Category Archives: ПЛК-системы

Требования техники безопасности при работе с ПЛК.

Практическое применение PLC в цеховых условиях сопряжено с повышенной опасностью. Ошибки во внешних электрических цепях контроллеров, некорректный расчет устройств питания и силовых блоков, некачественное заземление, неправильно выполненная система аварийного отключения, отсутствие защиты механических узлов и прочие нарушения правил монтажа могут привести к тяжелым последствиям.

Монтаж PLC и сопряженного с ним оборудования должен выполнятся только квалифицированным персоналом, имеющим соответствующие допуски.

Ошибки в прикладном программном обеспечении PLC способны приводить к потере синхронности работы механизмов, что может стать причиной их поломки или привести к травмам обслуживающего персонала. Правильно спроектированная система должна содержать элементы блокировки, исключающие такую возможность.

Системы повышенной надежности (H-системы). Резервированные системы.

Основным принципом построения H-системы — резервированной системы является принцип горячего резервирования с поддержкой безударного автоматического переключения на резервный базовый блок в случае отказа ведущего базового блока. В соответствии с этим принципом при отсутствии отказов оба базовых блока находятся в активном состоянии и синхронно выполняют одну и ту же программу. Оба блока синхронно формируют управляющие воздействия, но эти воздействия выдаются через модули вывода только из ведущего блока. В случае возникновения отказа все функции управления принимает на себя исправный блок контроллера.

Для гарантированного безударного включения резерва между базовыми блоками контроллера необходима надежная скоростная связь. Эта связь поддерживается по оптоволоконным кабелям, соединяющим два центральных процессора. Функции синхронизации по этим кабелям выполняются автоматически операционной системой контроллера и не требуют программирования со стороны пользователя.

Такие системы предназначены для автоматизации:

  • Процессов с высокими затратами на перезапуск системы в результате отказа контроллера.
  • Процессов с высокой стоимостью простоя.
  • Процессов, в которых используются дорогостоящие материалы.
  • Необслуживаемых процессов.
  • Процессов с ограниченным количеством обслуживающего персонала.

Применение их позволяет получить целый ряд преимуществ:

Прозрачное программирование. Программы могут быть написаны на всех доступных для контроллеров языках. Программа, написанная для обычного центрального процессора, может выполняться и центральным процессором резервированного контроллера и наоборот. Дополнительное программное обеспечение необходимо только для конфигурирования резервированной системы.

Стандартная обработка данных. С точки зрения пользователя есть только один центральный процессор и одна программа.

Быстрое безударное переключение с ведущего на ведомый процессор с типовым временем переключения 30 мс. На период переключения операционная система исключает возможность потери данных или сигналов прерываний.

Автоматическая синхронизация центральных процессоров после замены одного из них. После замены одного из центральных процессоров предусмотрено выполнение автоматической безударной синхронизации с передачей в память включенного в работу процессора всех текущих данных (программы, блоков данных, динамических данных и т.д.).

Системы повышенной безопасности (F-системы)

Программируемые контроллеры повышенной безопасности (F-системы) (Рис. 1) предназначены для построения систем безопасного управления, в которых возникновение отказов не влечет за собой появление опасности для жизни обслуживающего персонала и не приводит к загрязнению окружающей природной среды.

Рис. 1 Программируемые контроллеры повышенной безопасности (F-системы)

Контроллеры выпускаются в трех модификациях:

  • система безопасного управления, в которой возникновение отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса.
  • резервированная система безопасного управления, обеспечивающая повышенную надежность функционирования автоматики безопасности.
  • система безопасного управления, в которой возникновение отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса.

На основе F-систем могут создаваться системы безопасного управления, отвечающие требованиям :

  • Классов AK1 … AK6 по DIN V 19250/ DIN V VDE 0801
  • Классов SIL 1 … SIL 3 по IEC 61508
  • Категорий 1 … 4 по EN 954-1,подтверждённым сертификатом TÜV.

В F-системах, построенных на основе программируемых контроллеров S7-400®F/FH и S7-300®F, допускается комбинированное применение компонентов систем безопасного управления с компонентами стандартного исполнения. Это позволяет создавать системы автоматического управления, выполняющие функции стандартного управления по отношению к одной и функции безопасного управления по отношению к другой части технологического оборудования. Для проектирования и обслуживания таких систем используется единый набор промышленного программного обеспечения.

Реализация функций безопасного управления поддерживается программами безопасного управления (F- программами) центральных процессоров, а также специальными сигнальными модулями (F-модулями), позволяющими создавать различные конфигурации систем ввода-вывода.

F-модули поддерживают расширенный набор диагностических функций и позволяют на аппаратном уровне выявлять расхождения в считываемых значениях для каждого канала ввода или выводимых значениях для каждого канала вывода F-системы.

Функционирование центральных процессоров сопровождается выполнением расширенного набора диагностических функций, контролем хода и времени выполнения программы, а также работоспособности станций распределенного ввода-вывода. Выявление ошибок автоматически сопровождается переводом технологического оборудования в безопасные состояния.

Стандартные функции связи и функции F-связи между программируемым контроллером и станциями распределенного ввода-вывода реализуются через сеть PROFIBUS-DP. Для передачи данных F-систем в сети PROFIBUS используется специальный профиль PROFISafe. Этот профиль позволяет использовать для передачи данных F-систем стандартные фреймы сообщений PROFIBUS-DP. Дополнительные аппаратные компоненты, подобные специальной шине безопасного управления, для этой цели не нужны. Необходимое программное обеспечение либо интегрировано в операционную систему аппаратных компонентов, либо загружается в центральный процессор в виде сертифицированных программных блоков.

Современная технология автоматизации требует наивысшей степени безопасности для людей, машин и окружающей среды.

Система автоматизации включает в себя, главным образом, такие стандартные компоненты, как PLC, приводы и т.д. Уровень техники безопасности всего предприятия или системы может отличаться в зависимости от конкретного приложения. Однако независимо от конкретного приложения уровень обеспечения безопасности всегда включает в себя ряд датчиков, устройства для анализа безопасности и исполнительные устройства для безопасного останова.

