Gkr

Программируемые логические контроллеры

Структура и устройство ПЛК

С чего начиналась промышленная автоматика? А начиналось все с контактно-релейных схем управления промышленными процессами. Кроме жуткого «шелестения», контактно релейные схемы имели фиксированную логику работы, и в случае изменения алгоритма, необходимо основательно переделать монтажную схему

Бурное развитие микропроцессорной техники, привели к созданию систем управления технологическими процессами на базе промышленных контроллеров. Но это не означает, что реле изжили себя, у них просто своя ниша для применения.

ПЛК – программируемый логический контроллер. представляют собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное количество входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и предназначенный для работы в режимах реального времени.

Gkr

Принцип работы ПЛК несколько отличается от «обычных» микропроцессорных устройств. Программное обеспечение универсальных контроллеров состоит из двух частей. Первая часть это системное программное обеспечение. Проводя аналогию с компьютером можно сказать, что это операционная система, т.е. управляет работой узлов контроллера, взаимосвязи составляющих частей, внутренней диагностикой. Системное программное обеспечение ПЛК расположено в постоянной памяти центрального процессора и всегда готово к работе. По включению питания, ПЛК готов взять на себя управление системой уже через несколько миллисекунд. ПЛК работают циклически по методу периодического опроса входных данных.
Рабочий цикл ПЛК включает 4 фазы:
1. Опрос входов
2. Выполнение пользовательской программы
3. Установку значений выходов
4. Некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, визуализации и т. д.).

Выполнение 1 фазы обеспечивается системным программным обеспечением. После чего управление передается прикладной программе, той программе, которую вы сами записали в память, по этой программе контроллер делает то что вы пожелаете, а по ее завершению управление опять передается системному уровню. За счет этого обеспечивается максимальная простота построения прикладной программы – ее создатель не должен знать, как производится управление аппаратными ресурсами. Необходимо знать с какого входа приходит сигнал и как на него реагировать на выходах

Очевидно, что время реакции на событие будет зависеть от времени выполнения одного цикла прикладной программы. Определение времени реакции – времени от момента события до момента выдачи соответствующего управляющего сигнала – поясняется на рисунке:

Gkr

Обладая памятью, ПЛК в зависимости от предыстории событий, способен реагировать по-разному на текущие события. Возможности перепрограммирования, управления по времени, развитые вычислительные способности, включая цифровую обработку сигналов, поднимают ПЛК на более высокий уровень в отличие от простых комбинационных автоматов.

Рассмотрим входа и выхода ПЛК. Существует три вида входов дискретные, аналоговые и специальные
Один дискретный вход ПЛК способен принимать один бинарный электрический сигнал, описываемый двумя состояниями – включен или выключен. Все дискретные входы (общего исполнения) контроллеров обычно рассчитаны на прием стандартных сигналов с уровнем 24 В постоянного тока. Типовое значение тока одного дискретного входа (при входном напряжении 24 В) составляет около 10 мА.

Аналоговый электрический сигнал отражает уровень напряжения или тока, соответствующий некоторой физической величине, в каждый момент времени. Это может быть температура, давление, вес, положение, скорость, частота и т. д.

Поскольку ПЛК является цифровой вычислительной машиной, аналоговые входные сигналы обязательно подвергаются аналого-цифровому преобразованию (АЦП). В результате, образуется дискретная переменная определенной разрядности. Как правило, в ПЛК применяются 8 - 12 разрядные преобразователи, что в большинстве случаев, исходя из современных требований по точности управления технологическими процессами, является достаточным. Кроме этого АЦП более высокой разрядности не оправдывают себя, в первую очередь из-за высокого уровня индустриальных помех, характерных для условий работы контроллеров.

Практически все модули аналогового ввода являются многоканальными. Входной коммутатор подключает вход АЦП к необходимому входу модуля.

Стандартные дискретные и аналоговые входы ПЛК способны удовлетворить большинство потребностей систем промышленной автоматики. Необходимость применения специализированных входов возникает в случаях, когда непосредственная обработка некоторого сигнала программно затруднена, например, требует много времени.

Наиболее часто ПЛК оснащаются специализированными счетными входами для измерения длительности, фиксации фронтов и подсчета импульсов.

Например, при измерении положения и скорости вращения вала очень распространены устройства, формирующие определенное количество импульсов за один оборот – поворотные шифраторы. Частота следования импульсов может достигать нескольких мегагерц. Даже если процессор ПЛК обладает достаточным быстродействием, непосредственный подсчет импульсов в пользовательской программе будет весьма расточительным по времени. Здесь желательно иметь специализированный аппаратный входной блок, способный провести первичную обработку и сформировать, необходимые для прикладной задачи величины.
Вторым распространенным типом специализированных входов являются входы способные очень быстро запускать заданные пользовательские задачи с прерыванием выполнения основной программы – входы прерываний.

Дискретный выход также имеет два состояния – включен и выключен. Они нужны для управления: электромагнитных клапанов, катушек, пускателей, световые сигнализаторы и т.д. В общем сфера их применения огромна, и охватывает почти всю промышленную автоматику.

