Программируемые логические контроллеры овен плк

Преимущества ПЛК

Многие предприятия, находящиеся в развитых странах дают возможность освободить человека от выполнения сложных и рутинных процессов. Благодаря такому решению увеличивается скорость работы, и снижается шанс образования дефектных изделий. Кроме того, оборудование не нуждается в перерывах на обед и может работать без остановки неделями. Каждая операция выполняется в точности с технологическим процессом, что позволяет избежать непредвиденных обстоятельств. Это только часть преимуществ ПЛК, также оборудование способно:

• Вести контроль или управлять отдельными электрическими установками. Все ограничивается только количеством входов и выходов. Так оператор, может создать условия, при которых автоматизируется сразу несколько технических станков или роботов.
• Высокая точность обработки информации и следование одному алгоритму.
• Работает при любых условиях и не требует перерывов. Благодаря этому людям больше не приходится работать в опасных для здоровья сферах, что дает возможность снизить риск образования раковых заболеваний и предотвращает получение травм.
• Для настройки используется легкий язык программирования, поэтому процесс не занимает много времени.

Применение контроллеров

Современный ПЛК, недорогой и надежный, находит применение в ПИД-регуляторах, счетчиках типа «Меркурий», промышленных устройствах серии DVP. Компактность блоков позволяет встраивать их в бытовую технику, монтировать в щитах и шкафах совместно с прочим электрооборудованием.

Энкодер, подключенный к контроллеру, применяется в автомобилестроении, реагируя на изменение угла поворота руля. Удобно использовать ПЛК при создании комплексов с ЧПУ, автоматизированных систем запуска аварийной откачки сточных вод в канализации. Видеонаблюдение, интегрированное в охранный пост, создаст полноценный обзор зоны наблюдения для оператора.

Все требуемые данные при этом будут сохранены на носителе информации (переданы в сеть), а в случае опасности сигнал тревоги будет подан автоматически. Цепочке контроллеров под силу управлять работой цеха металлообработки, пошивочной мастерской. В домашнем варианте ПЛК без участия человека включит свет, накачает воду из колодца в бак до требуемого уровня.

Входы и выходы

В любом контроллере реализованы входы трех типов – дискретные, аналоговые, специальные.

Дискретный вход

Один вход может принять только один сигнал и он будет бинарным. Вход может быть либо включенным, либо выключенным. Один вход — это 1 бит. К этому входу подключают соответствующее оборудование.

Если состояние приборов не удается описать в 1 бит, тогда для работы такого оборудования применяют несколько дискретных входов.

Системное ПО обязательно оснащено драйвером. Он считает физические значения каждого входа в ОЗУ. За счет этого программистам нет нужды понимать, как устроен контролер внутри. Дискретный вход – биты, которые можно читать и изменять из оперативной памяти устройства.

Аналоговый вход

Электрический аналоговый сигнал — это уровень напряжения или тока, соответствующий определенным физическим величинам. Это может быть значение температуры, давления, веса, положения, скорости перемещения, частоты оборотов. Так как ПЛК – это прежде всего вычислительный прибор, то аналоговый сигнал переводится в цифровой. Получается дискретная переменная.

Специальный вход

Обыкновенные входы способны удовлетворить практически все нужды. Необходимость в в спец. входах появляется при трудностях в обработке сигналов.

ПЛК оснащены специализированными входами, позволяющие измерять длительность, фиксировать фронты, подсчитывать импульсы. К примеру, для определения положения валов, используют датчики, способные выдавать импульсы на один оборот. Частота может быть очень высокой. Даже на мощных процессорах процесс занимает много времени. В таких ситуациях и нужны спец. входы, способные первично обрабатывать информацию.

Второй тип таких входов – это входы, которые могут мгновенно запускать команды пользователей с прерываниями на выполнения основного ПО.

Дискретный выход

С одним выходом можно коммутировать только один сигнал. В качестве нагрузки на выходы могут использоваться различные исполнительные устройства.

Производители ПЛК

Существует масса компаний, которые изготавливают промышленные контроллеры — это:

• Advantech,
• Delta,
• VIPA,
• Mitsubishi Electric,
• WAGO I/O,
• Phoenix Contact
• и многие другие.

