З моменту виходу і початку використання програмованих логічних контролерів (PLC) в якості приладу, що заміняє реле, використання маленьких, автономних контролерів для автоматизації процесів набуло широкого поширення і змінило зовнішній вигляд і навіть архітектуру самих систем контролю. Розвиток ПК (персональних комп'ютерів) і їх еволюційне перетворення в повсюдно використовуваний пристрій контролю перевело програмовані логічні контролери (PLC) в розряд більш маленьких і простих систем контролю. В даний час можна зустріти різні форми ПК: контролери, вбудовані в передавачі і апарати, промислові контролери, промислові комп'ютери і навіть мобільні пристрої в промисловому середовищі.
Еволюція контролера автоматизації
Через деякий час програмовані логічні контролери (PLCs) стали більше, їх обчислювальна потужність і пам'ять збільшилася, можливостей установки для каналів введення / виводу стало більше, що в підсумку дало можливість виробляти математичні дії в функціональних блоках замість раніше використовуваного релейного програмування.
Вважалося, що багатоступеневу систему можна легко перевести в мову програмування, що імітує релейно-контактні схеми, які міг прочитати кожен електрик. Через кілька років до базових програмованим логічним контролерам (PLC) були пред'явлені додаткові вимоги, викладені в стандарті Міжнародної Електротехнічної Комісії (МЕК) IEC 61131-3, який описує мови програмування для програмованих логічних контролерів. На жаль, версії стандарту 61131-3 більшості постачальників не є взаємозамінними і не можуть взаємодіяти один з одним.
У зв'язку з цим використання програмованих логічних контролерів (PLCs) для таких складних алгоритмів управління, як PID і просунуте управління, обмежується, що ускладнює перенесення програм з однієї марки програмованого логічного контролера (PLC) на контролер іншої марки.
На початку 1980 рр. в якості комп'ютерного пристрою загального призначення був розроблений маленький «персональний» комп'ютер, який планувалося зробити недорогим і доступним для будь-якої людини і в той же час досить потужним, щоб використовувати для таких надпотужних обчислювальних проектів, як великоформатні електронні таблиці, які тільки з'явилися.
Після того, як компанія IBM випустила ПК IBM, всюдисущість «персонального комп'ютера» була визначена наперед. На самому початку розвитку ПК незалежні постачальники програмного забезпечення почали виробляти додаткові вбудовані плати вводу-виводу даних і програмне забезпечення для отримання даних. ПК могли здійснювати високошвидкісний збір даних, що дозволило використовувати ПК в лабораторних умовах. Самим раннім програмним продуктом, що передує комп'ютерного світу Windows, був "The Software Wedge" компанії TAL, який був розроблений для збору даних з будь-якого пристрою введення / виведення і введення їх в електронну таблицю (спочатку в VisiCalc, потім в SuperCalc і в кінці кінців в Excel)
Проблема полягала в тому, що ПК ні спроектований для використання в промислових цілях на заводі або фабриці. У нього був знімний корпус, охолоджуючі вентиляційні отвори і відкритий вентилятор. Такий пристрій ПК робило його розрахунковий термін служби в промислових умовах коротким.
Звичайно, це призвело до негайної перепакування ПК в більш міцний корпус, використання військових технічних характеристик і виробництва плат з підвищеним температурним діапазоном. Одним з перших видів застосування таких промислових комп'ютерів став високошвидкісний збір даних для аерокосмічної промисловості, в пристроях контролю переміщеннями і системах комп'ютерного зору.
В результаті економії за рахунок зростання виробництва промислові комп'ютери стали коштувати значно нижче, а розробники плат створили комп'ютери з однієї платою, більш відомі як вбудовані контролери, які мають пристрої введення / виводу, пам'ять, центральний процесор (ЦП) і операційну систему (ОС) у постійному пристрої зберігання даних (ПЗУ). Такі пристрої почали використовуватися в самих різних видах механізованого управління, починаючи від промислових установок з числовим програмним управлінням (ЧПУ / CNC) на заводах для управління рефрижераторними установками і пральними машинами.
Програмовані контролери для автоматизації виробничих процесів (PAC) Резника поєднували характеристики промислового комп'ютера на базі ПК з можливостями управління, властивими звичайному програмованого логічного контролера (PLC) (РІС 1). Він зазначив, що програмований контролер для автоматизації виробничих процесів (PAC) повинен об'єднувати надійність програмованого логічного контролера (PLC), обчислювальну потужність і наявні на ринку програмні засоби, а також операційну систему і можливості програмного забезпечення ПК.
