Предлагаем два видео с описанием применения программируемых логических контроллеров (ПЛК) и программного обеспечения SCADA в проектах автоматизации инженерных систем и производственных процессов.
Автоматизация инженерных систем
Первое видео посвящено цифровому решению «Автоматизация инженерных систем зданий с использованием свободно программируемых контроллеров (ПЛК) и программного обеспечения SCADA».
В ролике рассматриваются варианты построения АСУ ТП на примере автоматизации вентиляционной установки, системы отопления и технологической линии пищевого производства с применением ПЛК, модулей расширения, панели HMI (человеко-машинного интерфейса) и ПО автоматизации и диспетчеризации.
На демонстрационном стенде показывается топология сетей, используемое оборудование, разбираются режимы работы систем, имитируются возможные отказы и реагирование на них со стороны диспетчера автоматизированной системы управления.
В качестве продуктов автоматизации выбрано оборудование и программное обеспечение разработанное Московского завода тепловой автоматики (МЗТА), в честности ПЛК серии КОМЕГА Basic и КОНТАР, а также ПО диспетчеризации SuperSCADA
Реализация проектов АСУ ТП
Второй ролик касается методики реализации проектов автоматизации инженерных систем с использованием программируемых логических контроллеров (ПЛК) и ПО SCADA.
В видео рассматриваются подходы, применяемые разработчиками проектов автоматизации инженерных систем и техпроцессов:
Сферы применения автоматизированных систем: тепло- и водоснабжение, вентиляция, кондиционирование, электроснабжение, производственные техпроцессы и иные сферы АСУ ТП.
Экономическая эффективность отечественных систем автоматизации на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и ПО SCADA.
Стоимость решения и время окупаемости проектов на базе российских разработок, в частности Московского завода тепловой автоматики (МЗТА).
Этапы реализации проекта: выявление потребности заказчика, пред-проектное обследование, согласование и разработка технического задания, предоставление ТЭО и коммерческого предложения.
Примеры реализации проектов в рамках импортозамещения.
Рынок аппаратных средств автоматизации постоянно растет и в этой связи представляют интерес данные по объему и тенденциям рынка программируемых логических контроллеров (ПЛК), опубликованных в отчете аналитического агентства Mordor Intelligence.
Объем рынка ПЛК
Объем рынка ПЛК оценивается в $12,83 млрд в 2024 году и, как ожидается, достигнет $15,07 млрд к 2029 году при среднегодовом темпе роста в 4,23%.
Факторы, влияющие на рост рынка ПЛК
Простои оборудования существенно снижают эффективность производства – на их долю приходится от 5 до 20% всех потерь. Применение ПЛК позволяет выявлять и исправлять ошибки техпроцессов и обеспечить быструю реакцию по устранению простоев даже без вмешательства человека, что в итоге гарантирует устойчивое развитие рынка ПЛК.
Предприятия давно осознали надежность процессов с использованием контроллеров и долгосрочную прибыль, которые можно извлечь, используя АСУТП. Контроллеры помогают управлять роботизированными устройствами на сборочных линиях, в упаковке и любых других операциях, требующих надежного соблюдения алгоритмов, простого программирования и диагностики ошибок. Масштабируемость, больший объем памяти, малые размеры, скоростной (гигабитный) Ethernet и беспроводная связь входят в число возможностей ПЛК, которая позволяет им оставаться лучшим выбором для приложений промышленной автоматизации. Таким образом растущее проникновение автоматизации в промышленном секторе будет и дальше способствовать росту рынка ПЛК.
Из-за запроса потребителей в персонализированных продуктах, отрасли переходят от модели массового производства к индивидуальному. ПЛК традиционно широко используются в процессах, которые редко меняются. Однако растущая потребность предприятий в подстройке своих продуктов к запросам конечных потребителей сделала производственные процессы более сложными и приводит к частой перенастройке оборудования. Всё это побуждает производителей инвестировать и внедрять более гибкие системы, такие как контроллеры на базе ПК и облачных технологий, а не применение традиционных ПЛК, что затрудняет рост данного рынка.
Макроэкономические и политические факторы, региональные войны и конфликты играют решающую роль в изменениях темпа роста промышленности, поскольку они влияют на объем инвестиций и возможности по расширению промышленного сектора. В этой связи рынок ПЛК существенно зависит от геополитического состояния того или иного региона.
Тенденции рынка ПЛК
Ожидается, что автомобильная промышленность станет самой быстрорастущей отраслью для пользователей ПЛК.
Исторически ПЛК использовались в качестве замены реле в автомобилестроении и позволили заводам работать быстрее и надежнее. Автоматизированные процессы уменьшили возникновение узких мест, что снизило эксплуатационные расходы и продолжительность производственных процессов.
В мире растет спрос на автомобили – по данным Scotiabank, мировые продажи автомобилей вышли на отметку 69,9 миллионов в 2023 году и, как ожидается, в ближайшие годы будут еще больше.
Автомобильные компании интегрируют всё более новые технологии для повышения производительности. Например, компания ATS Applied Tech Systems Ltd разработала систему отслеживания качества подушек безопасности с использованием ПЛК InTrack, InTouch и GE-Fanuc с тем, чтобы гарантировать полную защиту от ошибок. Используя настройки системы при обнаружении неисправности можно отследить, как происхождение подушки безопасности, так и состояние оборудования на момент производства, причем с использованием архивов с глубиной просмотра данных за 10-летний период.
Автоматизация значительно повысила эффективность сборки. Наблюдается увеличение производства автомобилей во всем мире при одновременном сокращении затрат, что открывает в этом секторе путь к росту умных заводов. Роботы более гибкие, эффективные, точные и надежные в применении именно к этой отрасли. В результате автомобильная промышленность остается одним из наиболее значительных потребителей ПЛК.
Ожидается, что развитие парка автономных автомобилей и постоянно растущая доля электрификации всех транспортных средств окажут существенное влияние на рост рынка автоматики, поскольку на электротранспорте обычно используется большое количество электронных блоков и блоков управления, в которых ПЛК играют решающую роль.
Мировые продажи автомобилей в 2019-2023 годах, в $ млрд
Ожидается, что в Азиатско-Тихоокеанском регионе будет наблюдаться ускоренный рост рынка ПЛК.
За последние несколько десятилетий в Азиатско-Тихоокеанском регионе виден значительный рост в различных секторах экономики, включая автомобильную отрасль, обрабатывающую промышленность и другие производства. Ожидается, что в течение прогнозируемого периода рост рынка ПЛК продолжится. Например, производственный сектор составляет значительную часть экономики Китая, которая переживает быструю трансформацию в связи с ростом в мире Интернета вещей и расширением Индустрии 4.0 в целом. Эта масштабная конверсия вывела страну на одну из лидирующих позиций на рынке ПЛК.
