Класифікація сучасних контролерів

Програмований логічний контроллер(ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) або програмований контролер - електронна складова промислового контролера, спеціалізованого (комп'ютеризованого) пристрою, що використовується для автоматизації технологічних процесів. Як основний режим тривалої роботи ПЛК, найчастіше у несприятливих умовах довкілля, виступає його автономне використання, без серйозного обслуговування і майже без втручання людини.

На відміну від мікроконтролера (однокристального комп'ютера), мікросхеми призначеної для управління електронними пристроями, областю застосування ПЛК зазвичай є автоматизовані процеси промислового виробництва, в контексті виробничого підприємства; комп'ютерів, ПЛК орієнтовані працювати з машинами і мають розвинений 'машинний' введення-виведення сигналів датчиків і виконавчих механізмів на противагу можливостям комп'ютера, орієнтованого людини (клавіатура, миша, монітор тощо. п.); вбудованих систем - ПЛК виготовляється як самостійний виріб, окремо від керованого за його допомогою обладнання.

Перші логічні контролери з'явилися як шаф з набором з'єднаних між собою реле і контактів. Ця схема ставилася жорстко на етапі проектування і не могла бути змінена далі.

Перший у світі ПЛК - MOdularDIgitalCONtroller (Modicon) 084, що має пам'ять 4 кБ, вироблений в 1968 році.

У перших ПЛК, що прийшли на заміну звичайним логічним контролерам, логіка сполук програмувалася схемою сполук LD (LadderlogicDiagram). Пристрій мав той же принцип роботи, але реле та контакти (крім вхідних та вихідних) були віртуальними, тобтоіснували у вигляді програми, що виконується мікроконтролером ПЛК. Сучасні ПЛК є «вільно програмованими».

У системах управління технологічними об'єктами логічні команди переважають над числовими операціями, що дозволяє при порівняльній простоті мікроконтролера (шини шириною 8 або 16 біт) отримати потужні системи діючі в режимі реального часу. У сучасних ПЛК числові операції реалізуються нарівні з логічними. У той самий час, на відміну більшості процесорів комп'ютерів, в ПЛК забезпечується доступом до окремих біт пам'яті.

Siemens - SIMATIC S5 і S7;

Segnetics - Pixel 2511 та SMH 2Gi;

Mitsubishi - серія Melsec (FX, Q);

Modicon TSX Quantum;

Toshiba - серії V іnV;

ПЛК у своєму складі не мають інтерфейсу для людини, типу клавіатури та дисплея. Їх програмування, діагностика та обслуговування здійснюється програматорами, що підключаються для цієї мети, - спеціальними пристроями або пристроями на базі більш сучасних технологій - персонального комп'ютера або ноутбука, зі спеціальними інтерфейсами та зі спеціальним програмним забезпеченням (наприклад, SIMATICSTEP 7 у випадку ПЛК SIMATICS7-300 або SIMATICS7 400). У системах управління технологічними процесами ПЛК взаємодіють з різними компонентами систем людино-машинного інтерфейсу (наприклад, операторськими панелями) або робочими місцями операторів на базі ПК, часто промислових, зазвичай через промислову мережу.

Датчики та виконавчі пристрої підключаються до ПЛК:

централізовано: у кошик ПЛК встановлюються модулі введення-виведення та датчики та виконавчі пристрої підключаються окремими проводами безпосередньо, або за допомогою узгоджувальних модулів, до входів/виходів сигнальних модулів;

або пометоду розподіленої периферії, коли віддалені від ПЛК датчики та виконавчі пристрої пов'язані з ПЛК за допомогою каналів зв'язку і, можливо, кошиків-розширювачів з використанням зв'язків типу «ведучий-відомий» (Master-Slave).

Програмовані логічні контролери (ПЛК) вже давно і міцно зайняли свою нішу на ринку засобів автоматизації. Розвиток напівпровідникової елементної бази, розробка нових засобів інформаційного обміну, розвиток алгоритмів правління сприяє тому, що лінійка ПЛК постійно розширюється. Різноманітність ПЛК з різними функціональними та технічними, конструктивними характеристиками настільки велика, що розробники систем автоматизації найчастіше опиняються перед нелегким вибором: який контролер найкраще підійде для вирішення того чи іншого завдання.

У цьому роботі спробуємо все безліч контролерів класифікувати за низкою ознак, які, як здається, найважливіші споживача. Визначення для кожного контролера його класифікаційних особливостей, його місця серед інших контролерів дозволить з більшою точністю сказати, чи підходить ПЛК для вирішення даної конкретної задачі чи ні.

