Промышленные контроллеры

Назначение программируемых логических контроллеров

Программируемый логический контроллер работает совместно с модулями ввода-вывода и с помощью сетевых адаптеров может расширять систему до любого количества модулей. Дискретные вводы передают состояния кнопок, концевых выключателей и сигнализаторов, аналоговые вводы принимают измерительные сигналы датчиков, а дискретные и аналоговые выводы управляют нагрузками и регулирующими устройствами. Счетчики, интерфейсные каналы, SSI, IO-Link, ШИМ и управление движением реализуются с помощью специальных модулей.

В отличие от сетевого адаптера, который передает данные ввода-вывода головному контроллеру, ПЛК CREVIS самостоятельно исполняет пользовательскую программу. Поэтому при выборе учитывают не только необходимые типы сигналов и модулей ввода-вывода, но и объем программы и данных, время цикла, энергонезависимую память, поддерживаемые интерфейсы и протоколы, сетевые роли и  топологию сети. Особенность ПЛК CREVIS: по умолчанию все ПЛК могут работать в качестве сетевого адаптера, без пользовательской программы. Для этого вам достаточно назначить ему IP адрес.

В типичном цикле контроллер последовательно: обновляет образ входов по данным подключенных модулей; выполняет пользовательскую программу и вычисляет новые значения; передает рассчитанные команды в образ выходов; обслуживает обмен данными, диагностику и системные функции. Затем цикл повторяется. Реальное время реакции зависит от длительности программы, периода задачи, времени обмена по внутренней шине и задержек входных и выходных модулей. Поэтому быстродействие процессора нельзя оценивать отдельно от всей конфигурации. Для импульсов, которые могут измениться несколько раз за один цикл ПЛК, применяют аппаратные высокоскоростные счетчики, SSI-модули и другие специализированные каналы.

После включения питания контроллер инициализирует внутреннюю шину, проверяет состав станции и сопоставляет установленные модули с конфигурацией проекта. Если фактический порядок модулей отличается от заданного, нормальный обмен может не запуститься. Последовательность станции, параметры каналов и адреса ввода-вывода должны совпадать с проектом в CODESYS и файлом описания устройства.

Программирование ПЛК CREVIS

Большинство контроллеров CREVIS программируются в CODESYS 3.5. Для моделей из текущего каталога доступны языки IEC 61131-3: LD, FBD, ST, SFC и IL. Конкретная версия среды исполнения и пакет описания устройства зависят от прошивки: проект, созданный для другой версии runtime или XML-пакета, необходимо проверять на совместимость до загрузки в контроллер.

Язык выбирают по характеру задачи. LD удобен для релейной логики и блокировок, FBD — для наглядного соединения функциональных блоков, ST — для вычислений, массивов и сложных алгоритмов, SFC — для последовательностей состояний. IL поддерживается используемыми контроллерами для совместимости с существующими проектами, но для нового проекта обычно выбирают LD, FBD, ST или SFC.

GL-9981-L отличается от обычных CODESYS-контроллеров: это исполнение на базе Linux для прикладных программ на C/C++. Оно подходит, когда требуется собственное программное обеспечение, работа с файловой системой, USB-устройствами или Linux-сервисами. Версию GL-9981-L нельзя выбирать только по более мощному процессору: необходимо заранее определить способ доступа к локальным модулям, восстановление системы, резервное копирование и корректное завершение Linux перед снятием питания.

Сравнение ПЛК CREVIS

Контроллеры серии G

Серия G использует внутреннюю шину G-Bus и модули с обозначениями GL, GN и GT. Электронные модули этой серии не рассчитаны на горячую замену: перед их установкой или снятием питание станции и полевых цепей отключают в соответствии с документацией и схемой шкафа.

Компактные контроллеры GL устанавливаются в шкафах с ограниченным пространством. Базовый GL-9971 рассчитан на небольшую станцию и поддерживает Modbus TCP. GL-9972 при той же ширине допускает до 63 модулей, имеет последовательный интерфейс для Modbus RTU и расширенные программные функции. GL-9975 выбирают, когда нужны OPC и WebVisu, но не требуется встроенный последовательный порт.

Контроллеры GN занимают 54 мм и рассчитаны на расширенную станцию до 63 модулей. GN-9371 подходит для базового обмена Modbus TCP/RTU, а GN-9372 добавляет OPC и функции обслуживания проекта. GN-9482 применяют, когда локальная программа должна управлять модулями G-Bus, а данные станции необходимо передавать EtherCAT-мастеру.