Конструктивно ПЛК подразделяются на моноблочные, модульные и распределенные. Моноблочные имеют фиксированный набор входов выходов

Gkr

В модульных контроллерах модули входов – выходов устанавливаются в разном составе и количестве в зависимости от предстоящей задачи

Gkr

В распределенных системах модули или даже отдельные входа-выхода, образующие единую систему управления, могут быть разнесены на значительные расстояния

Языки программирования ПЛК

При создании системы управления технологического процесса, всегда существует проблема по взаимопониманию программиста и технологов. Технолог скажет «нам надо немного подсыпать, чуть подмешать, еще подсыпать и чуть нагреть». И мало когда следует ждать от технолога формализованного описания алгоритма. И получалось так, что программисту нужно долго вникать в тех. Процесс, потом писать программу. Зачастую при таком подходе программист остается единственным человеком, способным разобраться в своем творении, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Такая ситуация породила стремлении создание технологических языков программирования, доступные инженерам и технологам и максимально упрощающим процесс программирования

За последнее десятилетие появилось несколько технологических языков. Более того, Международной Электротехнической Комиссией разработан стандарт МЭК-61131-3, концентрирующий все передовое в области языков программирования для систем автоматизации технологических процессов. Этот стандарт требует от различных изготовителей ПЛК предлагать команды, являющиеся одинаковыми и по внешнему виду, и по действию.

Стандарт специфицирует 5 языков программирования:

  • Sequential Function Chart (SFC) – язык последовательных функциональных блоков;
  • Function Block Diagram (FBD) – язык функциональных блоковых диаграмм;
  • Ladder Diagrams (LАD) – язык релейных диаграмм;
  • Statement List (STL) – язык структурированного текста, язык высокого уровня. Напоминает собой Паскаль
  • Instruction List (IL) – язык инструкций. это типичный ассемблер с аккумулятором и переходам по метке.

Язык LAD или KOP (с немецкого Kontaktplan) похожи на электрические схемы релейной логики. Поэтому инженерам не знающим мудреных языков программирования, не составит труда написать программу. Язык FBD напоминает создание схем на логических элементах. В каждом из этих языков есть свои минусы и плюсы. Поэтому при выборе специалисты основываются в основном на личном опыте. Хотя большинство программных комплексов дают возможность переконвертировать уже написанную программу из одного языку в другой. Так как некоторые задачи изящно и просто решаются на одном языке, а на другом придется столкнуться с некоторыми трудностями

Наибольшее распространение в настоящее время получили языки LAD, STL и FBD.

Большинство фирм изготовители ПЛК традиционно имеют собственные фирменные наработки в области инструментального программного обеспечения. Например такие как «Concept» Schneider Electric, «Step 7» Siemens.

Программный комплекс CoDeSys

Открытость МЭК стандартов привели к созданию фирм занимающихся исключительно инструментами программирования ПЛК.

Наибольшей популярностью в мире пользуются комплекс CoDeSys. CoDeSys разработан фирмой 3S. Это универсальный инструмент программирования контроллеров на языках МЭК, не привязанной к какой-либо аппаратной платформе и удовлетворяющим всем современным требованиям.

Основные особенности:
- полноценная реализация МЭК языков
- встроенный эмулятор контроллера позволяет проводить отладку проекта без аппаратных средств. Причем эмулируется не некий абстрактный контроллер, а конкретный ПЛК с учетом аппаратной платформы
- встроенные элементы визуализации дают возможность создать модель объекта управления и проводить отладку, т.е. дает возможность создавать человеко-машинного интерфейса (HMI)
- очень широкий набор сервисных функции, ускоряющий работу программиста
- существует русская версия программы, и русская документация

Литература:
Современные технологии промышленной автоматизации: учебник / О. В. Шишов. Саранск. Изд-во Мордов. ун-та, 2007. – 273 с. ISBN 5-7103-1123-5

GkrsulikaGkr Опубликована: 2012 г. Gkr 0 Gkr 0

*****

Программируемые логические контроллеры ОВЕН ПЛК

GkrСозданная в 1991 году коллективом энтузиастов, компания ОВЕН непрерывно развивается по сей день, расширяя ассортимент средств промышленной автоматизации собственной разработки на современной элементной базе. Их средства автоматизации успешно конкурируют с другими производителями.

В этом небольшом обзоре рассмотрим часть продукции компании ОВЕН, а именно - программируемые логические контроллеры. Контроллеры выпускаются четырех серий:

Контроллеры с HMI для локальных систем автоматизации ОВЕН ПЛК63/ПЛК73

Контроллеры для малых систем автоматизации ОВЕН ПЛК100 / ПЛК150 / ПЛК154

Моноблочные контроллеры с дискретными и аналоговыми входами/выходами для средних систем автоматизации ПЛК110[М02] / ПЛК110 / ПЛК160

Коммуникационные контроллеры ПЛК304 / ПЛК323

Программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК63

Gkr

ОВЕН ПЛК63 – контроллер с HMI для построения локальных систем автоматизации. Сегодня главные области применения этих контроллеров: ЖКХ, ЦТП, ИТП, котельные и различные небольшие установки.

Прибор имеет двухстрочный дисплей с возможностью синтеза звука. Снабжен дискретными входами/выходами. Возможны и заказные модификации прибора с выбором количества дискретных и аналоговых выходов. Имеются встроенные интерфейсы RS-232 и RS-485. Есть часы реального времени. Поддерживаются протоколы ОВЕН, GateWay, Modbus RTU, Modbus ASCII.