Российские производители ПЛК :

• Контар,
• Овен,
• Segnetics,
• Fastwel,
• Текон.

На что обращать внимание при покупке

Все зависит от типа производства и задач, которые нужно будет решать, но существуют и универсальные решения. Важнейшие моменты:

• Универсальность среды программирования для разных платформ;
• Контроллеры с распределенным вводом/выводом;
• Устройства со встроенным вводом выводом;
• Связь с ПК;
• Дублирование ЦП и системы ввода/вывода;
• ПЛК с поддержкой веб-технологий;
• ПЛК с процессором типа PC;
• Переносные устройства для создания программ.

Самый главный пункт здесь – это первый пункт. Не стоит пытаться отыскать самое доступное оборудование на рынке – процесс переподготовки специалистов сведет к нулю всю возможную экономию. Стоить выбрать нескольких производителей и сотрудничать только с их продукций.

Другие специалисты утверждают, что самое главное это ПО. Различий в комфорте использования программных продуктов значительно больше, чем в железе ПЛК.

ОВЕН ПЛК73

Программируемый логический контроллер ПЛК 73 обладает набором схожих черт с предыдущей версией, но несколько усовершенствован. Перечислим технические характеристики, которые отличают виды устройств между собой:

• наличие щитового корпуса и степень защиты IP55;
• 6 светодиодных индикаторов, расположенных на лицевой панели;
• 9 кнопок на клавиатуре;
• четырехстрочный дисплей размером 4 на 16;
• 2 опциональных интерфейса с взаимодействием в режимах Master или Slave: RS-485, RS-232 или отсутствует и RS-485, RS-232, или его нет вообще.

Перечислим области применения данных контроллеров:

• пищевая промышленность;
• строительное производство;
• машиностроительная сфера;
• металлообрабатывающая и химическая отрасли;
• сельскохозяйственное производство;
• автоматизация для систем ЖКХ.

Встроенные интерфейсы и поддерживаемые протоколы

Оба контроллера ОВЕН ПЛК располагают развитой структурой интерфейсов и поддерживают ряд стандартных протоколов. Это позволяет использовать их как мощный сетевой вычислитель, подключать к ним широкий спектр модулей УСО (устройств сопряжения с объектом), а также работать со специализированными SCADA-системами (ОРС-сервер CoDeSys в комплекте). Модуль универсального сетевого интерфейса решает задачу реализации в среде CoDeSys любого сетевого протокола, штат-но не поддерживаемого контроллером ОВЕН ПЛК. Это даёт возможности подключения к контроллерам практически любого оборудования, располагающего встроенными интерфейсами RS-232, RS-485 или Ethernet. Поддержка разных протоколов позволяет превращать ОВЕН ПЛК в сетевой шлюз (например, между сетями с протоколами ОВЕН и Modbus).

Принцип работы ПЛК

По сути, микроконтроллер достаточно близок к реле. Только вместо механических контактов и катушек в нем — электронные цепи. Понять принцип действия будет легко любому инженеру, знакомому со схемами, основами электротехники.

Датчик освещенности на входе подает сигнал в блок обработки данных. В нормальном состоянии процессор не реагирует. Как только сенсор определит падение освещения, изменится его сопротивление, центральный блок задействует цепи питания электроламп.

Для управления ПЛК, его программирования используется бытовой ПК. Несколько отдельных микроконтроллеров образуют каскад с усложненными задачами. Системы «умный дом», автоматика включения двигателя насоса для закачки воды в накопительный бак давно содержат в себе подобные блоки.

Сложные микроконтроллерные устройства обеспечивают охрану, защиту периметра (квартиры), включая связь с полицией (владельцем) через модем, подъем тревоги при проникновении нарушителей, разрушении механизма закрытия двери.

Первый этап работы устройства состоит из экспресс-теста задействованного оборудования. Одновременно идет загрузка операционной среды, управляющих программ. Все как в настольном ПК при старте Windows. Предусмотрена пошаговая отработка команд (отладка), при которой допускается мониторинг, корректировка переменных.