Сегодня строго различаются два уровня технологий для предприятия или системы — стандартный и ориентированный на обеспечение безопасности. Как правило, для этих двух уровней используются различные методы проектирования и инструментальные средства. Это приводит не только к более высоким расходам, связанным с обучением персонала, но также во многих случаях эти два уровня связаны, так что сигналы для диагностики, деблокировки и обратной связи могут обмениваться друг с другом. Это означает, что на обеих сторонах необходимы дополнительные компоненты ввода и вывода.

Система комплексной безопасности (Safety Integrated) — является практической реализацией этой концепции. С помощью этой концепции стандартные компоненты и компоненты обеспечения безопасности могут рентабельно комбинироваться, образуя полностью унифицированную и прозрачную систему. Дорогостоящая электропроводка для сигналов диагностики и обратной связи может быть исключена. Стандартные инструментальные средства методы проектирования, а также концепции визуализации гарантируют снижение расходов на этапе планирования, а также во время монтажа и обслуживания.

Мой блог находят по следующим фразам

Распределённые системы управления

Второй часто возникающей задачей является интеграция нескольких PLC с целью синхронизации их работы. Для этого существуют промышленные сети (fieldbus) с рядом специфических требований, аналогичных требованиям к PLC: режим реального времени, надёжность в условиях промышленной среды, ремонтнопригодность, простота в программировании. Существует достаточно много стандартов таких сетей (Modbus, Profibus, CANopen, DeviceNet, CanBus, LON, Profinet и т.д.), позволяющих интегрировать аппаратуру различных фирм.

Благодаря продуктивному развитию средств сетевой интеграции появилась возможность создания распределённых систем управления (DCS). PLC позволяют создавать распределенные системы автоматического управления, в которых широко используются станции распределенного ввода-вывода. В распределенных системах каждый PLC решает локальную задачу. Задача синхронизации управления выполняется компьютерами среднего звена АСУ. Распределенные системы выигрывают по надежности, гибкости монтажа и простоте обслуживания.

Скорость передачи информации по сети PROFIBUS-DP может достигать 12 Мбит/с, что позволяет использовать станцию в системах реального масштаба времени.

Totally Integrated Automation (TIA)

Целью концепции TIA является создание единой программно-аппаратной основы, позволяющей объединить все уровни управления предприятием: от полевого уровня автоматизации производственных процессов до уровня планирования ресурсов предприятия (ERP — Enterprise Resource Planning), включая уровень управления производством (MES — Manufacturing Execution System).

Сетевые решения систем автоматизации базируются на использовании международных стандартов организации обмена данными и обслуживания устройств децентрализованной периферии:

  • Industrial Ethernet (IEEE 802-3) — международный стандарт организации обмена данными на верхних уровнях управления через локальные или глобальные информационные сети.
  • PROFINET (IEC 61158) — новый открытый коммуникационный стандарт, который существенно расширяет функциональные возможности обмена данными и охватывает широкий спектр требований по использованию Ethernet в системах автоматизации.
  • PROFIBUS (IEC 61158/EN 50170) — международный стандарт построения сетей полевого уровня.
  • AS-Interface (EN 50295) — международный стандарт организации связи с датчиками и приводами.
  • EIB (EN 50090, ANSI EIA 776) — сеть для автоматизации технических систем зданий и сооружений
  • SINAUT ST7 — организация распределенных систем мониторинга и управления технологическим процессом в распределенных конфигурациях на основе станций управления SIMATIC S7, с использованием сети WAN (Wide Area Network).

Мой блог находят по следующим фразам

Интеграция PLC в систему управления предприятием.

На базе контроллера с включением минимального количества дополнительных компонентов можно построить многофункциональную систему управления. Контроллеры традиционно работают в нижнем звене автоматизированных систем управления предприятием (АСУ) — систем, непосредственно связанных с технологией производства (ТП). Это объясняется тем, что необходимость автоматизации отдельного механизма или установки всегда наиболее очевидна. Она дает быстрый экономический эффект, улучшает качество производства, позволяет избежать физически тяжелой и рутинной работы. Контроллеры по определению созданы именно для такой работы.

Интеграция PLC в систему управления предприятием (Рис.1):

  • конфигурация системы
  • программирование контроллеров
  • мониторинг (SCADA)

Системы визуализации HMI

Далеко не всегда удается создать полностью автоматическую систему. Часто «общее руководство» со стороны квалифицированного человека — диспетчера необходимо. В отличие от автоматических систем управления такие системы называют автоматизированными. Диспетчерский пульт управления с кнопками и световыми индикаторами применяется в настоящее время только в очень простых случаях. Класс программного обеспечения, реализующего интерфейс человекмашина (HMI), — это системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления (Supervisory Control And Data Acquisition system — SCADA). (Trace Mode, InTouch, Sitect, SIMATIC WinCC).

Рис.1 Обобщенная схема системы контроля и управления.

Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно — аппаратной платформой.

Нижний уровень — уровень объекта (контроллерный) — включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным PLC, которые могут выполнять следующие функции:

  • сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;
  • управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;
  • решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте,существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события. Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с операционными системами реального времени. Контроллеры с операционными системами реального времени функционируют в режиме жесткого реального времени. Разработка, отладка и исполнение программ управления локальными контроллерами осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения.

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня (см. рис.6). В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:

  • сбор данных с локальных контроллеров;
  • обработка данных, включая масштабирование;
  • поддержание единого времени в системе;
  • синхронизация работы подсистем;
  • организация архивов по выбранным параметрам;
  • обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;
  • работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем; резервирование каналов передачи данных и др.

Почти все SCADA-системы поддерживают основные PLC. Современные SCADA -системы выполняются с обязательным применением средств мультимедиа. SCADA в настоящее время остаётся наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в жизненно важных и критичных, с точки зрения безопасности и надёжности, областях.