Кроме стандартных библиотек CODESYS, бесплатно поставляется библиотека функциональных блоков собственной разработки ОВЕН: блок управления 3-позиционными задвижками, ПИД-регулятор с автонастройкой и другие. Имеется возможность расширения путем подключения дополнительных модулей ввода/вывода. Количество дискретных выводов может быть увеличено посредством подключения стандартного модуля ОВЕН МР1.

Устройство ОВЕН ПЛК63 построено на базе 32-разрядного процессора RISC с частотой 50МГц на ядре ARM7. Имеет 10 Кб оперативной памяти, 280 Кб для программ. Объем памяти ввода-вывода составляет 600 байт для ПЛК63-M и 360 байт для ПЛК63-L. Энергонезависимая флеш-память 448 Кб. Часы реального времени могут независимо работать в течение 3 месяцев без внешнего питания.

Устройство крепится на DIN-рейку, имеет корпус класса защиты IP20. Для питания контроллера подходит как постоянное, так и переменное напряжение — от 150 до 300В постоянного, или от 90 до 264В переменного напряжения. Потребляемая мощность не превышает 12Вт при питании постоянным током, и не более 18Вт — при питании переменным. Имеется встроенный источник вторичного питания с выходом на 24 вольта и на ток не более 180мА.

Текстовый монохромный ЖКИ дисплей 2х16 снабжен подсветкой. Для управления — клавиатура на 6 кнопок: "Пуск/стоп", "Ввод", "Выход", "Альт", "Вниз", "Вверх". Интерфейсы связи: DEBUG RS-232 (RJ-11), RS-485. Протоколы: ОВЕН, GateWay (протокол CODESYS), Modbus RTU/ASCII.

Устройство ОВЕН ПЛК63 имеет 8 универсальных аналоговых выходов, для подключения датчиков сигналов, таких как: термопары. сигналы тока, термосопротивления, датчики напряжения, сопротивления. Дискретных входов 8, с групповой гальванической изоляцией, с возможностью подачи сигнала с максимальной частотой 50Гц и скважностью 2.

В наличии 6 выходных элементов, один из которых — электромагнитное реле 4А 220В, остальные 5 могут отличаться в модификациях: Р - э/м реле 4А 220В; И - ЦАП 4. 20мА; У - ЦАП 0. 10В (активный). Количество выводов может быть расширено по внутренней шине до 8 с помощью стандартного модуля расширения МР1.

ОВЕН ПЛК63 уже успешно применен, например, на Алтайском трансформаторном заводе, где благодаря ОВЕН ПЛК63 была модернизирована система маслопередачи, получившая функциональность и гибкость распределенной системы управления. В Санкт-Петербурге компания «АТБ Электро» разработала панель управления для бокса подготовки поверхности, получилась функциональная панель оператора.

Также на предприятии автоматизировали промышленный бокс химической подготовки поверхностей посредством внедрения ОВЕН ПЛК63 и других функциональных продуктов ОВЕН. Контроллеры ОВЕН ПЛК63 также широко применяются в машиностроении и металлообработке, в электроэнергетике и в сельском хозяйстве.

Программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК73

Gkr

ОВЕН ПЛК73 – контроллер с HMI для создания локальных систем автоматизации, выполненный в щитовом исполнении. Основные области применения контроллера – ЖКХ, ЦТП, ИТП, котельные, небольшие станки и прочее.

Прибор ОВЕН ПЛК73 имеет некоторое сходство с ОВЕН ПЛК63, однако внешне выполнен в щитовом корпусе со степенью защиты IP55, и дополнен 6 светодиодными индикаторами на лицевой панели. Клавиатура уже имеет 9 кнопок вместо 6, а дисплей здесь четырехстрочный 4х16. Два интерфейса опционально: 1-й интерфейс - RS-485, RS-232 или отсутствует; 2-й интерфейс - RS-485, RS-232 или отсутствует. Интерфейсы взаимодействуют в режиме - Master, Slave.

Аналоговые входы ОВЕН ПЛК73 соответствуют ОВЕН ПЛК63, дискретные входы предусматривают возможность подключения датчиков с выходами «сухой-контакт», pnp и npn транзистор, при этом частота ограничена значением в 15Гц при скважности 0,5. Питание дискретных входов осуществляется напряжением 24В. Выходы соответствуют ОВЕН ПЛК63, 4 из них имеют возможность установки ЦАП. Среда программирования CODESYS 2.3 (версии 2.3.8.1 и старшей).

ОВЕН ПЛК73 успешно применен, например, компанией ПРОЕКТ-П, с целью повышения производственной эффективности и снижения эксплуатационных затрат, путем оптимизации системы управления на двух резервуарах и моечной станции на молочном комбинате «Каргопольский» в Архангельской области. Также на базе ОВЕН ПЛК73 был разработан пульт управления для творожной ванны молочного комбината.

Контроллеры ОВЕН ПЛК73 широко востребованы в пищевой промышленности, в машиностроении и металлообработке, в химической отрасли, на производстве строительных материалов, в нефтегазовой промышленности, а также при автоматизации в ЖКХ, в сельском хозяйстве.

Программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК100

Gkr

ОВЕН ПЛК100 – это моноблочный контроллер с дискретными входами/выходами, для организации автоматизации малых систем.

