Какой выбрать программируемый логический контроллер: для чего нужен логический контроллер

Что такое микро ПЛК (микроконтроллер PLC)?

Разработки более новых технологий в области производства микроэлектроники явились результатом создания компактного  недорогого прибора — микро ПЛК. Соотношение цена / качество для этого устройства превышает аналогичные показатели индустриальных программируемых реле.

Обладающий расширенным функционалом и улучшенным аппаратным интерфейсом, программируемый логический микроконтроллер всё чаще рассматривается в качестве замены традиционных программных релейных устройств

Ниже отмечены некоторые из преимуществ микро ПЛК перед программируемым реле:

• модульная расширяемость,
• лучшее соотношение цена / качество,
• увеличенное число опций коммуникаций,
• легко добавляемый полнофункциональный интерфейс оператора,
• легко создаваемые сложные программы управления.

Современные микро ПЛК поставляются различными по модельному исполнению, имеют встроенный ввод / вывод и съёмные клеммные колодки для удобного подключения. Дополнительными модулями обеспечивается расширение интерфейса ввода / вывода, если таковое необходимо.

Процессоры микро ПЛК обеспечивают различные комбинации дискретных и аналоговых входов, дискретных и аналоговых выходов. Допустимо расширение до 142 дискретных входов / выходов или 54 аналоговых каналов.

Техническая конфигурация современного микроконтроллера ПЛК

Модели микро ПЛК, оснащённые часами реального времени, предлагают различные варианты связи. Встроенная связь может включать многоцелевой порт Ethernet 10/100 Мбит/с для:

• программирования,
• подключения к сети,
• управления устройствами через протокол Modbus TCP.

Другие опции связи в микро ПЛК включают порты связи RS-232 для программирования / настройки протоколов MODBUS RTU (ASCII). Связь RS-485 также доступна для конструкций подобного рода. Эти параметры связи позволяют легко подключаться к широкому спектру терминалов интерфейса оператора.

Вид электронной платы одной из моделей микроконтроллера, которая наглядно демонстрирует преимущества устройства по габаритным размерам с учётом более выраженных функциональных возможностей

Независимо, используется ли последовательный порт или Ethernet, простое подключение обеспечивает расширенные возможности текстового и графического отображения на сенсорном экране. По размерам экран ПЛК больше, чем у программируемых реле.

Ограниченный набор команд сокращает время обучения, среда программирования на ПК предоставляется бесплатно. Микро ПЛК обеспечивает более масштабируемое решение, нежели программируемое реле, обеспечивая пространство для дальнейшего расширения.

По мере того, как индустриальная машина обновляется (совершенствуется), в состав микро ПЛК допускается внедрять более сложное программирование и дополнительные операции ввода-вывода. Однако для программируемых реле существуют ограничения наращивания ресурса.

Общая информация по сенсорным панельным контроллерам

Сенсорные приспособления относятся к категории бюджетных контроллеров. Представляют собой современное оборудование, которое применимо к классу интерфейса человек-машина.

Имеющиеся рекомендации:

• ИТП и ЦТП;
• управление хладоустановками, инкубаторами, термокамерами и другими климатическими приспособлениями;
• применение в водозаборных системах;
• установка в вентиляционных системах;
• монтаж на территории котельных;
• на конвейерах, станках и других автоматизированных установках локального типа;
• мобильные и удаленные системы.

Отличительные характеристики:

• работают на базе такой операционной системы как Linux;
• возможность осуществления прямой работы с другими портами контроллеров (позволяет осуществить подключение устройств, которые имеют нестандартный интерфейс или тип);
• действующие протоколы обмена – ОВЕН, ModBus (ASCII, RTU);
• управление при помощи сенсорного экрана;
• встроенные часы, показывающие реальное время;
• возможность переключения режимов работы на программном уровне при использовании универсальных интерфейсов (RS-232/RS-485);
• в корпусе может находиться ПЛК и графическая панель оператора;
• на лицевой панели можно обнаружить место, предназначенное для подключения к сети;
• доступ в интернет отсутствует;
• применение единой среды программирования для алгоритмов управления и работы с программами визуализации;
• собственная память, которую можно расширить при необходимости.

