Материал о модулях и системах, обеспечивающих сетевое соединение, превращая традиционные ПЛК в контроллеры автоматизации (ПАК), опубликованная Дэвидом Петерсоном в журнале Control Automation.
Название ПЛК (PLC) останется надолго, независимо от того, какие возможности содержатся в устройстве, будь то ввод-вывод, сетевое взаимодействие или даже операционная система, он все равно будет называться программируемым логическим контроллером. Сигналы по-прежнему будут обрабатываться совместно с реальными устройствами ввода-вывода; мы просто добавляем новые способы взаимодействия с другим оборудованием и миром в целом. Называйте их как хотите – PLC (Programmable Logic Controller), PAC (Programmable Automation Controller), IPC (Industrial PC) – все это допустимые названия, но ярлык ПЛК (PLC) наверняка будет трудно заменить.
Добавление усовершенствованных коммуникационных модулей в систему является последним строительным блоком современной системы ПЛК.
Системы связи в ПЛК
Как и в случае со многими функциями внутри ПЛК, мы можем обнаружить системы связи, встроенные непосредственно в модуль центрального процессора (ЦП) или установить дополнительные модули для расширения системы и повышения ее гибкости.
Интерфейс программирования
В некоторых ПЛК необходимо сразу же различать программирование и сетевое взаимодействие. Иногда это достигается через один и тот же порт интерфейса, так что разницы на самом деле нет. Однако выделенный порт программирования обычно появляется одним из двух способов.
USB-порт (обычно тип B, mini, micro или тип C) – это соединение типа «точка-точка», используемое исключительно в ПЛК для загрузки и выгрузки программ на хост-компьютер IDE (Integrated Drive Electronics). Несмотря на исключительную простоту и надежность, он требует, чтобы компьютер физически находился вблизи шкафа управления, если вам когда-либо понадобится редактировать или контролировать ПЛК.
Этот процессор ПЛК имеет микро-USB для программирования и множество других сетевых интерфейсов
Альтернативой, и часто на немного более старом оборудовании, является 9-контактный последовательный интерфейс DB9. Мы не можем сразу сказать, что он отвечает за процесс программирования, поскольку этот порт также несет общий интерфейс RS-232 для систем связи, таких как Modbus. Однако, поскольку это также интерфейс точка-точка, он не встречается в больших сетях. Разновидностью разъема DB9 является 6-контактный RJ11, как узкая версия разъема CAT5/6.
Встроенный сетевой интерфейс
«Встроенный» – это термин, который мы используем, когда что-то встроено прямо в вычислительный блок устройства, в данном случае в ЦП ПЛК. Большинство модулей ЦП имеют по крайней мере один сетевой интерфейс, хотя отдельные имеют несколько. Иногда даже кажется, что проектировщики соревновались, кто сможет втиснуть больше сетевых портов на фронтальную поверхность модуля.
Эти встроенные порты обычно включают один или несколько из следующих вариантов: Ethernet, PROFINET, RS-485 и RS-232. Ethernet и PROFINET выглядят как разъем RJ45, общий для всех известных сетей Ethernet. RS-232, как отмечалось ранее, может выглядеть как разъем DB9, обычные винтовые клеммы или может быть смонтирован прямо в более простой 4-проводной жгут, общий с RS-485.
Несколько различных вариантов последовательного сетевого порта для RS-232/422/485
Из этих вариантов RS-232 – единственный, предназначенный для одиночного соединения точка-точка. Это ограничивает его функциональность в сетевых технологиях, но его часто можно встретить среди устаревшего оборудования, поэтому он остается.
Остальные три типа сетей являются многоточечными, то есть они могут взаимодействовать со многими устройствами, каждое из которых имеет уникальный адрес. RS-485 – это немного устаревший стандарт, и в настоящее время он широко используется для связи через Modbus, PROFIBUS и другие фирменные сети, такие как Data Highway (DH485) от Allen-Bradley.