Прибор ОВЕН ПЛК100 предназначен для управления средними и малыми объектами, и для построения систем диспетчеризации. Устройство имеет компактный корпус для крепления на DIN-рейку, дискретные входы/выходы с удобными креплениями, а также последовательные порты (RS-232, RS-485) и Ethernet. Любой из встроенных интерфейсов позволяет расширить количества точек ввода/вывода посредством подключения внешних модулей. Питание осуществляется либо переменным током с напряжением 220В, либо постоянным 24В.

Скорость работы дискретных входов достигает 10кГц при использовании подмодулей счетчика. Интерфейсы (3 последовательных порта и USB Device для программирования) работают независимо друг от друга. Температурный диапазон довольно широк - от -20 до +70.

Внутри устройства ОВЕН ПЛК100 есть встроенный аккумулятор, который в случае пропадания питания позволит перевести выходные элементы в безопасное состояние. Конечно, присутствуют и встроенные часы.

Кроме того, по любому из портов возможна работа с нестандартными протоколами, поэтому можно подключить любые счетчики: газовые, электросчетчики, или водосчетчики, либо считыватели штрих-кодов и тому подобные приспособления.

Кроме ОВЕН ПЛК100, в серии представлены также ПЛК150 и ПЛК154, отличающиеся количеством дискретных входов: 8, 6 и 4 соответственно; и типом дискретных выходов, реле и сдвоенные транзисторные ключи (всего 12 сигнальных выходов), с возможностью коммутации токов до 2А. ПЛК150 и ПЛК154 имеют также аналоговые входы (50 Ом) и выходы (до 20мА), в ПЛК150 4 аналоговых входа и 2 аналоговых выхода, а в ПЛК154 — 4 аналоговых входа и 4 аналоговых выхода. Исчерпывающую техническую документацию всегда можно найти на официальном сайте компании ОВЕН.

Контроллеры данной серии широко применяются при автоматизации инженерных систем зданий, в сельском хозяйстве, на производстве строительных материалов, в машиностроении, полиграфии, ЖКХ, в химической отрасли, в электроэнергетике и в других отраслях и на других производствах, перечислять которые можно было бы очень долго.

Приведем лишь один пример. С применением ОВЕН ПЛК100 построена система диагностики и мониторинга силовых трансформаторов электрических подстанций, предназначенная для постоянного анализа и контроля технического состояния силовых трансформаторов, а также для диагностики и предупреждения на ранней стадии вероятных аварий.

Программируемые логические контроллеры ПЛК110[М02] / ПЛК110 / ПЛК160

Gkr

Это линейка моноблочных программируемых контроллеров с дискретными входами/выходами и аналоговыми входами/выходами (ПЛК160), предназначенных для автоматизации систем средней сложности. Устройства идеально подходят для создания распределенных систем управления. Рекомендованы для систем HVAC, в сферах ЖКХ, ИТП, ЦТП, для АСУ водоканалов, для управления насосами и другим оборудованием; для управления станками и механизмами, в пищевой и пищеперерабатывающей промышленностях, для управления работой упаковочных аппаратов; подходят для управления торговым оборудованием, климатическим оборудованием, а также в сфере производства стройматериалов.

Отличительной особенностью линейки является значительная вычислительная мощность (RISC-процессор, 32 разряда, 180МГц и 400МГц) и усовершенствованные высокоскоростные входы и выходы, а также обширные возможности для программирования.

Масштабы для автоматизации открываются поистине грандиозные. Так, в Тверском Государственном техническом университете, на кафедре автоматизации технологических процессов, совместно с компанией «ЭлектроКИПсервис» разработан и воспроизведен пульт управления автоматизированным сварочным комплексом на основе опять же средств автоматики компании ОВЕН.

Коммуникационные контроллеры ПЛК304 / ПЛК323

Gkr

Линейка современных универсальных промышленных коммуникационных контроллеров серии ПЛК300, - это PC - совместимые контроллеры под управлением ОС Linux. Они отлично подходят для организации взаимодействия межу различным оборудованием, оснащенным различными же интерфейсами и протоколами связи.

Можно объединить оборудование в единую интеллектуальную сеть, и обеспечить удаленный консольный доступ. Открываются возможности для построения систем диспетчеризации и мониторинга любых технологических процессов, инженерных систем зданий и многого другого. Таким образом, контроллеры этой линейки предназначены для решения более сложных инженерных задач.

Открытая архитектура значительно облегчает интеграцию в распространенные системы SCADA, которые поддерживают softlogic программирование, например: Энтек, MasterSCADA и другие. 32 битный RISC-процессор на основе ядра ARM9, с частотой 180МГц, плюс оперативная память объемом 64Мб, в совокупности с системой Linux, позволят автоматизировать сложные производственные процессы.

До 8 последовательных портов RS-232/485 со скоростью достигающей 921.6 Кбит/с - для взаимодействия со внешними устройствами. До 2 портов Ethernet 10/100 Мбит/с - для создания резервных каналов связи. Карт-ридер SD для расширения энергонезависимой памяти. Два USB-Host для поддержания внешнего оборудования и USB-накопителей. Дискретные входы/выходы для построения систем телеметрии.

Так, например, на базе ПЛК100, ПЛК304 и других продуктов ОВЕН, создана система ЭНТЕК-ЖКХ решающая задачи учета энергии, управления и мониторинга как отдельного дома, так и целого жилого комплекса. Она служит управляющим компаниям, заинтересованным в автоматизации управления жилым фондом с целью повышения эффективности использования электроэнергии и энергоносителей за счет тщательного оперативного контроля, учета и управления энергопотребителями.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

*****

Программируемые логические контроллеры. Устройство и принцип работы.

