Контроллеры для автоматизации – маленький контроллер для «умного дома» / Habr

маленький контроллер для «умного дома» / Habr

Я занимаюсь разработкой программ для программируемых логических контроллеров(ПЛК) в промышленных автоматизированных системах управления технологическими процессами(АСУ ТП).

Для тех, кто сталкивается с этим словом впервые, поясню. ПЛК это специальный мини-компьютер, который работает так:
1. Принимает входные дискретные (Di) или аналоговые (Ai) сигналы;
2. Обрабатывает эти сигналы по заданной программистом программе;
3. Выдает управляющий сигнал через дискретные (DO) или аналоговые (AO) выхода.

Дискретный — когда у сигнала может быть только 2 состояния: 0 или 1, «да» или «нет». Например, кнопка нажата или отжата, лампочка включена или выключена.
Аналоговый — когда значение параметра зависит от уровня электрического сигнала. Например, чем выше уровень сигнала (вольт или миллиампер) от датчика температуры, тем больше измеряемая температура.

Применяются ПЛК в основном в промышленности, станках, системах домашней автоматизации «умный дом» и т.д.

Естественно, в силу профессии меня интересует все, что касается ПЛК и другого оборудования, применяемого в АСУ ТП. Как-то, бродя по сети, я зашел на сайт американской компании Velocio, которая производит ПЛК серий Ace, Branch, Embeded.

Главные фишки этих контроллеров — маленький размер, всего 2.5» x 2.5», питание 5 вольт и цена от 49$ за модель с 6 дискретными входами и 6 дискретными выходами. Особенно впечатлил размер, такого маленького ПЛК я еще не встречал:

ПЛК меня заинтересовал, я связался с компанией Velocio и мне прислали контроллер модели Ace 3090v5. Хотелось бы вкратце рассказать об этом ПЛК и более широкой аудитории Хабра. Забегая вперед скажу, что ПЛК компании Velocio лучше всего подходят для «умных домов» и прочих систем домашней автоматизации.

Вот ко мне пришла посылочка с контроллером прям из города Хантсвилл, штат Алабама:

Состав посылки:
1. ПЛК Velocio Ace 3090v5, $179
2. Крепление на DIN-рейку, $5
3. Коннекторы сигнальных линий (3,4,8 pin, шаг 2.5 мм), 6 шт., $6*3
4. Отвертка плоская, жало 1.5 мм, бесплатно
5. Коннектор питания (2 pin, шаг 2.5 мм), $2
6. Кабель USB Am-miniB, $5

Кабель USB для программирования Ace не обязательно покупать в Velocio, это обычный кабель USB Am-miniB, который продается в любом компьютерном магазине. Коннекторы тоже можно поискать в другом месте, но крепление на DIN-рейку уникально и его нужно покупать вместе с контроллером.

Ожидания Ace 3090v5 оправдал, он действительно очень маленький:

Характеристики:

Название		Velocio Ace 3090v5
Назначение		ПЛК для домашней и промышленной автоматизации
Кол-во DI		6
Кол-во DO		18, транзисторные
AI	Кол-во, всего	7
	Кол-во AI 16 бит/ тип	4/ Термопары J, K, T, N; ±0.256 V, ±0.512 V, ±1.024 V, ±2.048 V
	Кол-во AI 12 бит/ тип	3/ 0…+5 V
Порты связи		Mini USB(может работать по Modbus), RS-232
Протоколы передачи данных		Modbus RTU slave
Скорость передачи данных, bps		9600, 19200, 38400, 57600
Крепление		DIN-рейка
Питание		5 V DC
Габариты		63.5х63.5х12.7 мм
Температура эксплуатации		-40… 85°С
Степень защиты IP		IP65
Среда программирования		Velocio vBuilder, бесплатная
Цена		179 $

Конструкция

При своих размерах, контроллер в общей сумме имеет 31 вход и выход, порт последовательной связи RS-232 и порт Mini USB для загрузки программ и связи с внешними устройствами.

Спереди на корпусе видны светодиоды индикации питания и состояния дискретных входов и выходов:

Сзади на корпусе имеются выемки для монтажа крепления на DIN-рейку:

На боковых стенках корпуса находятся порты для подключения всех сигналов через разъемы. Порты маркируются литерами A, B, C, D, E, F:

Подключение проводов происходит через коннекторы COMBICON PTSM Series фирмы Phoenix Contact с шагом ножек 2.5 мм (0.098»):

Вставляются провода в коннектор с помощью идущей в комплекте с ПЛК отверткой так:

Дискретные выхода- транзисторные, на то есть такие причины:

• реле в корпус контроллера все равно не поместится
• для обеспечения большого быстродействия, например при управлении шаговыми двигателями

Естественно, для коммутации электрической сети 220 В транзисторные выхода не подходят и нужно после них ставить промежуточные реле. Можно купить модули с промежуточными реле там же у Velocio, при покупке ПЛК. А можно сэкономить и купить на ебее аналогичные китайские платы, как сделал я:

Аналоговые входа (Ai) в Ace 3090v5 разделены на 2 группы:

• 3 Ai с общей землей в порту A, диапазон входных сигналов 0… 5 V
• 4 Ai дифференциальных в порту F, подключение датчиков температуры(термопар) типа J, K, T, N, а так же милливольтных сигналов

Вот я подключил на вход Ai F1 термопару типа «К» от китайского тестера и вывел значение температуры на ноутбук:

Кстати, в этом примере я термопару в контроллере не калибровал. Тем не менее, показания температуры соответствовали значениям спиртового градусника, который выступал у меня в роли контрольного прибора.

Ace отличается маленьким энергопотреблением: 5 В при макс. силе тока до 0.3 А. То есть, в качестве блока питания можно использовать 5-вольтную зарядку для мобильника.

Программирование

Разработка программ осуществляется через бесплатную среду программирования vBuilder. В пакете установки находится так же драйвер виртуального COM-порта, необходимый для подключения контроллера к компьютеру:

Изучение vBuilder лучше начать с просмотра видеоуроков. Есть так же полная документация на английском языке под названием «vBuilder Manual» в несколько сотен страниц.

Разработка программ возможна на двух графических языках: языке релейной логики(Ladder Logic) и языке блок-схем(Flow Chart).

Язык релейной логики (Ladder Logic) это хорошо известный всем программистам ПЛК язык LD, который является одним из стандартизированных по стандарту IEC 61131-3 промышленным языком.
LD придумали специально для того, что бы на нем писали программы не только программисты, но и обычные электрики. Программа на LD и выглядит, как электрическая схема:

Это легкий для изучения и работы язык.

Язык блок-схем (Flow Chart) это графический язык, на котором программа создается в виде блок-схем:

Блок-схемы и принципы их построения многие помнят еще со времен информатики в школе. Например, я закончил 11 класс в 1999 году, в мрачные времена постсоветского компьютерного средневековья. Тогда фирма «Интел» уже торговала процессорами Pentium-II, Билл Гейтс продавал Windows 98, а в нашей школе стояли советские компы «Электроника» с черно-белыми экранами. Большую часть урока мы сидели за партой и рисовали программы в тетрадях именно блок-схемами. Потом переводили их на бейсик, садились за «Электронику» (по 4 человека на машину) и уже после вводили в компьютер. А в других школах вообще компьютеров не было.

Так что для начинающих язык Flow Chart даже легче, чем LD. При этом, по моему мнению, он нагляднее и позволяет создавать более сложные программы. Кстати, блок-схемы я часто использую и сейчас, работая с различными ПЛК. Когда мне нужно продумать какой-нибудь сложный алгоритм, я сначала рисую блок-схемы на листике, а потом уже перевожу их в программу на конкретном языке.

В обоих языках программирования доступны одни и те же программные блоки:

• сравнение(<, >,= и др.)
• присваивание с возможностью ввода формул
• копирование
• счетчик
• таймер
• часы реального времени
• цифровой фильтр
• чтение энкодеров
• управление шаговым двигателем
• ПИД-регулятор
• ШИМ
• плавный пуск/останов
• масштабирование
• побитовый сдвиг и «переворот» числа
• статистика
• управление com-портом для реализации собственных протоколов передачи данных
• вызов подпрограмм

В качестве «быстрого хэлпа» по программным блокам используется та же страница загрузки vBulder. Просто жмешь по пиктограммам соответствующих блоков vBuilder справа на странице и читаешь, как они работают:

Если с английским совсем туго, на помощь придет переводчик браузера Ghrome: правая кнопка мыши-> перевести на русский. Перевод технический, но смысл будет понятен.