Industrial Ethernet и PROFINET являются вариациями исходного стандарта Ethernet. Большинство крупных компаний склонны выбирать один из двух протоколов и придерживаться его. Тем не менее, некоторые ПЛК позволяют запускать контроллер как сканер или хост с любым протоколом, иногда даже одновременно, поскольку физический порт один и тот же. Если ваш процесс автоматизации зависит от многих марок и поколений оборудования, взаимодействующих с одним и тем же контроллером, вам, вероятно, лучше выбрать соответствующие модули, которые можно выделить для каждой задачи.
Модульные сетевые интерфейсные карты
Производители ПЛК используют две разные стратегии. Либо все коммуникации интегрированы в модуль ЦП, либо ЦП остается очень простым, и мы используем дополнительные карты для поддержки сетевых интерфейсов. Вторая стратегия обычно применяется при работе с большой системой с более чем 2-3 сетевыми точками.
Вы можете приобрести модули, совместимые с ранее упомянутыми системами, включая Ethernet, PROFINET, RS-232 и RS-485, но есть и много других. Вот несколько примеров, хотя их гораздо больше:
В этом ПЛК центральный процессор ограничен только программированием, оставляя сетевую задачу добавляемым модулям по мере необходимости
Обычно это модуль Ethernet с физической оптоволоконной сетью. Вы вряд ли найдете много процессоров со встроенным оптоволокном.
Этот протокол, созданный Beckhoff Automation, является более скоростным вариантом Ethernet, специально предназначенным для технологий автоматизации управления (отсюда и название CAT). Некоторые контроллеры включают его в качестве встроенного протокола.
Эта сеть, построенная на основе технологии CAN, была основана Allen-Bradley, но теперь переведена в open-source для более широкой интеграции. Она использует плоский или круглый многожильный кабель.
Этот модуль DeviceNet (фактически для полевой системы ввода-вывода) использует круглый кабель
Удаленный преобразователь с адресацией по магистрали – это цифровой протокол, работающий на аналоговом сигнале 4-20 мА, позволяющий устанавливать устройства HART в существующую аналоговую систему. Однако для HART требуется специальный модуль; простой аналоговый выходной модуль не может транслировать протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer).
Все более популярный протокол позволяет передавать данные и конфигурацию по обычному кабелю M12, а простые дискретные устройства могут существовать рядом с интеллектуальными устройствами IO-Link, что обеспечивает большую гибкость на полевом уровне.
Многие другие протоколы можно найти в модулях и встроить в ЦП для специализированных приложений.
Установка и настройка модуля
Процесс во многом одинаков для всех моделей ПЛК. Модульные платы вставляются в шасси или подключаются с помощью жгута проводов. IDE всегда содержит менеджер оборудования, который проверяет конфигурацию всех модулей и встроенных сетей. Их можно сканировать или вручную добавлять в автономном режиме.
Установка и ввод в эксплуатацию модульной сетевой карты включает ее добавление в диспетчер оборудования и настройку адреса
Большинству сетей требуется адрес или номер узла, который легко устанавливается. После загрузки сетевая карта запускается и может сканировать собственную сеть на предмет новых устройств или добавлять эти устройства вручную. Точные шаги различаются в зависимости от IDE, но это очень последовательный процесс.
Устранение неполадок в системах связи ПЛК
Большинству специалистов не нравится устранение неполадок в сети, поскольку это обычно гораздо сложнее, чем для сигналов ввода-вывода. Высокоскоростные данные невозможно отследить с помощью простых портативных инструментов, а приложения гораздо более зависимы от программного обеспечения, чем, скажем, дискретные обновления включения/выключения. Но поскольку контроллеры становятся более способными обрабатывать множество задач, они должны быть достаточно гибкими, чтобы взаимодействовать с большим количеством оборудования, а это значит сетевыми протоколами.
Большое разнообразие полевых устройств означает, что каждый ПЛК при необходимости будет включать различные интерфейсы ввода-вывода и связи
Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)
