У сучасному світі автоматизації промислові програмовані логічні контролери відіграють вирішальну роль в управлінні технологічними процесами та виробничими лініями. Ці пристрої є спеціалізованими комп’ютерними системами, розробленими для надійної роботи в промислових умовах і виконання комплексних завдань керування. У цій статті ми розглянемо основні функції та переваги промислових ПЛК, їх різні конфігурації та наведемо приклади популярних моделей на ринку.
Що таке програмовані логічні контролери
Промисловий контролер (або ПЛК — програмований логічний контролер, не плутати з мікроконтролером (однокристальним комп’ютером)) — це електронний пристрій, призначений для автоматизації технологічних етапів у промисловості. Основне завдання контролера — отримувати дані з датчиків, обробляти їх відповідно до закладеної програми та керувати виконавчими механізмами. На відміну від звичайних комп’ютерів, промислові контролери спроєктовані для роботи в суворих умовах: при високих температурах, підвищеній вологості, вібраціях і електромагнітних завадах.
Різновиди конструктивного виконання контролерів
Сучасний ринок пропонує різні варіанти конструктиву ПЛК, які можна класифікувати за кількома критеріями:
ПЛК окремого монтажу та інтегровані системи
Програмований логічний контролер окремого монтажу встановлюється незалежно від інших елементів і з'єднується з панелями операторів, датчиками та виконавчими механізмами за допомогою комунікаційних інтерфейсів. Така конфігурація забезпечує більшу гнучкість при проєктуванні системи та дозволяє розміщувати компоненти в різних місцях.
Інтегровані системи — це пристрій, що поєднує контролер і панель оператора в один блок. Цей варіант має низку переваг:
- Економія простору в щиті керування
- Спрощене з'єднання між контролером і панеллю оператора
- Зменшення витрат на монтаж і підключення
- Відсутність необхідності налаштовувати обмін даними між окремими пристроями
Інтегровані системи ідеально підходять для використання в компактних машинах і невеликих системах керування, де критичними є простір і бюджет проєкту, і можуть реалізовувати функцію «ведучий-підлеглий».
Розміри та форм-фактори контролерів
За розмірами та форм-фактором контролери поділяються на кілька типів:
Контролери у великому корпусі зазвичай призначені для керування складними системами з великою кількістю входів/виходів. Вони монтуються у промислові шафи та мають розширений функціонал. Такі контролери часто використовуються на великих виробництвах, де необхідна обробка великого обсягу даних і керування багатьма виконавчими механізмами.
Компактні контролери або контролери карткового типу мають менші розміри й являють собою модульну систему, що складається з основного блоку (процесорного модуля) та додаткових модулів розширення. Основний блок містить процесор, пам’ять і базовий набір входів/виходів, а додаткові модулі додаються за потребою. Такий підхід забезпечує:
- Оптимізацію витрат (можна придбати лише ті модулі, які дійсно потрібні)
- Масштабованість систем (можливість додавання нових модулів при розширенні функціоналу, з часом можна створювати потужні системи)
- Зручність обслуговування (у разі виходу з ладу одного модуля замінюється лише він, а не весь контролер)
- Компактність (важливо при обмеженому монтажному просторі)
Середовища програмування та мови програмування контролерів
Для розробки програм керування промисловими контролерами використовуються спеціальні середовища програмування, які надаються виробниками обладнання. Ці середовища суттєво спрощують процес створення, налагодження та завантаження програм у контролери.
Середовища програмування промислових контролерів
Більшість сучасних середовищ програмування ПЛК мають такі можливості:
- Графічний інтерфейс користувача — інтуїтивно зрозумілий інтерфейс з можливістю візуального проєктування алгоритмів.
- Вбудовані засоби налагодження — симулятори роботи програми, які дозволяють тестувати алгоритми без підключення до реального обладнання.
- Документування проєктів — автоматичне формування технічної документації, включаючи схеми підключення, списки змінних і коментарі до програми.
- Організація бібліотек — створення і використання бібліотек стандартних функцій і функціональних блоків для повторного використання в різних проєктах.
- Засоби моніторингу — можливість контролю стану змінних і роботи програми в режимі реального часу.
Прикладами популярних середовищ програмування є:
- Haiwell Happy — середовище для написання ПЗ ПЛК Haiwell, що включає емулятор для налагодження програм і засоби візуалізації.
- XDPPro — програмний пакет для ПЛК Xinje, який надає повний набір інструментів розробки.
- STEP 7/TIA Portal — середовище програмування ПЛК Siemens, яке має широкі можливості й підтримує всі стандартні мови IEC.
- Studio 5000 Logix Designer — середовище для програмування ПЛК Allen-Bradley, яке об’єднує розробку ПЗ, конфігурацію обладнання та діагностику.