Индию стимулирует рост технологий роботизированной автоматизации (RPA – Robotic Process Aautomation) и искусственного интеллекта. По данным RPA Automation Anywhere, в настоящее время Индия в этом секторе является вторым по величине источником формирования доходов после США. Глобальные центры энергетических компаний, поставщики услуг и промышленные предприятия являются наиболее значимыми заказчиками индийского рынка. Сектор промышленной автоматизации Индии был преобразован за счет интеграции цифровых и физических производственных компонентов. Акцент на безотходном производстве и росте стартапов также способствовал росту рынка ПЛК.
Япония занимает наибольшую долю рынка в индустрии производства роботов. Согласно отчету международной федерации робототехники (IFR) за март 2022 года, Япония является крупнейшим в мире производителем промышленных роботов, осуществляя 45% поставок во всем мире. Ожидается, что это повысит спрос на автоматизацию и повлечет развитие ПЛК в этом регионе.
Другие страны Азиатско-Тихоокеанского региона, включая Южную Корею, Сингапур, Индонезию, Австралию, Таиланд и Малайзию, благодаря доступности сырья и более низким ценам на землю постепенно превращаются в крупные промышленные центры, создавая альтернативу Китаю. Ожидается, что эта тенденция также будет способствовать росту рынка ПЛК в данном регионе.
Совокупный среднегодовой темп роста рынка ПЛК по регионам (Market CAGR)
Производители ПЛК
Рынок программируемых логических контроллеров относительно умеренно фрагментирован, на нем присутствуют такие крупные игроки, как ABB Ltd, Mitsubishi Electric Corporation, Schneider Electric SE, Rockwell Automation Inc и Siemens AG. Данные компании используют такие стратегии, как партнерство, слияния и поглощения с тем, чтобы улучшить предложение своих продуктов и получить конкурентное преимущество.
Лидеры рынка ПЛК и концентрация производства
ABB Ltd.
Mitsubishi Electric Corporation
Schneider Electric SE
Rockwell Automation, Inc.
Siemens AG
Некоторые события, произошедшие за последние два года на рынке ПЛК
Siemens выпустила полноценный виртуальный программируемый логический контроллер – Simatic S7-1500V, который расширяет существующее портфолио Simatic в соответствии с особыми требованиями рынка, включая виртуальный хостинг вычислений ПЛК. По данным компании, Simatic S7-1500V является частью Industrial Operations X, в рамках которой производитель уделяет особое внимание интеграции в среду автоматизации ИТ возможностей и программного обеспечения.
Arduino анонсировала свой первый микро-ПЛК Opta – устройство, разработанное в сотрудничестве с Finder с учетом промышленного Интернета вещей (IIoT). Оно использует двухъядерный микроконтроллер STMicro STM32H747XI, который содержит ядро Arm Cortex-M7 и ядро Cortex-M4 с меньшим энергопотреблением, а также блок распределенных вычислений с плавающей запятой, ускоритель Chrom-ART, аппаратный ускоритель JPEG, флэш-память 2 МБ.
Omron создала ПЛК CP2E Micro для компактного оборудования с поддержкой межмашинной связи. CP2E – одно из решений для серийного производства, где важны эффективность затрат, гибкая настройка и мониторинг оборудования.
В портфолио продуктов Toshiba появились программируемые логические контроллеры, созданные в партнерстве с дистрибьютором электронных компонентов Farnell. Данное сотрудничество позволяет распространить решения Toshiba для автомобилестроения, Интернета вещей (IoT), управления движением, телекоммуникаций, сетевого оборудования, производства потребительских товаров и бытовой техники и многих других отраслей и производств.
Emerson Electric Co. объявила о выпуске программируемых контроллеров автоматизации PACSystem RSTi-EP CPE 200. Компактные PAC помогут OEM-производителям удовлетворить потребности клиентов за счет снижения требований к специалистам в области разработки ПО. Контроллеры CPE 200 предлагают все возможности ПЛК, но в небольшом и экономичном форм-факторе, готовом к использованию в сфере IIoT – таким образом производителям оборудования не придется жертвовать производительностью ради цены.
Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики
Приводим материал Стивена Гейтса (Stephen Gates), который на страницах портала Myplctraining доходчиво рассказал о принципах работы программируемых логических контроллеров. Благодарим за популяризацию темы автоматизации в целом и ПЛК, в частности и знакомим вас с переводом статьи.
Введение
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) – это небольшие промышленные компьютеры с модульными компонентами, предназначенные для автоматизации процессов управления. ПЛК часто используются на заводах и иных объектах для управления двигателями, насосами, освещением, вентиляторами, автоматическими выключателями и другим оборудованием.
История ПЛК
Промышленная автоматизация началась задолго до появления ПЛК. В первой половине XX века автоматизация обычно осуществлялась с использованием сложных электромеханических релейных схем. Однако количество реле и проводов, и соответственно занимаемого ими места было слишком большим. Например, для автоматизации даже простого производственного процесса могут потребоваться тысячи реле! А если в логической схеме нужно было что-то изменить, то это вызывало серьезные проблемы.
Примечание. На базовом уровне электромеханические реле функционируют путем магнитного размыкания или замыкания электрических контактов при подаче напряжения на катушку реле. Эти устройства не вышли из обихода и до сих пор играют важную роль в промышленной автоматизации.
В 1968 году появился первый программируемый логический контроллер, который на промышленных предприятиях заменил сложные релейные схемы. ПЛК был разработан таким образом, чтобы его могли легко программировать инженеры и технические специалисты, уже знакомые с логикой реле и схемами управления. Поэтому с самого начала ПЛК можно было программировать с использованием релейной логики, которая была разработана для имитации схем цепей управления. Релейная логика или лестничные диаграммы выглядят как схемы управления, в которых поток энергии течет слева направо через закрытые контакты для подачи питания на катушку реле.
Пример языка релейной логики – LD (Ladder diagram)
Как видите, релейная логика выглядит как простая схема управления, где источники входного сигнала, такие как переключатели, кнопки, датчики и т. д., показаны слева, а источники вывода – справа. Возможность программирования сложных автоматизированных процессов с помощью интуитивно понятного интерфейса, такого как релейная логика, значительно упростила переход от релейной логики к ПЛК. И хотя первые ПЛК были очень ограничены в возможностях, в объеме памяти и скорости, с годами они значительно улучшили свои характеристики. В результате ПЛК помогли упростить проектирование и внедрение промышленной автоматизации.
Как работают ПЛК?
ПЛК можно охарактеризовать как небольшие промышленные компьютеры с модульными компонентами, предназначенными для автоматизации процессов управления. Контроллеры присутствуют практически во всей современной промышленной автоматизации. ПЛК состоит из множества компонентов, но большинство из них можно отнести к следующим трем укрупненным категориям:
Процессор
Входы
Выходы
Попробуем описать функцию ПЛК простыми словами. ПЛК принимает входные данные, выполняет логические операции на основе входных значений ЦП (центральный процессор), а затем включает или выключает выходы на основе этой логики. Позже мы углубимся в подробности, а сейчас подумайте об этом так:
ЦП контролирует состояние входов (например, включение, выключение датчика приближения, открытия клапана на 40 % и т. д.).