Модельный ряд имеет такие характеристики:

1. Степень защиты – IP.
2. Температурный режим – от 0 до +60 градусов.
3. Напряжение – от 12 до 28 В.
4. Мощность – максимальная 10 Вт.
5. Корпус и лицевая панель выполнены из прочного пластика.
6. Охлаждение – пассивное.

Правила эксплуатации:

1. Необходимо соблюдать приемлемый температурный режим в помещении.
2. Помещения и шкафы должны относиться к наивысшей взрывобезопасной категории. Категорически неприемлемо наличие газов и агрессивных паров.
3. Не должно быть конденсата влаги. Максимальный показатель влажности воздуха при температуре +25 градусов – от 10 до 90%.
4. Предел атмосферного давления – от 84 до 106,7 кПа.

Конструктивные особенности:

1. Панель устройства изготовлена в виде щитка. Популярные производители выпускают собственные модели, которые разнятся по функциональным возможностям и габаритам.
2. Для расширения количества точек для вывода и ввода, понадобится вспомогательный модуль (внешний) для каждого из используемых интерфейсов.

Процесс управления

В простейшей своей форме процесс управления состоит из трех основных компонентов – датчика, контроллера, исполнительного механизма. Датчик собирает информацию об управляемом объекте и передает ее контроллеру, который обрабатывает полученные данные и выдает сигнал управления исполнительному механизму. Такая конструкция носит название системы с замкнутым контуром или с обратной связью.

Например, мониторинг газов и температура в азотной печи может играть важную роль для термической обработки,  а данные о влажности в помещении или вибрациях не иметь вообще никакого отношения к процессу термической обработки. Добавление последних данных в систему автоматического управления не принесет абсолютно никакой пользы, а только усложнит ее и увеличит стоимость. Можем сделать вывод, что сложность приобретает решающее значение, так как она снижает затраты на проектирование, программирование узлов, устранение неполадок, а также позволяет избежать установки компонентов, которые не несут практической пользы.

После сбора датчиками, информация поступает в контроллер, который играет роль «мозга». Он будет обрабатывать полученную информацию на основании алгоритмов и программ, заданных ему программистом. Если значение не будет укладываться в границы установленных пределов, то контроллер пошлет сигнал на исполнительный механизм для исправления ошибки, и так будет происходить пока ошибка не войдет в допустимые границы. Исполнительный механизм – это мышцы системы автоматического регулирования (САУ). Именно он будет оказывать физическое воздействие на контролируемую систему. Исполнительными механизмами для САУ могут быть различные электроприводы, гидроприводы, пневмоприводы и другие механизмы.

«Контроллер осведомлен о происходящем и может принимать решения. ПЛК бесспорно лидирующая фигура в промышленной автоматизации» — говорит Matteo Dariol, инженер Bosch Rexroth. «Аббревиатура содержит «программируемый логический», так как в начале электронной революции в 1960-1970хх годах управляющие устройства начали строиться с помощью дискретных электронных компонентов. До этого изменение спецификации проекта приводило к перепроектированию и реинжинирингу всей логики управления вместе с изменением физических элементов устройств управления. С появлением программируемого логического контроллера ПЛК усилия по изменению алгоритма управления практически полностью заключаются только в изменении программного обеспечения».

Современные ПЛК являются вполне надежными устройствами, а их языки программирования стандартизированы. Среды разработки программного обеспечения для программируемых логических контроллеров пока не имеют общих единых стандартов, так как все основные игроки рынка электронных компонентов предлагают свои собственные уникальные решения. Программирование, а также поиск и устранение неисправностей в ПЛК может быть даже легче, чем в персональном компьютере ПК, который каждый из нас, казалось бы, знает очень хорошо. Программируемый логический контроллер ПЛК имеет модульную структуру и возможность подключения различных модулей в зависимости от требований проекта: дополнительные порты ввода/вывода, модули безопасности, а также конкретные коммуникационные карты Ethernet и это лишь несколько примеров.

Модульная конструкция дает программируемым логическим контроллерам основное преимущество – расширяемость. Есть и другие преимущества, такие как стоимость, простота устройства и прочность конструкции. Такие элементы САУ как реле, периодически нужно осматривать и проводить замену, и тут появляется еще одно преимущество ПЛК – минимум движущихся механических частей. Существуют возможности интеграции с более сложными системами, например с ПК контроллером.