Gkr

Современную промышленность невозможно представить без систем автоматизации. Сложность производственных процессов делает невозможным управление ими вручную, к тому же системы автоматики обходятся гораздо дешевле, чем обслуживающий персонал, да и работают они быстрее и надёжнее. Да что говорить о промышленности – в настоящее время практически ни одно здание не обходится без автоматики. Школы, больницы, детские сады, офисные и складские помещения, загородные дома и коттеджи – все эти объекты оснащены инженерными системами с автоматическим управлением. Несмотря на многообразие применений и сфер использования все системы автоматики работают по одному принципу и обладают схожей структурой, в центре которой находится «мозг» системы – программируемый логический контроллер (ПЛК).

С чего всё начиналось?

Gkr Все начиналось с построения релейно-контактных систем управления, представляющих из себя огромные шкафы, набитые проводами и релейными модулями. В эти шкафы приходили сигналы от датчиков, а на выходе формировались команды исполнительным устройствам. Кроме того, что они были больших размеров, такие системы управления неудобны тем, что они совершенно не гибкие: для того, изменить логику управления, необходимо вручную перебирать всю электрическую схему. С развитием микропроцессорной техники на смену релейным шкафам пришли ПЛК – устройства, выполняющие те же функции, но имеющие принципиально другой механизм преобразования входных сигналов в выходные. Такое преобразование в ПЛК выполняется в соответствии с записанной программой. С появлением контроллеров размеры систем управления уменьшились в десятки раз, значительно упростился процесс их разработки и последующих изменений.

Принцип работы ПЛК

Gkr

ПЛК работает по циклическому принципу. В самом начале цикла ПЛК сканирует состояния входов, на которые поступают сигналы от датчиков и устройств. Затем в соответствии с алгоритмом программы происходит вычисление состояния выходов. В конце рабочего цикла контроллер устанавливает каждый выход в состояние, которое было определено.

Gkr 1. Чтение состояний входов

2. Выполнение программы пользователя

3. Запись состояний выходов

Указанные этапы цикла выполняются последовательно – это означает, что изменения состояний входов не будут «замечены» контроллером во время выполнения программы. По этой причине одним из важнейших параметров ПЛК является время реакции. Если оно окажется больше, чем минимальный период изменения состояний входов, некоторые события, происходящие в системе, будут «пропущены» контроллером.

Также стоит учесть, что и датчики реагируют на изменения в системе не мгновенно. Поэтому полное время реакции системы управления складывается из времени реакции ПЛК и времени реакции датчиков.

Gkr

Время реакции системы — время с момента изменения состояния системы до момента выработки соответствующей реакции (принятия решения).

Системы реального времени

Все системы можно условно разделить на системы жёсткого и мягкого реального времени.

Gkr

В системах жёсткого реального времени реакция ПЛК не должна превышать определённый временной порог. При увеличении времени реакции система теряет свою работоспособность.

В системах мягкого реального времени при увеличении времени реакции может происходить сильное ухудшение качества управления, но работоспособность при этом не теряется.

Входы и выходы ПЛК

Gkr

Дискретные входы – предназначены для ввода сигналов от дискретных датчиков (кнопки, тумблеры, концевые выключатели, термостаты и др.). Напряжение сигнала унифицировано для всех ПЛК и составляет 24 В. Проще говоря, при «появлении» на входе контроллера напряжение 24 В – ПЛК будет считать этот вход «включенным», то есть он примет значение логической «1» в восприятии контроллера.

Дискретные выходы – предназначены для управления устройствами по принципу «включить/выключить» (магнитные пускатели, лампочки, клапаны и др.). Дискретный выход – это обычный контакт, который может замкнуть или разомкнуть управляющую или питающую цепь устройства.

Gkr

Аналоговые входы – предназначены для ввода непрерывного сигнала с датчиков и других устройств. Существует два основных вида унифицированных аналоговых сигналов: по току – 4..20 мА, по напряжению 0..10 В. Например, датчик температуры имеет диапазон -10 — +70 °С, тогда 4мА на выходе соответствует -10 °С, а 20мА – это +70 °С. С аналоговыми сигналом по напряжению всё аналогично.

Аналоговые выходы – предназначены для плавного управления устройствами. Унифицированные значения аналогового сигнала на выходах такое же, как и на входах – 4..20мА (0..10В). Например, вентиль может поворачиваться в пределах от 0° до 90°. Ток 4мА повернёт его в положение 0°, а 20мА – в положение 90°. Для того, чтобы повернуть его на 45°, нужно подать на него управляющий сигнал 8мА. Таким образом, меняя значение силы тока на выходе, контроллер может поворачивать вентиль на заданный угол.

Gkr

Специализированные входы/выходы – не унифицированы, применяются для подключения нестандартных датчиков и исполнительных устройств со специфическим уровнем сигнала, питанием и программной обработкой.

Цифровые интерфейсы ПЛК

Изначально ПЛК предназначались для управления последовательными логическими процессами. Современные контроллеры помимо логических операций способны выполнять цифровую обработку сигналов. Они могут обмениваться информацией с другими устройствами, такими как панели оператора, GSM-модули, частотные преобразователи, серверы сбора данных и др.