Помимо живого отображения процесса производства, хорошие SCADA системы позволяют накапливать полученные данные, проводят их хранение и анализ, определяют критические ситуации и производят оповещение персонала по каналам телефонной и радиосети, позволяют создавать сценарии управления, формируют данные для анализа экономических характеристик производства.

Процесс SCADA применятся в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера). Оператор несёт, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности. Активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и др.) Действия оператора в критических ситуациях могут быть резко ограничены по времени. Разделение производства PLC, средств программирования и диспетчерских систем привело к появлению стандартных протоколов обмена данными. Наибольшую известность получила технология ОРС (OLE for Process Control). Механизм динамического обмена данными (DDE) применяется пока еще достаточно широко, несмотря на то что требованиям систем реального времени не удовлетворяет. Все это «многоэтажное» объяснение призвано подчеркнуть еще одно немаловажное преимущество PLC — средства системной интеграции являются составной частью базового программного обеспечения современного PLC.

Мой блог находят по следующим фразам

Стандарт IEC 61131

Абсолютно одинаковые PLC могут выполнять совершенно разные функции. Причем для измененияалгоритма работы не требуется каких-либо переделок аппаратной части. Задачей прикладного про-граммирования PLC является только реализация алгоритма управления конкретной машиной. Опрос входови выходов контроллер осуществляет автоматически, вне зависимости от способа физического соединения.Эту работу выполняет системное программное обеспечение. В идеальном случае прикладной программистсовершенно не интересуется, как подсоединены и где расположены датчики и исполнительные механизмы.Мало того, его работа не зависит от того, с каким контроллером и какой фирмы он работает. Благодарястандартизации языков программирования прикладная программа оказывается переносимой. Это означает,что ее можно использовать в любом PLC, поддерживающем данный стандарт.

В настоящее время стандарт включает следующие части.

Часть 1. Общая информация.

Часть 2. Требования к оборудованию и тестам.

Часть 3. Языки программирования.

Часть 4. Руководства пользователя.

Часть 5. Спецификация сообщений.

Часть 6. Промышленные сети.

Часть 7. Программирование с нечеткой логикой.

Часть 8. Руководящие принципы применения и реализации языков PLC.Стандарт IEC 61131-3.

Часть 3 — Языки программирования.

Стандарт IEC 61131-3 предусматривает 5 языков программирования. Включение в стандарт пяти языковобъясняется в первую очередь историческими причинами. Разработчики стандарта столкнулись с наличиемогромного количества различных вариаций похожих языков программирования PLC. Вошедшие в стандартязыки созданы на основе наиболее популярных языков программирования, наиболее распространенных вмире контроллеров. Если взять любой контроллер, работающий в современном производстве, то его программу можно перенести в среду IEC 61131-3. Речь не идет о том, что программу можно будетиспользовать без какой-либо правки. Безусловно, потребуется некоторая адаптация и отладка.После принятия стандарта появилась возможность создания аппаратно-независимых библиотек. Эторегуляторы, фильтры, управление сервоприводом, модули с нечеткой логикой и т. д.Внедрение стандарта дало фундамент для создания единой системы подготовки специалистов. Человек,прошедший обучение по программе, включающей стандарт IEC -61131, сможет работать с PLC любойфирмы. В то же время, если он имел ранее опыт работы с любыми PLC, его навыки окажутся полезными исущественно упростят изучение новых возможностей.Программист не ограничен применением заданных в стандарте данных и операций. Стандарт допускаетвозможность осздания пользовательских типов данных и функциональных блоков. Функции ифункциональные блоки великолепно реализуют инкапсуляцию деталей реализации. Созданныепользователем библиотеки абсолютно равноправны стандартным. Новые оригинальные аппаратныерешения изготовителей могут быть поддержаны собственными библиотеками. Причем при созданиивнешних библиотек можно использовать любые инструменты, от ассемблера до С++.Стандартные компоненты IEC для программиста, как дороги для автомашин. Количество возможных путейвсегда очень ограничено. Ближе полем, но по дороге быстрее.

Доступность программирования.

Главным требованием к PLC всегда была и остается возможность его эксплуатации существующимтехническим персоналом и возможность быстрой замены старого оборудования. Поэтому языкипрограммирования компьютеров и встраиваемых микропроцессорных систем управления плохо подходятдля программирования PLC. Здесь нужны более простые и наглядные языки, позволяющие излагать задачу вблизких к применяемым технологиям категориях. Привлечение же к программированиюспециализированной фирмы неизбежно порождает зависимость, если реализация не является достаточнопрозрачной. Сложный язык программирования PLC снижает его шансы на конкурентном рынкесущественно больше, чем массогабаритные показатели.В последнее десятилетие появился целый класс инструментов визуального прикладного проектирования дляPLC. Понятие «программирование» для контроллеров всё более вытесняется словом «проектирование».Потребитель PLC работает с конкретным, адаптированным к системному, программным обеспечением и ненесёт расходов на адаптацию и настройку контроллера. Для изучения технологии PLC и программированиядостаточно иметь демо-версию комплекта PLC. На первом этапе пользователь, который имеетпредставление о работе с компьютером, понятиями «бит», «байт», «системы счисления», может решитьнекоторые задачи программирования PLC. Глубокое знание математики, РС, сетей, ОС, теории системавтоматического управления и идеологии построения PLC – все эти вопросы возникают в процессесерьёзной работы.

Мой блог находят по следующим фразам

Рабочий цикл PLC.

Задачи управления требуют непрерывного циклического контроля. В любых цифровых устройствах непрерывность достигается за счет применения дискретных алгоритмов, повторяющихся через достаточно малые промежутки времени. Таким образом, вычисления в PLC всегда повторяются циклически. Одна итерация, включающая замер, обсчет и выработку воздействия, называется рабочим циклом PLC.

Выполняемые действия зависят от значения входов контроллера, предыдущего состояния и определяются пользовательской программой.