ЦП принимает информацию, которую он получает от входов и выполняет логические операции.
ЦП устанавливает значения выходов (например, выключение двигателя, открытие клапана и т. д.).
Блок-схема функций ПЛК
Процессор (ЦП), входы и выходы – эти три компонента работают вместе с тем, чтобы принимать входные данные, выполнять логику на входах, а затем активировать/деактивировать выходы.
Воспользуемся примером с тем, чтобы проиллюстрировать, как работают ПЛК. Рассмотрим работу посудомоечных машин, которые оснащены микропроцессорами, аналогичными ПЛК. У посудомоечной машины есть входы, выходы и, конечно же, процессор. Входами контроллера посудомоечной машины могут быть кнопки на передней панели, датчики воды и выключатель загрузочной дверцы. Выходы посудомоечной машины – это водяные клапаны, нагревательные элементы и насосы. Как посудомоечная машина использует эти компоненты:
Пользователь нажимает кнопку режима цикла (вход обнаружен)
Нагревательный элемент включается для нагрева воздуха внутри посудомоечной машины и сушки посуды (выход активирован)
ЦП ждет пока не будет достигнута необходимая внутренняя температура (вход активирован)
ЦП начинает отсчет времени (логический таймер активирован)
Нагревательный элемент выключен (выход активирован/деактивирован)
Схема управления посудомоечной машиной
Дискретный и аналоговый ввод/вывод
Входы и выходы часто обозначаются термином «I/O». В приведенном выше примере с посудомоечной машиной мы рассматривали каждый вход и выход как дискретный или цифровой сигнал.
Дискретные сигналы – это сигналы, которые могут характеризовать только состояние включено или выключено. Это самый простой и распространенный тип ввода-вывода. В нашем примере мы не использовали аналоговый ввод-вывод. Хотя в системе управления посудомоечной машиной может использоваться аналоговый ввод-вывод. Пример: при использовании аналоговых сигналов вместо включения/выключения или открытия/закрытия вы можете оперировать такими данными, как 0 – 100 %, 4 – 20 мА, 0 – 100 градусов Цельсия или что-то еще, что вы измеряете и берете в качестве входного сигнала и управляющего сигнала – в качестве выходного сигнала.
Процессор ПЛК – логика
ЦП является домом для логики ПЛК, памяти и коммуникаций. ЦП – это место, где хранится созданная разработчиком программа автоматизации.
На примере посудомоечной машины мы рассмотрели, как может выглядеть логика программы. Она обнаруживает различные состояния входа и активирует/деактивирует действия выхода. Логику ЦП ПЛК можно также сравнить с мозгом, который принимает входные сигналы (зрение, ощущение, обоняние, вкус, звук) и производит выходные действия (идти, тянуть, брать, говорить и т. д.).
Примечание. Традиционно ПЛК программируются исключительно с использованием релейной логики (LD). Большинство новых программируемых контроллеров автоматизации – PAC (описание ПАК дано чуть ниже) также позволяют программировать на других языках, таких как структурированный текст (ST), последовательная функциональная схема (SFC), функциональная блок-схема (FBD) и список инструкций (IL). Международная электротехническая комиссия (IEC) включила эти пять языков программирования в стандарт IEC 61131-3.
Память ПЛК
Память процессора обычно находится в ЦП, и в ней временно или постоянно хранятся данные и программы ПЛК. Это похоже на память компьютера (ОЗУ или ПЗУ).
Коммуникации ПЛК
Связь, осуществляемая центральным процессором, обычно включает в себя одно или несколько действий:
Связь через последовательный порт или порт USB модуля ЦП с компьютером программиста;
Связь с модулями ввода-вывода (I/O) через объединительную плату шасси;
Связь с другими ПЛК и другими устройствами промышленной автоматизации через Ethernet и другие типы сетей.
Продолжая аналогию с человеческим мозгом, связь ПЛК можно сравнить связью мозга с различными частями тела (глазами, носом, руками, ноги и т. д.) и общение с другими людьми. Давайте воспользуемся примером. Логика нашего мозга может выглядеть примерно так:
Мозг получает от глаз информацию о том, что, допустим на полу лежит мешающая проходу коробка.
Мозг принимает логические решения относительно того, почему коробку следует взять в руки и переместить.
Мозг приказывает ногам согнуться, рукам – дотянуться, взять коробку и убрать ее с дороги.
Хотя человеческий мозг намного сложнее, мощнее и гибче, чем ПЛК, тем не менее можно увидеть сходство между ПЛК и системой управления человека. Обратите внимание, как ПЛК можно запрограммировать для работы с механическим оборудованием для выполнения многих задач, которые в противном случае пришлось бы выполнять людям вручную.
Ввод-вывод ПЛК
Ввод-вывод – это часть ПЛК, которая соединяет мозг (ЦП), с внешним миром, механизмами и машинами. В системе ПЛК обычно имеются выделенные модули для входов и модули для выходов. Модуль входа определяет состояние входных сигналов, таких как кнопки, переключатели, датчики температуры и т. д. Модуль вывода управляет такими устройствами, как реле, пускатели двигателей, освещение и т. д.
Дискретный ввод/вывод
Наиболее распространенным типом ввода-вывода ПЛК является дискретный ввод-вывод. Иногда дискретный ввод-вывод называют цифровым вводом-выводом. Концепция проста: дискретный ввод-вывод – это сигналы, которые либо включены, либо выключены. Некоторыми примерами устройств дискретного ввода могут быть такие вещи, как выключатели света, кнопки и бесконтактные переключатели.
Примерами устройств дискретного вывода являются фонари, реле и пускатели двигателей. В нашем примере с посудомоечной машиной некоторые из дискретных входов – это кнопка запуска, выключатель дверцы и переключатель уровня воды. Некоторыми из дискретных выходов могут быть клапан наполнения воды, клапан слива воды и нагревательный элемент.
Примерами дискретных входов для ПЛК могут быть разомкнутые или замкнутые автоматические выключатели, генераторы, датчик положения конвейерной ленты или датчик уровня воды в резервуаре. Дискретные выходы могут отвечать за включение или размыкание автоматических выключателей, запуск или остановку генераторов, открытие или закрытие водяных клапанов или включение и выключение сигнальных ламп.
Дискретный ввод-вывод всегда либо включен, либо выключен. Между ними нет никакого промежутка. Благодаря этому дискретные сигналы легко обрабатывать на компьютере или ПЛК. Другие способы описания дискретного сигнала: он либо истинен, либо ложен, 1 или 0, открыт или закрыт.
Аналоговый ввод/вывод
Другой распространенной формой ввода-вывода ПЛК является аналоговый ввод-вывод. Например, аналоговый сигнал может создавать напряжение в диапазоне 0 – 10 В постоянного тока, допустим 2, 3 или 8,25 вольт. В мире ПЛК модули аналогового ввода обычно измеряют аналоговые входы в одном из следующих диапазонов: от -10 до 10 В постоянного тока, 0 – 10 В постоянного тока, от 1 до 5 В постоянного тока, 0 – 1 мА или 4 – 20 мА. По сути, модуль аналогового ввода измеряет либо напряжение, либо ток. Существуют и другие типы аналоговых сигналов, но перечисленные выше, безусловно, наиболее распространены.
