ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.12.2021
Просмотров: 2955
Скачиваний: 33
128
Данные табл11.2 свидетельствуют о том, что порог рентабельности
ПЛК
сместился. В 1979 г. ПЛК
нижней гаммы считались рентабель-
ными, если они заменяли устройство автоматики с общим числом
входов/выходов, равным 20 , в настоящее время можно встретить
ПЛК с пятью-десятью входами-выходами (например, контроллеры
LOGO и TeleSAFE). Произошло это не потому, что
микропроцессорная элементная база стала относительно дешевой.
Повысился
уровень
требований
к
простым
устройствам
автоматизации, которые должны обладать более развитым
интерфейсом визуализации, а также обеспечивать возможность
работы в общей информационно-управляющей сети предприятия.
Две последние функции затруднительно реализовать какими-либо
другими средствами, кроме микропроцессорных. Одновременно
повысилась функциональная сложность всех ПЛК. Раньше ПЛК
нижней гаммы выполняли только логические, счетные и временные
функции, сейчас примерно половина ПЛК малого формата реализует
алгоритмы регулирования.
ПЛК верхней гаммы существенно расширили функциональную
гибкость. Так, число дискретных входов/выходов, обслуживаемых
SIMATIC S7-400, может доходить до 128К, число аналоговых
входов — до 8 К. Мощные ПЛК реализуют задачи логического
управления, регулирования, в том числе по законам нечеткой
логики, выполняют функции работы с таблицами для создания баз
данных, оснащены программной поддержкой средств визуализации
систем SCADA.
Как уже отмечалось, реализация станции оператора с
использованием выделенного промышленного компьютера не всегда
оправданна, поэтому в ПЛК среднего формата и особенно мощных
ПЛК особое внимание уделяется возможности подключения и
программной
поддержке
пультов
оператора
и
устройств
визуализации технологического процесса. Практически все фирмы-
изготовители ПЛК имеют в номенклатуре продукции ряд текстовых
и графических панелей операторов, а также программное продукты
для их параметрирования. Диапазон возможностей панелей
оператора кратко рассмотрим на примере продукции фирмы
Siemens. Текстовые панели OP3/OP7/OPI7 предназначены для
простых применений, так, ОРЗ рекомендуются в качестве
переносного пульта. Дисплей панелей жидкокристаллический с
подсветкой, число строк - от 2 до 4, число символов в строке — от
20 до 40. Максимальное число клавиш панели - 46 для OPI7. Гра-
фические панели ОР27/ОР35/ DP37 имеют разрешающую
способность до 640x480 точек, число клавиш - до 68. Панели имеют
129
встроенный процессор, что разгружает ПЛК от операций
формирования изображения в реальном времени.
Построение систем комплексной автоматизации предприятий
требует включения практически каждого ПЛК в информационную
сеть предприятия, способную работать в сложных промышленных
условиях, поэтому одним из основных требований к современному
ПЛК любого формата является аппаратная и программная
совместимость с одним или несколькими стандартами сетей
промышленного назначения. В недалеком прошлом многие фирмы
изготовители ПЛК и средств автоматизации разрабатывали
собственные протоколы обмена
(DH-
485 для
Allen Bradley
, K-
sequence для PLC-Direct, Telway для Telemecanique). Это в
значительной степени обусловлено иерархической топологией сети
для крупных производственных установок, которые требуют
использования нескольких децентрализованных систем управления,
выполненных, как правило, на ПЛК одной фирмы и подключенных к
мощному ПЛК верхнего уровня той же фирмы (рис.11.6). Такой
подход был выгоден фирмам производителям, так как вынуждал
применять только его оборудование. Однако очевидное усиление
интеграции на уровне SCADA требует получения информации в
централизованное пользование практически от каждого ПЛК.
