3.2.2. Методика вибору програмованих логічних контролерів

Основними програмно-технічними засобами автоматизації виробничих процесів є програмовані логічні контролери (ПЛК) з додатковими модулями (блоками) розширення. При виборі блоків розширення слід звернути увагу на те, що деякі блоки вводу можуть безпосередньо працювати з давачами температури у вигляді термопар та термометрів опору. При цьому відпадає необхідність використання проміжних перетворювачів, що спрощує та підвищує надійність системи.

ПЛК поділяють на три типи: моноблочні, модульні, PC-сумісні.

Моноблочний контролер є мікропроцесорним пристроєм, в єдиному конструктиві якого розташовуються джерело живлення (не обов'язково), центральний процесор (співпроцесори), пам'ять, що включає пам'ять програм і пам'ять даних, вбудовані мережеві порти, фіксоване число каналів аналогового і (або) дискретного вводу / виводу, слоти розширення для підключення додаткових модулів, семисегментний або РК-дисплей (необов'язково), індикатори стану контролера.

Як правило, контролери встановлюються на DIN-рейку або щит управління, а з'єднання з іншими модулями, наприклад, з модулем живлення, модулем аналогового введення та ін., здійснюються за допомогою роз'ємів або провідників з наконечниками «під гвинт».

Крім цих загальних характеристик контролери відрізняються набором вбудованих функцій, числом базових команд, способом програмування тощо.

Модульні контролери складаються з функціональних модулів, установлених у каркасі (кошику, шасі) або монтуються на DIN-рейку, тобто модульні контролери деструктуровані на окремі взаємопов'язані блоки. Дана архітектура дозволяє збільшити гнучкість, швидкість пуско-налагодження, ремонтопридатність контролера.

До цих функціональних модулів відносяться мікропроцесорний модуль, модуль живлення, комунікаційні модулі і модулі вводу / виводу, а також спеціальні модулі.

Крім спеціалізованих мікропроцесорних контролерів, традиційно використовуваних в задачах АСУ ТП, все частіше для цих цілей стали застосуються PC-сумісні контролери. Повна програмна і апаратна сумісність цих пристроїв з широко розповсюдженими офісними комп'ютерами забезпечує істотне скорочення термінів та вартості робіт при створенні різних систем автоматизації виробництва. Необмежена номенклатура плат вводу / виводу як аналогових, так і дискретних, можливість гнучкої модернізації систем з використанням найсучаснішого системного і спеціалізованого програмного забезпечення, а також постійне зниження цін на комп'ютерну техніку - ось основні визначальні чинники при виборі платформи АСУ ТП верхнього і нижнього рівнів.

PC-сумісні контролери складають окремий клас програмованих контролерів, значення і роль яких з розвитком Internet-технологій істотно зростає. Ці контролери характеризуються наявністю вбудованої операційної системи (Windows 9x/NT/CE, QNX, MS DOS, Linux, MiniOS7, OS-9 та ін.), використанням стандартних системних шин (PC-104, VME, AT96 тощо), можливістю використання стандартного програмного забезпечення (ISaGRAF, С, С++, Assembler, SCADA-систем Trace Mode, InTouch, Citect та ін., баз даних), комунікаційних стандартів, наявністю ОРС-сервера та інших PC- сумісних функцій.

PC-сумісні контролери, таким чином, можуть використовувати багате програмне забезпечення незалежних виробників, мають більший об'єм пам'яті, ніж моноблочні і модульні контролери, можливості розширення і модернізації, а також кращого діагностування. Однак ці контролери часто володіють надлишковістю обчислювальних ресурсів і функцій, зважаючи на їх універсальність, знижену надійність за рахунок великої кількості компонентів (додатків) на платформі персонального комп'ютера. Для більшості практичних застосувань вплив цих недоліків може бути усунутий або знижений.

Вибір контролерів для системи управління обумовлений великим числом різнорідних факторів, що залежать, насамперед, від того чи є система проектованою або вирішуються завдання модернізації існуючої системи. В останньому випадку мають значення фактори наступності програмно-апаратних засобів, підготовка обслуговуючого персоналу і служби ремонту, наявність супровідної документації та її освоєння, запас комплектуючих, виявлені показники надійності (напрацювання на відмову, термін служби, ремонтопридатність тощо).

При виборі контролера для систем керування основним завданням є найбільш повне задоволення технічних вимог на розробку автоматичної системи (вимоги до інформаційних, керуючих і допоміжних функцій, а також до технічного, програмного, метрологічного та організаційного забезпечення, до діагностики та технічного обслуговування системи та ін.).

