Предыдущая публикация
Типы программируемых устройств
В этой статье мы поговорим о типах программируемых устройств и особенностях применения каждого из них.Промышленные контроллеры применяются в металлургии, машиностроении, энергетике, гражданской инфраструктуре и многих других сферах. Если посмотреть конкретно по объектам, то это котельные и вентиляции (самые распространенные системы), системы водоподготовки, насосные станции, конвейеры, печки, станки…
На самом деле, автоматизировать при помощи контролеров можно все, что угодно, от полива растений до полета в космос!
ПР (программируемое реле) ПЛК (программируемый логический контроллер) Промышленный компьютер
Но, прежде чем начать разбираться с типами контроллеров, давайте сразу остановимся на том, что на контроллерах сделать нельзя.
Начнем с того, что устройства, которые мы рассматриваем на курсах, подходят для случаев, где технологический процесс и все значения изменяются не очень быстро. Если от момента события, срабатывания датчика до реакции контроллера проходит 100 мс, и вас это устраивает, значит контроллер вам подойдет. Если реакция в 100 мс слишком долгая, то контроллер не подойдет.
Частый вопрос: «А можно ли автоматизировать станок с ЧПУ при помощи контроллера?» В целом, можно, но это просто не целесообразно. Для ЧПУ станков существуют специальные контроллеры ЧПУ, которые имеют весь необходимый функционал. Менять их на ПЛК нет никакого смысла. Во-первых это достаточно сложно, а во-вторых ПЛК просто не создан для этих целей из-за своего времени реакции.
Однако мы можем использовать контроллер для управления ЧПУ станком или линией ЧПУ станков, например чтобы отправлять им G-код или организовать их последовательное включение-выключение.
Так же есть сферы, где ПЛК не применяются по юридическим причинам из соображений безопасности. Это медицина, пожарно-охранные системы и некоторые системы коммерческого учета.
Дело в том, что в перечисленных сферах весь программно-аппаратный комплекс, включающий контроллер и программу на нем, должен быть сертифицирован. А программируемый контроллер невозможно сертифицировать с «программной стороны», ведь он обычно предусматривает перепрограммирование. И чтобы получить сертификат и на ПО, и на устройство, вы должны исключить возможность замены этого самого ПО. Такая сертификация - достаточно сложный процесс с юридической точки зрения, и обычно это не имеет смысла. Ведь для таких специальных нужд уже существует свое сертифицированное оборудование.
Начнем с того, что устройства, которые мы рассматриваем на курсах, подходят для случаев, где технологический процесс и все значения изменяются не очень быстро. Если от момента события, срабатывания датчика до реакции контроллера проходит 100 мс, и вас это устраивает, значит контроллер вам подойдет. Если реакция в 100 мс слишком долгая, то контроллер не подойдет.
Мы берем число в 100 мс, как среднее для большинства ПЛК время реакции, на которое можно рассчитывать. Оно может быть меньше или больше в отдельных приборах, но не в тысячи раз. Иными словами, в некоторых случаях у вас есть возможность получить время реакции 5 миллисекунд, но это не будут микро- или наносекунды, как если бы мы использовали оборудование типа микроконтроллеров или специализированных систем управления (ЧПУ).
Именно поэтому контроллеры не подойдут, например, для реализации перемещения с использованием шаговых двигателей.Частый вопрос: «А можно ли автоматизировать станок с ЧПУ при помощи контроллера?» В целом, можно, но это просто не целесообразно. Для ЧПУ станков существуют специальные контроллеры ЧПУ, которые имеют весь необходимый функционал. Менять их на ПЛК нет никакого смысла. Во-первых это достаточно сложно, а во-вторых ПЛК просто не создан для этих целей из-за своего времени реакции.
Однако мы можем использовать контроллер для управления ЧПУ станком или линией ЧПУ станков, например чтобы отправлять им G-код или организовать их последовательное включение-выключение.
Так же есть сферы, где ПЛК не применяются по юридическим причинам из соображений безопасности. Это медицина, пожарно-охранные системы и некоторые системы коммерческого учета.
Дело в том, что в перечисленных сферах весь программно-аппаратный комплекс, включающий контроллер и программу на нем, должен быть сертифицирован. А программируемый контроллер невозможно сертифицировать с «программной стороны», ведь он обычно предусматривает перепрограммирование. И чтобы получить сертификат и на ПО, и на устройство, вы должны исключить возможность замены этого самого ПО. Такая сертификация - достаточно сложный процесс с юридической точки зрения, и обычно это не имеет смысла. Ведь для таких специальных нужд уже существует свое сертифицированное оборудование.
