6.1.3. Характеристики плк.

Продуктивність ПЛК оцінюється по наступних параметрах:

• тривалість контролерного циклу (період зчитування значень з каналів введення, обробки в процесорі і записі в канали виведення);

• час виконання команд (окремо логічних, з фіксованою і з плаваючою крапкою);

• пропускна спроможність шини між контролером і модулями введення-виведення;

• пропускна спроможність промислової мережі;

• час циклу опиту всіх контролерів в одномастерної мережі або цикл звернення маркера для багатомастерних мереж з маркером (див. розділ 2);

• час реакції.

Контролер в системах автоматизації виконує циклічний алгоритм, що включає введення даних і розміщення їх в ОЗП, обробку даних і вивід.

Тривалість контролерного циклу (його ще називають робочим циклом) залежить від кількості модулів введення-виведення і наявності в них замаскованих (виключених з процедури обміну) входів-виходів, тому розраховується для кожної конфігурації автоматизованої системи окремо. При інтенсивній математичній обробці даних (наприклад, при цифровій фільтрації, інтерполяції або ідентифікації об'єкту управління в режимі нормального функціонування системи) тривалість контролерного циклу істотно залежить від швидкодії процесорного модуля. У контролерний цикл входить також обслуговування апаратних ресурсів ПЛК (забезпечення роботи системних таймерів, оперативне самотестування, індикація стану), контроль часу циклу [494], мережевий обмін, управління багатозадачністю, відображення процесу виконання програми на дисплеї і тому подібне

Перед початком роботи ПЛК виконує завантаження операційної системи і програми користувача в ОЗП і ПЗП, початкове тестування апаратури. ПЛК зазвичай може працювати в режимі відладки, покрокового виконання програми, перегляду і редагування значень змінних і тому подібне

В процесі функціонування ПЛК дані, введені з пристроїв введення, розташовуються в ОЗП і протягом робочого циклу контролера не змінюються. Пряме читання входу під час виконання одного циклу не виконується. Це прискорює процес обробки даних і виключає непередбачені ситуації [494].

У системах з розподіленими по об'єкту модулями введення-виведення тривалість контролерного циклу може визначатися пропускною спроможністю промислової мережі, що у ряді випадків є обмеженням на граничну кількість модулів введення-виведення.

Вимоги до тривалості контролерного циклу істотно залежать від області застосування ПЛК. При управлінні тепловими процесами тривалість циклу може складати одиниці і десятки секунд, в завданнях для управління верстатами вона вимірюється мілісекундами, при опиті датчиків температури на елеваторі контролерний цикл вимірюється цілодобово.

Час реакції контролера — це інтервал часу від моменту появи дії на систему (з боку модулів введення або оператора) до моменту вироблення відповідної реакції. Час реакції залежить від тривалості робочого циклу контролера, яке визначається швидкодією модулів введення-виведення і продуктивністю процесора.

У контролерах для відповідальних застосувань можуть бути передбачені наступні функції самодіагностики (див. також розділ 8):

• виявлення помилок центрального процесора;

• сигналізація про спрацьовування сторожового таймера;

• виявлення відмови батареї або джерела живлення;

• виявлення збою пам'яті;

• перевірка програми користувача;

• виявлення виходу з ладу запобіжника;

• виявлення обриву або короткого замикання (к.з.) в ланцюзі датчика і навантаження.

У контролерах для систем протиаварійного захисту (ПАЗ) і сигналізації, а також для небезпечних промислових об'єктів може бути передбачена можливість резервування окремих частин системи: промислової мережі, процесорного модуля або контролера, джерела живлення, мережевого сервера, замкнутих контурів автоматичного регулювання, модулів введення-виведення. Об'єктом резервування зазвичай є найбільш відповідальна або найбільш ненадійна частина системи (докладніше за див. розділ 8).

Можливість гарячої заміни елементів системи (тобто без відключення живлення) досягається одночасно апаратними і програмними засобами. Апаратний передбачається незалежність початкового стану пристрою від черговості подачі сигналів на його клеми в процесі заміни; програмно забезпечується можливість тимчасової відсутності компоненту системи без її зависання або переходу в аварійні режими (докладніше за див. п. 8.2.1).

Надійність контролерів характеризується напрацюванням на відмову, яке визначається як відношення сумарного часу працездатного стану контролера до математичного очікування числа його відмов протягом цього часу (ГОСТ 27.002-89) або напрацюванням повністю, — часом від початку експлуатації до першої відмови. Надійність пов'язана з допустимими механічними перевантаженнями — амплітудою вібрації в необхідному діапазоні частот, допустимим прискоренням при ударі.