Linux-контроллер GL-9981-L также работает с модулями серии G, но представляет отдельный класс устройств. Для него важны не только число каналов и протокол, но и аппаратная ревизия, образ операционной системы, доступные библиотеки, политика обновлений и способ резервного копирования.

Контроллеры серии M

Наименования модулей данной серии начинаются на М. Все модули внутри серии совместимы между собой. Конструктивно состоит из 3-х частей: базового шасси, модуля, съемного клеммника.

Серия M использует высокоскоростную внутреннюю шину M-Bus, которая формируется ножевыми разъемами головного устройства и модулей ввода-вывода. Контакты шины, отвечающие за питание модулей и информационный обмен расположены непосредственно на базовом шасси. В связи с этим серия М поддерживает «горячую замену» и предназначена для систем, в которых важны обслуживание узла и эксплуатация в более жестких условиях.

То есть изъятие модуля не разорвет внутреннюю шину M-bus во время замены модуля и не повлияет на работу остальных модулей станции.

Это не означает горячую замену самого ПЛК. Снятие M937x или ML997x останавливает управление всем локальным узлом.

Возможность замены конкретного модуля под напряжением, состояние его полевых клемм и безопасное поведение выходов всегда проверяют по руководству.

Серия М предназначена для установки в шкафу горизонтально или вертикально, имеет степень защиты IP20 и расширенный температурный диапазон эксплуатации.

Все ПЛК имеют встроенный модуль питания, например в комплекте с ПЛК M поставляется встроенный модуль питания M7001 либо M7002, а у ПЛК ML источник питания находится внутри корпуса и внешне представлен винтовым зеленым клеммником.

M9372 и M9373 имеют ширину 54 мм и поддерживают до 63 модулей. Их основное функциональное различие — наличие WebVisu у M9373. ML9973 предоставляет сопоставимый функционал и WebVisu в компактном корпусе шириной всего 17,5 мм.

Количество модулей и бюджет питания

Предельное количество модулей не равно гарантированному количеству модулей в любой конфигурации. Помимо ограничения по слотам проверяют:

• суммарный ток, потребляемый электроникой от внутренней шины 5 В;
• объем входных и выходных данных каждого модуля;
• ток полевого питания, пусковые токи нагрузок и падение напряжения;

Если тока внутренней шины недостаточно, станцию делят на участки с помощью модулей GT-7511 или GT-7641. Такие модули увеличивают мощность питания, позволяют разделить сборку на потенциальные сегменты, отделив внутри корзины ПЛК и входные модули от выходных и интерфейсных модулей.

Краткое сравнение дополнительного функционала контроллеров

Функция	Назначение	С чем связывает контроллер	Примеры контроллеров CREVIS
OPC DA	Передаёт переменные ПЛК в существующие SCADA- и HMI-системы на базе Windows. Применяется преимущественно для совместимости с ранее созданными проектами.	SCADA, HMI и другое программное обеспечение с поддержкой OPC Classic	GL-9975, GN-9483, M9372, ML9973
OPC UA	Обеспечивает современный обмен переменными, состояниями и параметрами ПЛК. Поддерживает структурированное представление данных и механизмы защиты соединения.	SCADA, HMI, MES и другие информационные системы	GL-9975, GN-9483, M9372, ML9973
Онлайн-изменение	Позволяет загружать отдельные изменения в программу CODESYS без полной остановки и перезапуска контроллера.	Среда программирования CODESYS и ПЛК	GL-9975, M9372, ML9973
Точки останова	Используются при отладке программы: позволяют приостановить выполнение в выбранном месте, проверить переменные и пройти код пошагово.	Среда программирования CODESYS и ПЛК	GL-9975, GN-9483, ML9973
Передача файлов	Позволяет загружать в контроллер и получать из него рецепты, настройки, журналы, отчёты, CSV-файлы и другие данные.	Компьютер инженера и файловая система ПЛК	GL-9975, M9372, ML9973
MQTT	Используется для публикации телеметрии, событий и аварий через MQTT-брокер, а также для получения сообщений из других систем.	IIoT-платформы, серверы, системы аналитики и облачные сервисы	GL-9975, GN-9483, ML9973
SNMP	Применяется для наблюдения за доступностью и состоянием контроллера как сетевого устройства.	Системы мониторинга промышленной сети	GL-9975, GN-9483, ML9973
SQL	Позволяет программе ПЛК записывать производственные данные в базу и получать рецепты, задания и технологические параметры.	SQL-базы данных, MES, ERP и системы прослеживаемости	GL-9975, M9372, ML9973

Преимущества модульных ПЛК

Главное преимущество модульного ПЛК - гибкость сборки конфигурации под конкретную систему управления. В систему включают только необходимые компоненты: процессорный модуль, источники питания, дискретные и аналоговые модули ввода/вывода, коммуникационные и специальные модули. Модульные ПЛК особенно удобны для средних и крупных систем автоматизации, состав которых может изменяться или расширяться. По сравнению с моноблочными контроллерами они обычно занимают больше места и имеют более высокую начальную стоимость, но обеспечивают значительно большую свободу при проектировании и модернизации системы.