Доступные возможности при программировании:

• создание собственных переменных (тэгов) типа bit, unsigned int 8/16 bit, signed int 16/32 bit, float;
• создание массивов;
• создание подпрограмм;
• причем, подпрограммы здесь это объекты по типу FB как в Step-7 и Codesys;
• каждому входу/выходу и тэгам можно назначить адрес для передачи их значений по Modbus;
• cвязь по Modbus с ПК, сенсорными панелями и др. по Modbus в режиме slave; возможно подключение по Modbus к 2-м мастер-устройствам одновременно;
• возможность реализовывать собственные протоколы передачи данных по RS-232;
• отладка программы по шагам.

Подключение Ace к компьютеру и сенсорным панелям

Для связи с внешними устройствами по сети в Ace 3090v5 имеется 2 порта: RS-232 и USB. Оба этих порта могут передавать данные по протоколу Modbus RTU slave. Одновременно к Ace могут быть подключены 2 мастер устройства. Например, компьютер по USB, а сенсорная панель по RS-232. Для управления с компьютера применяются специальные программы типа SCADA, но можно и на каком-нибудь визуал бейсике программу написать.

RS-232 это старый добрый COM-порт компьютера. Раньше в него мыши подключались. Для подключения компьютера к Ace я и нашел старую комовскую мышь с шариком, отрезал от нее хвост и подключил его к 3-пиновому разъему RS-232 Aсe вот по такой схеме:

Если в компьютере нет COM-порта, нужно купить любой преобразователь USB/RS-232 по цене около $8.

Варианты реализации обмена данными Ace с внешними устройствами:

• по внутреннему протоколу Ace для связи с компьютером, на котором установлена бесплатная SCADA vFactory;
• по универсальному протоколу передачи данных Modbus RTU для связи с компьютерами, сенсорными панелями и другими ПЛК;
• по собственному протоколу, реализованному программным путем в контроллере.

Бесплатная СКАДА vFactory работает только с ПЛК компании Velocio, потому что использует не Modbus, а внутренний закрытый протокол контроллеров. Документации на vFactory нет, чтобы ей овладеть, достаточно одного видеоурока. Очень простая СКАДА без скриптового языка и возможности ведения архивов. Панель инструментов невелика:

Зато, можно быстро сделать работающую программу без особых навыков программирования:

Если возможностей vFactory маловато, можно подключить по протоколу Modbus RTU любую другую SCADA. Например, в ролике с термопарой, я применил SCADA Trace Mode 6 Base.

Можно в Ace запрограммировать и собственный протокол передачи данных, этому посвящен отдельный видоурок.

ПЛК Ace в домашней автоматизации

Думаю, этот контроллер хорошо себя покажет в системе «умный дом». Плюсы контроллера: маленький размер, малое энергопотребление, питание всего от 5 В, множество дискретных выходов, возможность подключения термопар, 2 порта связи с внешними устройствами, легкость программирования, большое количество разных программных блоков.

Если контроллер Ace понравился, но 6 дискретных входов маловато, можно присмотреться к серии Branch — тот же Ace, только с возможностью подключения модулей расширения (до 450 входов/выходов). Впрочем, это уже без меня — мне пока хватит поиграться Ace.

habr.com

Выбор контроллера автоматизации — Control Engineering Russia

Контроллер автоматизации — нечто значительно большее, чем замена реле, поскольку он изначально создавался как программируемый логический контроллер (Programmable Logic Controller, PLC). Сейчас такой контроллер способен не только интегрировать в себе ту или иную логику, но и использоваться в системах управления движением, робототехнике, а также для обеспечения связи между машинами, оборудованием и системами управления. Производительность контроллеров может варьироваться от возможностей простых устройств до уровня вычислений многоядерных процессоров.

Различия между традиционным PLC, программируемым контроллером автоматизации (Programmable Automation Controller, PAC) и индустриальным персональным компьютером (Industrial Personal Computer, IPC) по большому счету неактуальны — до тех пор, пока вычислительная мощность обработки данных является достаточной для решения тех или иных задач управления. Программное обеспечение (ПО) для управления контроллерами приобрело определенную степень стандартизации в связи с принятием документа IEC 61131-3 Международной электротехнической комиссией (International Electrotechnical Commission, IEC) — раздела международного стандарта IEC 61131, описывающего языки программирования для программируемых логических контроллеров. При этом надежные операционные системы (ОС) реального времени, работающие в фоновом режиме, устраняют необходимость в использовании ОС Microsoft Windows, поэтому, если требуется применить мощные главные процессоры, параметр «управление на основе индустриального ПК» нужно уточнять: выполнен ли он «на базе процессора Intel» или «на основе процессора AMD» и к какому типу относится.

Поскольку современные контроллеры автоматизации, как уже было сказано, решают более сложные задачи, чем простая управляющая логика, то и сам термин «PLC», вероятно, уже устарел. Кроме того, все контроллеры автоматизации программируются, поэтому «P» в названии «PAC» тоже кажется лишним. Современные контроллеры, по сути, являются компьютерами, причем на одном и том же процессоре они могут запускать несколько разных ОС (реального времени, Microsoft Windows и Linux). Что касается индустриальных ПК, то они вполне могут использоваться и для управления и сбора данных, а также для новых задач, таких как периферийные (граничные) вычисления.

 

Функции контроллера

Сейчас стало популярным координирование всех функциональных возможностей машины в одной программной среде и через одну программу, которые работают на одном процессоре (рис.). Это позволяет синхронизировать функции машины, а модульная структура кода обеспечивает организованный, целостный подход к управлению. Тем не менее имеет место и менее интегрированное управление — простые приложения, которые не предназначены для будущего масштабирования и поэтому не нуждаются в универсальности и гибкости.

Рисунок. Контроллер, порты ввода/вывода (I/O) и коммуникация в одном решении: система X20 от компании B&R Industrial Automation

Требования к техническим характеристикам контроллера определяются сложностью и особенностями решаемой задачи. Рассмотрим критерии для платформ, которые нужно учитывать в некоторых областях применения.

 

Логика управления

Потребность в логическом управлении является фундаментальной, поэтому мы продолжаем называть контроллеры автоматизации PLC. Организация PLCopen поддерживает и расширяет сферу применения стандарта программирования IEC 61131-3 и управляет большой информационной базой в этой области, обучением и программными библиотеками. Деятельность группы выходит далеко за рамки простой логики и включает управление движением, безопасность, унифицированную архитектуру OPC (UA), спецификацию (определяющую передачу данных и взаимодействие устройств в промышленных сетях), расширяемый язык разметки XML и многое другое.

 

Управление движением

В зависимости от необходимых сложности и синхронизации движений, контроллеры автоматизации могут обеспечивать управление десятками или даже сотнями осей движения. Благодаря закону Мура и отраслевым стандартам отдельный контроллер движения или робота с выделенной сетью управления движением больше не требуется.

 

Безопасность сети управления

С точки зрения защиты от проникновения в сеть предпочтение зачастую отдается сетевым решениям, выполненным на основе кабельных подключений с аппаратным обеспечением безопасности — в отличие от программных типа SSL, AES, WEP, WPA и т. д. (например, в Северной Америке). Сама же по себе сетевая безопасность, в рамках одной сети с управляющей машиной, стала проверенной и полезной функцией современных систем управления. Безопасность сети в общем понимании может быть реализована на основе избыточности ядра процессора управления, отдельного контроллера безопасности, а уже затем — для безопасного ввода/вывода (I/O) в небольших системах. Она также распространяется на управление движением и робототехнику, что позволяет машинам работать в безопасном режиме. Особенно это важно для коллаборативных роботов, которые выполняют свои функции в общей среде с персоналом, обеспечивая тем самым высокую эффективность работы.

Степень защиты контроллера зависит от того, где он установлен:

• В шкафу: степень защиты оболочкой IP. Это традиционный форм-фактор PLC, который имеет отдельный человеко-машинный интерфейс (Human-Machine Interface, HMI) и обычно использует встроенные, установленные удаленно или на объединительных платах/рейках модули ввода/вывода.
• На специальном основании или на передней панели с каким-либо уровнем защиты от влаги: степень защиты оболочкой IP65/67/69K. Этот формат объединяет HMI и контроллер и пользуется все большей популярностью благодаря тому, что допускает установку на механическом манипуляторе со всеми вытекающими эргономическими преимуществами. При этом такой тип расположения контроллера также может включать функции ПК для запуска различных приложений Microsoft Windows, таких как HMI, хотя в последнее время наблюдается все большая тенденция к созданию веб-интерфейса.