По включению питания PLC выполняет самотестирование и настройку аппаратных ресурсов, очистку оперативной памяти данных (ОЗУ), контроль целостности прикладной программы пользователя. Если прикладная программа сохранена в памяти, PLC переходит к основной работе, которая состоит из постоянного повторения последовательности действий, входящих в рабочий цикл.

Рабочий цикл PLC состоит из нескольких фаз.

1. Начало цикла.

2. Чтение состояния входов.

3. Выполнение кода программы пользователя.

4. Запись состояния выходов.

5. Обслуживание аппаратных ресурсов PLC.

6. Монитор системы исполнения.

7. Контроль времени цикла.

8. Переход на начало цикла.

Абсолютное большинство PLC работают по методу периодического опроса входных данных (сканирования). PLC опрашивает входы, выполняет пользовательскую программу и устанавливает необходимые значения выходов. Для математических систем характеристикой качества работы является правильность найденного решения. В системах реального времени помимо правильности решения определяющую роль играет время реакции. Логически верное решение, полученное с задержкой более допустимой, не является приемлемым.

Время реакции это время с момента изменения состояния системы до момента выработки соответствующей реакции. Если изменение значений входов произошло непосредственно перед фазой чтения входов, то время реакции будет наименьшим и равным времени сканирования. Худший случай, когда изменение значений входов происходит сразу после фазы чтения входов. Тогда время реакции будет наибольшим, равным удвоенному времени сканирования минус время одного чтения входов. Иными словами, время реакции PLC не превышает удвоенного времени сканирования (Рис. 1).

Рис.1. Время сканирования

Помимо времени реакции PLC, существенное значение имеет время реакции датчиков и исполнительных механизмов, которое также необходимо учитывать при оценке общего времени реакции системы.

Существуют PLC, которые реализуют команды непосредственного доступа к аппаратуре входов и выходов, что позволяет обрабатывать и формировать отдельные сигналы с длительностью меньшей длительности рабочего цикла.

Для уменьшения времени реакции сканирующих контроллеров алгоритм программы разбивается на несколько задач с различным периодом исполнения. В наиболее развитых системах пользователь имеет возможность создавать отдельные программы, исполняемые по прерыванию, помимо кода, исполняемого в рабочем цикле. Такая техника позволяет PLC существенно форсировать ограничение реакции временем сканирования при небольшом количестве входов, требующих сверхскоростной реакции. Время цикла сканирования является базовым показателем быстродействия PLC. Программа PLC может рассматриваться как постоянно бегущая замкнутая цепь. Инструкция пользователя считывается непрерывно и когда считывается последняя инструкция, операция начинается снова. Это называется сканированием программы, а период – временем сканирования. Время зависит от размера программы и скорости процессора.

Рис. 2 Последовательность выполнения программы

Последовательность такая:

  1. Сканирование всех входов и копирование их в RAM.
  2. Получение, декодирование, и выполнение всех программных инструкций в определённой последовательности,
  3. Копирование выходных инструкций в RAM, обновление выходов.
  4. Повторение последовательности.

Чтение входов

Цифровые входы: В начале цикла текущие значения цифровых входов считываются, а затем записываются в регистр входов образа процесса.

Запись в цифровые выходы

В конце каждого цикла S7–200 записывает значения, хранящиеся в регистре выходов образа процесса, в цифровые выходы. (Аналоговые выходы обновляются немедленно, независимо от цикла.)

Время, необходимое для полного цикла сканирования входов и обновления выходов согласно программным инструкциям, хотя относительно короткое, всё же не мгновенное и это означает, что входы не читаются всё время, а образцы их состояния берутся периодически. Время зависит от размера программы и скорости процессора. Если среднее время сканирования 10 – 50 мс, то входы и выходы обновляются каждые 10 – 50 мс. То есть, обновление может быть задержано на это время, и это время входит во время реакции системы. Это означает, например, что очень короткий входной импульс может быть потерян. В общем случае, входной импульс должен длиться дольше, чем время сканирования.

ПОЛНОЕ время сканирования — общее время, которое требуется, чтобы просмотреть входы (чтобы видеть, какие включены и какие выключены), выполнить программу (программу, которую написал разработчик), и обновить выходы (включить или выключить соответствующие выходы, на основании написанной программы).

Это — общий план с 3 шагами. Шаг, где мы смотрим, какие входы вклвыкл, установлены. Шаг, где мы включаем или выключаем выходы, также установлен. Так, PLC -изготовитель должен предоставить нам эту информацию.

Чем больше входов/выходов, которые существуют на PLC, тем дольше будет время обновления I/O. Оно, предположительно, находится в пределах от микро — до миллисекунд. Нет никакого правила, это зависит от изготовителя.

Чтобы вычислить время выполнения программы, мы просто делаем список из всех инструкций, которые мы использовали и время, которое берет PLC на выполнение каждой. (Время выполнения каждой специфической инструкции, наиболее вероятно, даётся в руководстве пользователя PLC). Затем складывают все отдельные времена выполнения, чтобы получить полное время выполнения программы.

Мой блог находят по следующим фразам

Составные части PLC

PLC должен быть предназначен

1. для работы в условиях промышленной среды

2. в режиме реального времени

3. должен быть доступен для программирования неспециалистом в области информатики.

К негативным факторам, определяющим промышленную среду, относятся: температура и влажность, удары и вибрация, коррозионно-активная газовая среда, минеральная и металлическая пыль, электромагнитные помехи.

Эти факторы обусловливают жесткие требования, определяющие схемотехнические решения, элементную и конструктивную базу PLC. Физическое исполнение контроллера определяется требуемой степенью защиты, начиная от контроллеров в легких пластиковых корпусах, предназначенных для монтажа в шкафу (степень защиты IР20), и до герметичных устройств в литых металлических корпусах, предназначенных для работы в особо жестких условиях. Правильно подобранный по условиям эксплуатации контроллер нельзя повредить извне без применения экстремальных методов.

Физически типичный PLC представляет собой блок, имеющий определенный набор выходов и входов, для подключения датчиков и исполнительных механизмов.

