Программируемые логические контроллеры – базовые многофункциональные компоненты современных систем автоматизации

Общие сведения о функциях ПЛК

В настоящее время широкое распространение получили программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые в качестве контроллеров полевого уровня  являются основным ядром автоматизированных систем  управления  технологических процессов и производств. 

Типичный  ПЛК состоит из: процессорного модуля,  модулей дискретных и аналоговых входов/выходов, ПИД-регуляторов, терморегуляторов, позиционирования, контроля движения и др.

Среди производителей и потребителей выработалась следующая классификация ПЛК по количеству входов и выходов: наноконтроллеры – до 15-20 входов/выходов, малые контроллеры – до 100 входов/выходов, средние  – 100-300, большие – 300-2000, сверхбольшие – более 2000 входов/выходов. Кроме этого основного параметра, характеризующего «мощность» ПЛК, при разработке систем управления и выборе ПЛК учитывают также его быстродействие, объём разных видов памяти и количество сетевых интерфейсов.

Наиболее популярными инструментами разработки программного обеспечения для ПЛК  в настоящее время являются языковые среды ISaGRAF и CoDeSys.

ISaGRAF — инструмент разработки прикладных программ  для программируемых логических контроллеров на языках стандарта IEC 61131-3 и IEC 61499, который позволяет создавать локальные или распределенные системы управления. Основа технологии — среда разработки приложений (ISaGRAF Workbench) и адаптируемая под различные аппаратно-программные платформы исполнительная система (ISaGRAF Runtime). В настоящее время ISaGRAF производится и распространяется компанией ICS Triplex ISaGRAF. В ISaGRAF поддерживаются все пять языков программирования стандарта IEC 61131-3 (International Electrotechnical Commission, МЭК):

CoDeSys — универсальный инструмент разработки прикладных программ для программируемых логических контроллеров на языках стандарта
IEC 61131-3. Данный инструмент производится и распространяется основанной в 1994 году фирмой 3S-Smart Software Solutions (Кемптен, Германия). Название CoDeSys является акронимом от Controller DevelopmentSystem. Версия 1.0 была выпущена в 1994 году. Среда программирования CoDeSys распространяется без лицензии и может быть без ограничений установлена на нескольких рабочих местах. Однако для установки целевой программы, разработанной при помощи CoDeSys, требуется приобретение лицензионной марки, стоимость которой зависит от количества марок в заказе.

ISaGRAF и CoDeSys поддерживают все пять языков программирования, рекомендуемых международным стандартом МЭК-61131-3:
• IL – текстовый, аппаратно-независимый и подобный языку Ассемблер;
• LD –  графический язык, удобный для реализации релейных схем;
• FBD – графический язык для реализации функциональных блоковых диаграмм;
• SFC – высокоуровневый графический язык диаграмм состояний, на базе математического аппарата сетей Петри;
• ST – текстовый язык, подобный языкам Паскаль и С.
       
Программы на языках IL и LD состоят из набора функциональных блоков, соответствующих катушкам и контактам реле, и удобны для реализации логических систем управления. Программы на графических языках FBD и CFC содержат логические элементы И, ИЛИ, НЕ и удобны для специалистов, знакомых с алгеброй логики.  Язык ST предназначен для программирования сложных алгоритмов и логико-математических преобразований, обработки аналоговых сигналов. 

Языки релейных схем (LD) и функциональных блоков (FBD) наиболее распространены в практике программирования ПЛК. 

Преимущества ПЛК

Первое и главное преимущество ПЛК, обусловившее их широкое распространении, заключается в том, что одно компактное электронное устройство может заменить десятки и сотни электромеханических реле. Второе преимущество в том, что функции логических контроллеров реализуются не аппаратно, а программно, что позволяет постоянно адаптировать их к работе в новых условиях с минимальными усилиями и затратами. 

ПЛК отличаются от традиционных неперепрограммируемых устройств управления следующими преимуществами: они более гибки, надёжнее, имеют меньшие габариты, могут быть объединены в сети с другими устройствами и перенастраиваться по Интернету, быстрее обнаруживают ошибки, расходуют меньше электроэнергии, требуют меньше затрат на изменение своих функций и структуры и вообще менее затратны на больших отрезках времени.  

Применение ПЛК обеспечивает высокую надёжность, простое тиражирование и обслуживание систем управления, ускоряет монтаж и наладку оборудования, обеспечивает возможность быстрого обновления алгоритмов управления (в том числе и на работающем оборудовании).

Конструкторское бюро «АГАВА», г. Екатеринбург,  производит собственный  ПЛК под торговой маркой АГАВА 6432.20, который позиционируется на рынке промышленной  автоматизации, как контроллер премиум класса с широким коммуникационными возможностями, предназначенный  для построения распределенных и локальных систем различной сложности. 