Для простоты восприятия рабочий, шаговый режим ПЛК разбит на типовые циклы. Они повторяются во время функционирования устройства. В каждом цикле, «маршрутной карте» заключаются 3 действия:

Завершается цикл быстрым переходом к первому этапу «урока».

Среда программирования

Основой комплекса CODESYS является среда разработки прикладных программ для программируемых логических контроллеров (ПЛК). Она распространяется бесплатно и может быть без ограничений установлена на нескольких рабочих местах.

В CODESYS для программирования доступны все пять определяемых стандартом IEC 61131-3 (МЭК 61131-3) языков:

• IL (Instruction List) — ассемблер-подобный язык
• ST (Structured Text) — Pascal-подобный язык
• LD (Ladder Diagram) — язык релейных схем
• FBD (Function Block Diagram) — язык функциональных блоков
• SFC (Sequential Function Chart) — язык диаграмм состояний

В дополнение к FBD поддержан язык программирования CFC (Continuous Function Chart) с произвольным размещением блоков и расстановкой порядка их выполнения.

В CODESYS реализован ряд других расширений спецификации стандарта IEC 61131-3. Самым существенным из них является поддержка Объектно-ориентированного программирования (ООП).

Встроенные компиляторы CODESYS генерируют машинный код (двоичный код), который загружается в контроллер. Поддерживаются основные 16- и 32-разрядные процессоры: Infineon C166, TriCore, 80×86, ARM (архитектура), PowerPC, SH, MIPS (архитектура), Analog Devices Blackfin, TI C2000/28x и другие.

При подключении к контроллеру среда программирования переходит в режим отладки. В нем доступен мониторинг/изменение/фиксация значений переменных, точки останова, контроль потока выполнения, горячее обновление кода, графическая трассировка в реальном времени и другие отладочные инструменты.

CODESYS версии V3 построен на базе так называемой платформы автоматизации: CODESYS Automation Platform. Она позволяет изготовителям оборудования развивать комплекс путём подключения собственных плагинов.

Расширенная профессиональная версия среды разработки носит название CODESYS Professional Developer Edition. Она включает поддержу UML-диаграмм классов и состояний, подключение системы контроля версий Subversion, статический анализатор и профилировщик кода. Распространяется по лицензии.

Инструмент CODESYS Application Composer позволяет перейти от программирования практических приложений к их быстрому составлению. Пользователь составляет собственную базу объектов, соответствующих определенным приборам, механическим узлам машины и т. п. Каждый объект включает программную реализацию и визуальное представление. Законченное приложение составляется из необходимых объектов, конфигурируется и автоматически генерируется программа на языках МЭК 61131-3.

CODESYS Automation Server  — это облачная платформа автоматизации для контроллеров с CODESYS. Обеспечивает: удаленный мониторинг данных ПЛК, контроль исправности ПЛК, обновление ПО ПЛК по расписанию, резервное копирование проектов и параметров, контроль версий, удаленное формирование нарядов для обслуживания на местах.

С 20 марта до конца 2020 года платформа удаленной работы CODESYS Automation Server доступна бесплатно для всех пользователей.

Высокая производительность и надёжность ОВЕН ПЛК

Программируемые логические контроллеры ОВЕН построены на базе высокопроизводительного RISC-процессора архитектуры семейства ARM с тактовой частотой 200 МГц. Контроллерам компании ОВЕН посильно решение сложных вычислительных задач в минимальное время. Для оценки: цикл типовой программы по обработке 100 дискретных точек ввода/вывода ПЛК выполняет за 1 мс. Кроме того, отсутствие операционной системы, которая часто грешит зависаниями, обеспечивает высокую надёжность работы программной части ОВЕН ПЛК. Контроллеры спроектированы в соответствии с требованиями стандартов IEC 6-1131-2 и ГОСТ Р 51840-2001 и успешно прошли комплекс испытаний в отделе тестирования компании ОВЕН на климатические, вибрационные, ударные воздействия, а также в условиях различных электромагнитных и импульсных помех. Диапазон рабочих температур от -20 до +70 °С позволяет устанавливать ПЛК вне отапливаемых помещений. Сохранность подключенного к контроллеру оборудования обеспечивается наличием гальванической изоляции (четыре развязки на 1500 В между узлами).

Типы ПЛК

Современные ПЛК, использующие инновационные технологии, далеко ушли от первых упрощенных реализаций промышленного контроллера, но заложенные в систему управления универсальные принципы были стандартизированы и успешно развиваются уже на базе новейших технологий.

Крупнейшими мировыми производителями ПЛК сегодня являются компании Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron. Кроме них ПЛК выпускают и многие другие производители, включая российские компании ООО КОНТАР, Овен, Сегнетикс, Fastwel Групп, группа компаний Текон и другие.

Рис. 2. Моноблочные программируемые логические контроллеры

По конструктивному исполнению ПЛК делят на моноблочные (рисунок 2) и модульные. В корпусе моноблочного ПЛК наряду с ЦП, памятью и блоком питания размещается фиксированный набор входов/выходов. В модульных ПЛК используют отдельно устанавливаемые модули входов/выходов. Согласно требованиям МЭК 61131, их тип и количество могут меняться в зависимости от поставленной задачи и обновляться с течением времени. ПЛК подобной концепции представлены на рисунке 3. Подобные ПЛК могут действовать в режиме «ведущего» и расширяться «ведомыми» ПЛК через интерфейс Ethernet.

Рис. 3. Программируемые логические контроллеры с расширенными возможностями

Моноблочные функционально завершенные ПЛК могут включать в себя небольшой дисплей и кнопки управления. Дисплей предназначен для отображения текущих рабочих параметров и вводимых с помощью кнопок команд рабочих программ и технологических установок. Более сложные ПЛК комбинируются из отдельных функциональных модулей, совместно закрепляемых на стандартной монтажной рейке. В зависимости от количества обслуживаемых входов и выходов, устанавливается необходимое количество модулей ввода и вывода.

Источник питания может быть встроенным в основной блок ПЛК, но чаще выполнен в виде отдельного блока питания (БП), закрепляемого рядом на стандартной рейке. Блок питания небольшой мощности представлен на рисунке 4.

Рис. 4. Блок питания для ПЛК

Первичным источником для БП чаще всего служит промышленная сеть 24/48/110/220/400 В, 50 Гц. Другие модели БП могут использовать в качестве первичного источник постоянного напряжения на 24/48/125 В. Стандартными для промышленного оборудования и ПЛК являются выходные напряжения БП: 12, 24 и 48 В. В системах повышенной надежности возможна установка двух специальных резервированных БП для дублирования электропитания.

Для сохранения информации при аварийных отключениях сети электропитания в ПЛК используют дополнительную батарею.

Как известно, первоначальная концепция программируемого логического контроллера сформировалась во времена перехода с релейно-транзисторных систем управления промышленным оборудованием на появившиеся тогда микроконтроллеры. Подобные ПЛК с 8- и 16-разрядными МП ограниченной производительности до сих пор успешно эксплуатируются и находят новые сферы применения.

Огромный прогресс в развитии микроэлектроники затронул всю элементную базу ПЛК. У них значительно расширился диапазон функциональных возможностей. Несколько лет назад немыслимы были аналоговая обработка, визуализация технологических процессов или даже раздельное использование ресурсов ЦП в качестве непосредственного управляющего устройства. В настоящее время поддержка этих функций входит в базовую версию многих ПЛК.

Примером подобного подхода является отдельное направление в линейке продукции компании Texas Instruments. Как известно, TI не входит в число производителей ПЛК, но выпускает для них специализированные ЦП и сетевые процессоры, компоненты для создания периферийных цифровых и аналоговых модулей, контроллеры температуры, смешанные модули цифровых и аналоговых входов/выходов.

Блок схема процессора TI Sitara AM570x на рисунке 5 позволяет судить об огромной функциональной оснащенности этого ARM-процессора, работающего на частоте до 1 ГГц, поддерживающего интерфейсы CAN, I²C, McASP, McSPI, SPI, UART, USB и способного работать в диапазоне температур 0…90°С.