Серед вимог, які слід враховувати при виборі ПЛК, можна виділити наступні:

1. Технічні характеристики контролера, що відповідають вимогам проекту. До найбільш важливих характеристик відносяться параметри процесорного модуля (тип і швидкодія процесора, обсяг пам'яті тощо), наявність співпроцесора, час виконання логічної команди, наявність сторожового таймера (пристрій, що визначає момент зависання процесора і виконує автоматичне перезавантаження контролера), годинника реального часу, число вбудованих і нарощуваних входів / виходів, наявність в контролері необхідного числа модулів (введення / виводу, спеціальних, комунікаційних), середовищ програмування контролера (зручність і простота програмування). Ряд фірм постачають програмні пакети для конфігурування, програмування і налагодження програмного забезпечення контролерів (наприклад, Concept фірми Schneider Electric, STEP7 фірми Siemens, NAIS Control 1131 фірми Matsushita, «Полігон» фірми Промавтоматика тощо).

Також важливим показником контролера є можливість резервування модулів і плат, діагностика стану контролера й інші фактори (світлодіодна індикація каналів і режимів роботи, наявність панелі візуалізації і клавіатури, гальванічна ізоляція входів і виходів, ступінь захисту контролера та ін.).

2. Модульність структури контролера. Після розрахунку каналів вводу/виводу (аналогових і дискретних) слід зробити вибір типу контролера: моноблочний, модульний, PC-сумісний. Моноблочний контролер, що має, як правило, невелике число вбудованих дискретних входів/виходів і від одного до чотирьох аналогових входів/виходів, може використовуватися автономно або з додатковими модулями вводу / виводу сигналів, з організацією обміну даними з контролером по внутрішньому інтерфейсу або через комунікаційний порт по мережі. При виборі модульного контролера забезпечується більша кількість каналів вводу / виводу, підвищується функціональна надійність контролера за рахунок функцій самодіагностики, спрощується обслуговування контролера, що допускає в ряді випадків «гарячу» заміну модулів (без виключення живлення) та ряд ін. При виборі PC-сумісного контролера значно підвищується за рахунок можливостей програмного забезпечення багатофункціональність контролера, зручність програмування, знижується його вартість. Однак при цьому можливе зниження надійності системи.

3. Відповідність міжнародним стандартам. ПЛК має відповідати Міжнародному стандарту якості ISO 9001, стандартам шинної архітектури контролера (VME, PCI, CompactPCI, MicroPC, PC/104 тощо), стандартним протоколам зв'язку промислових мереж (Profibus, Modbus, Interbus, CAN, Bitbus та ін.), стандартам зв'язку з польовими приладами (HART-протокол, AS-інтерфейс, Fieldbus Foundation, RS-485 та ін.), стандартам на операційну систему реального часу (QNX, OS 9000, VxWorks та ін.), стандартам на програмне забезпечення контролерів (IEC 61131-3), стандартам на ступінь захисту корпусу (IEC 529), на габаритні розміри, на ударо- і віброміцність (IEC 68-2) та ін. У ряді випадків допускається відповідність окремих показників (наприклад, габаритних розмірів, показників електроживлення та ін.) галузевим стандартам.

4. Зв'язок контролера з верхнім рівнем систем управління по інтерфейсу Ethernet. Інтерфейс Ethernet одержав широке поширення як інтерфейс зв'язку засобів автоматизації від нижнього до верхнього рівнів системи управління. Цей інтерфейс забезпечує високу швидкість передачі даних, низьку вартість, підтримується переважною більшістю виробників програмного і апаратного забезпечення. Через мережу Ethernet сервери і операторські станції верхнього рівня управління підприємством отримують безпосередній доступ до даних параметрів технологічного процесу. При наявності SCADA-системи, встановленої на операторській станції, використовується клієнт-серверна архітектура зв'язку, при якій SCADA-клієнт отримує прямий доступ до даних процесу за допомогою ОРС-сервера. Подальшим розвитком зв'язку контролерів з віддаленими операторськими станціями є використання мережі Internet і GSM-технології.

5. PC-сумісні контролери з вбудованою SCADA-системою. Наявність у PC-сумісного контролера вбудованої SCADA-системи (наприклад, Trace Mode і MasterSCADA) дозволяє значно прискорити процес налаштування проекту і підвищити ефективність подання інформації, знизити витрати на придбання дорогої SCAD A-системи та комунікаційних інтерфейсів. До таких контролерів відносяться російські контролери Р-130 ТМ, ЛОМІКОНТ ТМ, Лагуна, Теконік та ін. При цьому слід пам'ятати, що застосування PC-сумісних контролерів виправдане лише при вирішенні невеликих завдань, відсутності жорстких вимог до надійності системи або обмежених фінансових можливостях. При вирішенні завдань управління складними, відповідальними процесами, що характеризуються великою кількістю контрольованих і керованих величин та їх фізичним розподіленням у просторі, з підвищеними вимогами до надійності системи управління, слід віддавати перевагу класичним модульним контролерам.