- CoDeSys — універсальне середовище програмування, підтримується багатьма виробниками ПЛК і відповідає стандарту IEC61131-3.
Мови програмування контролерів
Відповідно до міжнародного стандарту IEC61131-3, для програмування промислових ПЛК використовуються п’ять основних мов:
- Мова релейно-контактних схем (LD, Ladder Diagram) — графічна мова, що нагадує релейні схеми. Основними елементами цієї мови є контакти та котушки, з'єднані в ланцюги. Мова інтуїтивно зрозуміла інженерам-електрикам і широко використовується для програмування дискретних процесів.
- Мова функціональних блоків (FBD, Function Block Diagram) — графічна мова, де програма представлена у вигляді блоків з входами та виходами, з'єднаних лініями зв’язку. Підходить для опису алгоритмів з аналоговими сигналами та складними математичними обчисленнями.
- Мова структурованого тексту (ST, Structured Text) — високорівнева текстова мова, синтаксично схожа на Pascal. Дозволяє реалізовувати складні алгоритми з використанням циклів, умовних операторів і математичних функцій. Особливо ефективна для обробки даних і виконання розрахунків.
- Мова списку інструкцій (IL, Instruction List) — низькорівнева текстова мова, схожа на асемблер. Програма складається з послідовності команд, кожна з яких починається з нового рядка. Дозволяє створювати компактний і ефективний код, але вимагає високої кваліфікації програміста.
- Мова послідовних функціональних схем (SFC, Sequential Function Chart) — графічна мова для опису послідовних процесів. Програма представлена у вигляді кроків і переходів між ними, що дозволяє наочно відображати послідовність виконання операцій і можливі розгалуження процесу.
На додаток до стандартних мов, деякі виробники пропонують розширені можливості:
- Програмування мовами C/C++ — використовується у контролерах високого рівня для реалізації складних алгоритмів обробки даних.
- Візуальне програмування — графічні середовища, які дозволяють створювати програми шляхом перетягування і з'єднання блоків без знання синтаксису мов програмування.
- Спеціалізовані мови — деякі виробники розробляють власні мови, оптимізовані для конкретних задач.
Вибір мови програмування залежить від характеру поставленої задачі, вподобань програміста та особливостей контролера. На практиці часто використовується комбінація кількох мов в межах одного проєкту, де кожна частина програми реалізується на найбільш підходящій для неї мові.
SCADA на базі промислових контролерів
Однією з ключових переваг сучасних промислових ПЛК є можливість створення повноцінних SCADA-систем (Supervisory Control And Data Acquisition — систем диспетчерського керування та збору даних). SCADA-система дозволяє здійснювати:
- Візуалізацію виробничих етапів у реальному часі
- Збір і архівування даних про хід технологічного процесу
- Віддалений моніторинг і керування обладнанням
- Оповіщення персоналу про нестандартні ситуації
- Формування звітів про роботу обладнання
Контролери з підтримкою хмарних технологій дають змогу організувати віддалений доступ до системи через інтернет, що особливо актуально в сучасних умовах глобалізації виробництва та необхідності оперативного реагування на зміни в промисловості.
Популярні типи промислових контролерів
Розглянемо два популярні типи ПЛК, представлені на ринку:
Модульний контролер Haiwell SPLC-AT16SOT
Модульні пристрої серії AT від Haiwell є сучасним рішенням для різноманітних промислових завдань. Ці пристрої поєднують у собі високу продуктивність, гнучкість налаштування та зручність використання.
Основні переваги Haiwell SPLC-AT16SOT:
- Багатомовне програмування: підтримка різних мов програмування, зокрема LD, IL, FBD, із використанням програмного забезпечення Haiwell Happy.
- Компактний дизайн: оптимізовані розміри дозволяють встановлювати контролер у обмеженому просторі шаф керування.
- Гнучкість входів-виходів: інтеграція різних типів I/O (дискретні, аналогові, температурні, імпульсні), які можна налаштовувати під конкретні задачі сигнальних модулів.
- Хмарні технології: підключення до сервісу Haiwell Cloud забезпечує можливість дистанційного програмування та контролю роботи ПЛК через інтернет.
- Комунікаційні можливості: сумісність із широким спектром протоколів зв’язку (Modbus, CANopen, Profibus, Ethernet тощо).
Технічні характеристики SPLC-AT16SOT:
- 8 дискретних входів
- 8 NPN транзисторних виходів
- 2 канали високошвидкісного введення A/B 200K
- 2 канали високошвидкісного виведення A/B 200K
- Протоколи зв’язку: LAN+RS 485 (максимум 5 портів)
- Кількість підключених модулів – до 15
Контролери Xinje XD5
Пристрої серії XD5 компанії Xinje — це вдосконалені ПЛК з повним функціоналом і широкими можливостями застосування.