1. Гибкая конфигурация. Можно подобрать необходимое количество входов и выходов, типы сигналов, интерфейсы связи и дополнительные функции.
2. Масштабирование системы. При увеличении количества датчиков и исполнительных механизмов станцию можно дополнить новыми модулями без полной замены ПЛК.
3. Поддержка разных типов сигналов и специальных функций. В одной станции могут работать дискретные, аналоговые, температурные, тензометрические, счетные и другие модули.
4. Удобство модернизации. При изменении технологического процесса можно заменить или добавить отдельные компоненты, сохранив основную часть оборудования.
5. Оптимизация стоимости. В систему включают только необходимые модули и количество каналов, не переплачивая за неиспользуемые функции.
6. Подключение удаленного ввода/вывода. Модули можно разместить ближе к датчикам и исполнительным устройствам, сократив длину сигнальных кабелей.
7. Упрощение ремонта. При неисправности обычно заменяется отдельный модуль, а не весь контроллер, что сокращает время простоя оборудования.
8. Расширение коммуникационных возможностей. К ПЛК можно добавлять модули для подключения к промышленным сетям, приводам, измерительным приборам и другому оборудованию.
9. Удобство диагностики и обслуживания. Светодиодные индикаторы и диагностические данные позволяют определить состояние отдельных каналов и быстрее найти неисправность.
10. Разделение цепей питания. Модульная архитектура позволяет создавать отдельные группы полевого питания и, при использовании соответствующих модулей, обеспечивать гальваническую развязку цепей.
11. Сохранение модулей при замене ПЛК. В некоторых платформах можно заменить процессорный модуль или сетевой адаптер, сохранив установленные модули ввода/вывода.
12. Поддержка горячей замены и резервирования. В системах, где предусмотрены эти функции, модули можно заменять без остановки станции, а отказ основных компонентов компенсировать резервными. Эти возможности зависят от конкретной серии ПЛК.

Промышленные сети и интеграция

Modbus TCP и Modbus RTU

Modbus TCP используется для обмена по Ethernet со SCADA, панелями оператора (HMI), приводами, счетчиками и другими контроллерами. Modbus RTU работает по последовательному интерфейсу RS-232 или RS-485. Наличие слова Modbus в названии недостаточно: до выбора проверяют роль Master/Client или Slave/Server, число соединений, поддерживаемые функции, формат регистров, тайм-ауты и физический интерфейс.

GL-9972, GN-9371, GN-9372, M9372, M9373 и ML9973 подходят для задач с Modbus RTU. У GL-9971, GL-9975 и GL-9981-L сетевой обмен выполняется по Ethernet.

EtherCAT Slave

GN-9482 работает в сети EtherCAT как Slave. Он не заменяет EtherCAT-мастер: циклический обмен инициирует внешний мастер, а GN-9482 предоставляет ему данные локального узла и принимает управляющие значения. При проектировании проверяют ESI-файл, размер и структуру Process Data Objects, период EtherCAT и согласование локальной программы с командами верхнего контроллера.

OPC UA, OPC DA и WebVisu

OPC предназначен для передачи переменных ПЛК в SCADA, MES, HMI и другие программные системы. Для нового проекта предпочтительнее OPC UA: он не зависит от Windows DCOM и предоставляет современные механизмы адресного пространства и безопасности. OPC DA сохраняют для совместимости с существующими системами. Поддержку нужного количества тегов, режима Server/Client, сертификатов и шифрования проверяют для конкретной версии контроллера.

OPC поддерживают GL-9972, GL-9975, GN-9372, GN-9482, M9372, M9373 и ML9973. WebVisu доступна у GL-9975, M9373 и ML9973. WebVisu — не промышленный протокол, а визуализация CODESYS, которую браузер получает со встроенного веб-сервера контроллера.

