Программируемые контроллеры серии InLine компании Phoenix Contact

Стремительное развитие автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) привело к тому, что редкое предприятие или процесс обходится сегодня без них. В то же время при внедрении таких систем и их дальнейшей эксплуатации на предприятиях нередко возникают проблемы. Одной из причин является незнание специалистами предприятия основ автоматизации на современном уровне, а специалистами фирмы, проводящей внедрение автоматизированной системы - особенностей технологических процессов предприятия. Но обозначить проблему недостаточно, необходимо ее решить. И решение найдено - это построение АСУ ТП на базе применения программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Программируемые логические контроллеры представляют собой микропроцессорные устройства, предназначенные для выполнения алгоритмов управления. Принцип работы ПЛК заключается в сборе и обработке данных по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства.

ПЛК (PLC) были разработаны для замены релейно-контактных схем управления, собранных на дискретных компонентах: реле, таймерах, счетчиках, элементах жесткой логики. Отличие ПЛК от релейной схемы заключается в том, что в первом из них все алгоритмы управления реализованы программно. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности. Использование программируемых логических контроллеров позволяет заменить одним устройством любое необходимое количество отдельных элементов релейной автоматики, что увеличивает надежность системы, минимизирует затраты на ее тиражирование, ввод в эксплуатацию и обслуживание. ПЛК может обрабатывать дискретные и аналоговые сигналы, управлять клапанами, сервоприводами, преобразователями частоты и другими устройствами.

Другое преимущество этих устройств - функции логических контроллеров реализуются программно, а не аппаратно, что позволяет адаптировать их к работе в новых условиях с минимальными усилиями. Ряд дополнительных функций, которыми обладают современные ПЛК, привели к практически полному переходу систем автоматизации на базу контроллеров, без которых сегодня сложно представить любую АСУ ТП.

Для программирования ПЛК используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандарта IEC 61131-3:

• Языки программирования для инженеров по автоматизации
• LD - Язык релейных схем,
• FBD - Язык функциональных блоков,
• SFC - Язык диаграмм состояний - программирование автоматов,
• CFC - Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD;
• Языки для программистов ПЛК
• IL - Ассемблер,
• ST - Паскалеподобный язык.

Структурно в IEC 61131-3 среда исполнения представляет собой набор ресурсов. Ресурс предоставляет возможность исполнять задачи. Задачи - это набор программ. Задачи могут вызываться циклически, по событию, с максимальной частотой. Программа - это один из типов программных модулей POU (Program Organisation Unit). Модули (POU) могут быть одного из типов: «программа», «функциональный блок» и «функция».

Большинство производителей ПЛК используют собственную или написанную третьим производителем среду программирования. В последнем случае производитель ПЛК производит ее адаптацию к ресурсам своих контроллеров (портирование ядра). Такой подход является наиболее правильным с точки зрения «лояльности» программного обеспечения к разработчику АСУ ТП: программистам нет необходимости изучать интерфейсы всех средств разработки, а производители ПЛК не тратят времени на различные доработки ПО. Наиболее распространенными программными пакетами являются:

• CoDeSys компании 3S-Smart Software Solutions GmbH,
• Multiprog компании KW-Software GmbH (рис.1).

Эти пакеты в основных чертах похожи друг на друга и имеют отличия лишь в некоторых функциональных свойствах. Таким образом, программисту, знакомому с одной из них, не составит большого труда начать работать с другой

Одним из крупнейших мировых производителей ПЛК является компания Phoenix Contact.

Программируемые логические контроллеры серии InLine компании Phoenix Contact делятся на четыре класса: 100, 200, 300 и 400. Благодаря низкой стоимости и наилучшим характеристикам среди компактных устройств управления широкое применение в системах автоматического управления (САУ) непрерывными технологическими процессами получили PLC классов 100 и 200. Сбалансированная совокупность основных характеристик и функциональных возможностей PLC этих классов определила их преимущественное использование в САУ наиболее ответственными объектами. Класс 300 обеспечивает высокую производительность для сложных приложений. Класс 400 может применяться для решения сложных задач регулирования и в качестве концентраторов данных в масштабных системах и технологических процессах.