Типы программируемых устройств
Условно можно выделить 3 типа программируемых устройств, используемых в промышленности:- ПР (программируемое реле)
- ПЛК (программируемый логический контроллер)
- Промышленный компьютер
На самом деле, такое деление достаточно условно. Особенно сложно найти грань между ПР и ПЛК.
Можно было бы подумать, что смартреле отличаются от ПЛК в плане производительности, что у них используются какие-нибудь слабенькие процессоры, а в ПЛК более мощные. Но это не так.
Рассмотрим типичный пример. Есть ПЛК Segnetix Pixel, который имеет в своём ядре микросхему ATMega328. Это восьмиразрядный микроконтроллер. Если же мы возьмем смартреле Owen ПР200, то в нём используются STM32F103, а это 32-разрядный процессор, который примерно в 40 раз мощнее, чем в Pixel.
При этом ПР 200 это все-таки смарт реле, а Pixel – это все-таки ПЛК, к которому можно подключить 1000 датчиков.
Среди ПЛК можно выделить 2 вида: непосредственно программируемые контроллеры и конфигурируемые контроллеры.
Программируемый контроллер с завода не умеет ничего. В лучшем случае, если подать на него питание, он напишет что-нибудь дружелюбное на экране или, если у него нет экрана, включит светодиод. Все алгоритмы работы закладывает туда именно программист. Он описывает все действия, каждый символ на экране, каждую вспышку светодиода, все входы-выходы, абсолютно всё. Такой контроллер способен управлять любой системой. Это свободнопрограммируемый контроллер. Именно такие контроллеры мы изучаем на курсах. Работа с ними стоит дорого.
Конфигурируемые контроллеры не являются программируемыми. Хотя некоторые люди и называют их таковыми. Работа с ними происходит примерно так же, как настройка wi-fi роутера. Ведь никто не говорит, что сотрудники техподдержки, которые пришли к вам подключить интернет, занимаются программированием. Верно будет назвать это конфигурированием. Аналогично при работе с конфигурируемыми ПЛК специалисты выбирают нужные параметры, соответствующие данной системе, условиям, объекту, и заставляют систему работать по алгоритмам, заранее заложенным на заводе. Вмешаться в работу такого устройства не представляется возможным. Такие контроллеры как раз и используются в системах коммерческого учёта энергоресурсов, в пожарно-охранных системах и в медицине. Работа с ними не требует высокой квалификации. Чаще всего те специалисты, которые занимаются монтажом, также занимаются и пусконаладкой этих приборов.
Отдельно нужно выделить ПЛК с операционной системой Linux на борту. Такие устройства (особенно, если производитель не закрывает полноправный доступ к операционной системе) по своей сути, являются промышленными компьютерами.
Но из-за более тонкого технологического процесса, применяемого для производства их процессоров (транзисторы меньше, чем в обычных микроконтроллерах, вроде stm32 или avr) такие ПЛК имеют большую электромагнитную уязвимость. Иными словами, их надёжность работы меньше, что делает их непригодными для прямого управления ответственными узлами. На такую задачу лучше поставить надёжный прибор с RTOS на борту.
Однако, контроллеры с Linux незаменимы для взаимодействия через Интернет, имеют безграничные возможности для расширения состава системы и, таким образом, могут, в том числе, поддержать любые протоколы передачи данных.
Теперь может возникнуть ощущение, что у нас есть выбор, с каким контроллером мы будем работать. Что если контроллеров так много, то можно выбрать любой из них и научиться работать с ним.
Но это не так.
Дело в том, что мы, как программисты, чаще всего попадаем на объект, когда уже какой-то контроллер есть и нужно запрограммировать именно его.
Именно поэтому, для того, чтобы оставаться на плаву и быть востребованным специалистом, нужно уметь программировать все контроллеры. Так вы получите возможность взять в работу практически любой объект.
Мы на курсах уделяем особое внимание этому подходу. Мы разбираемся в том, как контроллеры работают в целом, и даем навыки общие для всех производителей, а после применяем их на конкретных устройствах.
Слабой стороной промышленных компьютеров является их низкая (по сравнению с ПЛК) надёжность. К счастью, этот вопрос можно частично решить за счёт резервирования компьютеров.
Система управления, построенная на резервируемых промышленных компьютерах имеет много конкурентных преимуществ над системами с ПЛК. Нерешаемым остаётся только вопрос с быстродействием системы контроля, так как даже самые высокопроизводительные системы на промышленных компьютерах не могут обеспечить удовлетворительного быстродействия ввода-вывода для некоторых промышленных задач, таких как позиционирование исполнительных механизмов, обработка сигналов энкодеров и т.д. Скорость выполнения программы на этих устройствах, несмотря на их более высокую производительность, никогда не превышает скорость ПЛК, а в некоторых случаях вообще составляет до 10 раз большее время.