MQTT, SNMP, SQL, файловый обмен и пользовательские TCP/UDP-соединения относятся к дополнительным программным функциям и библиотекам, а не к возможностям каждого ПЛК по умолчанию. Например, в характеристиках ML9973 для MQTT указано отсутствие TLS. Такой контроллер нельзя напрямую публиковать в недоверенную сеть; обмен организуют через сегментированную промышленную сеть, шлюз или брокер с необходимой защитой.

Два Ethernet-порта и резервирование

У ряда контроллеров два Ethernet-разъема позволяют последовательно подключать устройства без отдельного коммутатора. Оба порта относятся к одному встроенному сетевому интерфейсу и одному IP-адресу. Наличие двух RJ-45 само по себе не означает две независимые сети, кольцевое резервирование или автоматическое переключение канала. Если проект требует резервирования, отдельно выбирают поддерживаемую топологию, коммутаторы и протокол резервирования.

Условия эксплуатации и обслуживание

Температурный диапазон необходимо проверять по документации конкретного ПЛК, а не переносить со всей серии модулей. Для GL-997x и GN-937x в актуальных руководствах указана работа от −20 до +60 °C. Для M9372 и M9373 производитель указывает от −25 до +60 °C. Поэтому утверждение, что любой контроллер серии M работает от −40 °C, неверно: −40 °C может относиться к отдельным модулям или температуре хранения.

Для GL-9981-L условия зависят от аппаратной ревизии и охлаждения. В актуальной документации производителя отдельно оговорено снижение частоты процессора при повышенной температуре и необходимость принудительной вентиляции в верхней части диапазона. При выборе учитывают фактическую ревизию поставляемого устройства, температуру внутри шкафа, монтажное положение и тепловыделение соседних компонентов.

Промышленное исполнение означает монтаж на DIN-рейку, питание 24 В DC, стойкость к нормированным электромагнитным воздействиям, вибрации и удару в пределах спецификации. Оно не отменяет проектирование шкафа: необходимы защита питания, заземление, разделение силовых и сигнальных цепей, вентиляция, соблюдение расстояний и резервное копирование программы.

Как выбрать ПЛК CREVIS

• Определить серию станции. В зависимости от тех.процесса и требований в техническом задании. Если модули уже закуплены, их серия является первым ограничением.
• Составить карту сигналов. Учитывают не только число дискретных и аналоговых каналов, но и типы сигналов, HART, термопары, RTD, счетчики, SSI, IO-Link, последовательные интерфейсы. Определить итоговую емкость системы.
• Определить интеграцию верхнего уровня. Необходимо обеспечить совместимость со SCADA/HMI, чаще всего применяется Modbus TCP, реже Modbus RTU. Большим спросом пользуется протокол OPC UA, но нужно помнить, что это ресурсозатратный для ЦПУ протокол и при выборе учитывать его влияние на загрузку ЦПУ. Для локального браузерного интерфейса можно выбрать WebVisu.
• Определить архитектуру системы, состав с станции с ПЛК, состав распределенных станций. Нужно помнить о поддерживаемых протоколах, топологиях сети, ограничениях по занимаемых слотам ПЛК, потреблению модулей ввода-вывода. Рекомендуется использовать программные инструменты конфигурирования IO Guide Pro во избежание ошибок. Сохраняйте запас мощности питания в станции 20-30% и свободных ресурсов на случай расширения системы не менее 30%.
• Оценить программу. Рекомендуется придерживаться оптимального подхода к программированию, чтобы сократить влияние на загрузку ЦПУ.
• Выбрать сетевые роли. Фиксируют, должен ли ПЛК быть Modbus TCP Client/Server, Modbus RTU Master/Slave или EtherCAT Slave, при нехватке портов необходимо подобрать соответствующее сетевое оборудование.
• Проверить сохранение данных. Для счетчиков наработки, рецептов и состояния процесса определяют, какие переменные должны быть Retain/Persistent, каков доступный объем энергонезависимой памяти и что произойдет после разряда резервного элемента RTC.
• Сроки поставки. Если сроки реализации вашего проекта сжаты, то остановите свой выбор на популярных моделях, которые бесперебойно поддерживаются на складе поставщика. И отдайте предпочтение моделям «в наличии», даже если их функционал для вашей задачи избыточен.
• Главное: все эти задачи мы готовы выполнить за вас по вашему ТЗ : осуществим оптимальный подбор по функционалу, срокам поставки, бюджету и без ошибок.

Окончательный выбор выполняют по технической документации конкретной аппаратной ревизии и проекту станции. Доступные исполнения собраны в каталоге программируемых логических контроллеров CREVIS.