Рис. 5. Блок-схема процессора TI Sitara AM570x

Дополнительные возможности и функции ОВЕН ПЛК

При разработке контроллеров были отобраны самые востребованные функции аналогичных изделий ведущих мировых производителей, поэтому созданные компанией ОВЕН контроллеры ПЛК100 и ПЛК150 обладают современными расширенными функциональными и эксплуатационными возможностями. Первое — это наличие встроенного аккумулятора резервного питания, который позволяет сохранить данные и результаты промежуточных вычислений, а также функцию обмена по сети Ethernet после отключения основного питания (до 10 минут без перезагрузки). Второе — если всё-таки основное питание отсутствовало более 10 мин, то при перезагрузке ОВЕН ПЛК его выходы будут переведены в безопасное состояние. То же произойдет в случае аварийной ситуации. Третье — большой объем внутренней энергонезависимой Flash-памяти и наличие специализированной файловой системы даёт возможность сохранить проект CoDeSys непосредственно в контроллере. Встроенная Flash-память может быть использована для хранения архивов данных или результатов измерений. Архивы можно считать непосредственно из ПЛК через интерфейсы RS-232 или Ethernet и открыть в программе обработки электронных таблиц или текстовом редакторе. Дополнительно отметим, что ПЛК оснащён часами реального времени с собственным аккумуляторным питанием, имеет удобные надёжные винтовые клеммы и покупателю не требуется приобретать специальные кабели для подключения. Количество входов и выходов ОВЕН ПЛК может быть расширено путем подключения модулей ввода/вывода ОВЕН МВА8 и МВУ8, которые поддерживают интерфейс RS-485. Подробная информация о контроллерах, а также специальная библиотека функциональных блоков, таких как ПИД-регуляторы с автонастройкой коэффициентов, регуляторы положения трёх-позиционных исполнительных механизмов (задвижек), адаптивные регуляторы находятся в свободном доступе на сайте www.owen.ru.

Таблица. Технические характеристики контроллеров ОВЕН ПЛК100 И ОВЕН ПЛК150

Параметры
ОВЕН ПЛК100
ОВЕН ПЛК150
Общие сведения
Тип корпуса
для крепления на 35-мм DIN-рейку, длина 105 мм
Степень защиты корпуса
IP20
Диапазон рабочих температур
-20…+70 °С
Напряжение питания (два варианта исполнения)
=24 В/~220 В
Потребляемая мощность
б Вт
Индикация на передней панели
светодиодная
Ресурсы
Центральный процессор
32-разрядный RISC-процессор 200 МГц на базе ядра ARM9
Объём оперативной памяти
8 Mбайт
Объём энергонезависимой памяти хранения программ
4 Mбайт (Flash-память, специализированная файловая система)
Размер Retain-памяти
4 кбайт
Дискретные входы
Количествоь дискретных входов
8
6
Тип сигнала дискретного входа: • =24 В • ~220 В
15..24 В соответствует логической 1, 0…5 В — логическому 0 сухой контакт (разомкнут — логический 0; замкнут — логическая 1)
Гальваническая изоляция дискретных входов
на 1,5 кВ, групповая
Рабочая частота дискретных входов
до 10 кГц
Аналоговые входы
Количество аналоговых входов
нет
4
Предел основной приведённой погрешности
—
0,5 %
Типы поддерживаемых датчиков и входных сигналов (подключение датчика с выходным унифицированным сигналом тока или напряжения осуществляется напрямую и не требует согласующих резисторов)
—

термопреобразователи сопротивления медные, платиновые, никелевые 50,100, 500,1000 Ом (по двухпроводной схеме); термопары; ток 0…5 мА, 0(4).20 мА; напряжение 0…1 В, 0…10 В; сопротивление до 5 кОм