Конечно, имеются и другие требования к защите оболочкой и герметизации, которые соответствуют условиям окружающей среды и способам очистки.

Установка на специализированное основание чаще всего является более дорогим решением, чем панельный монтаж (на панелях из нержавеющей стали) подобных контроллеров и варианты исполнения, которые имеют более высокий уровень защиты оболочки. Чтобы избежать необходимости замены обоих компонентов, если один из них поврежден, некоторые пользователи предпочитают отдельную установку: PLC на панели и выделенный HMI. Однако сейчас это не такая большая проблема, поскольку разработчикам систем управления уже доступны интегрированные блоки, в которых контроллер монтируется отдельно и не только физически, но и пространственно отделен от HMI. Такое решение значительно упрощает переход на большие широкоформатные экраны, а также замену на более мощные аппаратные средства управления без переустановки непосредственно экрана вывода информации.

Смонтированный в шкафу индустриальный ПК с отдельным HMI: степень защиты оболочкой IP20. Эта форма с операционными системами, работающими в режиме реального времени, различными компьютерными ОС и веб-сервисами может служить контроллером автоматизации. Функции контроллера могут быть разделены или выделены, а сам промышленный компьютер предназначен для самостоятельно выполняемых задач, таких как краевые, туманные или облачные вычисления. Создание архива, сериализация (присвоение серийных номеров) и проверка продукции с использованием систем машинного зрения также являются достаточно распространенными областями применения таких контроллеров.

 

Масштабируемость и универсальность

Хотя среды разработки ПО часто привязаны к аппаратным средствам (нано, микро, средним и большим PLC), также доступны и среды разработки, которые не зависят непосредственно от того или иного оборудования. Для этого проект должен быть закодирован: тогда аппаратное обеспечение управления можно легко выбрать или изменить без серьезного вмешательства в программирование. Такая гибкость распространяется на системы управления двигателями (моторами) и их приводы. Для шагового или частотно-регулируемого электропривода (Variable Frequency Drive, VFD) низкого уровня, не требующего большой точности, можно использовать только одну программу, аналогичную той, например, которая была разработана и применяется для серводвигателя с высоким уровнем точности управления. Как масштабируемость, так и универсальность будут особенно ценными в том случае, когда разрабатывается большое семейство похожего оборудования или исполнительных механизмов. Это связано с тем, что такой подход позволяет повторно использовать многие ключевые программные элементы.

 

Процессоры

Сегодня разработчику систем управления доступно множество вариантов выбора процессоров — от маломощных (с точки зрения вычислительных способностей) и до многоядерных, причем зачастую с перекрывающимися характеристиками в части производительности. Поэтому в таком вопросе рекомендуется сотрудничать со службой технической поддержки и инженерами по продажам. Благодаря их знаниям о продуктах можно выбрать подходящий процессор для конкретного приложения с оптимальным соотношением цена/производительность.

В идеале при выборе процессора необходимо учитывать масштабируемость, поэтому ПО управления по всей линейке продуктов контроллера должно быть совместимым. Поставщики различных технологий автоматизации инвестируют значительные средства в создание складских запасов важнейших компонентов с целью гарантировать доступность продукта в течение достаточно длительного времени, а также в модернизацию — для замены устройств, в том числе процессоров, снимаемых с производства.

Кроме того, имеется еще один немаловажный момент. Нужно определить заранее, потребуется ли вам принудительная вентиляция или благодаря ожидаемой температуре окружающей среды, в которой будет установлен контроллер, можно будет использовать более экономичные и удобные безвентиляторные системы. Возможные варианты отвода генерируемого контроллерами тепла включают вентиляторы, кондиционеры, радиаторы и водяное охлаждение.

 

Память

Очень популярной среди контроллеров автоматизации стала твердотельная память: не только в виде твердотельных накопителей (Solid-State Drive, SSD), но и съемных носителей, таких как карты CFast, а также инсталлированных на аппаратурном уровне устройств памяти с небольшой емкостью в более экономичных приложениях. Преимущества съемной памяти заключаются в том, что ее можно быстро заменить, на ней нетрудно создавать и хранить резервные копии файлов, а объем доступной памяти можно легко расширить.

Однако с использованием индустриальных карт памяти необходимо соблюдать предельную осторожность. Нужно обязательно убедиться в том, что спецификация на носитель соответствует требуемым техническим характеристикам для конкретного приложения. Различные типы памяти имеют разные сроки службы, которые зависят от условий и рабочей температуры среды, а также числа циклов чтения/записи. Это является важной темой для обсуждения с поставщиком средств автоматизации.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

controlengrussia.com

«Sarcazm ON» Россия тихо и незаметно ворвалась на рынок промышленных контроллеров! «Sarcazm OFF»

Большую часть жизни я работаю в области промышленной автоматизации, и хорошо знаю всех основных производителей в этой области. Кроме того, я специализируюсь на оборудовании Siemens, что тоже важно. Вчера я увидел на ютубе интересный ролик, который я сначала принял за откровенный фейк.

Но поскольку ролик сделан очень качественно, то я решил разобраться – что же там на самом деле. Компания заверяет что она создала и запустила в производство две линейки промышленных контроллеров, не уступающих аналогам от ведущих производителей. И это произошло тихо и незаметно, что странно в свете с текущим курсом правительства на импортозамещение.

Так же прошу обратить внимание на две фразы в презентации:

1.23 (Ильяс Галламов — руководитель департамента маркетинга и развития АО СибКом)

для построения данных систем используется оборудование нашего производства — ПЛК серии СК-4000, СК-1000

2.02 (Марат Газизов — Заместитель генерального директора АО СибКом)

Многолетний труд нашей компании в области разработки и внедрения программно-технических комплексов в области автоматизации технологических процессов позволил нашей компании произвести разработку собственной линейки контроллерного оборудования и программной части. На данный момент мы вышли на рынок с программно — техническим комплексом «Каскад»

Вот же молодцы какие! Но давайте по порядку.

Немного о компании (цитаты с официального сайта):

Компания «СибКом» создана в 2003 году. Компания специализируется на комплексных решениях в области автоматизации, телемеханизации, пожарной и охранной сигнализаций, сетей связи и информационной безопасности технологических объектов.

Сегодня в составе АО «СибКом» несколько проектных бюро, департаменты управления проектами, АСУ ТП, капитального строительства, проектно-изыскательных работ, маркетинга и развития, производственный департамент, завод по производству автоматизированных систем, управления монтажа и пусконаладки, филиалы в городах Тюмень, Саранск и Нефтеюганск.

Среди разработок компании – локальные системы автоматизации на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК), многоуровневые территориально-распределенные системы управления, системы диспетчерского управления и сбора данных. Для реализации проектов в рамках программы импортозамещения используется оборудование и программные комплексы нашего производства: ПТК «КАСКАД», ПЛК СК-4000, ПЛК СК-1000, блоки питания, реле, искробезопасные барьеры, шкафы. Для заказчиков очевидные плюсы: идет уменьшение затрат на оборудование, сокращаются сроки его изготовления и поставки.

Пока всё красиво и гордо! Организация участвует в выставках:

У компании прекрасное портфолио!

ПРИ УЧАСТИИ АО «СИБКОМ» CПРОЕКТИРОВАНЫ, УКОМПЛЕКТОВАНЫ ОБОРУДОВАНИЕМ И ВВЕДЕНЫ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ОБЪЕКТЫ ТАКИХ НЕФТЯНЫХ КОМПАНИЙ КАК:

• ЗАО НК «Нобель Ойл»;
• ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз»;
• ОАО «НК «Роснефть»;
• ООО «РН — Уватнефтегаз»;
• ООО «Славнефть-Нижневартовск»;
• ООО «Газпромнефть-Восток»;
• ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»;
• ООО «РН-Няганьнефтегаз»;
• ООО «Башнефть-Полюс»;
• ООО «Газпромнефть Новый порт»;
• ТПП «Лукойл-Усинскнефтегаз»;
• ООО «СН-Газдобыча» НК «Альянс»;
• ООО «Газпромнефть-Развитие» Филиал «Мессояха».