В результате, многие производственные линии, которые уже используют ПЛК, скорее всего, будут работать с ними долгие годы. Привычность и простота дает очень хороший импульс, который будет продвигать программируемый логический контроллер в будущем. Тем не менее, в последние годы виден очень большой прогресс в развитии промышленных компьютеров, и это напрямую связано с развитием систем машинного зрения, более усложнившейся робототехники, а также развития промышленных интернет вещей IIoT.

Рейтинг велокомпьютеров

Велокомпьютер – портативное электронное устройство, изначально рассчитанное на отображение текущей скорости велосипедиста, пробега за выбранный временной промежуток. Со временем такие гаджеты обрастали возможностями, количество измеряемых, высчитываемых параметров росло: пульс, используемая передача, температура окружающего воздуха, атмосферное давление.

Мы пообщались со спортсменами – любителями погонять на велосипеде в свободное время, людьми, которые постоянно ездят на двухколёсном транспорте на работу и продавцами в спортивных магазинах для выяснения трендов прошлого и приближающегося велосезонов. Выяснили, на что стоит смотреть при выборе компьютера для велосипеда:

• Способ коммутации – проводной или беспроводной;
• Изменяемые, вычисляемые величины: скорость, время поездки, каденс;
• Читаемость текста на дисплее устройства;
• Класс влаго-, пылезащиты – модели без защиты быстро выйдут из строя;
• Устойчивость к вибрациям – в низкокачественных моделях может нарушаться пайка;
• Наличие GPS-трекера.

Велокомпьютеры отличаются функциональностью, стоимостью, способом обмена данными, возможностями программного обеспечения, если коммутируются со смартфоном.

Pop Hi-Tech

Итак, вы решили изучать программирование ПЛК (Программируемых Логических Контроллеров). С чего стоит начать изучение программирования контроллеров? Какие учебные материалы искать, стоит ли заниматься этим самостоятельно или лучше пойти на курсы, сколько времени займёт обучение и насколько оно будет сложным? Доступно ли программирование ПЛК всем или для этого нужно быть программистом? Как быстро стоит переходить от теории к практике? Мы подготовили ответы на эти и другие вопросы.

1. Для того чтобы начать изучать программирование ПЛК, быть программистом вовсе не обязательно. Достаточно иметь так называемый логический склад ума. Если вы любили математику и информатику в школе — скорее всего, у вас всё получится. 2. Однако определённые навыки и понимание машинной логики все же необходимы. Если вы изучали в школе или институте основы программирование на Паскале, Бейсике или Ассемблере — это значительный плюс. 3. Первые шаги в программировании ПЛК можно и даже лучше всего делать самостоятельно, это позволит изучить основы в комфортном для себя темпе. Учебных материалов о ПЛК и их программировании достаточно много в интернете, а приблизительный план для самостоятельного обучения вы можете найти в этой статье. 4

А вот сразу после изучения основ следует обратить своё внимание на профессиональные курсы и руководства. От своего имени особо рекомендуем видеокурс по Simatic Step 7, который можно купить на сайте https://step7-kurs.ru. Этот курс как нельзя лучше подходит для новичков, в то же время Simatic Step 7 используется для разработки систем автоматизации для ПЛК Simatic — одних из самых популярных и востребованных на сегодня контроллеров

5. После того как вы сделаете свои первые шаги step 7 — милости просим на специализированные форумы: здесь вы сможете не только «задачки порешать», но и уже начинать подыскивать работу или стажировку. 6. Время, необходимое для изучения программирования ПЛК, — параметр индивидуальный. Однако в любом случае это займёт у вас гораздо меньше времени, чем попытки освоить Java или C#

Этот курс как нельзя лучше подходит для новичков, в то же время Simatic Step 7 используется для разработки систем автоматизации для ПЛК Simatic — одних из самых популярных и востребованных на сегодня контроллеров. 5. После того как вы сделаете свои первые шаги step 7 — милости просим на специализированные форумы: здесь вы сможете не только «задачки порешать», но и уже начинать подыскивать работу или стажировку. 6. Время, необходимое для изучения программирования ПЛК, — параметр индивидуальный. Однако в любом случае это займёт у вас гораздо меньше времени, чем попытки освоить Java или C#.