Аналоговый сигнал, с которым большинство из нас знакомо – это регулятор освещенности. Когда вы поворачиваете регулятор или ползунок диммера, свет становится либо ярче, либо тусклее. Так же и аналоговый входной сигнал в ПЛК может увеличиваться или уменьшаться с очень небольшими приращениями, и ПЛК схожим образом формирует аналоговый выходной сигнал.
Реальные примеры аналоговых входов в промышленной среде: датчики температуры двигателя (RTD, термопары и т. д.), датчики давления масла, весы. Датчик температуры может, например, работать в диапазоне температур от -50 до 150 градусов Цельсия, что соответствует току 4 – 20 мА. Весы могут работать в диапазоне от 0 до 500 кг, соответствующий напряжению от 0 до 10 В. И так далее. Аналоговые выходы можно использовать для управления выходной мощностью генератора, положением стрелки аналогового измерителя давления и многого другого. Аналоговый выход 0 – 3 В постоянного тока можно использовать для управления генератором мощностью 0 – 2000 кВт, а аналоговый выход 4 – 20 мА – для управления датчиком температуры от -30 до 100 градусов Цельсия.
ПЛК и ПАК
Вероятно, вы слышали о программируемом контроллере автоматизации – ПАК (Programmable Automation Controller – PAC). Этот термин был впервые придуман исследовательской фирмой ARC в 2001 году, чтобы отличить обычные ПЛК (programmable logic controller – PLC) от появившихся на рынке новых, более мощных и гибких контроллеров. Существуют разногласия по поводу различий в определениях между PAC и PLC, и часто эти термины используются в отрасли как синонимы и взаимозаменяемые. PAC вероятно являются лучшим выбором, если только система не очень проста и минимизация стоимости проекта не является жизненно важной. Современный пользовательский интерфейс, дополнительная мощность и память большинства PAC делают их превосходящими большинство ПЛК.
Промышленные коммуникации
Необходимо рассказать также и о данных ввода-вывода, которые можно передавать или получать от других контроллеров и устройств через промышленные протоколы связи. Существует множество протоколов промышленной связи: Modbus, DNP, BACnet, ControlNet, EtherNet/IP и многие другие. Одним из старейших протоколов промышленной связи является Modbus. Modbus до сих пор широко используется во многих устройствах и ПЛК из-за своей простоты и широкого распространения.
Modbus – это протокол типа «главный-подчиненный», в котором одно устройство является главным, а все остальные устройства в сети Modbus – подчиненными. Ведущее устройство Modbus может считывать данные с устройства или записывать на него в зависимости от возможностей ведомого устройства.
Как это связано с вводом-выводом ПЛК? Многие устройства, такие как ПЛК, цифровые счетчики, системы SCADA, частотно-регулируемые приводы и контроллеры генераторных установок, были разработаны с внутренней картой данных точек входа и выхода. Разработчик устройства решает, как распределяются данные. Например, данные Modbus поступают в систему ПЛК/ПАК с измерителей мощности с тем, чтобы узнать мощность в киловаттах, напряжение, силу тока и т. д. в цепи или генераторе. В этом случае ПЛК действует как ведущее устройство Modbus, а измеритель мощности – ведомое. Каждый производитель устройства упорядочивает данные в карте Modbus своего устройства по-разному, но протокол связи остается тем же.
Ведущие устройства также могут записывать данные на ведомые устройства. Например, ПЛК можно настроить как ведущее устройство Modbus, которое записывает данные для запуска, остановки или изменения скорости частотно-регулируемого привода (ЧРП).
Таким образом вы можете не только подключать входы и выходы к вашему ПЛК, но также считывать входные данные и записывать выходные данные на устройства через Modbus и другие протоколы промышленной связи. Эта универсальность позволяет большинству ПЛК/ПАК взаимодействовать практически с любым устройством в промышленной среде.
Релейная логика ПЛК
Программирование ПЛК отличается от обычного компьютерного программирования, хотя бы потому, что для автоматизации промышленного оборудования в ПЛК используется язык графического программирования под названием Ladder Logic. Этот же раздел посвящен программированию ПЛК с помощью релейной логики.
Релейная логика была разработана с тем, чтобы сделать интуитивно понятным программирование ПЛК, которые заменили большую часть аппаратной релейной логики, используемой в промышленных средах. Логика управления реле отображалась на рисунках, обычно называемых релейными или «лестничными» диаграммами.
Следует отметить, что, поскольку ПАК (PAC) включает в себя другие языки, такие как ST, FBD, SFC и IL, релейная логика – не единственный язык, который люди используют для ПЛК. Тем не менее, он по-прежнему довольно популярен. Одним из больших преимуществ релейной логики является простота устранения неполадок в логике.
Поскольку язык основан на визуальном представлении, то удается относительно легко определять, где в цепочке/схеме могут быть неточности в логике. Кроме того, благодаря своему сходству со схемами релейного управления, релейная логика дает электрикам, инженерам и техническим специалистам преимущество, заключающееся в возможности легкого перехода между программируемой релейной логикой и проводными цепными схемами.
Краткий материал с описанием "Что такое ПЛК?" опубликован в рубрике "Автоматизация" ранее, с ним вы можете ознакомиться по ссылке.
У нас новая игра: нужно расставлять по городу вышки связи так, чтобы у всех жителей был мобильный интернет. И это не так просто, как кажется. Справитесь — награда в профиль ваша. Ну что, попробуете?
Протоколы связи являются важной частью ПО автоматизации. В настоящее время даже простые датчики имеют встроенные коммуникационные порты для обмена данными, не говоря уже о ПЛК. В этой связи стоит рассмотреть два старейших, но до сих пор широко используемых протокола связи – Modbus и Profibus. Оба звучат одинаково, но имеют свои особенности. В чем между ними разница? Отвечает на этот вопрос статья на портале InstrumentationTools.
Что такое Modbus?
Modbus – это протокол связи, разработанный компанией Schneider Electric, ранее известной как Modicon. Вот почему он называется Modbus. Modbus передает данные по последовательной линии, в которой используются аппаратные интерфейсы, такие как RS-232, Ethernet и RS-485.
Последовательная линия связи означает, что одновременно передается и принимается только один бит. Не допускается одновременная передача нескольких битов. Таким образом, последовательная связь немного медленнее параллельной.
Modbus имеет два формата – RTU и ASCII. RTU используется в двоичном формате, тогда как ASCII использует в текстовый формат ASCII. Modbus – это открытый протокол, то есть любой поставщик может использовать его, встроив в соответствующее программное обеспечение.