Gkr

ПЛК могут иметь распределённую структуру, когда модули входов и выходов находятся на значительном удалении от самого контроллера, вблизи объекта управления. Несколько ПЛК, управляющие разными частями одной системы, могут объединяться в сеть для обмена информаций и согласования управляющих действий, а так же передачи всей информации о системе в центральный диспетчерский пункт.

Gkr

В этих случаях обмен удалённых модулей и устройствами с ПЛК осуществляется по цифровым интерфейсам с использованием специализированных протоколов, таких как Modbus RTU, ModBus TCP, CANopen, Profibus, EtherNet IP и других.

*****

Обзор ОВЕН ПЛК110-60

  • С транзисторными выходами(литера «К» в индексе) или релейными(«Р»)
  • С ограничением памяти ввода/вывода в 360 байт(«L») или без ограничения(«М»)
  • С питанием 220 V AC(число «220» в индексе) или 24 V DC («24» в индексе) .

В моем случае ПЛК110-220.60.К-М это контроллер с питанием 220 вольт от обычной розетки, транзисторными выходами и без ограничения на количество памяти ввода/вывода. Но т.к. бесконечность понятие абстрактное, то неограниченная память в моделях с индексом «М» ограничена размером 16 Кб. Память переменных(не путать с памятью ввода/вывода) в моделях М и L одинакова и ограничена размером оперативной памяти.

ПЛК110 в отличии от Simatic, Vipa и других, не имеет модулей расширения, т.е. модулей, подключаемых по внутренней шине. Расширить кол-во DI и DQ можно только по Modbus через внешние модули ввода/вывода типа овеновских МВ110, МУ110 или девайсов других фирм.

Gkr

2. Кабель прошивки КС-1

3. Руководство по эксплуатации

4. Гарантийный талон

Кабель прошивки КС-1 предназначен для замены прошивки в ПЛК и загрузки в него программы через COM-порт ПК. Кабель стоит недорого, секрета из него не делают и КС-1 можно сделать самому. Кабель для подключения к ПК имеет разъем DB9F а для подключения к ПЛК разъем RJ-12. RJ-12 это разъем типа телефонного, но с 6-ю контактами.

Нюанс: при программировании через КС-1, он должен быть вставлен в ПЛК до включения питания- при включении контроллер проверяет, не замкнуты ли 3 и 4 жилы кабеля и если замкнуты, переводит порт в режим программирования.

Gkr

На передней панели контроллера находятся:

  • 2 съемных клеммника для подключения питания, входных и выходных сигналов, сигналов 2-х портов RS-485 и вывода 24 V от встроенного блока питания. Оба порта RS-485 имеют групповую гальваническую развязку. DI и DQ имеют групповую гальваническую развязку.
  • RS-232 Debug для загрузки программ через кабель КС-1 и простой порт RS-232. Эти порты не имеют гальванической развязки. Разъем портов- RJ-12( RJ-25)
  • Порт USB-B для программирования через usb-порт ПК.
  • Светодиодная индикация состояния входов и выходов. Это вещь необходимая, и печально, что многие логические реле её не имеют .
  • Кнопка «F1», можно ее использовать в программе.
  • Кнопка «Сброс» для очистки программы из памяти. У меня было такое. что только что купленный ПЛК110 не хотел работать, пока я не стер в нем программу «Сбросом». И это при том, что в новом контроллере, по-идее никакой программы быть не должно.
  • Кнопка «Старт/Стоп».

Я купил этот контроллер в октябре 2014 года, судя по наклейке он ждал меня на складе аж с 2012-го… Т.е. аккумулятор уже отработал 2 года из заявленных 5-и. Видны крепления на стену -ушки по диагонали в углах корпуса. Вдоль центра корпуса- крепление на din-рейку с 2-мя белыми пластмассовыми фиксаторами.

Gkr

Видны вентиляционные щели, которые и дают IP00, т.е. полное отсутствие защиты от пыли и влаги со стороны клемм. Порт эзернет под стандартный коннектор RJ-45.

Gkr

Видны защелки, которые крепят переднюю крышку к корпусу.

На наклейке- название модели и MAC-адрес, который понадобится указать в т.ч. при загрузке новой прошивки в ПЛК.

Снимем переднюю панель, все фото кликабельны:

Gkr

Снимать переднюю панель не только можно, но и нужно- для смены прошивки и для замены аккумулятора, когда он сядет.

Русские надписи на печатной плате говорят о том, что ПЛК110 проектировали отечественные разработчики. В отличии, например, от сенсорной панели Овен СП-270, которая является китайским девайсом, продающимся под маркой «Овен».

Gkr

На процессор клеят наклейку с MAC-адресом и версией прошивки:

Gkr

ПЛК110 состоит из 3-х плат: процессорной, управления, питания.

Процессорная плата, сторона 1:

Gkr

Gkr

Это ARM-процессор с частотой 180 МГц.

Процессорная плата, сторона 2:

Gkr

Тут мы видим аккумулятор LIR2477 и- внезапно- второй процессор! Кроме главного атмеловского процессора зачем-то дополнительно поставили старенький микрочиповский PIC16F884 :

Gkr

Платы управления и питания, сторона 1:

Gkr

На фото видно, что съемные клеммы сняты.