Темы, которые стоит изучить самостоятельно до того, как вы приступите к изучению профессиональных курсов (т. е. на этапе самообучения):

1. Требования техники безопасности при работе с ПЛК. Хотя в начале обучения вам, возможно, будет казаться, что эта тема вам не нужна — все же потратьте некоторое время и изучите ТБ работы с ПЛК. Пригодится обязательно. 2. Назначение, функции, принципы работы и конструкция ПЛК. Условия, в которых работают ПЛК и требования к ним. Если вы раньше занимались радиотехническим конструированием — эта тема не составит для вас особого труда. 3. История ПЛК. Необязательная, но весьма интересная часть. 4. Знакомство с основными языками программирования ПЛК согласно стандарту МЭК-61131-3: Sequential Function Chart (SFC), Function Block Diagram (FBD), Ladder Diagrams (LАD), Statement List (STL), Instruction List (IL). 5. Знакомство со средой разработки, лучше всего — с двумя-тремя наиболее популярными. Например, это могут быть CoDeSys и Simatic Step 7. 6. Изучение методики программирования ПЛК. Структуризация программы, вызов подпрограмм, задание циклов и времени работы программы. 7. Основные команды (операторы). К этому моменту вы уже должны были определиться с языком программирования и средой разработки, наиболее симпатичной лично вам. 8. Функции и функциональные блоки. 9.Примеры кода работающих программ. 10. Практикум. При написании собственных программ переходите от элементарных задач к более сложным. На этом этапе нет ничего плохого в том, чтобы использоваться в своих программах части чужого кода, однако старайтесь со временем уменьшать их количество (в процентном выражении).

Лучшие многофункциональные системы «умный дом»

Многофункциональные комплексы УД предусматривают широкие возможности подключения дополнительных датчиков и позволяют настраивать самые разные сценарии поведения системы.

Fibaro Starter Kit

4.9

★★★★★
оценка редакции

93%
покупателей рекомендуют этот товар

Комплекс современного высокотехнологичного оборудования Fibaro содержит все, что может сделать быт более комфортным и безопасным.

Стартовый набор включает шесть базовых компонентов, которые впоследствии могут быть дополнены необходимыми устройствами. Средняя цена комплекта – 30 тысяч рублей.

Достоинства:

• работа по протоколу Z-wave;
• возможность подключения 230 датчиков;
• дальность действия 50 м на открытом пространстве и 30 м – в помещении;
• использование различных сценариев поведения системы.

Недостатки:

• не всегда быстрая передача push-уведомлений;
• высокая стоимость.

Настройка и обслуживание комплекта Fibaro Starter Kit выполняются через интерфейс с помощью компьютера, планшета или смартфона.

Xiaomi Smart Home Suite

4.8

★★★★★
оценка редакции

90%
покупателей рекомендуют этот товар

Смарт-система от известного китайского производителя Xiaomi отличается компактностью, привлекательным внешним видом, и успешно справляется со сценариями домашней сигнализации, дверного замка, ночника, радио. Средняя стоимость комплекта – 5 тысяч рублей.

Достоинства:

• экономичность компонентов, позволяющая работать до 2 лет без замены батареек;
• угол охвата датчика движения – 170 градусов;
• широкие возможности для подключения дополнительных устройств;
• совместимость с Android и iOS;
• приемлемая цена.

Недостатки:

• трехштыревая вилка контроллера (требуется переходник);
• нет камеры в комплекте.

Несмотря на отсутствие инструкции на русском языке и русифицированного приложения, проблем с установкой и настройкой системы Xiaomi Suite, как правило, не возникает.

Vstarcam C38AR-TZ1V

4.7

★★★★★
оценка редакции

84%
покупателей рекомендуют этот товар

Система «безопасный дом» Vstarcam представляет собой полноценный центр наблюдения за помещением, способный обеспечить надежную защиту от проникновения в здание посторонних лиц.

Камера, которую можно закрепить на стене или потолке с помощью специальной пластины, оснащена 1-мегапиксельной матрицей и имеет угол обзора 56 градусов. Средняя цена комплекта – 7,7 тысячи рублей.