Modbus работает в формате ведущий-ведомый. Это означает, что есть одно ведущее устройство, которое запрашивает данные от других ведомых устройств. Подчиненные устройства отвечают и обмениваются данными с ведущим.
В стандартной сети Modbus может быть максимум 247 подчиненных устройств. Бит отправляется и принимается в виде напряжения. Нулевой бит означает +5 В, а единичный бит означает -5 В. Modbus идентифицируется по таким данным, как адреса регистров катушек, код функции, идентификатор устройства и тип чтения/записи.
Кроме того, одной из основных функций, связанных с данными Modbus, является CRC (cyclic redundancy code – циклический избыточный код). Два байта добавляются в конце каждого сообщения Modbus для обнаружения ошибок.
Что такое Profibus?
Profibus означает Process (Pro) Field (Fi) Bus и был разработан Siemens. Profibus можно назвать расширением протокола Modbus, и он более продвинут. Profibus существует в двух модификациях: Profibus DP (Decentralized Peripherals – децентрализованная периферия) для автоматизации машин и Profibus PA (Process Automation – автоматизация процессов) для автоматизации процессов. В них встроены дополнительные функции в соответствии с требованиями приложения. Это позволяет программистам использовать протоколы в соответствии с их задачами. Но, в отличие от Modbus, который работает на трех разных аппаратных уровнях, этот протокол работает только в RS-485.
Единственное, что отличает Profibus – это режим с несколькими мастерами, в то время как Modbus позволяет использовать только одного мастера. Это возможно за счет дополнительного протокола Token Ring в нем. Каждый мастер проходит последовательность запуска при холодном или теплом старте.
Подчиненные устройства ждут, пока мастер запросит данные, и если они не получат ни одного запроса в течение определенного периода времени, он перейдет в спящий режим. В этом случае мастеру необходимо снова пройти этап запуска и инициировать связь. Это означает, что все ведущие и ведомые устройства доступны в сети для корректной связи. Однако режим с несколькими ведущими устройствами доступен только в системе Profibus PA.
Разница между Modbus и Profibus
Modbus – это открытый протокол, тогда как Profibus таковым не является, т.е. никто не может его свободно использовать.
Modbus разработан компанией Schneider Electric, а Profibus – компанией Siemens.
Двумя вариантами Modbus являются Modbus RTU и Modbus ASCII, тогда как двумя вариантами Profibus являются Profibus DP и Profibus PA.
Profibus обеспечивает более скоростную связь, чем Modbus.
Modbus может работать на разных аппаратных уровнях, таких как RS-232, RS-485 и Ethernet, тогда как Profibus может работать только на уровне RS-485.
У Modbus может быть только один Мастер, тогда как у Profibus может быть несколько Мастеров.
С точки зрения программирования Modbus намного проще в использовании, чем Profibus.
Profibus более эффективен и надежен для использования в сложных сетях связи, чем Modbus.
Profibus имеет больше возможностей для диагностики и устранения неисправностей, чем Modbus.
Сравнение Modbus и Profibus
Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики
Никто и никогда так круто не выходил на сцену. Никто и никогда не доносил мысли и не превращал их в слова. Никто и никогда не может написать самые лиричные песни современности без мата, репа и прочей мусорной риторики. Андрей. Если потребуется музыка для слов - а слов без музыки не бывает - просто скажи. Я рад что ты есть. Я помню 2 концерта в перми. И ты меня помнишь.
Для читателей - я очень точно отсмотрел вступление отзвуки и работу оборудования на сцене VK Live. Такого я не видел ни разу. Это сверхкруто сделано и всё по настоящему. Гитарист, барабнщик, Андрей. Это просто сверхкруто. Такого нет даже на марсе!!!!
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) являются основным устройством, с помощью которого производится управление оборудованием дискретного производства. В дискретном производстве происходит переработки материала из заготовки в конечный продукт. Такой техпроцесс требует гибкой настройки оборудования, необходимой для изготовления изделий с индивидуальными требованиями.
Приводим материал журнала Control Engineering, в котором даются базовые знания о применении ПЛК и ПО автоматизации в техпроцессах.
Используемые в производстве промышленные контроллеры фактически являются компьютерами, управляющими электромеханическими устройствами, и осуществляют функции дискретного и непрерывного управления. Однако они отличаются от обычных компьютеров по нескольким важным признакам:
ПЛК имеет физические и электрические входы и выходы (I/O), которые передают в систему информацию и управляют внешними устройствами.
ПЛК обрабатывает и реагирует на информацию в определенных временных интервалах.
ПЛК часто имеет модульное исполнение и расширяется модулями ввода/вывода, сетевыми модулями и модули специального назначения.
ПЛК программируется с использованием нескольких языков, некоторые из которых позволяют изменять программу во время исполнения алгоритма.
Программное и аппаратное обеспечение обычно зависит от платформы производителя и не может использовать разными производителями.
ПЛК отличается повышенной надежностью для использования в промышленной среде.
В отличие от компьютеров, промышленные контроллеры предназначены для работы 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, могут работать в суровых условиях эксплуатации, противостоять вибрации и электромагнитным помехам. Некоторые модели модульных ПЛК показаны на рисунке 1.
Рисунок 1. Модульные ПЛК
Физическое компоновка элементов ПЛК
Блок-схема физического устройства ПЛК показана на рисунке 2. Не все элементы, показанные на этой схеме, присутствуют в каждом ПЛК, но эта схема дает представление о типичной конфигурации программируемого контроллера.
Процессор (ЦП). ЦП содержит операционную систему и обрабатывает всю логику, загруженную в контроллер. Обычно в него встроены часы реального времени. Системная память также тесно связана с процессором.
Память ПЛК. Память ПЛК состоит из операционной системы и встроенного ПО процессора (иногда называемого системной памятью), встроенного ПО модуля (если имеется), а также программы и данных, которые используются программистом. Существуют энергозависимые и энергонезависимые области памяти. Энергозависимой части памяти нужна батарея, «суперконденсатор» или другой перезаряжаемый модуль для хранения программы и/или данных.
Рисунок 2. Схема ПЛК и его компонентов
Хотя программу можно сохранить на флэш-картах или картах SD RAM без использования батареи, скорость обмена данными у них слишком низкая, чтобы использовать ее для фактического взаимодействия программы с ее данными.
При включении ПЛК программа загружается из энергонезависимой карты ОЗУ в пользовательскую память контроллера. Не все платформы ПЛК резервируют пользовательскую память с помощью батареи или другого устройства хранения энергии, данные в памяти могут быть потеряны при отключении питания процессора. Однако некоторые платформы гарантируют, что данные сохранятся даже при отключении питания за счет использования оперативной памяти с батарейным питанием. Это означает, что значения в регистрах данных будут сохранены, и программа запустится в своем последнем состоянии. Некоторые платформы ПЛК назначают отдельные части ОЗУ «сохраняемыми», а другие – несохраняемыми.
Сама операционная система на процессоре хранится в энергонезависимой системной памяти, называемой «прошивкой». Для изменения прошивки необходимо использовать программу или «прошивальщик» для ее загрузки, обычно входящий в ПО для программирования.
