Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 17 июля
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Являетесь ли Вы сторонником встраиваемых решений?

Altera, MIPS и другие кампании анонсировали выпуск процессора MP32.

Нормирующие преобразователи сигналов

В статье рассматриваются задачи, которые призваны решать нормирующие преобразователи аналоговых сигналов в системах сбора и передачи данных, основные требования к ним, а также рекомендации по их использованию.

Платы CompactPCI для разработки современной авионики

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

10 июня

ПЛУ, ПАК и ППК

В статье анализируются критерии выбора ПЛК (программируемых логических контроллеров), ПАК (программируемых контроллеров автоматизации) или ППК (промышленных персональных компьютеров) при разработке систем управления, а также рассматривается эволюция ПЛК.



П

ри выборе контроллера для приложения возникает вопрос о том, что предпочтительнее — простота и надежность или открытость и функциональность? Чтобы ответить на этот вопрос, разработчик должен четко понимать, какой набор функций требуется от контроллера в приложении, как бы ни называлось это логическое устройство.
В 2001 г. компания ARC Advisory Group на основе анализа рынка предложила термин PAC (programmable automation controller — программируемый контроллер автоматизации, ПКА) для нового класса контроллеров. Основные производители этих устройств расширили функциональность программируемых контроллеров.
Производители используют акроним PAC для описания класса продукции, соответствующей по конструкции и позиционированию на рынке продукции со схожей аппаратно-программной архитектурой. Из-за широкого набора функций ПКА классификация конкретных устройств по типу ПЛК или ПКА усложнилась. Даже небольшой ПЛК (см. рис. 1) можно запрограммировать с помощью инструмента автоматической генерации кода в среде Matlab или Simulink. Тот же самый контроллер с памятью данных объемом 8 или 32 Гбайт может использоваться как средство сбора данных и анализа для диагностического обслуживания системы. Кроме того, этот контроллер с помощью технологии виртуального интерфейса можно превратить в удаленный шлюз.

   

а)

б)

Рис. 1. а) микромодульные ПЛК AutomationDirect Click со стандартными блоками ЦП оснащены восемью дискретными входами и шестью дискретными выходами, предлагаемыми в четырех комбинациях исполнения встроенных портов ввода-вывода; б) контроллер ПКА GE Intelligent Platforms PACSystems RX3i, оснащенный одним управляющим алгоритмом и универсальной средой программирования

Определение ПКА

Программируемые контроллеры автоматизации имеют следующие особенности, которые отличают их по функционалу от типовых ПЛК:
– многоцелевая функциональность: системы непрерывного управления логикой или движением можно проектировать с помощью одной и той же аппаратной платформы;
– единая комплексная платформа разработки — информационные блоки хранятся в общей базе данных;
– один инструмент для всех задач программирования: управления логикой, движением, проектирования человеко-машинного интерфейса для нескольких систем;
– открытая модульная архитектура, позволяющая пользоваться только тем оборудованием, которое требуется разработчику;
– использование многих стандартов связи (от асинхронных до детерминированных) и многих языков программирования (в соответствии со стандартом IEC 61131-3, а также языками программирования высокого уровня), что позволяет разработчику эффективно проектировать систему для различных изготовителей.
Однако при появлении технологии ПЛК некоторые компании стали использовать акроним ПКА для названия своей продукции, несмотря на то, что она не обладала указанной функциональностью.
С 2002 г. в программируемых контроллерах произошли значительные перемены. К числу этих изменений относятся следующие:
– открытость стандартов связи стала типичной характеристикой функциональных возможностей ПЛК;
– большее число инструментов стало совместимым со стандартом IEC 61131-3, что расширило нормативный список языков программирования (IL, LAD, ST, SFC, FBD) за счет стандарта ANSI C и языков C++ и C#;
– миниатюрные контроллеры оснастились большим объемом памяти (8 Гбайт и более);
– Ethernet TCP/IP стал наиболее распространенным интерфейсом программирования для ПЛК;
– архитектура системы программного обеспечения ПЛК основана на детерминированных операционных системах реального времени с функцией многозадачности.
Исходя из этого набора возможностей, очень трудно определить, какие контроллеры относятся к ПКА, а какие — к ПЛК.
ПКА сочетают программно-аппаратную архитектуру ПК и ПЛК, обес­печивающую гибкую и прочную систему (см. табл. 1 и 2).Таблица 1. Аппаратная архитектура ПЛК