Деякий час тому це була дуже важлива класифікаційна ознака. Вважалося, що контролери, вироблені в Європі, Америці та Японії, набагато надійніші, мають набагато більший функціонал, ніж їхні «колеги» з Південно-Східної Азії та Укаїни. Нині цей класифікаційний ознака, швидше за все, втратив актуальність. українські підприємства набралися досвіду та схемотехнічні рішення у нас часом навіть кращі, ніж у західних аналогів. За характеристиками контролери-аналоги різних країн-виробників майже відрізняються. Системне та прикладне програмне забезпечення або дуже схоже, або взагалівикористовуються стандартизовані продукти (наприклад, OS Linux широко використовується як на вітчизняних контролерах, так і на імпортних). Елементна база і в імпортних, і в українських контролерах застосовується та сама. Крім того, і вітчизняні, і європейські, і американські розробники контролерів (та й не тільки контролерів) в останні роки все частіше розміщують виробництво на тих самих майданчиках у Південно-Східній Азії. По суті межі між виробниками електроніки поступово зникають взагалі.

На що справді слід звернути увагу, то це на те, чи враховано при розробці контролера українську специфіку його експлуатації. До української специфіки можна віднести:

високий рівень промислових перешкод;
широкий діапазон зміни параметрів атмосферного та промислового середовищ;
можливість інформаційного зв'язку з низкою морально застарілих, але тих, що ще перебувають в експлуатації, засобів автоматизації випуску українських підприємств 80-х років;
можливість інформаційного зв'язку з низкою морально застарілих, але тих, що ще перебувають в експлуатації, засобів автоматизації випуску українських підприємств 80-х років;
низьку культуру оперативного персоналу щодо спілкування з обчислювальними системами і дисплейними робочими станціями.
Контролери українського виробництва враховують українську специфіку їхньої експлуатації. Але й закордонні виробники також стали адаптувати свої прилади під наші умови, намагаючись зайняти частину українського ринку. І, задля справедливості, зауважимо, що сама «специфіка» поступово сходить нанівець, розвиток персоналу, виробництва та інфраструктури не стоїть на місці.

Висновок: країну виробник, як серйозний чинник класифікації, розглядати не варто.

Під узагальненим терміном «потужність»розуміється розрядність та швидкодія центрального процесора, обсяг різних видів пам'яті, число портів та мережевих інтерфейсів. Дуже часто основним показником, що побічно характеризує потужність контролера і одночасно є найважливішою його характеристикою, є число входів і виходів (як аналогових, так і дискретних), які можуть бути приєднані до контролера. За цим показником контролери поділяються на такі класи:

наноконтролери (часто із вбудованими функціями), що мають до 15 входів/виходів;
малі контролери, розраховані на 15-100 входів/виходів;
середні контролери, розраховані приблизно на 100-300 входів/виходів;
великі контролери, розраховані приблизно на 300-2000 входів/виходів;
надвеликі контролери, мають приблизно від 2000 і більше входів/виходів.
Дуже важливо відзначити, що із зростанням потужності контролера зростає його ціна. Причому під час переходу різниця за ціною між різними класами контролерів дуже значна. Одне із завдань розробки системи управління – це чітко зафіксувати число вхідних і вихідних сигналів об'єкта управління, щоб уникнути зайвих витрат під час виборів контролера.

Область застосування – одна з найважливіших ознак класифікації. Область застосування контролера накладає цілий ряд вимог до контролерів і дуже звужує коло пошуку розробки систем управління.

Спеціалізований контролер із вбудованими функціями

Зазвичай ним є мінімальний за потужністю контролер, програма дії якого заздалегідь прошита його пам'яті, а зміні під час експлуатації підлягають лише параметри програми. Число і набір модулів введення/виводу визначається функціями, що реалізуються в ньому. Часто такі контролери реалізуютьрізні варіанти функцій регулювання. Основні сфери застосування: локальне управління будь-якою малою технологічною установкою або механізмом.

Так, наприклад, управління нагріванням муфельної печі є сенс здійснити за допомогою окремого температурного контролера. По-перше, контролер можна буде розташувати біля самої печі, що позбавить необхідності далеко вести проводи від датчиків, а по-друге, температурні контролери, як правило, мають органи індикації, які дозволять бачити поточне значення температури.

Контролер для реалізації логічних залежностей (коммандоапарат)

Головні сфери застосування такого контролера: верстатобудування, машинобудування, заміна релейноконтактних шаф у всіх галузях промисловості. Він характеризується прошитою у його пам'яті розвиненою бібліотекою логічних функцій та функцій блокування типових виконавчих механізмів. Для програмування використовуються спеціалізовані мови типу релейно-контактних схем. Набір модулів вводу/виводу такого контролера розрахований, в основному, на різноманітні дискретні канали. Найбільш простими представниками цього класу контролерів є інтелектуальні реле.