Прогроммируемые логические контроллеры

13. Контроллер противоаварийной защиты

Он должен отличаться от контроллеров других классов:

особенно высокой надежностью, достигаемой различными вариантами диагностики и резервирования (например, диагностикой работы отдельных компонентов  контроллера в режиме реального  времени, наличием основного и резервного контроллеров с одинаковым аппаратным и программным обеспечениями и с модулем синхронизации работы контроллеров, резервированием блоков питания и коммуникационных шин); высокой готовностью, т. е. высокой вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме (например, не только идентификацией, но и компенсацией неисправных элементов; не просто резервированием, но и восстановлением ошибок программы без прерывания работы контроллеров); отказоустойчивостью, когда при любом отказе автоматизируемый процесс переводится в безопасный режим функционирования. Контроллер цепи противоаварийной защиты должен иметь сертификат, подтверждающий безопасность его работы в цепях противоаварийной защиты. [1].

14. Контроллер телемеханических систем автоматизации

Данный класс универсальных  контроллеров удобен для создания систем диспетчерского контроля и управления распределёнными на местности объектами. В контроллерах данного класса повышенное внимание уделяется программным  и техническим компонентам передачи информации на большие расстояния беспроводными  линиями связи. В качестве таких  линий часто используются УКВ-радиоканалы  с обычными или транковыми радиостанциями. При этом возможна передача информации от каждого контроллера в диспетчерский центр, а также эстафетная передача информации по цепи от одного контроллера к другому до достижения диспетчерского центра.

В настоящее время, в связи  с большим скачком в развитии сотовой связи, всё большее распространение  получает передача информации через  сети GSM. [1].

15. Открытость архитектуры

По структуре контроллеры  подразделяются на два класса: контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных  стандартов.

При закрытой фирменной структуре  изменения (модификации) контроллера  возможны, обычно, только компонентами производителя. Сами изменения достаточно ограничены и заранее оговорены  производителем.

При открытой магистрально-модульной  структуре, имеющей стандартный  интерфейс для связи центрального процессора с другими модулями контроллера, ситуация кардинально меняется: открытость и широкая доступность стандарта  на шину, соединяющую модули разного назначения, даёт возможность выпускать в данном стандарте любые модули разным производителям, а разработчикам контроллеров даёт возможность компоновать свои средства из модулей разных фирм;  
возможность любой модификации и перекомпоновки средств путем замены в них отдельных модулей, а не замены самих средств, удешевляет эксплуатацию средств;  
сборка контроллеров из готовых модулей позволяет точнее учитывать конкретные технические требования и не иметь в них лишних блоков и элементов, не нужных для данного конкретного применения; широкая кооперация разных фирм, поддерживающих данный стандарт на шину и работающих в этом стандарте, позволяет пользователям модулей не быть привязанными к конкретному поставщику и иметь широкий выбор необходимой ему продукции. [1].

16. PC-совместимость

По этому признаку все  контроллеры можно разделить  на два класса: PC-совместимые и PC-несовместимые. Каждый из этих классов имеет свои достоинства и недостатки.

PC-совместимые  контроллеры можно охарактеризовать  следующими особенностями: они имеют классическую открытую архитектуру IBM PC; в них используется элементная база, та же, что и у обычных PC; они работают под управлением тех же операционных систем, которые широко используются в персональных компьютерах, например Windows, Unix, Linux, QNX; программируются они теми же языками, которые используются для разработки ПО для PC; на них, как правило, возможна работа программного обеспечения, разработанного для персональных компьютеров, при наличии требуемых для ПО аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые  контроллеры можно охарактеризовать  так: 

архитектура контроллеров закрыта, она, как правило, является ноу-хау  разработчика;  
элементная база, на которой строятся контроллеры, существенно отличается от используемой в PC, она разная у разных производителей;  
операционные системы, под управлением которых работают контроллеры, совершенно другие, нежели те, которые используются в РС, они часто разрабатываются самими производителями именно для данного типа или линейки контроллеров; так как в таких контроллерах практически не используются стандарты, предлагаемые разработчиками распространённых операционных систем для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается невозможной. 
Из рассмотренных выше характеристик можно сделать вывод о сравнительных достоинствах и недостатках РС-совместимых и несовместимых контроллеров. РС-совместимые контроллеры по сравнению с РС- несовместимыми контроллерами в целом обладают большей мощностью, легче стыкуются с различными SCADA, MES, ERP системами, системами управления базами данных, открыты для большинства стандартов в областях коммуникаций и программирования, они в среднем дешевле, проще обслуживаются и ремонтируются.