Таблица 1. Аппаратная архитектура ПЛК

Программирование в соответствии со стандартом IEC 61131-3 (языки IL, LAD, ST, SFC, FBD)

Коммуникационная шина I/O (внутренний обмен данными)

Операционная система реального времени

ОЗУ

Память
программ/данных

Модуль I/O

Модуль I/O

Модуль I/O

Интерфейс связи

Блок центрального процессора (укороченный список инструкций)


Работа под управлением двух ОС

Приложения создаются с двумя архитектурами операционных систем. В качестве примера можно привести решения компании Beckhoff Automation (TwinCAT PLC под управлением Microsoft Windows XP Professional) (см. рис. 2) и Bernecker & Rainer (AR010 под управлением Microsoft Windows XP Professional).

 

Рис. 2. Во встраиваемом 1,6-ГГц ПК Beckhoff Automation CX5000 в прочном магниевом корпусе реализована энергосберегающая технология Intel Atom, а также обеспечена ЭМС

Компания National Instruments поставляет контроллеры серии PXI с двумя вариантами загрузки ОС — реального времени и встроенную (Microsoft Windows XP Professional и Microsoft Windows 7). Эти устройства загружаются только в режиме одной системы, в отличие от варианта, указанного в таблице 3. На рисунке 3 представлены также встраиваемые контроллеры cRIO-9025 этой компании. ПЛК и ПКА некоторых других компаний представлены на рисунках 4—6.

 

Рис. 3. Интегрируемый контроллер реального времени cRIO-9025 с расширенным диапазоном рабочих температур, перестраиваемой ПЛИС и средой разработки LabView от компании National Instruments

 

Рис. 4. ПЛК Phoenix Contact Nanoline оснащен базовой станцией. Четыре математические функции устройства nLC-055, а также встроенные аналоговые входы увеличивают его гибкость

 

Рис. 5. ПКА Allen-Bradley ControlLogix L73 и L75 компании Rockwell Automation сочетают в себе функции управления технологическим процессом, движением и дискретное управление

 

Рис. 6. ПКА Opto 22 Snap-PAC-R1-W с функциями проводной Ethernet- и беспроводной связи Wi-Fi 802.11a/b/g

Таблица 2. Аппаратная архитектура ПК-оборудования

Программное обеспечение

(создается пользователями)

Коммуникационная шина I/O

(внутренний обмен данными)

Операционная система общего назначения (например, Windows)

ОЗУ

Память
программ/данных

Модуль I/O

Модуль I/O

Модуль I/O

Интерфейс связи

Блок центрального процессора (укороченный список инструкций)

Таблица 3. Аппаратная архитектура PC-RT

Программное обеспечение

(создается пользователями)

Коммуникационная шина I/O

(внутренний обмен данными)

Операционная система общего назначения (например, Windows)

Операционная система реального времени

ОЗУ

Память
программ/данных

Модуль I/O

Модуль I/O

Модуль I/O

Интерфейс связи

Блок центрального процессора (укороченный список инструкций)


Функциональность и классификация

Поскольку с 2001 г. функциональность ПЛК выросла, а также были усовершенствованы технологии управления, ряд определений новых контроллеров потребовал переосмысления.
Все большее количество технических средств совершенствуется, чтобы обеспечить совместимость с 32-битной версией ОС Microsoft Windows 7. Первые обновления средств программирования (для разработки приложений по управлению) для Microsoft Windows 7 появились в середине 2010 г.
Средства разработки программируемых контроллеров будут обновляться и далее в 2011 г. Некоторые компании также работают над 64-битными версиями своих инструментов, большинство обновлений для которых появится к концу этого года.