PLC система состоит из 5 основных компонентов:

  • Источник энергии
  • Программатор (РС)
  • Процессор CPU
  • Входной модуль
  • Выходной модуль

Источник энергии

Должен предусматривать преобразование энергии переменного сигнала в стандартные напряжения 5В, необходимое для работы процессора и 24 В, необходимое для блоков входа/входа.

Пример

Блок питания LOGO!Power

Рис. 1 Блок питания LOGO!Power

LOGO!Power – импульсный источник питания (рис 1), диапазон входного напряжения AC 85V до 264V, помехозащита класса B. Импульсный источник питания обеспечивает лучшую защиту подключенных нагрузок

Программатор (РG) – персональный компьютер или промышленный программатор, с которого программа с помощью стандартного кабеля вводится в память контроллера.

Рис.2 Simatic Field РG

Процессор (CPU). Аппаратно PLC является вычислительной машиной. Поэтому архитектура его

процессорного ядра практически не отличается от архитектуры компьютера. Современный

микроконтроллер — это однокристальная микросхема, в состав которой входит: — 8-, 16- или 32-разрядный процессор, имеющий внутреннюю постоянную и оперативную память (десятки килобайт), таймеры, счётчики, аналого-цифровые преобразователи, широтно-импульсные модуляторы, модули обработки сигналов в реальном времени.

Отличия в периферии: отсутствуют видеоплата, средства ручного ввода и дисковая подсистема. Вместо них PLC имеет блоки входов и выходов.

Центральные процессоры S7-200

S7-200 используется 5 моделей центральных процессоров, отличающихся объемами встроенной памяти, количеством и видом встроенных входов и выходов, количеством встроенных интерфейсов RS 485, количеством потенциометров аналогового задания цифровых величин и другими показателями. Каждая модель имеет две модификации:

А) С напряжением питания 24В DC и дискретными выходами 24В/0.75А DC на основе транзисторных ключей.

В) С напряжением питания 115/230В AC и дискретными выходами в виде замыкающих контактов реле с нагрузочной способностью до 2А на контакт.

Все центральные процессоры оснащены блоками питания =24В для питания датчиков или другой нагрузки.

Дискретные входы всех центральных процессоров рассчитаны на входное напряжение =24В.

Встроенный интерфейс RS 485

Встроенный интерфейс RS 485 (один или два) используется:

без дополнительного программного обеспечения:

  • для программирования контроллера;
  • для включения контроллера в сети РРI или МРI со скоростью передачи данных до 187.5 Кбит/с;
  • в качестве свободно программируемого порта с поддержкой ASCII протокола и скоростью до 38.4 Кбит/с;

с дополнительным программным обеспечением Instruction Library:

  • для поддержки протокола MOTBUS RTU и работы в режиме ведомого и ведущего сетевого устройства;
  • для поддержки протокола USS со скоростью передачи данных до 19.2 Кбит с и возможностью подключения до 30 преобразователей частоты (например, преобразователей серий МIСROМАSТЕR или SINAMICS).

Коммуникационные модули

  • СР 243-1: для подключения к сети Industrial Ethernet, 10/100 Мбит/с, ТСР/IР.
  • СР 243-1 IТ: для подключения к сети Ethernet, 10/100 Мбит/с, ТСР/1Р. Поддержка функций НТТР/FТР-сервера, FТР-клиента. Flash память объемом 8 Мбайт для хранения файловой системы.
  • СР 243-2: коммуникационный процессор ведущего устройства АS-Interfacе, способный обслуживать до 62 ведомых устройств.
  • ЕМ 277: для подключения к сети PROFIBUS-DP и выполнения функций ведомого устройства, до 12 Мбит/с.
  • ЕМ 241: модем для непосредственного соединения двух S7-200 через телефонную сеть, передачи SМS-сообщений, поддержки функций ведущего /ведомого устройства MODBUS.

Входные и выходные модули PLC – это соединения микропроцессора с реальным миром. Они могут классифицироваться по виду сигналов:

  • дискретные
  • аналоговые.

Бинарные входы и выходы называют обычно дискретными. Они обрабатывают сигналы с кнопок, выключателей, датчиков положения (типа on-off).

Аналоговый или непрерывный сигнал — это уровень напряжения или тока, соответствующий некоторой технологической величине в каждый момент времени: температуре, давлению, расходу, положению, скорости, частоте. Аналоговые входы контроллеров имеют различные параметры и возможности:

  • разрядность АЦП,
  • диапазон входного сигнала,
  • уровень шума и нелинейность,
  • возможность автоматической калибровки,
  • регулирование коэффициента усиления,
  • фильтрация.

Существуют аналоговые входы, предназначенные для подключения термометров сопротивления и термопар, для которых требуется специальная аппаратная поддержка (трехточечное включение, источники образцового тока, схемы компенсации холодного спая, схемы линеаризации и т. д.). Аналоговые сигналы в PLC обязательно преобразуются в цифровую, т. е. заведомо дискретную форму представления.

В системах PLC предусмотрены гальваническая развязка входов-выходов, защита по току и напряжению, зеркальные выходные каналы, сторожевой таймер задач и микропроцессорного ядра.

Гальваническая развязка входов-выходов PLC осуществляется с помощью оптоэлектронных пар или оптронов. Вход и выход процессора имеет напряжение 5 В. Они состоят из светодиода и фототранзистора, объединённых в едином блоке. Ток, текущий на вход светодиода, вызывает свечение светодиода в видимой или ИК части спектра. Этот свет, попадая на фототранзистор, образует ток в выходной цепи (рис.3, 4).

Рис.3 Гальваническая развязка входов PLC

Выходные модули.