В то же время РС-несовместимые  контроллеры лучше учитывают  требования промышленной автоматики; их операционные системы гарантируют  отклик контроллера на внешнее событие  через заданное время (операционные системы реального времени). Они  в целом более надежны, так  как больше используют наработанные в промышленности способы диагностики  и горячего резервирования, обеспечивающие отказоустойчивость системы в целом. В них шире используются возможности  связи с различными полевыми шинами.

Достоинства и недостатки каждого из этих видов контроллеров определяют их области использования. РС- несовместимые контроллеры целесообразно применять на нижних уровнях автоматизации, «поближе» к технологическому объекту. Здесь необходимы связь с периферийными устройствами по полевым шинам, исполнение в реальном времени (с гарантированным временем отклика на внешние воздействия) и надёжность. А открытость контроллера для связи со SCADA, MES или СУБД, как правило, не требуется. РС-совместимые же контроллеры целесообразнее применять на верхних уровнях автоматизации, где требования к реальному времени и связи по полевым шинам отсутствуют, зато становятся строже требования по информационной совместимости контроллеров с корпоративными сетями. [1].

17. Конструктивное исполнение

По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить  на несколько групп, мы их условно  назовем так:

встраиваемые;  
размещаемые в общий конструктив;  
модульного типа;

Встраиваемые  контроллеры.

Как правило не имеют корпуса, часто конструкция просто крепится на раме. Требований к защитным оболочкам таких контроллеров не предъявляются, поскольку контроллеры встраиваются в общий корпус оборудования и являются неотъемлемой частью этого оборудования.  

 

Контроллеры, размещаемые в общий конструктив.

Такие контроллеры характеризуются  тем, что все модули – процессорный, коммуникационные, модули ввода-вывода – размещаются в одном конструктиве. В таких контроллерах, как правило, предусматривается некая «материнская» плата с разъёмами, в которые вставляются все модули контроллера. Конструктивы таких контроллеров бывают как оригинальными, разрабатываемыми производителями, так и стандартизированными.

Контроллеры модульного типа.

Контроллеры модульного типа не используют общего конструктива. Каждый модуль таких контроллеров, будь то процессорный модуль или модуль ввода-вывода, имеет собственный корпус. Так  как защитную оболочку для каждого  модуля сделать проще, чем для  всего контроллера, то именно этот тип  контроллеров чаще всего выпускают  для жёстких условий эксплуатации в исполнениях IP 67 и выше. Контроллеры  модульного типа очень часто выпускают  в корпусе для монтажа на рейку DIN NS 35/7,5. Можно выделить две разновидности  контроллеров: с внутренней межмодульной шиной и с внешней шиной. Модули контроллеров с внутренней межмодульной шиной на боковых поверхностях имеют  контакты для подключения соседних модулей. А модули контроллеров с  внешней шиной, как правило, используют для связи между модулями какую-нибудь скоростную полевую шину, например CAN.

Для правильного выбора контроллера  применительно к той или иной задаче, конечно, не будет достаточно классифицировать его по тем или  иным признакам. Разработчикам АСУ  приходится изучать горы литературы и технической документации. Но тем не менее классификация контроллеров позволяет лучше понять их рынок в целом и сократить время на поиск и выбор наиболее подходящей модели. [1].

 

18. Фирмы производителей.

Спектр продукции, предлагаемой сегодня, чрезвычайно широк. В Табл. 1 приведены некоторые характеристики ПЛК различных фирм, наиболее распространенных в России. В четырех последних строках указаны параметры для модулей дискретного ввода-вывода. Все они построены по магистрально-модульному принципу, монтируются на панель или DIN-рейку, работают от напряжения +24 В, поддерживают протоколы обмена Fieldbus, имеют широкий набор модулей:

Также часто встречаются  ПЛК таких марок, как:

• ABB (Bristol Babcock)
• Advanced Micro Controls
• Baldor Electric
• Beckhoff Automation
• BoschRexroth
• Control Technology Corp.
• Eaton (Cutler-Hammer)
• Emerson Process Management
• Fuji Electric
• Hitachi
• IDEC
• Keyence
• Mitsubishi Electronics
• Moeller Electric
• National Instruments
• Omega Engineering
• Panasonic Electric Works
• Phoenix Contact (Entivity)
• Toshiba
• Wago [3].