Платы управления и питания, сторона 2:

Gkr

Плата питания, крупно:

Gkr

Для разработки программ применяется среда Codesys 2.3 немецкой коспании 3S. Т.е. «Овен» не разрабатывает свою среду программирования, а адаптирует собственные ПЛК для работы с программой стороннего производителя. Кроме ПЛК Овен Codesys используется и в контроллерах многих других компаний, в частности, Wago. В отличии от аналогичной системы IsaGraf, Codesys бесплатен.

В Codesys для ПЛК110 мне особенно нравится:

  • Разработка программ возможна на МЭК-языках LD,SFC, FBD и моем любимом си-подобном ST.
  • Есть симулятор работы ПЛК, что позволяет отлаживать программу без самого девайса. У более дорогого, если считать с модулями расширения, Siemens S7-1200 в среде Microwin такого нет- мол, не положено нищебродам.
  • Кроме прочего в программе на Codesys можно использовать классы(тут они называются «функциональные блоки»), собственные типы данных и указатели.
  • Возможность использовать визуализацию для отладки программы. Не путать эту опцию со СКАДой, визуализация применяется только для отладки- можно в удобном виде посмотреть, как работает ПЛК и даже им поуправлять. Например так:

Gkr

  • Есть простенький веб-сервер. Хоть он весьма ограниченный в возможностях, но он есть и закинуть в ПЛК простенький сайтик можно. Главное, что бы сайт был невелик- килобайт 8. Получится веб-визуализация.

Но в прошивке ПЛК110 есть глюки и баги, о чем ниже.

Загрузка программ в ПЛК возможна 3-мя способами:

  • Через порт RS-232 Debug кабелем КС-1.
  • Через порт Ethernet по TCP/IP обычным кабелем с коннектором RJ-45 для локальной сети.
  • Через порт USB обычным кабелем USB AM/BM, которым подключают принтеры и сканеры.

Для освоения программирования ПЛК Овен есть вся нужная информация: документация на русском языке, примеры программ, курс обучения в виде видеоуроков, форум, бесплатная техподдержка.

Мнение о контроллере

ПЛК110-60 показали себя хорошо в условиях цеха монгольского ГОКа, где уже в сентябре приходится работать в ватнике, а зимой температура на улице(как в цехе, не знаю) падает до -50. В таких условиях 1 ПЛК проработал уже 4 года. Программа довольно сложная, включает в себя обмен данными с сенсорной панелью Овен СП-270, пид-регуляторами ТРМ-251, модулями ввода МВ110 и вывода МУ110 и еще так, другое по мелочи.

Но вот с чем пришлось столкнуться:

1. Через пол года после покупки ПЛК аккумулятор сел и его пришлось менять. У ПЛК110 запись retain-переменных(хранящихся в постоянной памяти) происходит при отключении питания. Когда питание пропадает, ПЛК несколько секунд не выключается, а работает от аккумулятора и в этот момент сохраняет retain в постоянную память. Если сел аккумулятор- переменные не сохранятся, естественно. Поэтому, если переменные в ПЛК Овен не сохраняются, значит нужно менять аккумулятор.

2. Быстродействие входов заявлено для быстрых- 0.1 мс, для обычных- 1 мс. На практике я столкнулся с тем, что обычный вход видел импульс длинной 0.1с но не видел 0.05с. Т.е. не видел импульс длинной 50 мс, больший минимального в 50 раз. Пришлось 50-миллисекундный импульс заводить на быстрый вход, тот увидел.

3. Плоский кабель прошивки КС-1 ненадежный. Некоторые жалуются на то, что жилы кабеля 3 и 4, которые должны быть замкнуты друг с другом, отламываются в месте спайки. Если ОВЕН ПЛК не программируется через КС-1, нужно разобрать разъем DB9F и проверить, спаяны ли между собой жилы 3 и 4. А я как-то поломал КС-1 тем, что положил сенсорную панель на кабель, когда тот лежал ребром- кабель-то плоский. Видимо, обломал внутри проводок.

В прошивке контроллера хватает багов, встреча с ними неизбежна. Самые основные, что мне запомнились:

1. Эпичный баг с кнопкой «Стоп/Старт»- если не отключить эту кнопку в программе, ПЛК может зависнуть в любой момент. Подробнее тут: http://plc-blog.com.ua/owen-plc-110-60-bag-n2 Можно только представить, сколько неприятностей доставил этот глюк.

Например, один коллега(он мне открыл глаза на коварную кнопку) разработал систему управления канализацией на станции- контроллер мерял уровень, так сказать, сточных вод и если он был выше нужного, включал насос для откачки. И вот однажды контроллер завис и г-но вовремя не откачали…

2. Передача данных через конфигуратор не работает в режиме «по команде», приходится делать через библиотеку: http://plc-blog.com.ua/owen-plc110-60-bag-n1

3. Передача данных через конфигуратор не работает на заявленной в РЭ скорости 2400: http://plc-blog.com.ua/owen-plc-110-60-bag-n3

4. При передаче переменной DWORD от ОВЕН ПЛК в ОВЕН же сенсорную панель СП-270 старшее и младшее слова нужно менять местами, иначе данные передаются неправильно.

5. Загрузка программы из Codesys 2.3 под Windows 7 x64 не работает. Я проверил это на нескольких компьютерах. Пришлось на ноутбук ставить XP.

1. Нет ни одного фатального бага, все баги можно обойти.

2. ПЛК прошел проверку временем- надежно работает на производстве 4 года.

3. Небольшая цена.

4. Программировать в Codesys удобно. Мне нравится больше, чем Step-7. Codesys бесплатна.