Модули ввода/вывода, связи и другие модули также часто имеют встроенное ПО. Инструменты обновления встроенного ПО также могут обновлять и модули, а сами прошивки обычно доступны на веб-сайте производителя. Необходимо иметь программное обеспечение, которое не менее актуально, чем устанавливаемая прошивка.
Оперативная часть памяти в ПЛК может быть разделена на две основные области: память программ и память данных.
Память программ состоит из всех списков инструкций и программного кода. Это то, что отправляется в процессор. Процесс отправки программных инструкций в большинстве ПЛК называется «загрузкой» («download»).
Память данных включает таблицы входных и выходных изображений, а также числовые и логические значения данных. Большая часть данных, используемых в программе ПЛК, находится во внутренней памяти и не связана напрямую с вводом/выводом.
Во время выполнения программы она отслеживает, включены или выключены биты (BOOLS), а также числовые значения в памяти данных. На разных платформах используются разные способы организации этих данных.
Входы и выходы ПЛК (I/O)
Физические вводы/выводы могут быть дискретными, которые либо включены, либо выключены, или аналоговыми сигналами, которые изменяют амплитуду напряжения или тока.
Рисунок 3. Дискретный сигнал
На рисунке 3 показан цифровой (дискретный) сигнал. Типичные уровни сигналов для дискретных входов и выходов составляют 24 В постоянного тока и 120 В переменного тока, но могут быть и другие уровни в зависимости от типа устройства или карты ввода. Помимо обозначения единицы и нуля или включения и выключения, дискретные сигналы могут описываться как истинные или ложные. На рисунке 4 показаны устройства дискретного ввода/вывода.
Рисунок 4. Устройства дискретного ввода/вывода (I/O)
Аналоговые сигналы (рисунок 5) различаются либо по напряжению, либо по току. Диапазоны обычно составляют от 0 до 10 В или от -10 до +10 В постоянного тока или от 0 до 20 мА или от 4 до 20 мА. Электрический сигнал затем преобразуется в число для использования в программе ПЛК. Аналоговые устройства ввода/вывода показаны на рисунке 6.
Рисунок 5. Аналоговый сигнал
Рисунок 6. Аналоговые устройства ввода/вывода
Методы связи ПЛК
Как упоминалось ранее, существует множество методов для связи с ПЛК и их устройствами. Последовательная связь, Ethernet и различные протоколы полевых шин (fieldbus) – это лишь некоторые из них.
Таблица 1. Типы коммуникационных платформ ПЛК
Обратите внимание (Таблица 1), что некоторые из этих протоколов одинаковы для разных производителей, но даже в этом случае они могут не взаимодействовать должным образом без изменения параметров. Последовательный порт и Ethernet являются двумя наиболее распространенными способами подключения к ПЛК, а протоколы полевых шин обычно используются для связи с удаленными или распределенными устройствами ввода/вывода. Ethernet используется для программирования ПЛК и для распределенных устройств, но важно, чтобы связь ввода/вывода была заранее определена.
Данные ПЛК
В зависимости от платформы ПЛК обрабатывают данные по-разному. Старые ПЛК обычно работали либо на основе байтов, либо слов или целых чисел. Это оказало большое влияние на то, как хранилась и использовалась память. Некоторые ПЛК имеют регистры, назначенные для определенных типов данных, то есть битовых, целых или вещественных, тогда как другие бренды могут разделять данные в зависимости от того, являются ли они сохраняемыми или размещают все данные вместе.
При изучении платформы программирования нового ПЛК важно сначала понять, как организована его память. Например, в некоторых старых ПЛК память данных и ввод/вывод занимают одно и то же пространство. Может возникнуть довольно неприятная ситуация, если вы заставите приводы двигаться, намереваясь просто сохранить целое число в регистре.
Таблица 2. Типы структур данных ПЛК
В Таблице 2 показано расположение областей памяти нескольких ПЛК. Первый список - семейства SLC и MicroLogix Allen-Bradley, показывает, что данные разделены на пронумерованные файлы O0, I1, S2…F8. Каждый файл данных можно расширить до 255 слов, но после этого необходимо добавить новые номера файлов, например, N9, B10 и т.д.
В следующей таблице показан Siemens S7. Ввод/вывод назначается во время конфигурации оборудования, а не по номеру слота, как в случае с Allen-Bradley. Общая область памяти «М» имеет фиксированный размер, тогда как блоки памяти или блоки данных (DB) содержат разные типы данных и могут иметь размер до 64 КБ.
Адресация ввода/вывода варьируется от бренда к бренду (Таблица 3). Входы могут быть адресованы как I или X, выходы – как O, Q или Y, а обозначения аналоговых входов/выходов могут использовать совершенно другой формат, чем цифровые. Некоторые бренды обозначают ввод/вывод на основе номера слота, которому назначается карта при настройке оборудования и это невозможно изменить. На других платформах, есть местоположение по умолчанию, где входы/выходы назначаются во время конфигурации, но это может быть изменено программистом. Адресация также может быть восьмеричной, десятичной или даже шестнадцатеричной.
Таблица 3. Примеры адресации ввода/вывода ПЛК
Просмотр типов данных: программное обеспечение ПЛК позволяет пользователю просматривать числа во многих перечисленных здесь форматах, устраняя необходимость в калькуляторе. Не всегда может быть понятно, в каком формате просматриваются данные, но часто присутствуют обозначения. Могут использоваться целое число со знаком (десятичное или по основанию 10) и не иметь указателя. Однако шестнадцатеричное число будет иметь префикс W#16, указывающий на основание 16. REAL будет иметь десятичную точку или выражаться экспонентой, тогда как двоичное представление может иметь префикс или выглядеть как строка из единиц и нулей.
Точечные поля и разделители. если обозначен один бит целого числа, его можно отобразить с помощью разделителя, например, косой чертой или точкой (N7:5/3 или Q3.2). Поля с точками также часто используются для обозначения элемента сложного типа данных, например, таймера (Timer1.ACC обозначает накопленное значение Таймера №1). Перед запуском программы важно понять, как память адресуется для вашего конкретного ПЛК.
Теги. многие современные платформы ПЛК вообще не используют регистры числовых данных. Вместо этого они позволяют пользователям создавать объекты памяти по мере необходимости в виде текстовых строк. Большинство крупных производителей создают ПЛК с данными на основе тегов. На некоторых платформах теги также называются символами (Symbols), но символ не обязательно является тегом – это может быть просто мнемонический адрес или ярлык для адреса регистра. Имена тэгов загружаются в ПЛК и используются вместо адреса.
Теги обычно создаются в таблице данных по мере необходимости. Вместо числовых адресов, таких как «B3:6/4» или «DB2.DBW14», в качестве ячеек памяти создаются символические имена, такие как «InfeedConv_Start_PB» или «Drive1402.ActualSpeed». При создании тегов необходимо выбрать такие детали, как тип данных (BOOL, Таймер, REAL) и стиль отображения (шестнадцатеричный, десятичный).