Автоматическая генерация кода

Количество инструментов программирования, соответствующих языкам стандарта IEC 61131, непрерывно растет. Пользователи могут программировать приложения не только с помощью многоступенчатой схемы вычислительной модели, но и с помощью трех и более языков, в т.ч. структурированного текста.
Новое ПО для программирования обеспечивает такие возможности как автоматическая генерация кода для ПЛК. Эта функция позволяет тем, кто знаком со средой MathWorks Matlab/ Simulink, быстро реализовать алгоритмы управления в соответствующих задачах. Научно-исследовательская работа по развитию стратегий управления является одним из приоритетных направлений в создании новой продукции. Стремление сократить время выхода продукции на рынок является причиной использования мехатронного метода, известного также как проектирование на основе использования модели.
Инструменты автоматической генерации кода перечисляются с указанием тех контроллеров, для которых они созданы.

Будущее систем управления

Как будут развиваться системы управления? Производители средств автоматизации используют в них технологию обеспечения безопасной работы. Многие вендоры интегрируют функции управления движением в инструменты программирования. Быстрое моделирование становится самым инновационным методом развития, который также находит применение в создаваемых приложениях. В 2020 г. системы управления и аппаратные модули от разных производителей станут взаимозаменяемыми, возможно, на уровне процессоров и средств программирования. Это обстоятельство ускорит распространение объектно-ориентированных средств программирования. Их роль уменьшится за счет более эффективной работы программистов, что уже видно на примере современных систем управления.

ПКА в 2001 г.

 
«Поставщики автоматики продолжают совершенствовать ПЛК в соответствии с требованиями рынка и ожиданиями пользователей. Дополнительная функциональность устройств обусловила появление нового класса систем. Программируемые конт­роллеры автоматизации (ПКА) соответствуют открытым промышленным стандартам, имеют расширенный функцио­нал, стандартную платформу разработки и улучшенные характеристики. Компания ARC Advisory Group вводит в обиход новый термин, позволяющий пользователям определять потребности приложения, а производителям — лучше представлять возможности изготавливаемой продукции», — Крейг Резник (Craig Resnick), ARC Advisory Group,  2001 г.

 

ПКА в 2011 г.

 
Благодаря возможности работать в двух операционных системах у персональных компьютеров появилась та же функциональность управляющего ПО, что и у ПКА. Прочность и надежность оборудования остались на том же уровне, что и два года назад, тогда как программный функционал ПЛК вырос. Современные ПЛК представлены на рынке в разном модульном исполнении в зависимости от приложения. Возможности современных систем на ПЛИС (SoPC) позволяют разрабатывать даже архитектуры ПЛК. При том же программном функционале инструменты разработки FPGA поставляются без марки CE, поэтому пользователи должны самостоятельно обеспечить прочность модулей за счет выбора соответствующего корпуса в зависимости от конкретного приложения. Наиболее известными из этих модулей является серия FPGA Cyclone/Stratix компании Altera с программным процессором Nios II (а также с инструментальными средствами DSP Builder Toolbox от Altera для быстрого моделирования функций управления в среде Matlab/Simulink от Mathworks) и серия FPGA Virtex и Spartan компании Xilinx с программным процессором Micro-Blaze (а также с инструментом автоматической генерации кода Matlab/Simulink). На рынке уже появились новые микроконтроллеры с FPGA — например, SmartFusion2 от Actel.

 



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Кшиштоф Петрусевич (Krzysztof Pietrusewicz), доктор философии, доцент; Лукаш Урбаньски (Łukasz Urbański), магистр наук, Западно-померанский технический университет



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты