня безопасности или надежности.

Стоимость проекта: баланс бюджета и производительности

При выборе ПЛК безусловно ключевым вопросом, который следует учитывать, является стоимость. Однако важно сбалансировать бюджет с требуемой производительностью и функциональностью, чтобы обеспечить эффективную и надежную работу системы управления. Некоторые соображения по поводу стоимости, которые следует учитывать:

Первоначальная стоимость. Учитывайте первоначальную стоимость ПЛК, которая включает стоимость оборудования, программного обеспечения и монтажа. Однако не делайте ошибку, выбирая ПЛК, основываясь главным образом на его первоначальной стоимости, поскольку это может привести к увеличению долгосрочных затрат из-за снижения надежности и эффективности.

Стоимость жизненного цикла. Посмотрите на стоимость жизненного цикла, которая помимо закупки контроллера включает в себя стоимость обслуживания, модернизации и замены в течение предполагаемого срока службы. Выбор высококачественного ПЛК с меньшими требованиями к техническому обслуживанию и более длительным сроком службы в конечном счете поможет снизить затраты на владение в течение его жизненного цикла.

Масштабируемость. Лучшим выбором будет ПЛК, функционал которого можно легко увеличить или уменьшить в зависимости от требований приложения. Это сэкономит деньги и устранит необходимость в полной замене системы управления в случае изменения требований.

Энергоэффективность. Учитывайте энергоэффективность ПЛК, поскольку это может повлиять на эксплуатационные расходы. Выбор энергоэффективного ПЛК может привести к снижению счетов за электроэнергию и снижению воздействия системы управления на окружающую среду.

Совместимость с существующими системами. Выберите ПЛК, совместимый с существующими системами, чтобы избежать замены всей системы управления. Однако это должно быть сбалансировано с необходимостью наличия высококачественного ПЛК, соответствующего требованиям приложения.

Гарантия. Ищите ПЛК, на который распространяется гарантия производителя или поставщика. Это может помочь снизить затраты на ремонт и быть залогом надежной работы системы управления на протяжении всего ее жизненного цикла.

Техобслуживание и поддержка

При выборе ПЛК критически важными моментами являются обслуживание, своевременная помощь поддержка, которые в конечном счете влияют на надежность и эффективность вашей системы управления. Вот некоторые вещи, о которых следует подумать при выборе ПЛК с точки зрения обслуживания и поддержки:

Требования к техническому обслуживанию. Учитывайте требования к техобслуживанию ПЛК, включая частоту работ по техническому обслуживанию и опыт, необходимый для их выполнения. Выбирайте ПЛК с низкими требованиями к обслуживанию и простым в обслуживании.

Обучение и документация. Для правильной эксплуатации и обслуживания вам потребуется ПЛК, сопровождаемый обучением и предоставлением пакета документации. Документация должна быть подробной и простой для понимания, с регулярными обновлениями для поддержания ее в актуальном состоянии.

Инструменты диагностики. Обратите внимание на ПЛК со встроенными диагностическими возможностями, позволяющими быстро выявлять дефекты и трудности. Это может помочь сократить время простоя и повысить эффективность системы управления.

Возможность обновления. Выберите ПЛК, который можно легко обновить до новейших технологий, таких как новые протоколы связи или обновления ПО. В результате ПЛК можно быстро модернизировать, не требуя серьезных изменений в системе управления.

Выбор поставщика

Надежный поставщик может предложить техническую экспертизу, высококачественную продукцию и быстрое обслуживание клиентов. Поэтому при оценке поставщиков для принятия обоснованных решений учитывайте следующие соображения:

• Репутация. Ищите поставщика с высокой репутацией в отрасли. Проверьте отзывы других клиентов, чтобы убедиться, что поставщик имеет опыт предложения высококачественных товаров и услуг.

• Техническая экспертиза. Выберите поставщика, который специализируется на ПЛК и системах управления. Поставщик должен быть в состоянии посоветовать лучший ПЛК для данного приложения, а также обеспечить техническую поддержку на всех этапах инсталляции и обслуживания.

• Ассортимент. Выбирайте поставщика, который предлагает разнообразный выбор продукции. Это может помочь убедиться в наличии у поставщика ПЛК, подходящего для данного приложения, а также других сопутствующих товаров, таких как датчики, программное обеспечение и коммуникационное оборудование.

Наличие запасных частей. Ищите системы, для которых легко доступен ЗИП на случай отказа элементов оборудования. Это может свести к минимуму время простоя и обеспечить быстрое восстановление работоспособности системы.

• Кастомизация и настройка. Обратите внимание на поставщика, который сможет адаптировать ПЛК к конкретным потребностям. Это позволит обеспечить эффективную и надежную работу системы управления в целом.

• Цена и доставка. Учитывайте стоимость ПЛК и доставки, а также сроки доставки. Соответственно выбирайте поставщика, который обеспечивает разумные цены и своевременную доставку.

• Обслуживание. Остановитесь в итоге на поставщике, который предоставляет комплексное сопровождение проекта и сопутствующие услуги: техподдержку, обучение, техобслуживание и ремонт. Поставщик должен оперативно реагировать на запросы и оказывать своевременную помощь с тем, чтобы гарантировать вам надежную работу всей системы.

Резюме

Инженеры и технические специалисты должны учитывать различные критерии при выборе подходящего ПЛК для конкретного приложения, включая требования самого приложения, тип ПЛК, особенности программирования, условия технического обслуживания и поддержки, соображения стоимости на основе чего следует сделать выбор подходящего поставщика. Важно сбалансировать бюджет с требуемой производительностью и функциональностью, чтобы обеспечить эффективную и надежную работу системы управления в течение всего срока ее службы.

Комментарий МЗТА

В условиях, когда с рынка уходят иностранные бренды, при выборе или замене ПЛК на аналоги важно обратить внимание на несколько ключевых моментов. Во-первых, большим преимуществом будет наличие технической поддержки и документации на русском языке. Быстрая поставка оборудования и запасных частей также является важным критерием. Во-вторых, желательно, чтобы программное обеспечение, на котором строится управление ПЛК, было совместимо с российскими операционными системами и антивирусными программами. Кроме того, ПО должно основываться или на открытом исходном коде, или написано собственными силами, что обеспечит возможность его модификации и адаптации под конкретные потребности и независимость от иностранных правообладателей. И наконец, производитель должен быть готов оказать поддержку заказчику в процессе миграции оборудования и ПО на новую систему.

Датчики и сенсорные сети со встроенными логическими функциями могут снизить затраты и ускорить выполнение алгоритмов автоматизации. Ответ на вопрос, что это функции и когда они могут быть предпочтительнее обычной релейной логики ПЛК дает Остин Фатрелл (Austin Futrell) – инженер в области промышленной автоматизации в интернет-издании «Control Automation».

Логические функции, существующие в некоторых датчиках, представляют собой фундаментальные операции, которые обрабатывают входные сигналы для определения выходного сигнала. Эти функции помогают датчику принимать решения, применяя такие правила, как «И», «ИЛИ», «исключающее ИЛИ» или вентильные переключатели/триггеры.

Это позволяет датчикам реагировать или инициировать действия в зависимости от конкретных условий, не требуя от центрального процессора интерпретации данных. Логические функции позволяют датчикам комбинировать, изменять и анализировать входящие данные для получения полезных результатов на основе заранее определенных критериев.

Большинство датчиков не имеют встроенных логических функций. Эти логические функции чаще всего встречаются в датчиках с настраиваемыми протоколами, одним из типичных примеров является IO-Link. Конфигурация программного обеспечения IO-Link позволяет одновременно сравнивать несколько диапазонов сигналов, а конечный выходной сигнал, отправляемый на контроллер, соответствует условию сравнения, обеспечивая функции окна или переключения.

Датчики логических функций в сравнении с ПЛК

Хотя программируемые логические контроллеры невероятно универсальны и широко используются в промышленной автоматизации, существуют сценарии, когда ПЛК может быть не лучшим выбором для непосредственного выполнения логических функций.

Простые приложения автоматизации. Если ваши потребности в автоматизации относительно просты использование специальных датчиков со встроенными логическими функциями может быть более эффективным, чем развертывание более крупных систем ПЛК. Например, если вам нужно контролировать только несколько входов и активировать основные выходы на основе заранее определенных условий, использование датчиков со встроенной логикой может значительно упростить программирование.

Стоимость. ПЛК могут потребовать значительных вложений в закупку оборудования, программного обеспечения и обслуживания. Использование датчиков со встроенными логическими функциями может предложить более экономичное решение без ущерба производительности для проектов с ограниченным бюджетом.

Скорость выполнения программы. Каждый шаг в программе ПЛК увеличивает общее время цикла. Поэтому для простых логических сравнений количество строк кода можно сократить, выполняя логические вычисления непосредственно на датчике.

Общие логические функции

И (AND)

Эта функция использует логический элемент И в цифровых схемах. Элемент И – это фундаментальный цифровой логический элемент, который генерирует истинный выходной сигнал (1) только тогда, когда все его входы истинны. Эта функция важна для промышленных систем управления, где функционирование оборудования может зависеть от одновременного выполнения нескольких условий безопасности. Использование логических элементов И гарантирует, что все указанные условия будут выполнены до получения входного сигнала.

ИЛИ (OR)

Логическая функция «ИЛИ» является фундаментальной операцией в цифровой логике. Его вывод истинен, если хотя бы один из входных данных истинен. Вы можете представить это как шлюз или ворота принятия решения, которые открываются, если какой-либо из указанных входных сигналов указывает на истинное состояние. Например, в простом сценарии с двумя входами, A и B, выход логического элемента ИЛИ будет истинным, если либо A, либо B (или оба) истинны. Эта функция обычно используется в схемах для моделирования сценариев, в которых несколько условий могут привести к одному результату, обеспечивая надежность систем, реагирующих на различные входные комбинации.

Исключающее ИЛИ (XOR)

Логическая функция «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» является фундаментальной операцией в цифровой логике. Выходной сигнал истинен, если только один из входных данных истинен. Другими словами, вывод истинен, если входные данные различны; если оба одинаковы, результат будет ложным. Думайте об этом как о воротах, через которые можно пройти только в том случае, если один из входных данных верен, но не оба. Например, если входной сигнал A истинен, а входной B – ложный, или если входной сигнал A – ложный, а входной B – истинный, выходной сигнал исключающего ИЛИ будет истинным. Однако, если оба входных значения одинаковы (оба истинны или оба ложны), результат будет ложным. Элементы XOR обычно используются в различных приложениях, включая обнаружение ошибок и обработку сигналов, где необходимо различать входные состояния.

Закрытый SR-FF (Gated SR-FF)

Закрытый триггер установки-сброса можно сравнить с комнатой с двумя кнопками на стене: одна для включения света (кнопка установки) и другая для его выключения (кнопка сброса). Однако в этой комнате у двери также есть уникальный переключатель (переключатель ворот). Когда переключатель ворот включен, нажатие кнопки установки или сброса немедленно влияет на освещение. Но если переключатель ворот выключен, кнопки установки и сброса не будут влиять на освещение, пока переключатель ворот не будет включен снова.

Такое расположение позволяет точно контролировать, когда вступают в силу действия по установке и сбросу, добавляя гибкость в управление состоянием освещения. В цифровых схемах эта концепция используется для контроля выполнения определенных операций, обеспечивая точное время и координацию действий.

Примеры применения датчиков логических функций

Мониторинг окружающей среды в чистых помещениях. Поддержание оптимального качества продукции и предотвращение загрязнения имеют решающее значение в условиях чистых помещений. Датчики, оснащенные функциями обнаружения температуры и пыли, можно использовать с функцией ИЛИ для подачи сигнала тревоги, если температура превышает заданный порог или уровень пыли превышает определенный предел. Такой подход обеспечивает быстрое уведомление о потенциальных опасностях для окружающей среды, позволяя своевременно принимать меры для поддержания целостности контролируемой среды и соблюдения стандартов качества.

Автоматизированная проверка. Поддержание качества деталей важно в автоматизированном производстве, чтобы соответствовать отраслевым стандартам. Датчики с возможностью обнаружения температуры и визуального контроля могут иметь жизненно важное значение для обнаружения дефектов. Используя функцию ИЛИ, эти датчики могут инициировать оповещения, если температура детали превышает заранее заданный порог, вызывая деформации, или если во время проверки обнаруживаются визуальные аномалии.

Совместное использование ПЛК и датчиков логических функций

Сочетание ПЛК и датчиков со встроенными логическими функциями может быть вполне эффективным. Эти датчики помогают уменьшить сложность проводки ПЛК, упрощая настройку и сводя к минимуму потенциальные точки отказа. Кроме того, поскольку базовую обработку входных данных выполняют датчики, рабочая нагрузка на ПЛК снижается, что позволяет программистам сосредоточиться на более сложных задачах. Кроме того, в условиях ограниченного пространства компактный размер этих встроенных датчиков может оказаться полезным, если у вас нет места для двух датчиков.

Автоматизация управления заключается в использовании сильных сторон каждого компонента для создания надежной системы автоматизации, отвечающей конкретным требованиям проекта.

Комментарий МЗТА

В настоящее время датчики со встроенными логическими функциями на промышленных объектах используются не так часто. Обычно их применяют совместно с программируемыми логическими контроллерами, либо в системах обеспечения безопасности, либо в задачах, требующих высокой скорости обработки данных, где задержка на передачу данных в ПЛК может быть критической.

Чаще всего такие датчики используются на небольших локальных объектах или в бытовых условиях, где применение промышленных ПЛК экономически нецелесообразно и достаточно простых функций программируемого реле. Также эти датчики можно использовать автономно для расширения функционала установки, когда нет возможности изменить существующую программу ПЛК.