5. В Codesys есть симулятор ПЛК.

6. Загружать программу в ПЛК можно через ethernet, usb и com-порт. Для загрузки программ не нужно покупать дорогие кабели, как для ПЛК Siemens, Vipa и Schneider. Кабель прошивки КС-1 есть в комплекте ПЛК. В крайнем случае, КС-1 можно сделать самому, обойдется в 1.5 $.

7. Для подключения DI и DQ не нужно покупать отдельный блок питания 24 V, можно пользоваться встроенным.

8. Есть групповая гальваническая развязка входов, выходов, портов RS-485.

9. Много информации на русском языке, видеоуроков и примеров, есть форум и бесплатная техподдержка.

10. В случае чего, есть сервисные центры по всему СНГ.

ПЛК110-60 мне нравится. Хотя, когда напарываешься на очередной баг, возникает мимолетное желание разбить молотком. Но если уж программа работает, то она работает.

*****

Языки программирования PLC: LD, FBD, SFC, ST, IL, CFC

Gkr

Контролер – это управляющее устройство. Действительно функциональным он становится только тогда, когда вы создаете и запускаете программу по его использованию.

Отсюда вытекает главная задача программируемого логического контролера – исполнение программы, которая осуществляет руководство технологического процесса.

Какой набор программ доступен для ПЛК? В принципе любой набор возможен. Главное, чтобы размер свободных ресурсов, данного инструмента, вам был не помехой. Разработчик получает широкие возможности по написанию программ.

Что же необходимо, чтобы осуществить программирование контроллера? Во – первых нужен программист, который бы досконально разбирался в данном вопросе. Во – вторых необходим сам компьютер и конечно пакет разработки.

Функционал средств разработки

Обычно пакет разработки поставляется за дополнительную плату. Хотя в принципе часто встречается, что данный пакет уже изначально включен в программное обеспечение по инсталляции.

Какой функционал предлагает среда разработки?

  1. Большой набор библиотек, программные блоки, определенные процедуры и готовые шаблоны.
  2. Инструментарий для проверки, тестированию и запуску программы на компьютере минуя контроллер.
  3. Также предложен инструмент для автоматизации документирования программы, которая была создана, в пределах принятых стандартов.

И наконец необходимо отметить главное достоинство – это поддержка порядка шести языков программирования. Единственным недостатком является то, что совместимость программ реализована на низком уровне. Производители ПЛК не пришли к унификации и каждый выпускает, данное устройство, со своей программной средой.

Виды языков программирования для ПЛК

LD (Ladder) – это среда разработки, которая основана на графике. Своего рода, она представляет собой подобие релейной схемы. Разработчики данного стандарта считают, что использование такого вида программной среды существенно облегчает переобучение инженеров релейной автоматики на ПЛК.

К главным недостаткам, данного языка программирования, можно отнести неэффективность при обработке процессов с большим количеством аналоговых переменных, так как он построен для представления процессов с дискретным характером.

FBD ( Диаграмма Функциональных Блоков) – здесь также используется графическое программирование. Образно говоря, FBD определяет собой некую множественность функциональных блоков, которые имеют соединения между собой (вход и выход).

Данные связи являются переменными и выполняют пересылку между блоками. Каждый блок в отдельности может представлять определенную операцию( триггер, логическое “или” и т.д.). Переменные задаются с помощью определенных блоков, а цепи выхода могут иметь связи с конкретными выходами контроллера или связи с глобальными переменными.

SFC ( Sequential Function Chart) – может использоваться с языками ST и IL, он также основан на графике. Принцип его построения близок к образу конечного автомата, данное условие относит его к самым мощным языкам программирования.

Технологические процессы, в данном языке, построены по типу определенных шагов. Структура шагов состоит из вертикали, которая идет сверху вниз. Каждый шаг – это конкретные операции. Описать операцию можно не только с помощью SFC, но и с помощью ST и IL.

Как только шаг выполнен, то идет действие по передачи управления следующему шагу. Переход между шагами может быть двух видов. Если на шаге выполнено какое – то условие и дальнейшим действием является переход на следующий шаг, значит – это условный переход. В случае же, если происходит полное выполнение всех условий на данном шаге и только потом осуществляется переход на следующий шаг, то-это безусловный переход.

Недостатком SFC можно считать, что в процессе работы может быть активировано несколько шагов, не в параллельных потоках. Поэтому необходим глобальный контроль со стороны программиста.

ST ( Структурированный Текст) – относится к языкам высокого уровня и имеет много сходного с Pascal и Basic.

ST позволяет интерпретировать более шестнадцати типов данных и имеет возможность работать с логическими операциями, циклическими вычислениями и т.д.

Небольшим недостатком можно определить отсутствие графической среды. Программы представлены в виде текста и данное условие усложняет освоение технологии.

IL ( Список Команд) – язык подобен Ассемблеру, обычно используется для кодировки блоков по отдельности. Плюсом является то, что данные блоки имеют большую скорость работы и низкую требовательность к ресурсам.

CFC ( Continuous Flow Chart) – относится к языкам высокого уровня. В принципе – это явное продолжение языка FBD.

Процесс проектирования состоит из использования готовых блоков и размещения их на экране. Далее происходит их настройка и размещения соединений между ними.

Каждый блок – это управление определенным технологическим процессом. Здесь идет основной уклон на технологический процесс, математика уходит на второй план.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *