около Дон Фам, менеджер по продуктам, IDEC

Выбор правильного типа контроллера машины сведет к минимуму затраты и сложность, сохраняя при этом производительность, необходимую для применения.

Для автоматизации машин доступно множество различных опций контроллера, что дает вам возможность выбрать контроллер, наиболее подходящий для конкретного применения. Все эти варианты могут привести к путанице. В таблице сравнения контроллеров перечислены некоторые основные характеристики каждого типа контроллеров, которые помогут вам при выборе.

Давайте начнем с класса контроллеров, часто используемых в простых приложениях из-за их низкой стоимости, небольшого форм-фактора и простоты реализации.

Образованные ретрансляторы
Контроллеры на основе реле были очень простыми, когда впервые появились, и подходили только для использования вместо нескольких реле и таймеров. Но теперь возможности этих интеллектуальных реле приближаются к возможностям микро-ПЛК, что делает их хорошим выбором для управления простыми машинами. Эти расширенные возможности привели к увеличению спроса: в год приобретается более миллиона единиц техники, а ежегодный прогнозируемый темп роста составляет 6%.

Большинство интеллектуальных реле поставляются со встроенным буквенно-цифровым дисплеем на передней панели (рис. 1), а некоторые также оснащены дополнительной внешней панелью отображения текста. Как правило, оба дисплея отображают одну и ту же информацию, при этом внешний дисплей используется, когда базовый блок установлен внутри корпуса управления и, следовательно, не виден при нормальной работе.

Хотя большинство интеллектуальных реле можно запрограммировать с помощью их дисплея, чаще всего используется программное обеспечение для программирования на базе ПК, которое обычно поставляется бесплатно вместе с реле. После программирования по крайней мере некоторые настройки интеллектуального реле, такие как настройки сигнализации и другие значения, обычно могут быть изменены с помощью его дисплея.

Новые интеллектуальные реле имеют порт Ethernet в дополнение к порту последовательного или проприетарного протокола связи. Этот порт Ethernet можно использовать для подключения к ПК для первоначального программирования, а затем для подключения к другим устройствам после завершения программирования. Эти другие устройства могут включать внешнюю панель отображения текста, другие интеллектуальные реле или коммутатор Ethernet.

Некоторые новые интеллектуальные реле имеют встроенный веб-сервер, позволяющий программировать веб-страницы и сохранять их в устройстве для удаленного доступа с помощью любого веб-браузера. Эта функция соединяет интеллектуальное реле с внешним миром через Интернет, что полезно для удаленного доступа. Некоторые поставщики также пишут приложения для смартфонов, позволяющие осуществлять связь со своими интеллектуальными ретрансляторами с телефонами Apple и Android, что значительно повышает скорость и удобство удаленного доступа.

Предпочтительными языками программирования являются лестничная логика или функциональный блок, что позволяет легко писать эффективные программы для выполнения простых операций. Внутреннее хранилище программы ограничено, поэтому операции не могут быть чрезмерно сложными. Интеллектуальный релейный ввод-вывод раньше был строго дискретным, но аналоговый ввод-вывод теперь становится доступным на некоторых новых устройствах.

Что касается максимально допустимого ввода-вывода, SmartRelay FL1F от IDEC может обрабатывать до 60 операций ввода-вывода с базовым блоком и моделью расширения. Эти 60 устройств ввода-вывода состоят максимум из 24 дискретных входов, 20 дискретных выходов, 8 аналоговых входов и 8 аналоговых выходов.

Когда этого объема ввода-вывода недостаточно или когда требуются другие функции, такие как графический дисплей или более сложное управление, следующим шагом является ПЛК или PAC.

Это ПЛК или PAC?
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) и программируемые контроллеры автоматизации (PACs) являются основными двигателями, обеспечивающими управление машинами во всем мире, и на то есть веские причины. Начиная с появления ПЛК в качестве замены реле в 1960-х годах, эти контроллеры стали доминировать на рынке управления машинами. Ежегодные закупки превышают 8 миллионов единиц при темпе роста около 7%.

Хотя нет четкой границы, определяющей разницу между ПЛК и PAC, в целом PACs предоставляют больше возможностей, чем ПЛК, особенно для управления очень сложными системами. PACs могут выполнять расширенное управление движением, включать системы визуального контроля и выполнять расширенное управление аналоговыми контурами — набор задач, которые могут чрезмерно нагружать ПЛК.

Эти контроллеры работают в диапазоне от микро-ПЛК с примерно 32 встроенными точками ввода-вывода до полнофункциональных PACS, способных обрабатывать десятки тысяч операций ввода-вывода. Например, микро-ПЛК, изображенный на рисунке 2, может обрабатывать в общей сложности до 520 точек ввода-вывода, и 126 из этих точек ввода-вывода могут быть аналоговыми. Хотя этот контроллер обозначен как микро-ПЛК, по многим параметрам он приближается к мощности PAC, включая скорость выполнения и память программ.

Для ПЛК и PACs можно использовать несколько вариантов интерфейса оператора. Первый — это графический терминал операторского интерфейса поставщика, часто подключаемый к контроллеру с помощью фирменного интерфейса. Второй — это встроенный HMI, который состоит из стороннего программного обеспечения HMI, работающего на некотором типе встроенной платформы. Третий — это HMI на базе ПК.

ПЛК и PACs программируются с использованием программного обеспечения на базе ПК, и для любых изменений в программе обычно требуется ПК. Компьютер для программирования обычно подключается к ПЛК или PAC через порт Ethernet. Хотя программа обычно не может быть изменена без ПК, многие параметры можно настроить с помощью устройства интерфейса оператора, такие как уставки и значения аварийных сигналов. Если устройство интерфейса оператора представляет собой HMI на базе ПК, ПК также может использоваться для программирования.

ПЛК и PACs способны управлять практически любой машиной, и многие из них теперь имеют встроенный PID-регулятор и управление движением. Обширная встроенная память позволяет в режиме реального времени и на высокой скорости управлять многими точками ввода-вывода и контурами управления даже для сложных приложений, таких как многоосевое управление движением.

Диапазон ввода-вывода может достигать десятков тысяч точек и может включать в себя множество типов локальных и удаленных модулей ввода-вывода. Приложения с очень высокой скоростью могут быть решены с помощью специальных модулей ввода-вывода с быстрым временем сканирования, а когда требуется точность, доступны модули с высоким разрешением. Модули удаленного ввода-вывода часто выпускаются в вариантах для машинного монтажа, при этом монтаж в шкафу не требуется.

Сетевые возможности многочисленны, почти все ПЛК и PACs оснащены несколькими портами Ethernet и поддерживают различные протоколы Ethernet. Связь с этими портами обычно может быть запрограммирована на языках сценариев, которые намного мощнее и проще в использовании, чем лестничная логика для задач такого типа.

Говоря о программировании, многие из этих контроллеров поддерживают набор языков IEC 61131, который включает лестничную диаграмму, функциональную блок-схему, структурированный текст, список инструкций и последовательную функциональную диаграмму.

Даже при наличии всех этих опций некоторые приложения требуют еще большей производительности, что делает промышленный ПК наилучшим вариантом.

Производительность ПК
Промышленные ПК (IPCS) занимают лидирующие позиции с точки зрения управления машинами, сочетая в себе мощность и возможности подключения ПК с надежностью ПЛК. Как и следовало ожидать, затраты соответственно высоки, что делает эти контроллеры экономичными только для самых требовательных применений.

Многие современные промышленные ПК теперь выпускаются в версиях для монтажа в стойку, что придает им внешний вид и форм-фактор, схожий с PLC или PAC. IPC-ввод-вывод также выглядит аналогично, с возможностью локального монтажа в стойку и удаленного доступа, легко расширяемый до десятков тысяч точек ввода-вывода. IPCS являются наиболее открытыми из всех контроллеров, поэтому возможно добавление практически любого типа ввода-вывода, часто путем добавления подключаемой платы для обработки определенного протокола.