Транзисторные выходы

Рис. 4. Гальваническая развязка выходов PLC

Мой блог находят по следующим фразам

Назначение и функции PLC в системах управления

Программируемые логические контроллеры (PLC, programmable logic controller) — это специальныемикрокомпьютеры, предназначенные для выполнения операции переключения в промышленных условиях.Современные PLC помимо простых логических операций способны выполнять цифровую обработкусигналов, управление приводами, регулирование, функции операторского управления. для управленияисполнительными механизмами — электродвигателями, клапанами, лампочками и т. п., которые являютсянеотъемлемой частью систем автоматизации во всех отраслях промышленности.Основные операции PLC соответствуют комбинационному управлению логическими схемами. Кроме того,современные PLC могут выполнять другие операции, например функции счетчика и интервального таймера,обрабатывать задержку сигналов и т. д. Основное преимущество PLC заключается в том, что одиночнаякомпактная схема может заменить сотни реле. Другое преимущество — функции PLC реализуютсяпрограммно, а не аппаратно, поэтому его поведение можно изменить с минимальными усилиями. С другойстороны, PLC могут быть медленнее, чем релейная аппаратная логика. Оптимальное решение для каждогоконкретного приложения можно получить, применяя обе технологии в одной системе так, чтобы ис-пользовать преимущества каждой из них. Возникли определённые направления, например, группамикроконтроллеров содержит дополнительные блоки, обеспечивающие генерацию на выходах трёхфазныхимпульсных сигналов для управления электродвигателями. Эти специализированные микроконтроллерыориентированы на применение в системах управления электропривода.Широкое распространение и доступность персональных компьютеров привели к появлению большого числаспециалистов, профессионально владеющих компьютерными технологиями. До настоящего времениперсональные компьютеры (PC) массово применяют на всех уровнях промышленной автоматизации,включая классические контроллерные задачи. Между тем во многих случаях применение промышленныхPC не оправдано экономически и технически сложно. Даже там, где задача на PLC решается «в однодействие» и на два порядка дешевле, нередко применяют дорогостоящие промышленные PC, итерационныесистемы реального времени и заказное программное обеспечение. Единственной причиной такого подходаявляется наличие подготовленных специалистов.Сегодня PLC работают в энергетике, в области связи, в химической промышленности, в сфере добычи,транспортировки нефти и газа, в системах обеспечения безопасности, в коммунальном хозяйстве,используются в автоматизации складов, в производстве продуктов питания и напитков, на транспорте, встроительстве, в системах управления технологическими процессами и робототехническими комплексами.Значительные функциональные возможности, хорошие технические параметры, относительно низкаястоимость и постоянное её снижение с увеличением надёжности является мотивацией дляпредпринимателей модернизировать производство, заменяя широко распространённые контактно-релейныесхемы управления на системы, управляемые PLC. PLC заменили функции реле на производстве, так как они: Более компактны Надёжнее во многих применениях Легче осуществить монтаж и демонтаж Легче изменить последовательность или логику процесса или операции.Результатом этого является быстрый рост производства и применения контроллеров: за последние 5 лет ихвыпуск в мире увеличился в 3 раза и приближается к уровню 2 млрд. в год. Ведущими мировыми фирмамипо производству контроллеров являются Intel, Siemens, Mitsubishi, Motorola, Omron, Klinkmann.PLC изготавливают с помощью CMOS технологии, обеспечивающей их функционирование с максимальнойтактовой частотой при минимальной потребляемой мощности.PLC представляют логичный выбор для многих приложений в области управления и, подобно многимтехнологиям в автоматизации, поддерживают тенденцию уменьшения размеров, увеличенияфункциональности и набора интерфейсов, лучшей совместимости с другими видами промышленныхмодулей.Интеграция мoдулей ввода/вывода и универсальное программное обеспечение являются ключевымивозможностями PLC.

Мой блог находят по следующим фразам

ПЛК. История

Более тридцати лет прошло с появления первого микропроцессора корпорации Intel. Он мог выполнятьсамые разнообразные функции, изменяемые программно. И это обеспечило невиданные темпы развития микропроцессорной техники. Пследние годы — это бурное развитие персональных компьютеров (PC). Сейчас, когда череда процессоровдля персональных компьютеров только одной корпорации Intel насчитывает ряд поколений (от 8086 доновейших Pentium 4, Pentium М (Сеntrino) и Inatium) создаётся впечатление, что микропроцессоры — этопрежде всего принадлежность персональных компьютеров. Данные о частотах работы современныхпроцессоров в единицы GHz (в перспективе ТHz), о числе транзисторов в десятки миллионов на кристалле ио ничтожной (уже до долей ватта) потребляемой мощности этих сложнейших устройств даже специалистывоспринимают как фантастику наших дней.Но не стоит забывать, что изначально микропроцессоры были созданы не столько для работы вперсональных компьютерах, сколько в качестве программно-управляемых устройств для автоматизациипромышленности и бытовой техники. На их основе были созданы программируемые логическиеконтроллеры (PLC) — устройства, автоматизирующие работу как отдельных аппаратов, например станков спрограммным управлением или стиральных машин и микроволновых печей, так и огромныхпроизводственных комплексов. Сейчас программируемые логические контроллеры — даже болеераспространенные устройства, чем PC, количество которых во всем мире недавно превысило магическуюцифру в 1 миллиард.Развитие микроконтроллеров (PLC) является не менее яркой иллюстрацией прогресса микроэлектроники.Сфера применения их оказалась во много раз шире, чем микропроцессоров. Микроконтроллеры — это другаяветвь микропроцессорной техники.По числу пользователей микроконтроллеры почти в 10 раз превосходят традиционные микропроцессоры.Изначально PLC предназначались для управления последовательными логическими процессами, что иобусловило слово «логический» в названии PLC. Это название в действительности наверно, так как PLCсегодня могут гораздо больше, чем просто выполнять логические операции.Первый PLC был разработан в 1968 году группой инженеров компании General Motors. PLC былиприменены в США для автоматизации конвейерного сборочного производства в автомобильнойпромышленности (фирма Модикон, 1969 г.). В соответствии с первоначальной спецификацией устройстводолжно быть несложным в программировании, модификация программы не должна требовать измененияаппаратной части, размеры должны быть меньше, чем у релейных и полупроводниковых аналогов, и,наконец, обслуживание и ремонт должны быть максимально просты. Дополнительно новое устройстводолжно было быть конкурентоспособным по издержкам эксплуатации. Эти требования следуетрассматривать в свете того, что в конце 1960-х — начале 1970-х годов еще не было малогабаритных програм-мируемых устройств (микропроцессор был изобретен в 1971 году.). Исходные требования вызвализначительный интерес у инженеров с точки зрения применения PLC в промышленном управлении. PLC наоснове микропроцессора был впервые создан в США в 1977 году компанией Allan-Brаdley Corporation. Онсодержал микропроцессор Intel 8080 и дополнительные схемы, позволяющие с высокой скоростьюпроизводить логические битовые операции.Первые PLC были сконструированы только для простых последовательностных операции с двоичнымисигналами. Сегодня на рынке существуют сотни различныхмоделей моделей PLC, которые различаются нетолько размером памяти и числом каналов ввода вывода (от нескольких десятков до нескольких сотен), по ивыполняемыми функциями. Небольшие PLC предназначены в основном для замены реле и имеютнекоторые дополнительные функции счетчиков и таймеров. Более сложные PLC обрабатывают аналоговыесигналы, производят математические операции и даже содержат контуры управления обратной связи, какPID-рeгуляторы.