В большинстве случаев вам не придется работать с промышленными компьютерами, так как данные устройства обычно продаются с шефмонтажом и шефналадкой. Это когда организация, которая поставляет оборудование, присылает своего специалиста для того, чтобы он произвёл пусконаладочные работы на объекте.
ПР
Программируемые реле, их еще называют умные реле или смартреле, отличаются от ПЛК тем, что это устройство «малой автоматизации». При этом, ПР может быть практически тем же самым устройством, что и ПЛК. Но количество вводов-выводов у смартреле обычно значительно меньше. Условно, к ПР не получится подключить 1000 датчиков, а к ПЛК получится.Можно было бы подумать, что смартреле отличаются от ПЛК в плане производительности, что у них используются какие-нибудь слабенькие процессоры, а в ПЛК более мощные. Но это не так.
Рассмотрим типичный пример. Есть ПЛК Segnetix Pixel, который имеет в своём ядре микросхему ATMega328. Это восьмиразрядный микроконтроллер. Если же мы возьмем смартреле Owen ПР200, то в нём используются STM32F103, а это 32-разрядный процессор, который примерно в 40 раз мощнее, чем в Pixel.
При этом ПР 200 это все-таки смарт реле, а Pixel – это все-таки ПЛК, к которому можно подключить 1000 датчиков.
ПЛК
Следующими по списку идут ПЛК. Это широко распространённый тип приборов, который используется на большинстве объектов. Тройка лидеров на отечественном рынке это Owen, Segnetics и МЗТА, но есть и другие, менее известные. Что касается импортных производителей, то их множество. Самые популярные: Siemens, Оmron, Schneider, Danfoss, Delta. В некоторых странах есть свой рынок с уникальными производителями, которых мы не встречали здесь, а они там не встречали наших контроллеров.Среди ПЛК можно выделить 2 вида: непосредственно программируемые контроллеры и конфигурируемые контроллеры.
Программируемый контроллер с завода не умеет ничего. В лучшем случае, если подать на него питание, он напишет что-нибудь дружелюбное на экране или, если у него нет экрана, включит светодиод. Все алгоритмы работы закладывает туда именно программист. Он описывает все действия, каждый символ на экране, каждую вспышку светодиода, все входы-выходы, абсолютно всё. Такой контроллер способен управлять любой системой. Это свободнопрограммируемый контроллер. Именно такие контроллеры мы изучаем на курсах. Работа с ними стоит дорого.
Конфигурируемые контроллеры не являются программируемыми. Хотя некоторые люди и называют их таковыми. Работа с ними происходит примерно так же, как настройка wi-fi роутера. Ведь никто не говорит, что сотрудники техподдержки, которые пришли к вам подключить интернет, занимаются программированием. Верно будет назвать это конфигурированием. Аналогично при работе с конфигурируемыми ПЛК специалисты выбирают нужные параметры, соответствующие данной системе, условиям, объекту, и заставляют систему работать по алгоритмам, заранее заложенным на заводе. Вмешаться в работу такого устройства не представляется возможным. Такие контроллеры как раз и используются в системах коммерческого учёта энергоресурсов, в пожарно-охранных системах и в медицине. Работа с ними не требует высокой квалификации. Чаще всего те специалисты, которые занимаются монтажом, также занимаются и пусконаладкой этих приборов.
Отдельно нужно выделить ПЛК с операционной системой Linux на борту. Такие устройства (особенно, если производитель не закрывает полноправный доступ к операционной системе) по своей сути, являются промышленными компьютерами.
Но из-за более тонкого технологического процесса, применяемого для производства их процессоров (транзисторы меньше, чем в обычных микроконтроллерах, вроде stm32 или avr) такие ПЛК имеют большую электромагнитную уязвимость. Иными словами, их надёжность работы меньше, что делает их непригодными для прямого управления ответственными узлами. На такую задачу лучше поставить надёжный прибор с RTOS на борту.
Однако, контроллеры с Linux незаменимы для взаимодействия через Интернет, имеют безграничные возможности для расширения состава системы и, таким образом, могут, в том числе, поддержать любые протоколы передачи данных.
Теперь может возникнуть ощущение, что у нас есть выбор, с каким контроллером мы будем работать. Что если контроллеров так много, то можно выбрать любой из них и научиться работать с ним.