Ключові особливості ПЛК Xinje XD5:
- Багатомовне програмування: підтримка мов LD, С-подібного тексту, FBD у безкоштовному середовищі розробки XDPPro.
- Транзисторний тип входів-виходів: забезпечує високу швидкість комутації та тривалий термін служби.
- Масштабованість: підтримка до 16 модулів розширення (спеціальні, комунікаційні або введення-виведення).
- Спеціальні функції: імпульсний вихід, високошвидкісний лічильник, ШІМ, вимірювання частоти, керування двома осями.
- Комунікаційні можливості: підтримка протоколів RS232 / RS485.
- Хмарні сервіси: інтеграція з Xinje Cloud для дистанційного програмування та моніторингу ПЛК.
Технічні характеристики процесорного модуля SPLC-XD5-32T-C:
- 18 дискретних входів
- 14 транзисторних виходів
- 3 канали високошвидкісного введення A/B 200K
- 2 виходи PUL/DIR
- Протоколи зв’язку: RS232/485
- Можливість підключення 1BD, 1ED та до 16 правих модулів
- Напруга живлення: 24В
Хочете автоматизувати виробництво?
Наші інженери можуть підібрати оптимальне за ціною та функціоналом обладнання з нашого складу в Україні. Ми не лише продаємо ПЛК та промислову електроніку й пневматику, а й можемо виготовити панелі та шафи управління, запрограмувати контролер, розробити проектну документацію та схеми.
Телефонуйте безкоштовно по Україні
+38 0800 210 317Ключові функції промислових ПЛК
Незалежно від виробника та моделі, сучасні промислові ПЛК мають низку важливих функцій:
- Логічне керування: виконання логічних операцій, умовних переходів і затримок для реалізації алгоритмів керування.
- Обробка аналогових сигналів: перетворення, масштабування та обробка аналогових значень із датчиків (температура, тиск, рівень тощо).
- ПІД-регулювання: підтримка заданих значень параметрів за допомогою пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора.
- Керування рухом: позиціонування й керування швидкістю електроприводів через імпульсні виходи або спеціалізовані модулі.
- Обробка подій: реакція на зовнішні події, зокрема аварійні ситуації, з мінімальною затримкою.
- Комунікаційні функції: обмін даними з іншими пристроями через промислові протоколи.
Переваги використання промислових контролерів
Застосування промислових ПЛК у системах забезпечує низку суттєвих переваг:
- Підвищення ефективності: автоматизація процесів скорочує час виконання операцій і мінімізує вплив людського фактора.
- Зниження експлуатаційних витрат: оптимізація технологій зменшує енергоспоживання та витрати матеріалів.
- Покращення якості продукції: точне дотримання параметрів забезпечує стабільність характеристик продукції.
- Підвищення безпеки: контроль параметрів безпеки й своєчасне реагування на аварії знижують ризик травм та пошкоджень.
- Масштабованість рішень: модульна структура дозволяє легко розширювати систему при модернізації.
- Інтеграція з ІТ-системами підприємства: сучасні ПЛК забезпечують передачу даних у системи верхнього рівня (MES, ERP).
Висновок
ПЛК залишаються ключовим елементом сучасних систем. Різноманіття конструктивних виконань — від компактних модульних до інтегрованих із панелями оператора — дозволяє обрати оптимальне рішення для будь-якого завдання. Можливість створення SCADA-систем на базі ПЛК забезпечує повноцінний моніторинг і керування пристроями.
Вибір середовища програмування та мови розробки відіграє важливу роль в ефективності впровадження систем. Сучасні стандартизовані мови програмування згідно з IEC61131-3 надають гнучкі інструменти для вирішення завдань будь-якої складності, а спеціалізовані середовища значно спрощують створення й налагодження програм.
Розглянуті в статті моделі ПЛК Haiwell SPLC-AT16SOT і Xinje XD5 демонструють сучасні тенденції розвитку галузі: інтеграцію хмарних технологій, гнучкість конфігурування, розширені комунікаційні можливості та підтримку спеціалізованих функцій. Вибір конкретної моделі контролера має ґрунтуватися на вимогах до системи автоматизації, наявному бюджеті й перспективі розширення функціональності в майбутньому.
Під час проєктування систем автоматизації важливо приділяти увагу не лише вибору апаратного забезпечення, а й програмним засобам, які будуть використані для створення алгоритмів керування. Оптимальне поєднання сучасного контролера та ефективного середовища програмування дає змогу створити надійну й гнучку систему автоматизації, здатну вирішувати широкий спектр завдань у промисловому виробництві.