ГЕОГРАФИЯ РАБОТ АО «СИБКОМ» ВКЛЮЧАЕТ:

• Тюменская область;
• Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий автономные округа;
• Томская область;
• Республика Коми;
• Ненецкий автономный округ;
• Урал и Предуралье;
• Республика Башкортостан;
• Центральная Россия.

ПРОЕКТЫ АО «СИБКОМ» РЕАЛИЗОВАНЫ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ:

• имени Р. Требса и А. Титова;
• Новопортовском;
• Вынгапуровском;
• Верхне-Пурпейском;
• Восточно-Мессояхском, Западно-Мессояхском;
• Приразломном;
• Приобском;
• Самотлорском.
В числе крупных проектов – участие предприятия в запуске проекта Арктического терминала ООО «Газпром нефть Новый порт», призванного обеспечить круглогодичную отгрузку нефти с Новопортовского месторождения. Еще одним ярким примером профессиональной работы коллектива АО «СибКом» могут служить проекты, реализованные с 2012 года на Западно-Мессояхском и Восточно-Мессояхском месторождениях в интересах АО «МЕССОЯХАНЕФТЕГАЗ» (ПАО «Газпром нефть»). В 2016 году Мессояха вошла в число объектов, где действует «фирменное» решение АО «СибКом» – АСУ ТП на базе программируемых логических контроллеров серии СК-1000.

Маленькое уточнение – я работаю на приобском месторождении специалистом АСУ, так я даже не знал, что у нас используются их контроллеры. Странно — правда. Ну, наверное, я не соответствую занимаемой должности, раз не знаю своих поставщиков.

Ну ладно, о компании пока хватит, посмотрим, что они там разработали и производят.

СК-1000 — ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР — СБПУ.424457.001

ОПИСАНИЕ:

Мощный высокопроизводительный центральный процессор СК-1000 выполнен в компактном корпусе, функционал которого позволяет реализовать ряд технологических функций.

Характеристики

Рабочая память	75 Кбайт
Напряжение питания	24 В
Коммуникационная скорость	10/100 Мбит/с
Слот под SD Card	до 32 Гб
Дискретные входы	14
Дискретные выходы	10 (релейные)
Аналоговые входы	2
Габаритные размеры (ШхВхГ)	110х100х75

Что-то мне это напоминает:

6ES7214-1HG40-0XB0 Программируемый контроллер (Siemens)

SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, COMPACT CPU, DC/DC/RELAY, ONBOARD I/O: 14 DI 24V DC; 10 DO RELAY 2A; 2 AI 0 — 10V DC, POWER SUPPLY: DC 20.4 — 28.8 V DC, PROGRAM/DATA MEMORY: 100 KB

Характеристики

Оперативное запоминающее устройство	100 kbyte
Напряжение питания. Номинальное значение (пост. ток)	24 В пост. тока
Контроллер PROFINET IO Макс. скорости передачи данных	100 Mbit/s
Число входов	14; встроенный
Вид выходов	10; Реле
Число аналоговых входов	2
Ширина	110 mm
Высота	100 mm
Глубина	75 mm

Ну первых два отличия я скажу – цвет и наклейки, ну а остальные сами поищите. Я не нашёл.

Несколько скриншотов из документации.

Siemens – добрые дяди и реализовали поддержку контроллеров CK-1000 в пакете S7. Спасибо им!
Стоп, а где обещанный и разработанный компанией “Каскад”?

Ещё скриншот из документации на СК-1000:

А теперь из документации на S7 — 1200:

Фотоаппарата что бы переснять фотки не нашлось? Или просто лень.

Ну ладно, это младшая линейка. Идём дальше.

СК-4000 — ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР — СБПУ.421417.401

ОПИСАНИЕ:

Процессор используется для решения задач автоматизации средней степени сложности и обладает мощным технологическим функционалом.

Характеристики

Основные характеристики	Артикул СБПУ.421417.401
Программирование	STEP 7 (LAD, FBD, STL)
Питание	По общей шине — 5В
Потребляемый ток, максимальный	1.3 А
MPI/PROFIBUS DP Физический уровень	RS 485
PROFINET Физический уровень	Ethernet, 2x RJ45

Опять знакомые все лица! Кстати никаким каскадом опять не пахнет – тот же Step-7.

6ES7412-3HJ14-0AB0 (Siemens)
SIMATIC S7-400H, CPU 412-3H CENTRAL UNIT FOR S7-400H AND S7- 400F/FH, 3 INTERFACES: 1 MPI/DP AND 2 FOR SYNC MODULES 768 KB MEMORY (256 KB DATA/512 KB CODE)

Характеристики даже приводить не буду – один в одни. Ну и с документацией так же картина что и с предыдущим контроллером.

Судя по этому:

Многолетний труд компании в области разработки и внедрения собственной линейки контроллерного оборудования

Заключался в подборе краски для перекрашивания корпусов. Да и то с моей точки зрения не очень получилось. Ну а производство:

Я не нашёл на сайте компании НИ ОДНОГО устройства не являющимся оборудованием других крупных производителей. Везде одна картина – перекрашенный корпус и переклеенные бирки.
Насчет ПО «Каскад» ничего конкретного сказать не могу, никаких скриншотов, или хотя бы картинок на экране монитора я не нашёл. Всё хорошо спрятано. Но кое-где проскакивают изображения готовых проектов. И судя ним, по спецификации и разбивке на пакеты – это WinCC от Siemens. Ну как говорится “EKB Install никто не отменял”. Асушники поймут.

С одной стороны, в деятельности данной компании ничего страшного нет (кроме проблем с законностью – но судя по всему они их отлично решают). Ну зарабатывают ребята как могут.

С другой стороны, эта деятельность вызывает ряд проблем

1. Они автоматически выигрывают все тендеры, в которых участвуют. Это, наверное, и было основной целью создания этой компании. Ведь по текущему законодательству, если в тендере участвуют отечественные производители чьё оборудование соответствует или превосходит иностранные предложения (а оно соответствует – вед это, тот же самый Siemens и есть, только перекрашенный), то заказчик просто обязан принять это предложение.

2. Поскольку тендеры выигрывает данная компания, то честные отечественные разработчики остаются без заказов (естественно догнать Siemens им пока не реально, а весь бонус от импортозамещения забирает «СибКом»). Соответственно собственные разработки не развиваются.

3. Поскольку заказы забирает данная компания, то и обслуживать их будут они. Как Вы думаете, кто лучше будет обслуживать оборудование – реальные представители Сименса, имеющие контакты с производителем и его поддержку, или представители компании, умеющие работать только с баллончиком краски?

4. Ну и последнее – это проблема самих заказчиков. Контроллеры S7-400 (СК-4000) морально и физически устарели и уже пару лет как сняты с производства. Сейчас распродаются склады. И скоро запас этих контроллеров и блоков расширения закончится. Siemens потихоньку переводит своих заказчиков на новую серию S7-1500. Причём это непростая операция. Интересно – а компания “СибКом” будет переводить своих клиентов на какой ни будь СК-15000 когда у них закончатся запасы СК-4000. Не уверен. И ЗИПа то же взять будет негде.

Меня интересует так же ещё один вопрос – а куда смотрит Сименс? Ведь судя по бурной активности данной компании, они наверняка сталкивались с ней. Хотя… может они и не против, ведь старые контроллеры 400-й серии куда-то сплавлять надо.

habr.com

Контроллеры для автоматизации производства: классификация и архитектура

В процессе проектирования систем, обеспечивающих производственные задачи, учитывается множество эксплуатационных нюансов. Каждый комплекс индивидуален, но принципы его реализации опираются на базовый набор требований. Система должна быть эффективной, надежной, функциональной и в то же время эргономичной. Связку между непосредственно технической частью производственного обеспечения и задачами управления реализуют контроллеры для автоматизации процессов. В них концентрируется информация, поступающая от разных технологических участков, которая и выступает основой для принятия тех или иных решений.

Классификация контроллеров по сфере применения

Практически каждое современное предприятие в определенной степени использует системы, позволяющие автоматизировать рабочие процессы. Причем характер обслуживаемых функций может быть совершенно разным. Так, в сфере химической промышленности программируемая аппаратура через контроллеры управляет дозированием, объемами подачи сыпучих и жидкостных материалов, отслеживает свойства разных веществ с помощью датчиков и т.д. В сфере обслуживания транспортных организаций упор делается на управлении силовой техникой, как правило, погрузочно-разгрузочной. Широко распространены и универсальные контроллеры для автоматизации систем вентиляции, отопления и водоснабжения. Это группа систем, управляющих инженерно-коммунальным обеспечением на предприятиях в разных сферах. И напротив, существуют узкоспециализированные области, в которых необходима именно индивидуальная разработка систем под конкретные нужды. К таким направлениям можно отнести нефтедобывающую промышленность и металлургические комбинаты.

Принцип действия контроллеров

Промышленный контроллер представляет собой микропроцессор, в котором предусматривается аппаратная и программная часть. Первая часть, собственно, обслуживает физическую работу системы, основанной на вложенной программе выполнения задач. Важным аспектом любой конфигурации данного типа является регулирующая инфраструктура. То есть программная основа отвечает за принятие тех или иных решений, но в дальнейшем получаемые сигналы поступают на пункты команд, отдаваемых непосредственно рабочему оборудованию. Таким образом контроллеры для автоматизации управляют станками, конвейерными линиями, техническими силовыми средствами и т.д.

Другим не менее важным компонентом общей управляющей инфраструктуры являются датчики и индикаторы, на основе показателей которых контроллер вырабатывает решения или стратегические цепочки, определяющие режимы работы оборудования. Это могут быть датчики, оценивающие состояние аппаратов и агрегатов, обслуживаемых материалов, параметры микроклимата в производственном помещении и другие характеристики.

Архитектуры контроллеров автоматизации

Под архитектурой контроллера понимается совокупность компонентов, за счет которых реализуется функция управления автоматикой. Как правило, архитектурная конфигурация предполагает наличие в комплексе процессора, сетевых интерфейсов, запоминающего устройства и систем ввода-вывода. Это базовая комплектация, но в зависимости от нужд конкретного проекта состав и характеристики отдельных частей могут меняться. Сложные контроллеры для автоматизации называются модульными. Если традиционная простая архитектура представляет собой унифицированный блок с типовым составом функциональных элементов, которые недоступны для изменения оператором, то в сложных архитектурных моделях реализуется многокомпонентная модульная конфигурация. В ней допускается не просто обслуживание единого закрытого блока, но и каждого модуля по отдельности. Теперь стоит рассмотреть отдельные части архитектуры подробнее.

Разновидности модулей архитектуры

Базовое модульное устройство представлено микропроцессором. От его мощности зависит, насколько сложными могут быть задачи, решаемые конкретным контроллером. Также имеет значение и запоминающее устройство. Оно может быть интегрировано в систему без возможности дальнейшего изменения. Но чаще всего используются внешние флеш-модули памяти, которые вполне можно менять в зависимости от текущих задач. Ответственность за действия, которые принимают промышленные контроллеры автоматизации, во многом несут устройства ввода-вывода. По этим каналам процессор принимает информацию для обработки и в дальнейшем дает соответствующие команды. В современных комплексах все большую роль играют интерфейсные модули, от которых зависят коммуникационные возможности контроллера.

Основные характеристики процессорного модуля

При разработке управляющей системы особенно важно учитывать базовые характеристики и возможности микропроцессора. Что касается основных рабочих параметров данного модуля, то к ним относится тактовая частота, разрядность, периоды выполнения задач, память и др. Но даже эти характеристики не всегда становятся решающими, поскольку рабочих показателей современных даже бюджетных микропроцессоров хватает на обслуживание большей части производственных процессов. Гораздо важнее определиться с коммуникационными возможностями и функциями, которые выполняют контроллеры для автоматизации работы предприятия. В частности, на первое место по требованиям операторы ставят способность работы с широким спектром сетевых каналов, интерфейсов и языков программирования. Отдельно стоит отметить и возможность подключения устройств индикации, органов управления, современных дисплеев и других компонентов.

Операторская панель

Независимо от характеристик начинки контроллера для управления его функциями обязательно должен быть предусмотрен и операторский пункт с соответствующим реле. Внешне такие устройства напоминают небольшой компьютер, обеспеченный устройствами ввода и вывода, датчиками технологических процессов и дисплеем. Самые простые контроллеры для автоматизации производства предусматривают возможность программирования через данную панель. Причем под программированием могут подразумеваться элементарные установки команд начального уровня. Наиболее сложные операторские панели также выполняют самодиагностику и самокалибровку.

Источники питания системы автоматизации

Средний диапазон напряжений, питающих промышленные контроллеры, находится в диапазоне 12-48 В. Источником обычно выступает местная сеть на 220В. При этом далеко не всегда блок питания находится в близости по отношению к обслуживаемой аппаратуре. Например, если используются контроллеры для автоматизации котельной на металлургическом многоступенчатом производстве, то распределенная сеть питания может быть равноудалена от нескольких потребителей энергии. То есть один контур будет обслуживать котел для мягких металлов, а другой – для твердых. При этом в линиях может меняться и напряжение.

Заключение

Системы автоматизации рабочих процессов все плотнее входят в инфраструктуру современных предприятий. Соответственно, получают широкое распространение и контроллеры для систем автоматизации в разных модификациях. Само по себе содержание такого устройства не требует особых затрат. Основные сложности в работе с данной аппаратурой касаются качества программирования и оптимизации конфигурационной компоновки. Но вместе с этим для упрощения операторских функций становятся все популярнее и модули, предполагающие самостоятельную настройку по основным данным, введенным пользователем.

fb.ru

ПЛК: классификация, принцип работы, выбор

Опубликовано 19.02.2018

Классификация ПЛК

ПЛК — программируемые логические контроллеры (промышленные контроллеры).

Programmable Automation Controller (PAC)

Контроллеры для автоматизации крупных дискретно-непрерывных производств на базе открытых стандартов и сети Industrial Ethernet.

DCS PLC

ПЛК в составе распределённых систем управления (РСУ) для автоматизации крупных опасных непрерывных производств с резервированием ЦПУ, модулей ввода-вывода, блоков питания и полевых шин.

Programmable Logic Controller (PLC)

Программируемые логические контроллеры для автоматического управления преимущественно дискретными операциями (упаковка, инструментальная обработка, конвейерные системы, сборка и т. п.).

Large PLC

ПЛК для автоматизации крупных дискретных производств.

Small PLC

ПЛК для автоматизации небольших производств, OEM-производителей автоматических линий и технологических установок.

NC-based PLC

ПЛК в станках с ЧПУ (в конструктиве стойки ЧПУ).

Motion Controller

Контроллеры для управления сервоприводами в системах управления движением: ЧПУ, контурное управление, позиционирование, синхронизация скорости и положения (электронный редуктор).

PLC-based Motion Controller

Контроллер движения в конструктиве ПЛК.

Drive-based Motion Controller

Контроллер движения в конструктиве сервопривода.

NC-based Motion Controller

Контроллер движения в конструктиве стойки ЧПУ.

Safety PLC

Large Safety PLC

Контроллеры для ПАЗ опасных непрерывных производств.

Small Safety PLC

Контроллеры в системах приборной безопасности травмоопасных машин, представляющих угрозу здоровью и жизни персонала (прессы, станки, роботы и т.п.).

Remote Terminal Unit (RTU)

Управляемые по радиоканалам телеметрические контроллеры для автоматизации удалённо расположенных объектов (компрессорные станции, скважины, канализационные насосные станции и т. п.).

PC-based PLC

ПК-совместимые контроллеры.

Soft-PLC

Программа, реализующий функции ПЛК на базе ПК:

• Включает PLC систему реального времени
• Может инсталлироваться на любой ПК с установленной коммуникационной картой для связи с удалёнными входами-выходами (Remote I/O) или картой входов-выходов (PC-based I/O)
• Использует рабочую память ПК
• Для сложных задач управления программа может разрабатываться на C/C++ и встраиваться в цикл PLC

Slot-PLC

ПЛК в формате PC-card (PCI, ISA):

• Устанавливается в свободный слот ПК
• Запитывается от ПК, но имеет вход для подключения ИБП
• Имеет встроенную память и слот для расширения памяти
• Буферная батарейка защищает данные оперативной памяти
• Работает независимо от CPU компьютера
• Имеет выход на промышленную шину, может использовать стандартные модули удалённого ввода-вывода
• Имеет встроенную PLC систему реального времени
• Может иметь в комплекте OPC-сервер для связи с PC
• Может иметь в комплекте софт HMI

OPLC

Два-в-одном: PLC + OP в одном корпусе (контроллер в конструктиве операторской панели).