Для підвищення безпеки систем автоматизації в контролерах використовуються команди для установки початкового стану виходів відразу після подачі живлення або в аварійному режимі. Ці стани вибираються так, щоб після відновлення напруги живлення при випадковому його перериванні або в аварійному режимі системи виконавчі пристрої знаходилися в безпечному для персоналу або системи стані. Наприклад, в системах з нагрівом безпечним буде стан відключеного нагрівача, в підйомних механізмах — стан гальмування. Наявність команд управління безпечними станами дозволяє реалізувати операцію автоматичного рестарту автоматизованої системи після переривання живлення або після відновлення працездатного стану. Здатність контролера переводити свої виходи в заздалегідь певний стан відразу після виявлення зниження напруги живлення або після внутрішньої відмови називається відмовостійким відключенням [489].

Якщо повторний запуск ПЛК виконується після того, як всі динамічні дані (змінні входів-виходів, стан внутрішніх регістрів, таймерів, лічильників, програмні контексти) були повернені в заздалегідь певний стан, то такий запуск називається холодним рестартом [489]. Холодний рестарт може бути як ручним, так і автоматичним.

Гарячим рестартом [489] називають повторний запуск ПЛК, який виконується настільки швидко після пропажі живлення, що всі динамічні змінні не встигають змінитися і тому працездатність відновлюється таким чином, ніби живлення не пропадало.

Теплим рестартом називають повторний запуск після виявлення несправності живлення із заздалегідь певним і програмованим користувачем безліччю динамічних даних і системним контекстом прикладної програми.

Таблиця 6.1

Значення цифр в позначенні IP ступеня захисту

Перша цифра	Ступінь захисту		Друга цифра	Ступінь захисту
0 1 2 3 4 5 6	Захист відсутній Захист від твердих тіл розміром більш 50мм. Захист від твердих тіл розміром більш 12мм. Захист від твердих тіл розміром більш 2,5мм. Захист від твердих тіл розміром більш 1мм. Захист від пили. Пиленепроникність.		0 1 2 3 4 5 6 7 8	Захист відсутній Захист від крапель води Захист від крапель води при нахилі до 15°. Захист від дощу. Захист від бризок. Захист від водяних струменів. Захист від хвиль води. Захист при зануренні у воду. Захист при тривалому зануренні у воду.

Теплий рестарт характеризується сигналізацією стану або еквівалентними засобами, що дозволяють переконатися в тому, що прикладна програма зареєструвала припинення несправності живлення, виявлене конфігурацією ПЛК в режимі пуску [489].

Перешкодостійкість контролера зазвичай оцінюється по його відповідності комплексу стандартів по електромагнітній сумісності (див. розділ 3).

Промислові контролери використовують гальванічну ізоляцію [195] для усунення паразитних зв'язків по загальному дроту, землі і для захисту устаткування від високої напруги.

Ступінь захисту від дії навколишнього середовища, забезпечувана корпусом контролера, класифікується ГОСТ 14254-96. Для позначення ступеня захисту використовуються дві букви «IP», за якими слідують дві цифри. Перша цифра позначає ступінь захисту виробу від попадання всередину твердих сторонніх тіл, друга цифра позначає ступінь захисту виробу від попадання води. Розшифровка позначень приведена в табл. 6.1, приклади корпусів показані на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Контролери в корпусах із ступенем захисту IP20 (а) і IP66 (б)

При виборі контролера бажано оцінювати ступінь його відповідності ідеології «відкритих систем», щоб не потрапити в залежність від одного постачальника і мати можливість модифікувати систему в міру необхідності.

Важливим параметром ПЛК є час від замовлення до постачання і наявність декількох незалежних постачальників. Для Росії цей параметр має особливе значення, оскільки велику частку ринку займають контролери іноземного виробництва, для яких тривалість постачання і гарантійної заміни обчислюється місяцями. Великі терміни постачання пояснюються як віддаленістю виробника від споживача, так і прагненням виробників і постачальників мінімізувати внутрішні витрати за рахунок зменшення складських запасів.

Якість призначеної для користувача документації, наявність групи технічної підтримки, швидкість реакції на запити, наявність курсів для навчання споживачів грають також важливу роль при виборі контролера з величезного їх різноманіття. Технічні параметри широкого спектру контролерів різних виробників можна знайти на численних сайтах підтримки в Інтернет.