Достоинства:

• круглосуточный online-контроль с сохранением архива записей;
• две антенны – для Wi-Fi и сигналов датчиков;
• камера с поворотным механизмом на 360 градусов;
• датчик движения с углом охвата 110 градусов и рабочим расстоянием 8 м;
• простой и надежный дверной датчик, срабатывающий на открытие дверей или окон;
• удобный пульт управления.

Недостатки:

не очень большой радиус действия.

Комплект Vstarcam C38AR-TZ1V предназначен для использования внутри помещений. К набору можно дополнительно подключить «умную» Wi-Fi розетку, которая работает в одном приложении с остальными устройствами.

Программирование ПЛК

• Конфигурируемые: В ПЛК хранится несколько программ, а через клавиатуру ПЛК выбирается нужная версия программы;
• Свободно программируемые: программа загружается в ПЛК через его специальный интерфейс с Персонального компьютера используя специальное ПО производителя, иногда с помощью программатора.

Программирование ПЛК имеет отличие от традиционного программирования. Это связано с тем, что ПЛК исполняют бесконечную последовательность программных циклов, в каждом из которых:

• считывание входных сигналов, в том числе манипуляций, например, на клавиатуре оператором;
• вычисления выходных сигналов и проверка логических условий;
• выдача управляющих сигналов и при необходимости управление индикаторами интерфейса оператора.

Поэтому при программировании ПЛК используются флаги – булевые переменные признаков прохождения алгоритмом программы тех или иных ветвей условных переходов. Отсюда, при программировании ПЛК от программиста требуется определённый навык.

Например, процедуры начальной инициализации системы после сброса или включения питания. Эти процедуры нужно исполнять только однократно. Поэтому вводят булевую переменную (флаг) завершения инициализации, устанавливаемую при завершении инициализации. Программа анализирует этот флаг, и если он установлен, то обходит исполнение кода процедур инициализации.

Ограничения ПЛК

ПЛК имеет ограниченную память, программное обеспечение и периферийные возможности, по сравнению с персональным компьютером ПК. Управление движением (например, робототехника или сложная автоматизированная система) требует огромного количества входов/выходов, требующих дополнительных модулей управление ПЛК или внешней электроники. Тем не менее, стоит отметить, что компьютер способен обрабатывать гораздо большее количество информации, причем быстрее, что может значительно уменьшить физический размер и обеспечить необходимую вычислительную мощность для внедрения систем машинного зрения, управления движением и обеспечить быструю обработку больших потоков данных. Постоянный рост обрабатываемой информации связан с постепенным внедрением некоторыми компаниями промышленных интернет вещей IIoT в производственные линии и промышленные объекты, которые требуют больших вычислительных мощностей.

Оригинальные производители оборудования (англ. original equipment manufacturer OEM) способны увеличить производительность оборудования, позволяя машинам одновременно выполнять несколько операций. Максимально интенсивные И/ИЛИ вычисления критически важных процессов, запущенных одновременно, может привести к перегрузке программируемого логического контроллера. Для уменьшения времени обработки критически важных процессов машины могут использовать несколько вычислительных платформ. Как правило, они включают в себя один или несколько контроллеров движения и один или более наблюдающий процессор, который поддерживает интерфейс оператора для программирования, информации работы машины, сбора данных, функции техподдержки. Однако, использование нескольких процессоров является более дорогим. Новое программное обеспечение, ориентированное на платформы ПК, может помочь решить данную проблему, хотя…

ПК не так надежен и ему трудно «выживать» в промышленных условиях, таких как повышенная запыленность и влажность. Использования ПК с боле сложным программным обеспечением или большим количеством программных опций, занимает гораздо больше времени для обучения обслуживающего персонала. Усовершенствованное программное обеспечение может потребовать наличие программиста для проведения технического обслуживания, а также выполнение ремонтных работ и установки обновлений. Программное обеспечение ПЛК может быть базовым, но имеющие свои проверенные временем стандартные языки, которые могут обеспечить долговечность устройства, несмотря на его скорость и линейный характер.