Logic Relay

Интеллектуальные программируемые реле – микроконтроллеры для простейших задач релейной логики (таймеры, часы реального времени, счётчики, компараторы, булевские операции) с ограниченным функционалом (память, количество дискретных входов-выходов, расширяемость, коммуникабельность).

Принцип работы ПЛК

ПЛК предназначены для автоматического управления дискретными и непрерывными технологическими процессами.

Основные принципы работы ПЛК:

• Цикличность
• Работа в реальном масштабе времени, обработка прерываний

Цикличность работы ПЛК

В одном цикле ПЛК последовательно выполняет следующие задачи:

1. Самодиагностика
2. Опрос датчиков, сбор данных о текущем состоянии технологического процесса
3. Обмен данными с другими ПЛК, промышленными компьютерами и системами человеко-машинного интерфейса (HMI)
4. Обработка полученных данных по заданной программе
5. Формирование сигналов управления исполнительными устройствами

Время цикла

Время выполнения одного цикла программы зависит от:

• размера программы
• количества удалённых входов-выходов
• скорости обмена данными с распределённой периферией
• быстродействия ЦПУ

Время цикла (время квантования) должно быть настолько маленьким, чтобы ПЛК успевал за скоростью изменения переменных процесса (см. теорию автоматического управления), в противном случае процесс станет неуправляемым.

Watchdog

Строжевой таймер следит за тем, чтобы время цикла не превышало заданное.

Обработка прерываний

По прерываниям ПЛК запускает специальные программы обработки прерываний.

Типы прерываний:

• Циклические прерывания по времени (например, каждые 5 секунд)
• Прерывание по дискретному входу (например, по сработке концевика)
• Прерывания по программным и коммуникационным ошибкам, превышению времени цикла, неисправностям модулей, обрывам контуров

Модули ПЛК

1. Корзина для установки модулей
2. Стабилизированный блок питания AC/DC (~220В/=24В)
3. Центральное процессорное устройство (ЦПУ) с интерфейсом для подключения программатора, переключателем режимов работы, индикацией статуса, оперативной (рабочей) памятью, постоянной памятью для хранения программ и блоков данных
4. Интерфейсные модули для подключения корзин расширения локального ввода-вывода и распределённой периферии
5. Коммуникационные модули для обмена данными с другими контроллерами и промышленными компьютерами
6. Модули ввода-вывода
7. Прикладные модули (синхронизация, позиционирование, взвешивание и т.п.)

Функции устройств ввода

1. Электрическое подключение и питание технологических датчиков (дискретных и аналоговых)
2. Диагностика состояния (обрыв провода, контроль граничных значений, короткое замыкание и т.п.)
3. Формирование цифровых значений (машинных слов) технологических параметров
4. Передача этих данных в память ПЛК для дальнейшей обработки

Функции устройств вывода

1. Электрическое подключение исполнительных устройств
2. Диагностика состояния (обрыв провода, контроль граничных значений, короткое замыкание и т.п.)
3. Приём управляющих машинных слов из памяти ПЛК
4. Формирование управляющих сигналов (дискретных и аналоговых)

Типы устройств ввода-вывода

• Модули локального ввода-вывода располагаются:
• в одной корзине с ЦПУ
• в соседних корзинах в одном шкафу с ЦПУ
• в корзинах в соседних шкафах в одном помещении с ЦПУ
• Модули распределённого ввода-вывода (децентрализованная периферия) располагаются удалённо (в другом здании или в поле по по месту управления) и связываются с ЦПУ по промышленной полевой шине. Станции удалённого ввода-вывода могут иметь взрывозащищённое исполнение или повышенный класс защиты корпуса (например, IP67) и устанавливаться без шкафа

Функции коммуникационных модулей

Коммуникационные модули предназначены для обмена данными:

• с удалёнными модулями ввода-вывода (Profibus, Modbus и др.)
• с программаторами, панелями оператора (HMI) и другими контроллерами
• с полевыми устройствами (HART, Foundation Fieldbus и др.)
• с сервоприводами (SERCOS)
• с промышленными компьютерами верхнего уровня (Industrial Ethernet и др.)
• по радиоканалам (GSM, GPRS)
• по телефонным линиям
• по Internet (встроенные web-серверы публикуют на своих страницах статусную информацию)

Выбор ПЛК

Выбор платформы автоматизации

Выбор платформы определяет и весь ваш будущий выбор.

ПЛК является первым пунктом в выборе платформы.

Правильный выбор платформы позволяет минимизировать расходы жизненного цикла системы управления:

• склад запасных частей и сервисное обслуживание
• обучение и сертификацию обслуживающего персонала
• приобретение лицензий на средства разработки прикладного ПО
• интеграцию (бесшовная интеграция)
• миграцию (переход со старого оборудования на новое)
• программы и сикдки для ключевых клиентов

Определение количества точек ввода-вывода

Желательно максимально точно определить общее количество точек ввода-вывода (с учётом резервирования), чтобы подобрать ПЛК соответствующей производительности, или заранее предусмотреть модель контроллера с большим запасом по расширяемости.

• Дискретные входы (стандартные и быстродействующие импульсные)
• Аналоговые входы для подключения датчиков:
• токовых (0..20мА, 4..20мА)
• «напряженческих» (-10..+10В, 0..+10В)
• термопар и термосопротивлений (способ подключения: 2-х, 3-х или 4-х проводное подключение)
• Дискретные выходы (мокрый контакт)
• Релейные выходы (сухой контакт):
• тип нагрузки (резистивная, индуктивная, резистивно-индуктивная)
• величина тока (в Амперах)
• напряжение (~220В, =24В)
• Аналоговые выходы:
• токовые (0..20мА, 4..20мА)
• «напряженческие» (-10..+10В, 0..+10В)
• Интерфейсы для подключения угловых или линейных датчиков скорости, положения (энкодеров, резольверов, синусно-косинусных)

Определение архитектуры системы управления

1. Составить список объектов автоматизации (производственных площадок, цехов, участков, технологических линий, подсистем)
2. Определиться с количеством ПЛК: если объекты управляются независимо друг от друга и вводятся в эскплуатацию поочередно, то можно предусмотреть для них отдельные контроллеры
3. В зависимости от объёма и скорости обмена данными, территориального расположения объектов управления необходимо выбрать тип и топологию промышленной сети, требуемое коммуникационное оборудование
4. Для минимизации длины кабельных соединений используются станции распределённого ввода-вывода
5. Расписать точки ввода вывода по контроллерам, шкафам локального и децентрализованного ввода-вывода, определить количество и типы модулей ввода-вывода с учётом запаса по свободным каналам ввода-вывода
6. В зависимости от направления обмена данными между ПЛК необходимо правильно выбрать конфигурацию Master – Slave (Ведущий – Ведомый): контроллеры типа Slave не могут обмениваться данными друг с другом

Масштабируемость

Масштабируемость – это возможность подобрать промышленный контроллер оптимальной конфигурации под конкретную задачу (не переплачивая за избыточную функциональность), а при необходимости расширения – просто добавить недостающие модули без замены старых.

Выбор блоков питания

Контроллеры подключаются к стабилизированным импульсным источникам питания. Необходимо аккуратно подсчитать суммарный ток, потребляемый всеми модулями контроллера и подобрать блок питания с соответствующей нагрузочной способностью.

Пример последствий неправильного выбора блока питания

Выходные модули установки приготовления клея для варки целлюлозы иногда отключались и испорченный клей приходилось выбрасывать тоннами. К финскому проекту ни у кого претензий не возникало. Заменили все модули ввода-вывода — не помогло. Грешили на случайные помехи из-за плохого заземления. Оказалось, что в определённых ситуациях (как-бы случайно) срабатывало такое «большое» количество входов и выходов, что суммарный потребляемый ими ток на мгновение превышал допустимый выходной ток блока питания и модули вывода отключались. Заменили блок питания на более мощный и проблема была решена.