Но это не так.
Дело в том, что мы, как программисты, чаще всего попадаем на объект, когда уже какой-то контроллер есть и нужно запрограммировать именно его.
Именно поэтому, для того, чтобы оставаться на плаву и быть востребованным специалистом, нужно уметь программировать все контроллеры. Так вы получите возможность взять в работу практически любой объект.
Мы на курсах уделяем особое внимание этому подходу. Мы разбираемся в том, как контроллеры работают в целом, и даем навыки общие для всех производителей, а после применяем их на конкретных устройствах.
Промышленные компьютеры
Последний тип программируемых устройств - это промышленные компьютеры. В современном мире промышленные компьютеры используются в задачах, где требуется обработка большого количества информации в сжатые сроки. Например, из-за недостаточной вычислительной мощности на ПЛК невозможно реализовать алгоритмы машинного зрения. Поэтому для этой цели нужны промышленные компьютеры. Это же касается и применения искусственных нейронных сетей для различных задач.Слабой стороной промышленных компьютеров является их низкая (по сравнению с ПЛК) надёжность. К счастью, этот вопрос можно частично решить за счёт резервирования компьютеров.
Система управления, построенная на резервируемых промышленных компьютерах имеет много конкурентных преимуществ над системами с ПЛК. Нерешаемым остаётся только вопрос с быстродействием системы контроля, так как даже самые высокопроизводительные системы на промышленных компьютерах не могут обеспечить удовлетворительного быстродействия ввода-вывода для некоторых промышленных задач, таких как позиционирование исполнительных механизмов, обработка сигналов энкодеров и т.д. Скорость выполнения программы на этих устройствах, несмотря на их более высокую производительность, никогда не превышает скорость ПЛК, а в некоторых случаях вообще составляет до 10 раз большее время.
В большинстве случаев вам не придется работать с промышленными компьютерами, так как данные устройства обычно продаются с шефмонтажом и шефналадкой. Это когда организация, которая поставляет оборудование, присылает своего специалиста для того, чтобы он произвёл пусконаладочные работы на объекте.
Одноплатные компьютеры и т.п.
Отдельно стоит упомянуть одноплатные компьютеры, отладочные платы, Arduino и прочее. Мы не рассматриваем данные устройства в рамках курсов по программированию ПЛК.
Да, это тоже программируемые устройства, но они не вписаны в стандарт МЭК 61131-3, несмотря на то, что некоторые из этих устройств можно программировать на МЭКовских языках.
Основной причиной является то, что это не промышленные и не серийные устройства. Иными словами, если на объекте сделано решение при помощи Arduino, то рано или поздно оно сломается, и возникнет вопрос, а на что его менять или как его починить?
Хорошо, если человек, который его устанавливал, все еще работает на объекте. А если он, например, уволился или вышел на пенсию? Никто, кроме этого человека не сможет разобраться, а даже если сможет, то скорее всего это будет дороже, дольше и сложнее, чем собрать систему заново на промышленной автоматике.
Таким образом для коммерческих целей обычно используют серийные изделия, ПЛК, которые можно в любой момент купить, загрузить старую программу и включить в систему на место вышедшего из строя оборудования. Так как это стандартизированное оборудование, выпускающиеся в рамках международных стандартов. А одноплатники, Arduino и прочее лучше оставить для домашней автоматизации или прототипирования.
Да, это тоже программируемые устройства, но они не вписаны в стандарт МЭК 61131-3, несмотря на то, что некоторые из этих устройств можно программировать на МЭКовских языках.
Основной причиной является то, что это не промышленные и не серийные устройства. Иными словами, если на объекте сделано решение при помощи Arduino, то рано или поздно оно сломается, и возникнет вопрос, а на что его менять или как его починить?
Хорошо, если человек, который его устанавливал, все еще работает на объекте. А если он, например, уволился или вышел на пенсию? Никто, кроме этого человека не сможет разобраться, а даже если сможет, то скорее всего это будет дороже, дольше и сложнее, чем собрать систему заново на промышленной автоматике.
Таким образом для коммерческих целей обычно используют серийные изделия, ПЛК, которые можно в любой момент купить, загрузить старую программу и включить в систему на место вышедшего из строя оборудования. Так как это стандартизированное оборудование, выпускающиеся в рамках международных стандартов. А одноплатники, Arduino и прочее лучше оставить для домашней автоматизации или прототипирования.
С какими из этих устройств вы сталкивались? Поделитесь мнением, согласны ли вы с данной классификацией или есть что дополнить?
Следующая публикация
Нет комментариев