А поскольку IPCS настолько открыты, подключение осуществляется легко, благодаря возможности подключения практически к любому типу HMI, контроллеру, системе визуального контроля или вычислительной платформе верхнего уровня, такой как база данных, ERP-система или система управления производством.

Как и ПК, IPCS могут быть сконфигурированы как виртуальные машины, что означает, что на них может размещаться несколько операционных систем одновременно. Например, операционная система реального времени может использоваться для управления, операционная система Windows для запуска HMI и третья операционная система для специальной задачи, такой как машинное зрение.

Что касается языков программирования, ожидайте, что IPC будет поддерживать все языки стандарта IEC 61131, а также языки на базе ПК, такие как C++ и Virtual Basic. Поскольку может использоваться так много различных языков, стоимость программного обеспечения для программирования IPC обычно довольно высока.

Память для хранения программ и данных может быть расширена по мере необходимости, что позволяет как выполнять большие управляющие программы в режиме реального времени, так и хранить производственные данные. Существует также множество вариантов хранения данных, включая внутренние дисководы, компакт-диски и переходные накопители.

Один из способов добиться большей отдачи от IPC — это объединить управление с функциональностью HMI. Когда это будет сделано, все, что необходимо для создания мощного графического интерфейса, — это промышленный монитор. Эта концепция также распространяется на другие приложения в виде комбинированных блоков PLC + HMI, как описано на боковой панели Combo Controllers.

Ваши три основных варианта управления машиной — это интеллектуальные реле, ПЛК/PACs и IPCs. У каждого варианта есть свое место, и правильный выбор поможет снизить затраты и сложность при одновременном обеспечении требуемого уровня производительности для вашего конкретного приложения.

Комбинированные контроллеры

Специальные контроллеры включают комбинированные контроллеры, контроллеры движения и гидравлические контроллеры.

Комбинированные контроллеры PLC+HMI объединяют интерфейс оператора, контроллер и ввод-вывод в одно устройство (рис. 3). По сравнению с отдельным контроллером и интерфейсом оператора комбинированные устройства снижают затраты, уменьшают занимаемую площадь и упрощают интеграцию.

Затраты снижаются, поскольку первоначальная закупочная цена меньше, требуется меньше компонентов для установки и подключения, а также меньше компонентов на складе. Интеграция упрощается, поскольку нет необходимости устанавливать соединение между контроллером и устройством интерфейса оператора.

Хотя комбинированные устройства традиционно не были такими мощными, как ПЛК или PACs, за последние несколько лет их возможности расширились, включив аналоговый ввод-вывод и управление, подключение по Ethernet и функциональность веб-сервера.

Контроллеры движения хорошо подходят для машин с большим количеством функций движения, но с небольшим количеством других требований к управлению в режиме реального времени. Хотя эти устройства превосходны в первую очередь в управлении движением, многие из них также включают в себя функции ввода-вывода и логические возможности для управления ограниченным числом дискретных и аналоговых входов и выходов.

Хотя многие ПЛК, большинство PACS и все IPCs могут выполнять управление движением, использование специального контроллера движения может упростить программирование, запуск и техническое обслуживание.

Другой тип специализированных контроллеров предназначен для гидравлических систем, что делает их правильным выбором для управления гидравлическими машинами. Как любят говорить инженеры, при наличии достаточного времени и бюджета практически любой контроллер может быть запрограммирован для выполнения любой задачи, включая управление сложной гидравлической системой. Но использование контроллера, предназначенного для этой конкретной функции, обеспечивает наилучший инструмент для выполнения работы, сокращая время и затраты на проектирование и программирование, а также упрощая запуск.

Как и контроллеры движения, большинство гидравлических контроллеров содержат логику и дополнительный ввод-вывод для управления другими точками в дополнение к гидравлическим системам.

Расширение опций за счет включения специализированных устройств, таких как комбинированные ПЛК + HMI, контроллеры движения и гидравлические контроллеры, обеспечивает проектировщикам повышенную гибкость, позволяя им более точно соответствовать требованиям машины и возможностям контроллера.

Информация о перепечатке >>

IDEC
www.idec.com