Программное обеспечение

• Очень полезен программный симулятор, с помощью которого можно отладить программу без подключения к ПЛК
• Удобно, если для программирования ПЛК можно использовать стандартный ноутбук и стандартный кабель (USB или Ethernet)
• Проще найти программиста, если контроллер поддерживает стандартные языки программирования IEC61131:
• LD (Ladder Diagram) – графический язык релейной логики
• IL (Instruction List) – список инструкций
• FBD (Function Block Diagram) – графический язык диаграмм логических блоков
• SFC (Sequential Function Chart) – графический язык диаграмм состояний
• ST (Structured Text) – текстовый язык программирования высокого уровня

---

Системы ЧПУ

www.maxplant.ru

принцип работы, виды и применение

Программируемые логические контролеры (ПЛК) – одна из разновидностей ЭВМ, предназначенная для автоматизации производственных процессов. Такие вычислительные машины позволяют обеспечить автоматическое выполнение различных технологических операций без участия человека и могут применяться в неблагоприятных условиях. В основе работы лежит числовое программное управление (ЧПУ), принцип которого уже достаточно давно используется в различных станках.

Принцип работы программируемых контроллеров

Программируемые логические контроллеры включают следующие компоненты:

• микроконтроллер или центральная микросхема – она отвечает за принятие решений при управлении автоматизированной системой;
• энергонезависимая память, отвечающая за контроль выполнения процессов;
• часы реального времени – подсистема для отслеживания процессов;
• интерфейсы ввода-вывода;
• схемы для преобразования напряжения на входе и выходе из ПЛК.

Система управления может быть централизованной или распределенной. В первом случае модули ввода-вывода ставятся в корзину ПЛК, а к входам и выходам сигнальных модулей подключаются исполнительные устройства и сигнальные датчики. Во втором случае для связи датчиков и исполнительных устройств с центральной микросхемой ПЛК используются связующие каналы.

Внешние подключенные модули собирают информацию о работе объекта – она воспринимается с помощью измерительных датчиков. Данные сохраняются в памяти устройства, обрабатываются и преобразуются, после чего контроллер создает команды управления. Они передаются к исполнительным устройствам, затем выполняется требуемое действие. Преимущество системы – в работе без участия человека, т.к. она не требует постоянного контроля со стороны оператора.

Рабочий цикл можно поделить на 4 основных компонента:

• опрос входов – сбор поступающей информации;
• выполнение программы-алгоритма, заданной пользователем;
• установка выходных значений – сигнал передается на исполнительные устройства;
• дополнительные вспомогательные операции – устройство может проводить диагностику и подготавливать данные для последующей визуализации.

Такой принцип обеспечивает постоянный сбор и обработку информации. Устройство выполняет заданные программой операции и передает сигнал к исполнительным механизмам для выполнения требуемых программой действий. Все это не требует контроля оператора, т.к. процессы протекают без участия человека.

Виды и характеристики

ПЛК имеют разные типы входов:

1. Дискретный – в этом случае один вход способен воспринимать один бинарный сигнал. Его мощность обычно составляет 24 Вт, а сила тока – 10 мА.
2. Аналоговый вход – принимается аналоговый сигнал, демонстрирующий показатели тока или напряжения. Их значение соответствует контролируемой физической величине – это может быть температурный уровень, давление, частота, положение в пространстве.
3. Специальный – устройства с такими входами применяются достаточно редко, их используют там, где требуется подсчет отдельных импульсов или фиксация фронтов.

ПЛК также принято делить на три разновидности: они могут быть модульными, моноблочными или распределительными. Первый тип представляет собой набор модулей, каждый из которых ориентирован на работу с определенным типом задач. Второй тип представляет собой моноблок, который оснащается запланированным количеством выходов и входов. Распределительные ПЛК представляют собой несколько модулей, которые могут быть установлены на значительном расстоянии друг от друга.

Где используются программируемые контроллеры

Различают универсальные и специализированные ПЛК. Первая группа может использоваться в различных сферах, а вторая ориентирована на выполнение какой-либо определенной задачи. Например, специализированные контроллеры подходят для компенсации перетоков реактивной электроэнергии. В зависимости от сложности схемы и объемов памяти контроллера, он может иметь различное количество выходов.

Универсальные ПЛК предназначены для применения в различных отраслях. Их назначение – автоматизация процессов и контроль работы автоматического оборудования.

Можно перечислить следующие сферы применения:

1. Промышленная автоматизация – устройство принимает сигналы от оборудования, отслеживает показатели при помощи датчиков и обеспечивает выполнение действий исполнительных механизмов в заданном порядке.
2. Робототехника – контроллеры нового поколения позволяют роботам выполнять сложные алгоритмы и обеспечивать выполнение продолжительных циклов операций.
3. Автоматизация домашних устройств – популярность набирают системы «умных домов», помогающих экономить ресурсы и обеспечивающих автоматическое управление всеми важными процессами.

ПЛК широко применяются в конвейерных линиях – они контролируют последовательное выполнение операций. Новейшие датчики движения и других показателей помогают не допустить производственного брака, обеспечивая высокую точность движений манипуляторов.

Плюсы и минусы

Внедрение в промышленное производство промышленных контроллеров позволило освободить многие процессы на предприятиях от участия человека и связанного с этим человеческого фактора. Логические контроллеры отслеживают выполнение операций без остановки и им не требуются перерывы, т.к. они способны работать круглосуточно. Автоматизированная линия не дает бракованной продукции, а все операции выполняются в точном соответствии с базовым заданным алгоритмом.

Использование ПЛК имеет ряд преимуществ:

1. Возможность управления отдельными электроустановками или целыми производственными линиями в зависимости от количества входов и выходов. Оборудование позволяет автоматизировать несколько процессов.
2. Высокая точность обработки информации и выполнения заданных операций. ПЛК обеспечивают выполнение поставленной задачи со следованием алгоритму.
3. Возможность эксплуатации в любых условиях. Применение автоматики позволило освободить персонал от работы во вредных и опасных условиях труда, использование машин предотвращает производственные травмы и профессиональные заболевания.
4. Использование стандартных языков программирования – это упрощает настройку и подготовку автоматизированной линии.

Все эти преимущества открыли ПЛК широкие возможности использования в промышленном производстве и автоматизации различной домашней техники. Программируемые логические контроллеры дают возможность повысить качество продукции и увеличить производительность труда. Оборудование исключает риск появления брака и избавляет предприятие от возможных убытков.

www.techtrends.ru

снова на Хабре с новой версией контроллера для автоматизации / Wiren Board corporate blog / Habr

Всем привет!

Сегодня мы расскажем про совершенно новую версию нашего контроллера для автоматизации, умного дома и всего такого. Ниже — подробный технический обзор устройства.

Кратко о контроллерах Wiren BoardКонтроллер Wiren Board — устройство, которое работает как центральный контроллер в системе автоматизации или мониторинга.

Например, в «умном здании» контроллер может управлять освещением и климатикой, снимать показания с датчиков климата и охранных датчиков. Для этого контроллер поддерживает разные внешние устройства, выполняет правила и сценарии, хранит и красиво отображает данные.

Контроллер работает под управлением Linux, имеет множество встроенных проводных и беспроводных интерфейсов для связи с внешними устройствами и внешним миром.
Контроллер модульный — сбоку пристыковываются модули ввода-вывода (реле, входы для сухих контактов), внутрь вставляются модули расширения — дополнительные порты RS-485, RS-232 и т. д.

Естественно, всё это industrial-grade: корпус на DIN-рейку, большой диапазон входного питания, широкий температурный диапазон, надёжная память, защита всех портов и т. д.

Зачем мы выпустили новую версию

Времена нынче тяжелые: чтобы помигать светодиодом, без гигагерца тактовой частоты часто не обойтись. Если серьёзно, то производительности нашего предыдущего Wiren Board 5 с ARM9 хватало практически для всех задач, но только с нашим ПО, написанным на C++ и Go.

Мы хотели дать пользователям больше гибкости — чтобы без проблем можно было использовать требовательные к памяти и процессору приложения.

Главное изменение в Wiren Board 6 — новый процессор NXP i.MX 6ULL с одним ядром Cortex A7 на частоте 800 МГц и 512 Мбайт оперативной памяти DDR3 (в WB5 был Freescale i.MX28 454 МГц ARM9 и DDR2 128 Мбайт).

Контроллер стал быстрее в несколько раз: кроме собственно увеличения тактовой частоты, играет роль и использование более производительной (в пересчёте на МГц) архитектуры ядра. В i.MX 6ULL есть аппаратный FPU — в некоторых приложениях, сохраняющих и обрабатывающих данные, это дало существенный прирост в производительности.