19. Заключение

• На примере пакета CoDeSys рассмотрено пять языков, входящих в международный стандарт IEC 61131-3.
• Язык LD - графический язык, основанный на принципах реллейно-контактных схем с возможностью использования большого количества различных функциональных блоков.
• Достоинствами языка LD являются: представление программы в виде электрического потока (близок специалистам по электротехнике), наличие простых правил, использование только булевых выражений, большой круг пользователей. Рационален для ручной оптимизации специфических критических мест кода.
• Недостатками языка LD являются: использование «непоследовательной» булевой логики (булево уравнение = LD-звенья); слабые возможности для последовательного и текущего контроля в реальном времени; отсутствие возможности изображать структуру программы (ветви или цепи); сложность и большая вероятность ошибок; утомительный поиск неисправностей в больших цепях; близок только специалистам по электротехнике; сложен для понимания.
• Язык FBD - графический язык высокого уровня, обеспечивающий управление потоками данных, включающих все типы. Позволяет использовать очень мощные алгоритмы с помощью простого вызова функций и функциональных блоков. Имеется большая библиотека блоков. Удовлетворяет непрерывным динамическим процессам. Хорош для сложных вещей подобно ПИД регуляторам, массивам и т. д.
• Язык FBD заимствует символику булевой алгебры и, так как булевы символы имеют входы и выходы, которые могут быть соединены между собой, более эффективен для представления структурной информации, чем язык релейно-контактных схем. Однако насыщенность информации контроля низка и требуется концентрированный анализ для понимания последовательной логики. Последовательная логика существует всякий раз, когда цикл или элемент памяти появляется в диаграмме FBD.
• Замечателен для небольших приложений, но не подходит для больших систем, так как схема нечитабельна. Как только схема на языке FBD превышает одну страницу, должны использоваться текстовые ссылки, и FBD становится менее понятным, чем ST.
• Язык IL является текстовым языком низкого (типа Ассемблера) уровня, что существенно облегчает вызов функциональных блоков и функций условно или безусловно, выполнение назначений и условных или безусловных переходов внутри секции. Язык IL позволяет создавать высокоэффективные и оптимизированные функции. Его можно рекомендовать для написания наиболее критических мест в коде. Программируется с помощью любого текстового редактора.
• К недостаткам IL можно отнести то, что действия ассоциируются с невидимым аккумулятором.
• Язык ST - текстовый язык высокого уровня (типа Паскаля). Служит для создания процедур со сложной логикой. Наиболее удобен для программ, включающих числовой анализ или сложные алгоритмы. Может использоваться в главных программах, в теле функции или FBD, а также для описания действий внутри элементов редакторов SFC или Flow Chart. Обладает высокой читабельностью исходного кода: ключевые слова, такие как AND, OR, NOT, ГЕ, THEN, ELSE, WHILE (и др.) легко понимаемы. Прост в сопровождении, если имена переменных понятны, имеются комментарии, код хорошо структурирован.
• Однако язык ST создавался не для систем управления, а для универсального анализа данных. Поэтому он плохо подходит для определения параллельных управляющих структур или для представления управляемых прерываниями схем контроля реального времени.
• Графический язык SFC позволяет ясно и однозначно определить желаемое поведение системы управления. Отличается строгим математическим определением (каждое операционное состояние может быть декодировано с очень небольшим анализом). Удобен для описания как последовательных процессов, так и пакетных или параллельных процессов, легко комбинируется с другими языками (язык спецификаций). Обеспечивает улучшение понимания оборудования при формировании модели приложения, обладает развитыми механизмами синхронизации, использует простые динамические правила.
• Диагностика языка SFC позволяет обнаружить ошибки проекта до того, как приложение тестируется в режиме Online.
• Интерактивно анимируемый язык SFC также служит для облегчения диагностики оборудования и ошибок системы управления и после ввода в действие. Использование SFC как диагностического инструмента может уменьшать среднее время устранения таких неполадок.
• Язык SFC принят как стандарт в Европе.
• Однако написание логики программы требует большого искусства, поэтому чаще всего используется в паре с другими языками.
• Преимущества использования стандарта для конечных пользователей состоят в следующем: уменьшается стоимость обучения, пользовательские приложения однородны, структура программ идентична, используются предопределенные объекты и т. п. Разнообразие стандартных языков позволяет каждую функцию приложения запрограммировать наиболее подходящим для данной задачи языком.
• Преимущества применения стандарта для разработчиков ПЛК состоят в том, что их разработки соответствуют техническим требованиям, предъявляемым потребителями, а также предоставляют дополнительные функции ПЛК по сравнению с мелкими разработчиками ПО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Программируемые логические контроллеры» / И. Г. Минаев, В. В. Самойленко – Ставрополь «Аргус», 2009
2. «Языки программирования промышленных контроллеров» / Деменков Н.П - МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004
3. www.ingener.info – сайт «ИНЖЕНЕР инфо»
4. http://iadt.siemens.ru/assets/files/infocenter/references/Cheta2.pdf - сайт ООО «ЧЭТА», Чебоксары.