Преимущество тегов состоит в том, что они более информативны, чем числовые номера регистров. Кроме того, описания и символы из адресов регистров присутствуют только в компьютере и не загружаются в ПЛК. Программу на основе тегов обычно можно загрузить прямо из ПЛК, поскольку адрес является фактическим местоположением регистра.
Рисунок 7. Пример псевдонимов
Кроме того, те же теги из программы ПЛК можно напрямую использовать в программе человеко-машинного интерфейса (HMI) или диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Это экономит время и избавляет от необходимости сопоставлять адреса ПЛК с тегами HMI. Конечно, адреса ввода/вывода по-прежнему создаются на основе аппаратной конфигурации ПЛК, но производители создали различные способы соединения адресов ввода/вывода с помощью тегов. Один из самых удобных вариантов - платформа ControlLogix, где любой тег или адрес может быть "привязан" к любому другому, и оба отображаются в лестничной логике (Рисунок 7).
Группы данных. в дополнение к «атомарным» или элементарным типам данных, таким как BOOL, Byte, Integer или REAL, описанных в разделе «Данные», можно группировать отдельные элементы в общую структуру.
Массив. массив – это группа схожих типов данных. Например, можно определить массив, содержащий 10 Integer или 50 REAL, или 32 BOOL значений. Типы данных нельзя смешивать в массиве. Сложные типы данных, такие как таймеры, счетчики или пользовательские типы данных (UDT), также могут быть помещены в массив. Обычно массив отображается в квадратных скобках, например, Delay_Tmr[6]. Это обозначает 7-й элемент массива, если массив начинается с 0.
Некоторые платформы позволяют определять многомерные массивы, например, Integer[2,4,5]. Это означает целое число в 5-м слое 4-й строки 2-го столбца.
Элементы, состоящие из более чем одного типа данных, называются структурами. Структура может быть определена программным обеспечением, например, инструкциями или программистом.
Пользовательские типы (UDT). UDT – это группа различных типов данных или структура, например, таймеры и счетчики состоят из двух целых или двойных целых чисел и нескольких битов, объединенных в структурированный тип данных, называемый «таймер» или «счетчик».
UDT можно использовать только с символами или тегами, потому, что UDT не является данными. После определения UDT необходимо создать тег или символ с использованием нового типа данных.
Распространенной причиной создания UDT является описание объекта, более сложного, чем простой элемент данных. Например, преобразователь частоты имеет множество фрагментов данных, которые могут быть связаны с ним. К примеру, двигатель должен запускаться и останавливаться, он имеет различные числовые параметры для описания своего движения, такие как заданная скорость, фактическая скорость, ускорение и замедление. Мы также можем захотеть узнать его статус: произошел ли сбой, и если да, то какой был тип неисправности.
Таблица 4. Пользовательский тип (UDT) слева и тег, созданный на основе UDT (справа)
Слева находится пользовательский тип с именем «Drive», определенный в программном обеспечении, а справа – тег «Drive_5207», созданный на основе пользовательского типа (Таблица 4). Определение не загружается в процессор – его можно изменить только на программирующем устройстве.
Вложенные элементы тега представляют собой пример точечных полей, описанных ранее. Создав UDT, в программу можно добавить множество приводов без лишнего ввода текста. UDT являются важным элементом быстрой разработки кода.
В системах, не основанных на тегах, UDT могут вызвать проблемы, если прокомментированная программа недоступна. Помните: описания и символы без тегов не сохраняются в процессоре. Вот почему трудно восстановить программу Siemens S7, если у вас нет исходного кода – загруженные блоки данных не содержат названий элементов.
ПО автоматизации и конфигурация ПЛК
Первым шагом в запуске новой программы ПЛК является настройка аппаратного обеспечения. Это связано с тем, что разные процессоры имеют разный объем памяти, а адреса ввода/вывода определяются конфигурацией. По мере добавления модулей генерируются новые адреса или теги, которые доступны для выбора в программе. Вы не сможете написать программу, пока не будете знать адреса ввода/вывода и конфигурацию памяти.
Рисунок 8. Конфигурация аппаратного обеспечения ПЛК
Некоторые платформы назначают адреса ввода/вывода по местоположению в стойке (номеру слота), в то время как другие позволяют программисту назначать адреса. Обычно указывается адрес по умолчанию, который можно изменить в свойствах карты, что отображено на рисунке 8. Распределение памяти некоторых производителей может перекрывать область ввода/вывода, поэтому важна тщательная настройка и планирование. Выбор оборудования часто также включает ввод номера оборудования или прошивки для каждого модуля. Если используется стойка (шасси), перед вставкой модуля необходимо выбрать ее размер.
В зависимости от платформы следующим шагом настройки новой программы является настройка областей данных. Новые системы на основе тегов позволяют добавлять теги по одному либо локально, либо глобально, но многие старые платформы требуют, чтобы размер таблицы данных создавался в автономном режиме.
Комментарий МЗТА
В статье говорится, что в ПЛК используется сочетание энергозависимой и энергонезависимой памяти, поэтому для хранения данных требуется резервная батарея. Но сейчас имеются решения, не требующие резервного питания, но и не приводящие к потере информации при отключении питания ПЛК.
Каждая платформа ПЛК организуют данные по-разному, что влияет на использование памяти и методы адресации. Контроллеры МЗТА используют стандартную для контроллеров на базе Codesys 3.5 организацию: сочетание энергозависимой и энергонезависимой памяти и символьную адресацию.
Есть весовой терминал МАССА-К AB(RUEW) с вайфаем, эзернетом и прочими RS-232.
Есть PLC Siemens S-7 300 и S-7 1200 + HMI панель от сименса. Нужно получить в ПЛК текущий вес с терминала и загнать его в панель ЧМИ, точнее загнать его в дата блок и оттуда забрать в панель. Проблема в том, что я не знаю как организовать запрос из плк в весовой терминал и получить их в блок DB на плк.
Управление технологическими процессами производится в весьма широком круге областей, типичными из которых являются: сборка автомобилей, переработка нефти, выработка электроэнергии, а также техпроцессы в пищевой, фармакологической, химической, металлургической, электротехнической промышленности и многих других. Рассмотрим несколько видов техпроцессов и применяемые в них методы автоматизации.
Классификация технологических процессов
Непрерывный технологический процесс – это такой процесс, при котором сырье поступает в начало системы, а готовый продукт соответственно получается в конце, при этом производственный процесс протекает непрерывно. Для таких процессов характерно измерение конечной продукции объемами: тонны, литры, кубометры и т.д. Типичные отрасли, использующие непрерывный техпроцесс это: металлургия, химическая промышленность, нефтепереработка. Но возможно и исключение, когда продукция измеряется в штуках, но сам процесс непрерывный, например, конвейерная сборка двигателей (рисунок 1).
Рис. 1. Непрерывный технологический процесс
Детали монтируются последовательно на конвейере на блок цилиндров, который переходит через ряд станций. Сборка и регулировка осуществляются как автоматизированным, так и ручным способом.