Новый процессор позволил использовать свежие версии Node.js (архитектура предыдущего процессора не поддерживалась в движке V8), использовать Node-RED и устанавливать готовое ПО для Raspberry Pi без перекомпиляции.

В целом, с точки зрения разработки и выбора ПО Wiren Board 6 перешёл из категории «встраиваемое железо» в категорию «обычный компьютер с Linux, но со множеством интерфейсов».

Пара слов про то, почему не 8xCortex [email protected] мы выбрали процессор медленнее, чем в новых ТВ-приставках или в свежей Raspberry Pi. i.MX 6ULL — это современный (2017 год) процессор для индустриальных встраиваемых систем. Он имеет очень низкое энергопотребление — и поэтому почти не греется. Но при этом допустимая рабочая температура ядра составляет целых 105 °C. Для нас это важно, потому что Wiren Board обычно стоят в закрытых шкафах без всякого охлаждения. На холоде контроллеры тоже работают, минимальная температура всех компонентов — минус 40 °C.

А ещё этот процессор имеет отличную поддержку в mainline ядре Linux, и производитель гарантирует его производство минимум до 2026 года.

Другие изменения в контроллере

У контроллеров Wiren Board 5 было несколько аппаратных ревизий, по которым можно проследить эволюцию устройства. Отличий последней ревизии от первой довольно много:

• добавлен клеммник Vout — выход напряжения питания. Удобно для подключения периферийных устройств по RS-485 — можно взять линии данных и питания от единого устройства;
  
• отладочная консоль выведена на интерфейс Micro-USB вместо UART;
  
• добавлен второй порт Ethernet. Используется как резервный канал, для подключения к изолированным сетям и для подключения других контроллеров;
  
• изменена схема питания. Использовали синхронный step down (выше КПД — меньше нагрев платы), диапазон входного питания до 40 вольт, избавились от электролитических конденсаторов (теперь только керамические) — это увеличивает срок службы;
  
• добавлены джамперы для включения терминирующих резисторов на линиях RS-485/CAN;
  
• убран интерфейс цифрового звука S/PDIF — не пользовался популярностью;
  
• убран порт для ИК-приёмопередатчика — использовать оказалось не очень удобно, поэтому выпустили отдельное устройство WB-MIR с RS-485;
  
• ограниченная поддержка 3G модема: его можно устанавливать вместо модуля Wi-Fi.
  

В Wiren Board 6 добавились еще изменения:

• добавили поддержку двух SIM-карт. Страна большая, качество связи не всегда на высоте, а теперь сразу есть резерв;
  
• реализовали полноценную поддержку 3G модуля и даже NB-IoT (про это будет отдельная статья). 3G честно выдаёт 5 Мбит/с. SSH не тормозит, в целом более стабильное соединение, можно забирать любое количество параметров с удалённых объектов;
  
• температурный датчик на плату контроллера. Недорого, а людям полезно посмотреть, в каких условиях работает контроллер. Ещё один датчик измеряет температуру ядра процессора, чтобы контроллер автоматически сбрасывал частоту при перегреве;
  
• второй порт USB. Потому что можем.
  

Внутренние изменения:

1. Переделали схему питания (опять? сколько можно, Карл?). Теперь выглядит так:

   Плюсы такой схемы:

   — основное потребление в контроллере идет по линии 5В. КПД при большой нагрузке (много боковых модулей, внешние датчики и т.д.) получается выше;
   — если внутрь контроллера установить наш модуль резервного питания, то при отсутствии внешнего напряжения на клеммник Vout подается 11 вольт. Это позволяет работать нескольким подключенным по RS-485 устройствам;
   — выход можно программно включать и выключать, что полезно, чтобы удалённо перезагружать по питанию подключенную периферию разных производителей.
   

2. Программно отключаемая растяжка линий RS-485. Слабая резисторная «растяжка» линий нужна, чтобы задавать на шине фиксированный логический уровень, когда ни одно устройство не передаёт данные. Отключать «растяжку» (failsafe bias по-умному) нужно, если к шине подключено несколько контроллеров, например, когда Wiren Board работает как Modbus slave.
   
3. «Умные» ключи вместо транзисторов на клеммах A1-A4: с защитой от КЗ и перегрева, и ограничением тока.
   

Модули расширения

Модули ввода-вывода (это модули с дополнительными входами-выходами, подключающиеся к контроллеру сбоку) оставили такими же как раньше, а вот модули расширения решили переделать.

Распиновка разъема расширения. Слева — как было, справа — как стало.

В WB5 вывели сигналов с запасом — питание, UART, I2C, SPI. За три года придумали только один модуль использующий SPI — модуль SD карты, и для него не требуются внешние клеммники. А I2C достаточно программного на GPIO. Поэтому лишнее убрали, и освободилось место под третий слот для модулей расширения, не требующих внешних клеммников (это GPS, слот microSD, в перспективе разные модули с радио).

Сами модули расширения сделали с ключом — выступающая часть платы вставляется в прорезь в плате контроллера. Это добавляет жесткости соединению — платки не болтаются в разъеме, и вставить неправильно невозможно.

Криптопроцессор

В Wiren Board 6 мы добавили криптопроцессор. Это специальный чип, который хранит в себе пользовательские приватные ключи шифрования и использует их, чтобы делать криптографическую цифровую подпись данных.

Если просто, то это аналог смарт-карт или USB-свистков, которые выдают банки и госорганы для подтверждения личности пользователя.

Зачем нужен криптопроцессорКриптопроцессор в контроллере используется для его аутентификации в системах мониторинга и управления верхнего уровня.

Раньше для подключения контроллеров, допустим, к VPN-серверу нужно было использовать общий логин и пароль (небезопасно) или выдавать каждому контроллеру отдельные реквизиты (неудобно). Кроме сложностей с управлением реквизитами, оба решения потенциально небезопасны: и реквизиты, и файл сертификата при желании можно было скопировать с одного контроллера на другой и получить доступ к системе.

С криптопроцессором всё сильно упрощается: на сервере нужно только прописать список серийных номеров (common name) разрешённых контроллеров. Сервер при этом проверяет криптографическую подпись сертификата контроллера, которую невозможно подделать и скопировать.

Мы реализовали поддержку крипточипа в стандартной системной библиотеке OpenSSL, поэтому почти любое стандартное ПО, использующее SSL, TLS или HTTPS, сможет работать с защищёнными аппаратными ключами.

Сейчас мы работаем с партнёрами — поставщиками систем верхнего уровня над тем, чтобы Wiren Board подключался к этим системам без паролей и предварительной настройки. Поддержка также запланирована для IoT-платформ ведущих вендоров: Amazon, Google и прочих.

Софт

В целом, обновления ПО Wiren Board выходят одновременно для всех поддерживаемых версий и ревизий контроллеров.

Однако к выходу Wiren Board 6 мы приурочили несколько важных изменений в софте.

Debian 9

Новые контроллеры поставляются с последней стабильной версией Debian — Debian Stretch. Процесс перехода с Debian Wheezy оказался долгим и болезненным, в первую очередь, из-за использования systemd вместо sysvinit в новых Debian.

Зато теперь наши пользователи получают современный дистрибутив с относительно свежими версиями стороннего ПО. Более того, дистрибутив и сам WB6 совместимы с пакетами для Raspbian.

Новая система обновлений и восстановления прошивки

Предыдущие версии контроллеров можно было обновлять через пакетный менеджер APT, или перезаписывать целиком всю прошивку через веб-интерфейс. Если неосторожные действия пользователя привели к неработоспособности системы, то полное восстановление заводской прошивки выполнялось через USB-порт с использованием компьютера или виртуалки с Linux и специальной программы mxsldr.

В Wiren Board 6 мы реализовали ещё и обновление с помощью загрузчика. Для восстановления прошивки достаточно вставить в USB-порт контроллера флешку с файлом новой прошивки и нажать на кнопку обновления.

Похожим образом можно сбросить все настройки контроллера на заводские.

Call To Action

Нужно больше технической информации? Здесь можно найти полные характеристики.

Есть другие вопросы по устройству и его применениям? Ждём вас на нашем сайте https://wirenboard.com/ и в гостях в нашем офисе.

Хотите попробовать новый контроллер в работе? Купить контроллер в розницу можно прямо у нас на сайте. Мы отправляем оборудование курьером через 1-2 дня после заказа.

habr.com