Рис.11.6 иерархическая сеть на основе ПЛК
В связи с этим конкурентоспособными останутся те ПЛК,
которые обеспечивают сопряжение с открытыми промышленными
сетями, такими как MODBUS, PROFIHUS, ETHERNET. Именно
DN - 485
МодульAIC+
Модуль AIC+
Модуль AIC+
Контроллер
SLC-5
Контроллер
MICROLOGIC
Контроллер
SLC-5
Контроллер
MICROLOGIC
DATA HIGHWAY PLUS
Контроллер
PLC - 5
130
адаптацией к различным промышленным сетям обусловлено
чрезвычайное разнообразие WG современных мощных ПЛК.
11.5.1
Мощный ПЛК
Рассматривая современное состояние вычислительной техники,
легко поддаться искушению, переложить функции интерпретатора
на программные средства разработки прикладного программного
обеспечения, оригинальные пакеты которых, работающие в среде
Windows, имеет каждая фирма. Такое решение предполагает замену
специализированного модуля ЦП универсальным программируемым
контроллером с открытым программным обеспечением.
Это направление сейчас активно развивается, и получило
название «Soft PLC». Однако производители ПЛК не спешат
полностью отказываться от специализированных ЦП. Весьма
показательно, что разработчики самого мощного на сегодня
ПЛК S1MAT1C S7-400 с целью повышения быстродействия пошли
на выполнение ЦП мультипроцессорным, но не стали отходить от
рассмотренного выше принципа построения ОС ПЛК. Достигнутое
таким образом
быстродействие (см. табл11.I)сравнимо с
быстродействием
программ
управления
промышленных
контроллеров, написанных на языке СИ.
Рассмотренная упрощенная ОС ПЛК является однозадачной.
Если ПЛК заменяет несколько независимых релейных схем,
программные модули, реализующие каждую из схем, расположены в
памяти последовательно. В связи с этим время реакции ПЛК на из-
менение входных сигналов определяется суммарным временем
выполнения всех программных модулей. Если среди обслуживаемых
устройств окажется такое, которое требует более быстрой реакции,
то рассматриваемая однозадачная ОС этого сделать не позволит.
Очевидно, мультипроцессорный путь повышения быстродействия
применим только для мощных
ПЛК
(но для них он, конечно, не
единственный).
Другой способ повышения быстродействия ПЛК — переход к
многозадачным ОС. Ранее многозадачные ОС были характерны
только для мощных ПЛК. в настоящее время такая ОС — не
редкость даже для ПЛК малого формата. Так, двухзадачную ОС
имеет ПЛК среднего формата Telemecanique TSX 47-10/20.
Программа управления, записываемая в этот ПЛК, должна быть
разделена на две задачи. Инициализация выполнения «быстрой»
задачи выполняется периодически с регулируемым разработчиком
интервалом между обращениям (от 5 до 10 мс). Программа
«медленной» задачи запускается на выполнение по сигналу
сторожевого таймера каждые 150 мс. Отдельные части этой
131
программы выполняются с разделением по времени после оконча-
ния очередного цикла обработки «быстрой» задачи. В ПЛК
малого формата Modicon TSXMicro реализована многозадачная
ОС. Для создания многозадачных ОС используют
механизм
,
прерывания по
сигналам внешних устройств, которыми
управляет
ПЛК. Такой механизм используют все ПЛК
фирмы Siemens (см
.
рис11.
5).
Придание
ПЛК
регулирующих
функций
неминуемо
потребовало введения в состав языков программирования
ПЛК
команд работы с двоичными словами. ПЛК стали выполнять
сложные вычисления
,
причем
арифметики в
формате с
фиксированной запятой оказалось
недостаточно — сейчас многие
ПЛК имеют
в системе команд библиотеки
для работы
с числами в
формате
с
плавающей запятой
.
В
первую очередь арифметические
команды используются для
реализации алгоритмов ПИД-
регуляторов, причем не
просто регуляторов
,
а с алгоритмами
самонастройки и оптимизации переходных процессов.
Несмотря на
такое существенное усложнение базового про-
граммного
обеспечения, разработчики ПЛК не спешат уходить
от проверенных временем принципов построения ПЛК. Так, ал-
горитм функционирования всех ПЛК фирмы Siemens (законодателя
в области ПЛК), вплоть до мощного S7-400, выполнен по
схеме,
показанной на рис11.5, а не в виде системы со свободно
загружаемым программным
обеспечением. Весьма показателен
пример с Telemecanique TS
X
47-10/20. Для включения алгоритма
ПИД-регулирование в его программу необходимо не только
записать соответствующие команды, но и подключать специальный
блок памяти в разъем на передней панели корпуса ПЛК.
Пользователю при обращении к функции ПИД-регулирования
следует задать только коэффициенты и постоянные времени
программному коду регулятора.
11.5.2 ПЛК малого формата
(MicroPLC)
ПЛК малого формата были и остаются наиболее многочисленной
группой в семействе логических контроллеров. Этот факт в полной
мере подтверждается числом строк табл.11 3,
в которой приведены
характеристики ПЛК малого формата, имеющиеся на российском
рынке.
Табл11.3. ПЛК малого формата (Micro PLC)
Параметры
Модель ПЛК,
Фирма,
габариты
Выполняемые функции
Параметры ЦП
Ввод Вывод
Simatic S7-200
Siemens
132
(197 * 80 * 62 ) Логические, временные,
счетные,
арифметические
с
фиксированной
и
плавающей запятой
CPU214
Память программ – 2К
ОЗУ данных – 2К
Быстродействие – 0,8
мкс
(218 * 80 * 62) Логические, временные,
счетные,
арифметические
с
фиксированной
и
плавающей
запятой,
ПИД-регулятора
CPU216
Память программ – 8К
ОЗУ данных – 2,5К
Быстродействие–0,8 мкс
=24В
~130В
Транзистор
24В/0,5А
Реле
+24В/2А
Modicon-TSX
Micro
Логические, временные,
счетные,
арифметические
со
словами одинарной и
двойной
длины,
в
формате с плавающей
запятой,
работа
с
таблицами,
ПИД-
регулятора
Быстродействие– 0,3 мкс
Память программ – 4,7К
Память программ – 7,8К
Память программ – 40К
=24В
~115В
~240В
Транзистор
24В/2А
Реле
240В/2А
DL 205
PLK Direct
By Koyo Inc.
Логические, временные,
счетные,
арифметические.
Часы
реального
времени.
Встроенный
журнал
самодиагностики
4
ПИД-регулятора
с
самонастройкой
DL250
Память программ 7К
ОЗУ – 7К
=24В
~132В
Транзистор
24В, Триак
264В/0,5А
Реле
Вывод
264В/1А
Три фактора определяют их столь прочное положение. Во-
первых, в настоящее время наблюдается стремление к
автоматизации тех объектов, которые ранее ей не подлежали-
управление запорной арматурой различных трубопроводов и т.д.
Во-вторых, «освоение» малыми ПЛК функций регулирования
позволяет им в значительной мере заменить ПЛК среднего формата.
В-третьих, средние и мощные ПЛК частично вытесняются
промышленными компьютерами и контроллерами.
Анализ данных табл.11.3, позволяет выявить некоторые тенденции
развития малых ПЛК.
•
Произошло изменение элементной базы памяти программ.
Энергонезависимое ОЗУ с блоком резервного питания на
аккумуляторах заменили программируемые пользователем
ПЗУ с электрическим стиранием (типа EEPROM или FLASH).
Микросхемы этой элементной базы имеют большую
информационную плотность при меньшем энергопотреблении.
Это позволило существенно увеличить память программ
малых ПЛК (до 64К) при уменьшении габаритов плат ЦП.
Автономный резервный источник питания теперь может
использоваться
для
поддержания
работоспособности
устройства в целом (контроллеры TeleSAFE).