Периодический или Batch-процесс – это такой процесс пакетной обработки, в котором отсутствует поток материала, переходящего от одного участка процесса к другому. Вместо этого определенное количество каждого компонента, получаемых из входных ресурсов, поступает в виде партии в соответствии с рецептурой, а затем над партией выполняются некоторые операция для производства конечного продукта. Примеры продукции, производимой с использованием периодического процесса: продукты питания, напитки, фармацевтика, краски, удобрения и т.п.
На рисунке 2 показан пример периодического процесса. Три ингредиента смешиваются вместе, нагреваются и затем поступают в хранилище готовой продукции. Состав и характеристики каждой партии могут меняться в зависимости от текущего рецепта.
Рис. 2. Периодический или batch-процесс
Дискретный процесс – это процесс, характеризующийся раздельным изготовлением единицы продукции. При таком производственном процессе в результате ряда операций получается полезный продукт на выходе, а сами процессы не являются непрерывными. По своей природе каждый процесс может быть запущен или остановлен индивидуально, либо может выполняться с различной производительностью. Дискретные производственные системы обычно имеют дело с цифровыми входами программируемых логических контроллеров (ПЛК), которые приводят в действие моторы и роботизированные устройства. Деталь обычно представляет собой отдельную заготовку, которая должна обрабатываться индивидуально. Типовые отрасли, использующие дискретный процесс – это выпуск автомобилей или любой другой техники, упаковка и т.д. В таких процессах может использоваться универсальное технологическое оборудование, позволяющее выполнять на одном рабочем месте нескольких видов операций.
Зачастую на предприятии все типы технологических процессов используются одновременно на разных этапах производства (рис. 3)
Рис. 3. Пример применения трех типов технологических процессов в производстве
Управление технологическими процессами
Конфигурации систем управления техпроцессом. Выделяют локальные, централизованные, распределенные системы управления и системы управления процессами. Каждая система использует ПЛК, которые удовлетворяют ряду характеристик по типу и количеству обрабатываемых сигналов, быстродействию и по требованиям эксплуатации.
Локальное (индивидуальное) управление – используется для управления одной машиной или технологической установкой. Этот тип управления обычно не требует связи с другими контроллерами.
На рисунке 4 показано локальное приложение для управления процессом обрезки заготовки по длине. Оператор вводит длину подачи и количество отрезаемых заготовок через интерфейсную панель управления, а затем нажимает кнопку «Пуск» с тем, чтобы запустить процесс. Далее конкретная установка работает независимо от наличия других установок на производстве.
Рис. 4. Локальное управление
Централизованное управление – используется в тех случаях, когда несколько машин или процессов управляются одним центральным контроллером. Схема управления использует единую комплексную систему управления множеством разнообразных производственных процессов и операций, например, транспортировка, визуальный контроль, взвешивание, сортировка и т.д., как показано на рисунке 5.
Рис. 5. Централизованное управление
Основные характеристики централизованного управления можно резюмировать следующим образом:
Каждый отдельный этап производственного процесса обрабатывается контроллером центральной системы управления.
Никакой обмен статусом контроллера или данными с другими контроллерами не осуществляется.
Если главный контроллер выходит из строя, весь процесс останавливается.
Обычно в централизованных системах используется централизованная SCADA для обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте управления.
Распределенная система управления – РСУ (или Distributed Control System DCS) – это сетевая система, включающая в себя два или более ПЛК, взаимодействующих друг с другом для выполнения всех задач управления непрерывным технологическим процессом, как показано на рисунке 6.
Рис. 6. Распределенная система управления – РСУ
Каждый программируемый логический контроллер управляет различными процессами локально, и все ПЛК постоянно обмениваются информацией по каналу связи и сообщают о состоянии процесса. Основные характеристики распределенной системы управления можно описать следующим образом:
Распределенное управление позволяет разделять технологические задачи между несколькими контроллерами.
Каждый ПЛК управляет соответствующей машиной или процессом и для синхронизации задач имеет доступ ко всем данным других ПЛК.
Высокоскоростная связь между компьютерами осуществляется с помощью витой пары проводов CAT-5 или -6, одиночных коаксиальных кабелей, волоконной оптики или сети Ethernet.
Распределенное управление значительно сокращает количество проводов в полевых условиях и повышает производительность, поскольку позволяет разместить ПЛК и ввод-вывод близко к контролируемому процессу машины.
В зависимости от технологического процесса один сбой ПЛК не обязательно приведет к остановке всего процесса (а в идеале и не должен).
DCS контролируется главным компьютером, который может выполнять функции мониторинга/наблюдения, а также формирование отчетов и хранение архивных данных.
Главная особенность РСУ (DCS) – любой ценой не дать незапланированно остановить непрерывный процесс, в связи с чем к ним предъявляются высокие требования по масштабируемости и отказоустойчивости. Они имеют высокую степень интеграции аппаратных средств и программного обеспечения (что подразумевает использование контроллеров и ПО визуализации одного производителя), и предоставляют инструменты, облегчающие процесс разработки систем управления с минимальным влиянием человеческого фактора (обычно до 90% кода контроллеров генерируется из базы данных сигналов и типовых алгоритмов, свойственных данному технологическому процессу). Это сильно отличает их от классических применения ПЛК + SCADA.
Система управления процессами (Process Control System – PCS) или комбинированная распределенно-централизованная система управления – это самый современный тип управления технологическими процессами, возникший благодаря развитию высокоскоростных сетей, используемых в быстро протекающих процессах и недорогой памяти. Данное управление представляет собой объединение принципов РСУ с использованием нескольких современных высокопроизводительных ПЛК, которые стали называть Контроллерами Процесса или Контроллерами Автоматизации (PC/PAC – ПАК) любого производителя и централизованной системой управления ими на общем SCADA-сервере. И если в DCS программа управления может быть разделена между несколькими контроллерами, то в централизованных PCS контроллеры выступают в роли удаленного ввода-вывода с локальными алгоритмами. При этом управляющая программа выполняется или прямо на сервере (что реже) или в общем контроллере верхнего уровня, которая агрегирует информацию с контроллеров нижестоящих уровней и распределяет задания для них. Пример такой системы приведен на рисунке 7.
Рис. 7. Система управления процессами
Сейчас подобные системы еще не нашли отклика в сферах непрерывных техпроцессов, где классически применяют РСУ, но уже активно применяется на предприятиях со смешанными процессами (см. пример на рисунке 3), так как подходят под них наилучшим образом.
Выводы:
Существует несколько видов технологических процессов с разной алгоритмической сложностью и требованиями по взаимодействию с другими системами.
ПО автоматизации должно подстраиваться под различные виды техпроцессов и реализовывать систему управления с учетом экономической целесообразности.
В настоящее время наблюдается рост популярности высокопроизводительных систем управления процессами (PCS), которые фактически становятся универсальными решениями для всех типов техпроцессов.