Далее кратко рассмотрим особенности всех этих серий и их применение.

Класс производительности 100

Бытует мнение, что автоматизация - это дорогостоящий и сложный процесс. Однако с помощью компактных контроллеров класса 100 (рис. 2) можно просто и быстро решить поставленную задачу. Небольшие по размерам ПЛК позволяют создавать системы автоматизации любой сложности. Возможности применения практически безграничны, поскольку имеется множество функциональных модулей, удовлетворяющих специальным требованиям малых систем. Кроме компактных контроллеров, система включает в себя модули ввода-вывода, бесплатные программные средства, Web-панели, а также модемы и сетевые компоненты. В систему достаточно просто могут быть интегрированы также и модули обеспечения безопасности. Развертывание системы автоматизации теперь стало очень простой задачей.

Рис. 2. Общий вид ПЛК класса 100

В качестве ядра в контроллерах серии 100 применяется второе поколение встраиваемых процессоров общего назначения с перестраиваемой конфигурацией - NIOS II разработки Altera. Cистемы на базе Nios II обеспечивают исключительную гибкость, позволяя программно создавать и использовать процессоры, соответствующие потребностям встраиваемой системы. Встраиваемое ядро у Nios представляет собой конвейерный RISC-процессор, в котором команды выполняются за один цикл частоты синхронизации. Встроенный процессор Nios имеет следующие особенности:

• Загружаемая RISC-архитектура с перестраиваемой конфигурацией

- Полностью синхронный адрес и интерфейс шины данных;

- Разрядность данных 16 или 32 бита;

- Адресное пространство 128 кбайт и 8 Гбайт, соответственно;

- 16-битная система команд;

- Малые требования к памяти;

- Совместимость со стандартными FLASH-устройствами;

- Поддержка памяти на кристалле и внешней памяти;

- Архитектура конвейера с пятью стадиями;

- Одна команда выполняется за один цикл частоты;

- До 512 регистров общего назначения;

- Для ускорения обработки прерывания доступ к регистрам осуществляется через окно в 32 регистра;

- 64 векторных прерывания;

- Среда разработки программного обеспечения, основанная на GNU C/C++ и Eclipse IDE;

- Модуль отладки, обеспечивающий пуск, останов, пошаговую работу и трассировку процессора под управлением интегрированной среды разработки (IDE);

- Возможность встраивания операционных систем MicroC/OS-II (Micrium), uCLinux и Nucleus Plus (ATI/Mentor);

• Периферийные устройства на кристалле, настраиваемые пользователем

- Универсальный асинхронный приемопередатчик (UART), таймер, параллельный ввод-вывод (PIO), SRAM и интерфейс flash-памяти;

- Последовательный периферийный интерфейс (SPI), модулятор ширины импульса (PWM), IDE контроллер диска, контроллер локальной сети 10/100 Ethernet на основе протокола CSMA-CD (MAC) и SDRAM контроллер.

Благодаря всему перечисленному контроллеры производительностью класса 100 отличаются следующими особенностями:

• поддержка множества полевых протоколов позволяет интегрировать системы на основе контроллеров 100-й серии в уже существующие сети;
• большое многообразие модулей ввода-вывода (это свойственно всей линейке контроллеров) позволяет решать самые разнообразные задачи автоматизации;
• низкая стоимость базовых контроллеров в сочетании с высокопроизводительными процессорами позволяет решать различные по сложности задачи;
• модульность всей системы дает возможность наращивать ее функциональность для решения задач, которые под силу только мощным контроллерам класса High-end.

Контроллеры класса производительности 100 стали особенно привлекательными для систем малой и средней производительности не в последнюю очередь благодаря среде программирования PC WORX с бесплатным приложением PC WORX EXPRESS, которое разработано специально для контроллеров серии 100.