Конструктивно PLC обычно приспособлены для работы в типовых промышленных условиях, с учетомуровней сигналов, термо- и влагостойкости, ненадежности источников питания, механических ударов ивибраций. PLC также содержат специальные интерфейсы для согласования и предварительной обработкиразличных типов и уровней сигналов. Функции PLC все чаще применяются в устройствах ввода/ вывода,входящих в состав больших интегрированных систем управления.

Мой блог находят по следующим фразам

ISaGRAF 5 – основа для создания распределенных приложений на базе стандарта IEC61499 (часть 1)

Рассматривается стандарт IEC61499, разработанный международной электротехнической комиссией с целью унификации правил создания и применения функциональных блоков в распределенных измерительных и управляющих системах. Предложена первая в мире реализация этого инновационного стандарта в среде программирования контроллеров ISaGRAF 5 компании ICS Triplex (www.icstriplex.com).

Что такое IEC61499?

Стандарт IEC61499 определяет распределенную, управляемую событиями архитектуру и требования к программному инструментарию для инкапсуляции, встраивания, развертывания и интеграции программного обеспечения в интеллектуальных устройствах, машинах и системах. В основу проекта были положены такие стандарты, как IEC61131-3 и IEC61158 (Fieldbus).

Разработка стандарта велась в рамках международной электротехнической комиссии МЭК (IEC, International Electrotechnical Commission) в рабочей группе WG63 технического комитета TC65. Обсуждение будущего стандарта IEC61499 началось в октябре 1990 г., активная работа над ним – в марте 1992 г., период апробации подготовленного проекта стандарта – в марте 2001 г. и, наконец, завершение разработки – в 2005 г.

Стандарт IEC61499 разделен на четыре части, но реализация стандарта IEC61499 в ISaGRAF основывается на первой и второй частях стандарта.

  • Часть 1. Архитектура и функциональные блоки.
  • Часть 2. Требования к программным средствам.

Стандарт IEC61499 определяет распределенную модель как разбиение различных частей промышленного процесса автоматизации и сложной системы управления на функциональные модули, называемые функциональными блоками. Эти функциональные блоки могут распределяться и взаимодействовать через множество контроллеров. В связи с этим стандарт IEC61499 вводит следующие понятия.

System (Система): набор устройств, связанных и взаимодействующих друг с другом посредством коммуникационной сети, состоящей из сегментов и соединений.

Device (Устройство): независимая физическая единица, способная к выполнению одной или более определенных функций в конкретном контексте и ограниченная интерфейсами устройства.

Resource (Ресурс): функциональная единица, имеющая независимое управление его работой и обеспечивающая различные сервисы для приложений, включая планирование и выполнение алгоритмов.

Application (Приложение): программная функциональная единица, которая является специфичной для решения проблемы в системе управления и измерения. Приложения могут быть распределены между устройствами и могут взаимодействовать с другими приложениями.

Function block (Функциональный блок, ФБ): программная функциональная единица, которая является наименьшим элементом в распределенной системе управления. Функциональный блок использует машину состояний (state machine) с диаграммой управления выполнением (execution control chart – ECC) для задания алгоритма работы ФБ.

На рис. 1 показана распределенная модель системы в соответствии с моделью IEC61499. Приложение становится распределенным путем размещения экземпляров функциональных блоков на различных ресурсах в одном или более устройствах. Функциональные блоки являются атомарными элементами распределения. Приложение со многими функциональными блоками отображается как один элемент, хотя экземпляры функциональных блоков распределяются по ресурсам и устройствам.

Рисунок 1Общая диаграмма системы в стандарте IEC61499

Рисунок 2 показывает систему управления, имеющую много устройств, соединенных вместе с помощью управляющей сети. Также на рис. 2 показаны приложения, распределенные по нескольким устройствам.

Рисунок 2 Пример системы с распределенными приложениями

Многие устройства соединяются вместе через коммуникационную сеть. В ISaGRAF устройство – это аппаратное средство (контроллер), способное выполнять цикл управления. Устройство – это контроллер, который имеет процессор, память, а также может присоединяться к коммуникационной сети, когда оно используется в распределенном приложении. Устройства решают задачу управления или измерения и могут быть в составе интеллектуального исполнительного механизма, такого как клапан или расходометр. Любая полевая шина может работать как коммуникационная сеть. Среди часто используемых полевых шин (протоколов) – Profibus, DeviceNet, Industrial Ethernet. Некоторые сети являются более быстрыми, в то время как другие – более детерминированными. Выбор сети зависит от процесса управления.

Приложение может содержать один или более циклов управления. Например, ввод данных выполняется на одном устройстве, управление – на втором и преобразование выходных данных – на третьем устройстве. Эти совместные циклы управления разделяют данные предсказуемым и детерминированным образом, описанном в стандарте IEC61499.