Время опроса одного аналогового входа
—
0,5
Дискретные выходы
Количество дискретных выходов и варианты их исполнения
б э/м реле (220 В, 8 А) 12 транз. кл., коммутирующих +Uпит
4 реле (220 В, 4 А)
Гальваническая изоляция дискретных выходов
1,5 кВ, индивидуальная
Аналоговые выходы
Количество аналоговых выходов
—
2
Разрядность
—
10 бит
Тип выходного сигнала (варианты исполнения): • тока • напряжения • универсальный (программное переключение типа выходного сигнала)
—
4…20мА 0…10В 0…10 В или 4…20 мА
Наличие встроенного источника питания
общий, гальванически изолированный (1,5 кВ)
Интерфейсы связи
Интерфейсы
Ethernet 10/100 mbps, RS-485, RS-232 – 2 канала, USB-Device, USB-Host
Ethernet 10/100 mbps, RS-485,RS-232
Скорость обмена по интерфейсам RS
настраиваемая, до 115200 bps
Протоколы
ОВЕН, Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP, Dcon, Gateway (протокол CoDeSys)
Программирование
Среда программирования
CoDeSys 2.3
Языки программирования
IL, ST, LD, SFC, FBD + дополнительный язык CFC
Размер пользовательской программы
ограничен размерами свободной памяти (около 1 млн инструкций)
Интерфейс для программирования и отладки
RS-232, Ethernet или USB

Место ПЛК в системе управления

До создания миниатюрных интегральных схем рука оператора буквально не успевала переключать режимы на пульте цепи управления. Использование контроллерных блоков «Сегнетикс», «Дельта» и подобных способствовало снятию нагрузки с человека.

Ее переложили «на плечи» машин с выводом на экран данных мониторинга, отображенных в виде мнемосхем и изменяемых параметров. На ПЛК возлагаются задачи по опросу датчиков и регистров, обработке поступающей информации.

Без микроконтроллеров не было бы РСУ, АСУ, сложных автоматных комплексов управления технологическими процессорами. Используя сетевой трафик, ПЛК анализируют данные, успевая проверять состояние портов входа. Главный недостаток, особенность микроконтроллеров состоит в необходимости прошивки, создания программы для работы.

Впрочем, его следует воспринимать двояко: индивидуально создаваемое ПО позволяет проектировать узкоспециализированные изделия под конкретные задачи.

Литература

• Э. Парр. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 516 с. ISBN 978-5-94774-340-1
• Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 256 c. ISBN 5-98003-079-4
• Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М: Горячая Линия-Телеком, 2009. — 608 с. ISBN 978-5-9912-0060-8
• Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры. Практическое руководство для начинающего инженера. /И. Г. Минаев, В. В. Самойленко — Ставрополь: АГРУС, 2009. — 100 с. ISBN 978-5-9596-0609-1
• Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления / И. Г. Минаев, В. М. Шарапов, В. В. Самойленко, Д. Г. Ушкур. 2-е изд., перераб. и доп. — Ставрополь: АГРУС, 2010. — 128 с. ISBN 978-5-9596-0670-1
• О. А. Андрюшенко, В. А. Водичев. Электронные программируемые реле серий EASY и MFD-Titan. — 2-е изд., испр. — Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2006. — С. 223.
• Минаев И.Г. Свободно программируемые устройства в автоматизированных системах управления / И.Г. Минаев, В.В. Самойленко, Д.Г. Ушкур, И.В. Федоренко — Ставрополь: АГРУС. 2016. — 168 с. ISBN 978-5-9596-1222-1

Ограничения ПЛК

Не стоит полагать, что наличие программируемого контроллера способно решить все глобальные проблемы пользователя. ПЛК, работающие на основе протоколов Codesys, Modbus (для модульных решений), обладают ограниченной сферой применения. Их выбор обусловлен поставленной задачей. Попытку создать универсальные ПЛК вряд ли можно признать целесообразной.

Подобный ход лишает технологический процесс гибкости. Создание требуемой конфигурации осуществляется комплектацией готового моноконтроллера, согласно проекту заказчика. В исключительных ситуациях проблему решают сборкой мегаустройства из дискретных блоков. Последний вариант предпочтительнее: каждый элемент допускается оборудовать индивидуальным пультом ввода команд, сенсорной панелью, устройством отображения данных.

Роль каналов обмена данными играют кабельные медные шины, оптоволоконная связь. Успешно используются варианты стандартизированных интерфейсов RS-232, RS-485 (кабель), промышленных Profibus или CAN. Не возбраняется коммутация по беспроводным линиям (Wi-Fi).