ПЛК обычно используют в отрасли стандартный набор языков программирования (МЭК 61131-3), в том числе LAD диаграммы. LAD диаграммы строятся по аналогии с электрическими схемами, что позволяет значительно упростить обучение персонала, проведения технического обслуживания и ремонта. В большинстве случаев вполне возможно обойтись без программиста. Другой язык из стандарта МЭК 61131-3 — структурированный текст, который похож на язык «высокого уровня». Тем не менее, использование других нестандартных языков высокого уровня, таких как C ++ или Visual Basic, может быть трудно с ПЛК. Только в последнее время новые программные инструменты позволяли пользователям общаться с ПЛК так, как если бы это был обычный ПК.

Последовательная программа ПЛК сканирует все инструкции в каждом цикле. Цикл сканирования занимает примерно 10 мс или чуть больше. После завершения выполнения всех инструкций программа переходит к следующему сканированию. Если инструкция не выполняется в установленное время, то это вызывает сообщение об ошибке и выполнение программы прекращается. Это программное обеспечение жесткого времени может ограничивать продолжительность программы и любые входные сигналы с частотой менее 100 Гц.

Например, если необходимо обрабатывать сигнал от датчика скорости с номинальными оборотами 1200 об/мин (частота сигнала 1200/60 = 200 Гц), микроконтроллер на базе ПЛК не может корректно измерять скорость используя такой вход. Необходима интеграция специального модуля с декодером или счетчиком на интегральных микросхемах, который преобразует сигнал от датчика в нормально-обрабатываемый микроконтроллером. Такие преобразовательные модули часто используются во многих системах. Также стоит отметить и необходимость модулей вывода на примере управление соленоидом с частотой работы ШИМ в 10 кГц. Для управления таким устройством с помощью ПЛК необходим модуль вывода с ШИМ генератором. Добавление таких модулей увеличивает стоимость системы в 2-3 раза.

Logitech Wireless Gamepad F710

Соединение: беспроводное (нужен разъем USB для приемника)Настройки: естьВибрация: есть

Беспроводной геймпад Logitech F710 – это контроллер Logitech высшего класса, обеспечивающий консольное управление во многих боевиках для ПК и консольных портах. F710 позволяет геймерам играть в консольные порты так, как они игрались бы на самой консоли, а также позволяет настраивать кнопки, позволяя использовать его в компьютерных играх, для которых могут потребоваться клавиатурные команды.

Геймпад Logitech F710 использует беспроводной USB-приемник с частотой 2,4 ГГц, избавляя игрока от нужды путаться в проводах. Геймпад имеет привычную консольную конфигурацию с 10 программируемыми кнопками, 2 аналоговыми джойстиками и 8-позиционной крестовиной. Его крестовина использует индивидуальные переключатели для каждого направления, что делает ее более отзывчивой и точной, чем крестовины, которые используют одну опорную точку для управления восемью направлениями. Наконец, геймпад F710 имеет вибрационную обратную связь, делая игровые впечатления более реалистичными и затягивающими, при условии, что сама игра поддерживает обратную связь с вибрацией. Геймпад F710 также может быть соединен с Big Picture от Steam, что позволяет вам путешествовать по Сети, играть в игры и многое другое.

Выводы

Кроме упомянутых выше производителей есть много других: Intel, Renesas Electronics, Texas Instruments и прочие. Но в сообществе электронщиков-любителей они не прижились, хоть и активно используются в промышленности.

Новичкам я рекомендую AVR в виде Arduino: по нему много информации на русском, а порог вхождения невелик. Но засиживаться на них не стоит, а то так и будешь до конца дней собирать и пересобирать этот конструктор.

После Arduino стоит перейти на STM. Для простеньких проектов бери восьмибитные чипы, для более сложных — 32-битные, и будет тебе счастье. И помни, что микроконтроллер — это уже не процессор, но еще не компьютер.

Статьи на сайте о ESP32

• Программирование на ESP32
• Создание сниффера на ESP32

Статьи на сайте об STM32 и проектах на его основе

• Как реализовать шифрование для самодельного гаджета
• Заводим и разгоняем оперативную память на STM32 и Arduino
• Как собрать свой мобильник и почему это проще, чем кажется
• Собираем программно определяемый радиоприемник своими руками