Контроллеры оснащены встроенными WEB- и FTP-серверами, управление доступом к которым позволяет ограничить свободный доступ к ресурсам контроллеров. Головные контроллеры серии 100 обладают такими встроенными аппаратными интерфейсами, как:

• GSM, что дает возможность простым подключением программной библиотеки не только передавать данные через SMS-сообщения, но и построить IP-сеть через GPRS;
• дублированный Ethernet, который позволяет оптимизировать трафик по Ethernet-каналу, разрешив, например, через один канал передавать данные в систему автоматизации, а через другой- организовать WEB-доступ.

Ниже, в таблице 1, приведены основные характеристики линейки контроллеров серии 100.

Благодаря всем особенностям линейка контроллеров производительности класса 100 нашла применение в различных областях автоматизации.

Класс производительности 200

Контроллеры класса 200 (рис. 3) являются более развитой системой компактных устройств управления, к которым принадлежат и контроллеры серии 100. Они дополнительно оснащены специальными функциями и используются в машиностроении. Благодаря наличию встроенных счетчиков, выходов с широтно-импульсной модуляцией сигналов и блока вычислений с плавающей точкой данные контроллеры могут применяться в системах автоматического регулирования.

Рис. 3. Общий вид ПЛК класса 200

Основные характеристики представлены в таблице 2

Контроллеры класса производительности 200 предназначены для применения в машиностроении. По этой причине данные устройства управления укомплектованы быстродействующими счетчиками и выходами ШИМ-сигналов.

Класс производительности 300

Высокопроизводительные контроллеры серии 300 (рис. 4) с ARM-процессором являются разумным сочетанием высокой производительности и невысокой стоимости.

Рис. 4. Общий вид ПЛК класса 300

Благодаря своей производительности контроллеры этой серии конкурируют с высокопроизводительными контроллерами ведущих мировых компаний. Кроме передачи данных по сети Ethernet контроллеры данного класса также поддерживают систему PROFINET, используемую для связи с периферийными устройствами. Основные характеристики устройств приведены в таблице 3. При этом контроллер можно использовать как в качестве ведущего, так и ведомого устройства системы PROFINET.

Класс производительности 400

Серию контроллеров производительности класса 400 (рис. 5) благодаря применению процессоров Сeleron 900 и Pentium-M отличает максимально высокая производительность и высокая функциональность.

Для удовлетворения этих функций контроллер выполнен в виде отдельного устройства на DIN-рейке, к которому по встроенной шине INTERBUS подключаются устройства ввода-вывода или пассивные контроллеры. Данные устройства управления класса High-end являются центральными элементами системы автоматизации и могут объединять в единую систему контроллеры предыдущих серий или контроллеры сторонних производителей. Если высокодинамичная система автоматического регулирования требует большой вычислительной мощности, или требуется передача больших массивов данных, то контроллеры класса производительности 400 являются оптимальным выбором. Класс производительности 400 представлен различными вариантами устройств управления с дисплеями и без них. Кроме всего прочего, эти устройства могут применяться для решения сложных задач регулирования и в качестве концентраторов данных в масштабных системах и технологических процессах. Поставляются устройства как для Ethernet, так и для PROFINET (таблица 4).

Заключение

Таким образом, вся линейка программируемых контроллеров позволяет решать задачи различной сложности с интеграцией в существующую систему автоматизации предприятия. Обширная номенклатура модулей ввода-вывода и специальных модулей является унифицированной и легко устанавливается в контроллеры всех серий. Обладая компактной и модульной концепцией контроллеров Inline, возможной благодаря новейшему аппаратному и микропрограммному обеспечению, встраиваемые устройства управления не отстают от развития информационных технологий. Открытые коммуникационные модули Ethernet, встроенные библиотечные функции поддержки различных протоколов передачи данных и другие IT-средства позволяют достичь практически безграничных возможностей. Это дает возможность визуализировать любые протоколы Ethernet (например, Modbus/TCP).

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: [email protected]