В ISaGRAF каждая система может быть распределенной, и это может быть показано средствами ISaGRAF с различных точек зрения. Например, может быть показана Модель Системы, как на рис. 3. Все пиктограммы функциональных блоков (желтые символы) справа от имени приложения указывают на распределение по устройствам. Пиктограмма, показанная ниже устройства, означает, что программа имеет часть, выполняющуюся в этом устройстве. Отсутствие пиктограммы ниже устройства означает, что программа не имеет части, выполняющейся на этом устройстве. Коммуникационная сеть соединяет вместе устройства, которые являются частью распределенной системы. Коммуникационная сеть отображается в ISaGRAF, если она сконфигурирована в системе. Причем часть устройств может использовать одну коммуникационную сеть, в то время как другие устройства – другую сеть. На рис. 3 в качестве коммуникационной сети выступает Ethernet. Элементы ISaGRAF используют коммуникационную сеть в прозрачном режиме. При построении и компиляции приложения генерируются все требуемые для связи параметры. Рисунок 3 показывает систему, состоящую из устройств, коммуникационной сети и приложений в виде Модели Системы. Приложение Application_A имеет части, работающие на первом, втором и третьем устройствах. Приложение Application_B имеет части, выполняемые на двух последних устройствах системы. Приложение Application_C работает только на первом устройстве. Каждая часть Application_A обменивается соответствующей информацией через коммуникационную сеть. Аналогично и для Application_B.

Рисунок 3 Представление Модели Системы распределенного приложения в ISaGRAF

В представлении Модели Системы двойной клик на приложении отображает его схематический вид. Схематический вид – это Модель Приложения (рис. 4). В этом виде нет границ устройств. Это одна общая схема для распределенного приложения. Каждому функциональному блоку в приложении может присваиваться ресурс, который одновременно присваивается и устройству.

Событие и сигналы данных между функциональными блоками очень просто рисовать. Генератор распределения ISaGRAF создает все требуемые связи между этими сигналами. Эти связи обмениваются информацией прозрачно по коммуникационному интерфейсу. Средства ISaGRAF заботятся обо всех аспектах распределения приложения. В частности, в коммуникационный интерфейс и в алгоритм выполнения добавляются задержки, которые должны браться в расчет во время проектирования распределенного приложения.

Рисунок 4 Представление Модели Приложения в ISaGRAF в соответствии с IEC61499

Прежде всего, вспомним, как определялись функциональные блоки в стандарте IEC61131-3 (рис. 5). В IEC61131-3 функциональный блок имел входные и выходные переменные. Входные переменные отображались слева от ФБ, выходные – справа. Были определены стандартные (элементарные) функциональные блоки для различных типов данных. Алгоритм для стандартных функциональных блоков был жестко фиксирован, и сами стандартные ФБ составляли библиотеку стандартных функциональных блоков ISaGRAF. Пользователь мог создать свой собственный функциональный блок, определив его входные и выходные переменные, а также написав алгоритм преобразования входных переменных выходные на определенном языке IEC61131-3 (например, языке структурного текста ST). В Приложении D стандарта IEC61499 описано преобразование функциональных блоков IRC61131-3 в IEC61499. Такой пример преобразования приведен на рис. 5.

Рисунок 5 Пример функционального блока в IEC61131-3 (слева) и его преобразования в ФБ IEC61499 (справа)


Мой блог находят по следующим фразам

Установка выходного значения модуля аналогового вывода IPC-7021 с периодичностью 1 с и изменение значения с ОВЕН ПЛК

Производится запись одного выходного значения у модуля IPC-7021 с шестнадцатиричным адресом 18.

Описание формата обмена с модулем IPC-7021:

Формат запроса:

#AA(данные)[CRC][CR]

где: # – разделитель;

AA – адрес прибора;

+025.12 – выходное значение (5 чисел + знак + точка) итого семь символов

CRC – контрольная сумма;

CR – перевод строки.

Формат ответа:

![CRC][CR]

где: ! – разделитель в случае положительного ответа;

CRC – контрольная сумма;

CR – перевод строки.

Окно конфигурирования модуля DCON (Master) с подключенным к нему модулем Universal DCON device, настроенным для периодической записи выходных значений в модуль IPC-7021, проиллюстрировано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Окно конфигурирования модуля Universal DCON device модуля DCON (Master) для периодической записи выходных значений в модуль IPC-7021

Данные, посылаемые в модуль IPC 7021, задаются во входной переменной «power» типа Float (REAL) модуля Universal DCON device.

Модуль Universal DCON device настраивается следующим образом:

Request format – формат строки запроса – #18[7f][+],

где: # – символ разделителя команды опроса входов;

18 – адрес прибора в шестнадцатиричном формате (для букв используется верхний регистр!);

[7f] – спецкоманда, указывающая на то, что семь символов запроса должны быть сформированы в виде числа в формате [знак]число..число.число..число. Данные должны быть взяты из входной переменной, которая должна иметь формат float;

[+] – спецкоманда подсчета и добавления в конец запроса контрольной суммы «по модулю 256».

Внимание! Символ возврата каретки вставляется автоматически!

Good response format – формат положительного ответа – !,

где: ! – начальный символ строки положительного ответа. В рассматриваемом случае положительный ответ не содержит значащей информации, для его идентификации достаточно одного первого символа.

Bad response format – формат отрицательного ответа – ?,

где: ? – начальный символ строки отрицательного ответа. В рассматриваемом случае отрицательный ответ не содержит информации, для его идентификации достаточно одного первого символа.

Max response timeout – максимальное время ожидания ответа – 50 мс. Задается в соответствии с рекомендациями производителя прибора.

Work mode – режим работы – both (по времени опроса и смене значения одной из входных переменных). Этот режим позволяет генерировать запросы по таймеру (параметр Polling time) и при изменении значения входной переменной модуля.

Polling time – время опроса – 1000 мс.

Задает период записи значения в модуль IPC-7021.

Мой блог находят по следующим фразам