В даний час програмовані контролери для автоматизації виробничих процесів (PACs) використовуються для управління виробничими процесами, збору даних, дистанційного моніторингу, комп'ютерного зору і контролю переміщень (мал. 2). Так як програмовані контролери для автоматизації виробничих процесів (PACs) представляють собою версії ПК спеціального призначення, вони мають однакові вбудовані можливості підключення до мереж, такі як Ethernet з настільними функціями. Більшість програмованих контролерів PAC мають інтегровані можливості для таких стандартних протоколів мережевого інтерфейсу, як TCP / IP, SMTP і протоколу обміну даними Microsoft, технологію зв'язку та впровадження об'єктів OLE для управління виробничими процесами, скорочено звану OPC (зв'язування і включення об'єктів для керування технологічними процесами) . Програмовані контролери PAC можуть інтегрувати безліч застарілих промислових мережевих протоколів, таких як Modbus, RS232 / 422, RS485, CANbus, DeviceNet, Profibus, промислова мережа Foundation та інші, на основі стандартних мереж Ethernet, дротових або бездротових.
Програмовані контролери для автоматизації виробничих процесів (PACs) можуть працювати як повноцінні, комплексні обчислювальні вузли в розподіленої мережі, і в такій формі змогли розмити межу між програмованими пристроями керування і такими функціональними пристроями, як польові контролери DCS і дистанційні термінали SCADA (RTUs).
Звичайний програмований контролер PAC забезпечує:
• Мультидоменні функціональні можливості, включаючи логічне, безперервне і управління переміщеннями на одній платформі
• Відкриту, модульну архітектуру з повсюдно прийнятими стандартами зв'язку, що не затвердженими організацією зі стандартизації, для мережевих інтерфейсів або протоколів
• Єдину мультідісціплінную платформу розробки, яка включає загальне тегування і єдину базу даних
• Програмні засоби, які дозволяють здійснювати проектування схемами технологічного процесу для декількох одиниць обладнання або технологічних установок
Стиснення моделі виробництва: Автоматизація стає простіше.
Стрімке зростання можливостей програмованих контролерів для автоматизації виробничих процесів (PAC) уможливив стиснення стандартної багаторівневої моделі виробництва.
РІВЕНЬ 5: Підприємство
РІВЕНЬ 4: Бізнес-планування для виробництва і логістика
РІВЕНЬ 3: Общезаводская виробнича діяльність і
РІВЕНЬ 2: Роботи на окремій ділянці виробництва
РІВЕНЬ 1: Базовий контроль / безпека
РІВЕНЬ 0: Виробничий процес
Початкова модель виробництва Педью мала п'ять рівнів, починаючи з самого виробничого процесу до рівня бізнес-системи підприємства. Успіхи в виробничих потужностях і управлінні на Рівні 1 при поєднанні польових контролерів і розподілених систем управління, які були віднесені до програмованим контролерам PAC, дозволили скоротити Рівні 1, 2, і 3 до одного рівня, залишаючи рівень Контролю Заводу та Операцій, і рівень ERP ( планування ресурсів підприємства) / MES (система управління виробництвом), як показано на малюнку нижче. Базовий контроль і в деяких випадках навіть критично важливий контроль безпеки, операторський інтерфейс, а також функції вищого рівня HMI (Інтерфейс «людина-машина») / SCADA (система диспетчерського контролю та збору даних) були інтегровані в єдину платформу на основі програмованого контролера PAC .
«Стиснення платформи автоматизації»
PAC: Єдина керуюча платформа
Система PAC включає контроль, обробку інформації, а також роботу в мережі на одному контролері. Так як контролер PAC являє собою промисловий комп'ютер, створений на базі конструктивних характеристик програмованого логічного контролера (PLC), він має всі характеристики повнофункціонального ПК, включаючи велику пристрій, жорсткий диск, операційну систему, і за бажанням багатоядерний процесор. Незалежно від того, чи є установка «пакетної» системою, безперервної виробничої системою, гібридної; високошвидкісний контроль роботи промислових установок або система комп'ютерного зору, контролер PAC забезпечує єдину систему контролю, здатну справлятися з усіма цими завданнями - а в деяких випадках з декількома завданнями одночасно.
Програмовані контролери PAC можна інтегрувати в локальні інтерфейси «Людина-Машина» (HMI) або локальну панель дисплея інтерфейсу HMI можна розташувати близько до установці PAC. Програмований контролер PAC може функціонувати як мобільний сервер даних з вбудованим сервером системи керування базами даних, що підтримує структурована мова запитів SQL, і технологією зберігання даних, в такому випадку дані можуть піддаватися попередній обробці, використовуватися для управління в контролерах PAC і передаватися в базу даних Підприємства . Нижче наводиться приклад функціональної можливості маніпуляції даними звичайним контролером PAC:
Вбудований мобільний сервер системи керування базами даних SQL програмованого контролера PAC
Відзначимо, що пристрій програмування відповідно до стандарту IEC 61131-3 є центральним пристроєм, що забезпечує експлуатаційні характеристики контролера PAC-також як і інші повсюдно прийняті стандарти зв'язку і відкриті стандарти типу OPC. Необхідно відзначити, що з вбудованим сервером SQL дані можуть передаватися в рідному форматі бази даних SQL безпосередньо з контролера PAC в базу даних Підприємства або в MS Access для виконання локальних функцій, пов'язаних з управлінням.