В соответствии с  избранной маркетинговой  политикой  АГАВА 6432.20 располагается  в ценовой нише до 10 тыс. рублей, что соответствует стоимости наноконтроллеров  и программируемых реле.

Особенностью архитектуры ПЛК АГАВА 6432.20 является то, что процессорный модуль оснащен только последовательными интерфейсами  и не имеет на борту подсистем входов/выходов. Такое построение было продиктовано желанием создать максимально помехозащищенное устройство и минимизировать все проводные связи с внешней средой.

Для сопряжения с объектом служат модули ввода/вывода АГАВА 6432.20МВВ, которые обмениваются данными  с головным модулем при помощи интерфейса RS-485. В то же время в качестве модулей ввода/вывода могут использоваться устройства любых  производителей, поддерживающие протокол MODBUS RTU.

ПЛК АГАВА 6432.20 предназначен:

• для создания систем управления в энергетике, на транспорте, в различных областях промышленности, ЖКХ и сельского хозяйства;
• для организации взаимодействия между оборудованием, имеющим различные интерфейсы и протоколы связи;
• объединение нескольких устройств в единую сеть;
• предоставления удаленного консольного доступа к удаленному оборудованию;
• создание систем мониторинга и диспетчеризации технологических процессов, инженерных систем, зданий многого другого.

Алгоритмы  работы ПЛК определяется потребителем в процессе программирования контроллера. Загрузка проекта в прибор и его отладка производятся через интерфейс Ethernet или RS-232. 

Прграммируемый логический контроллер АГАВА 6432.20 ПЛК1 оснащен жидкокристаллическим графическим индикатором, клавиатурой, портом Ethernet, тремя RS-485 портами, полным RS-232 портом, CAN-портом, USB-host и device портами, слотом для SD-карты, датчиком наличия питающей сети. Индикатор позволяет разработчику проекта выводить на него различную информацию о состоянии объекта, прибора и т.п. Кроме того, можно программно управлять цветами подсветки индикатора.  

При помощи клавиатуры можно  вводить в память контроллера различные данные и управлять объектом по месту. Встроенный пьезоэлектрический зуммер может быть использован в качестве звуковой сигнализации. 

На лицевой панели прибора присутствуют три светодиода «Работа», «Авария» и «Программа», управление которыми доступно из программы проекта.  

Существует исполнение головного модуля контроллера  без графического индикатора и клавиатуры.

Для обеспечения визуализации режимов работы технологического оборудования   к ПЛК при помощи интерфейса RS-485 можно подключить стандартную панель оператора. Кроме того имеется возможность использования Web-визуализации, что позволяет получать параметры объекта непосредственно из контроллера через локальную сеть или Интернет без использования специального программного и аппаратного обеспечения.

Три гальванически изолированных порта RS-485 позволяют осуществлять высокоскоростной обмен с внешними устройствами ввода-вывода по стандартному протоколу MODBUS-RTU. 

Порт RS-232 обеспечивает полноценную связь с модемом и другими устройствами. Также имеется гальванически изолированный порт стандартной промышленной сети CAN.

В ПЛК установлена SD-карта объемом до 2Гб, которая используется прибором в качестве жесткого диска, что позволяет сохранять большой объем информации. 

Наличие порта USB-host позволяет подключать к прибору USB флеш-накопители и другие устройства. При помощи порта USB-device можно подключить ПЛК  к компьютеру для съема информации с внутренней SD-карты без ее извлечения.

ПЛК АГАВА 6432.20 работает под управлением операционной системы Linux. Применение Linux дает возможность использовать в проектах такие ресурсы операционной системы, как хранение и накопление данных в файлах, их перенос на внешний съемный USB flash-диск, либо по сети Ethernet при помощи сервисов ftp, e-mail и telnet. 

Наличие в ПЛК АГАВА 6432.20 развитых сетевых ресурсов позволяет производить обмен информацией по локальной сети или через Интернет. 

Код проекта и энергонезависимые переменные (тип retain) сохраняются на SD-карте, это позволяет создавать большие проекты и пользоваться значительным  числом переменных retain.

Наличие драйверов позволяет подключать к ПЛК модемы, Wi-Fi сетевые адаптеры и пр.

Программируемый логический контроллер питается от сети переменного тока при помощи встроенного импульсного источника питания, работающего в широком диапазоне питающего напряжения. Это позволяет использовать недорогие блоки бесперебойного питания для обеспечения безаварийного управления объектом. Встроенный гальванически развязанный датчик питающей сети позволяет прибору определять отсутствие сети, предпринять соответствующие действия, либо корректно завершить работу.
 
Проф. В. Лукас,
научный консультант ООО КБ «Агава»
Prof. W. Lukas <w.a.lukas@web.de>