Однією проблемою в контролерах PAC завжди було недетермінірованного робота Windows і її похідних, а також Ethernet і її похідних. Advantech, наприклад, протестував свою платформу контролера PAC на можливість детермінованою роботи (в реальному часі) і показав, що час поновлення даних становить 1 мс для 32 цифрових модулів введення / виведення. Це підтверджує безперервне використання контролерів PAC для високошвидкісного збору даних, додатків управління пересуваннями і комп'ютерного зору, в яких швидкість відновлення даних нижче 20 мс дуже важлива для контролю роботи.
Нові галузі використання
Багатогранність платформи контролера PAC чітко простежується великою кількістю сфер застосування, в яких він використовується- у виробництві і за межами традиційних галузей виробництва.
Інтегрування управління, інтерфейсу «людина-машина» (HMI), функції обробки інформації і роботи в мережі в одну систему управління уможливлює використання платформи в таких незрівнянних областях застосування, як управління бензонасосом (бензоколонкою) на заправній станції, мобільні системи GPS при автоперевезеннях. платформи автоматизованого тестування в окремих блоках електронного обладнання, огляд кінцевого продукту, радіочастотна ідентифікація (RFID) і навіть управління активами на додаток до використання контролерів в традиційному виробництві і системах дискретного управління.
У традиційних галузях переробної промисловості широку функціональність контролерів PAC можна побачити при використанні їх в системах управління процесом замісу бетону. Заміна існуючого програмованого логічного контролера (PLC) і архітектури промислового ПК на єдину платформу управління Advantech APAX PAC вирішила всі проблеми пов'язані з передачею даних між програмованим логічним контролером PLC (який використовував послідовну передачу даних) і промисловим ПК, в якому використовувався Ethernet. Це дозволило керуючої програмі SoftLogic і програмою інтерфейсу «людина-машина» (HMI) працювати одночасно в інтегрованій системі контролера PAC (РІС 6).
Програмне забезпечення інтерфейсу HMI включає вибір набору параметрів, контроль запуску / зупинки і збір технологічних даних, а також огляд функціональних можливостей, в той час як керуюча програма SoftLogic забезпечує високошвидкісне визначення ваги в реальному часі. На додаток до цього, використання контролера PAC дозволяє використовувати мову програмування структурованого тексту для алгоритму визначення ваги замість ланцюгової логічної схеми або програмування функціональних блоків.
Контролер PAC включає функцію дистанційного керування даними в реальному часі безпосередньо з центру управління, використовуючи відкритий стандарт протоколу Modbus / TCP при використанні стандартного Ethernet 100Mb.
Важливо, що всередині.
Контролер PAC не просто персональний комп'ютер або одноплатний комп'ютер, поміщений в міцний корпус. характер
промислового застосування автоматизації процесів, як, наприклад, дозування цементу, розглянутого вище, означає, що контролери PAC необхідно проектувати так, щоб до них застосовувалися більш високі стандарти проектування і оснащення, ніж до стандартних ПК або навіть стандартним промисловим ПК. Такі характеристики, як сильне відхилення від стандартного режиму, мережевий фільтр ПО, захист від перенапруги, захист від зупинки при перенагрівання, захист від зупинки при надструми, а також захист від короткого замикання є стандартними для сучасного контролера PAC, але вони можуть бути і не включені
в прийняту Одноплатний конструкцію. У той час як контролер PAC є більш багатофункціональним, ніж програмований логічний контролер (PLC), конструкція контролера PAC повинна відповідати стандарту IEC-61131-2, тип 1 ... того ж стандарту проектування, який застосовується для контролера PLC.
Сучасний контролер PAC в цілому більш надійний, ніж контролер PLC і, звичайно, відноситься до класу, порівнянному з промисловими ПК і одноплатним системам OEM. Проходячи жорстку сертифікацію в якості контролера PLC і маючи архітектуру подвійного контролера, подвійну вхідну потужність і функцію резервування системи, контролер відрізняється міцністю, зносостійкість і великими функціональними можливостями.
Сучасний контролер PAC має гнучку топологію. Це означає, що його відкрита фізична архітектура дозволяє безмежно розширювати функції введення / виводу і управління Деякі моделі контролера PAC навіть дозволяють змінювати і нарощувати
центральний процесор без втручання в модулі вводу / виводу, і з іншого боку дозволяють виробляти гарячу заміну модулів введення / вивода.Факт того, що конструкція контролерів PAC створена на базі невеликого комп'ютера з пропонованим на
означає, що при удосконаленні конструкції маленького комп'ютера і оснащенні його більш швидким процесором, більш високою швидкістю передачі даних, більш високими обчислювальними здібностями, великим об'ємом пам'яті, енергозберігаючими властивостями та ін. дозволить в кращу сторону змінити контролери PAC, роблячи їх контролерами майбутнього і сьогодення.
Відвідувачі також читають:
Серія контролерів Mitsubishi Electric MELSEC L створена для вирішення середніх завдань автоматизації, для вирішення яких ресурсів моноблочних контролерів вже недостатньо, а рішення на великих модульних контролерів дорого