Выбор правильного контроллера промышленной автоматизации: исчерпывающее руководство

При выборе контроллера промышленной автоматизации есть несколько важных терминов для рассмотрения, не только те, в которых есть слова PLC, PAC или IPC. Требования приложения должны быть четко определены, в то время как потребности в масштабируемости должны быть приняты во внимание до выбора.

 

Для начала, разделение операционных потребностей оборудования — хорошее место для старта, что поможет пользователям оценить диапазон контроллеров, указанных производителями машин. Система автоматизации может предоставить комплексное решение или индивидуальный контроль, в зависимости от того, как она вписывается в производственный сценарий.

Программируемый логический контроллер (PLC), Программируемый контроллер автоматизации (PAC) или Промышленный персональный компьютер (IPC) могут обеспечить контроль для одной станции, машины, сборочной линии или даже всего цеха. В случае интегрированной производственной системы, один большой контроллер с удаленными базами ввода/вывода, коммуницирующими через Ethernet, может использоваться для обеспечения сквозного контроля. Однако могут быть времена, когда приложение может требовать модульный подход, где разделение системы автоматизации на логические секции было бы более подходящим. В таких случаях автоматизация компартментализируется и распределяется среди меньших PLC в зависимости от нагрузки.

Некоторые эксперты автоматизации видят эти два решения как далекие друг от друга, заключая, что оба требуют разных платформ. Но это не обязательно правда. Есть некоторые производители, у которых контроллеры предлагают разные варианты размеров, все совместимые с одним и тем же программным обеспечением. Наличие единой среды программирования означает, что гибкость может быть вложена в систему, в то время как затраты, связанные с разработкой программы, могут быть сокращены, так как проекты могут быть перенесены с одного PLC на другой.

Испугающее решение, однако, — решать, должен ли большой PLC использоваться для одной программы или модульный подход. Решение намного сложнее, чем просто выбор PLC, PAC или PC-базированного контроллера. Учет следующих факторов может помочь построить хорошую базу:

• Новая или существующая система
• Дискретные устройства
• Экологические проблемы
• Контурный контроль
• Аналоговые устройства
• Специальные модули
• Расположение I/O
• Коммуникация
• Программирование

Будет ли система новой или существующей может помочь прояснить много путаницы и влиять на остальные факторы для выбора. Если продукты уже установлены, совместимость становится первостепенной важностью, нейтрализуя количество продуктов, которые бесполезны.

Выбор контроллера также зависит от экологических условий. Если есть экстремальные условия, такие как те, связанные с температурой, влажностью, пылью и т.д., тогда контроллер должен соответствовать этим, чтобы оставаться операционным.

Количество, типы и расположение I/O

Определение количества I/O и типов полевых устройств — следующее в списке. Начните со перечисления всех дискретных входов и выходов в таблице, определяя каждый тип, например цифровой датчик, аналоговый датчик, актуатор, регулирующий клапан и т.д. Параметры, которые должны быть записаны, включают протокол коммуникации, мощностный эквивалент и т.д.

Тип и количество точек I/O имеет большое влияние на выбор контрольной платформы. Производители машин часто совершают ошибку, выбирая контроллеры, которые могут удовлетворить немедленные потребности без оставления места для будущего расширения. Включая запас для расширения, по крайней мере 20%, I/O может предотвратить серьезные кризисы в будущем. Также есть некоторые контроллеры, у которых ограниченные типы I/O, такие как аналоговые, высокоскоростные входы и т.д. Это также может стать проблемой в будущем.

Ранее упомянутая таблица должна включать функции и уровень сигнала всех аналоговых устройств, включая индивидуальные суммы для токового/напряженного контура, входов датчиков сопротивления температуры, термопар и т.д. Спецификации контроллеров должны соответствовать этим требованиям, чтобы все аналоговые входы и выходы поддерживались, а также их типы сигналов.

Более того, специальные I/O также должны быть перечислены в таблице. Они могут включать, но не ограничиваться высокоскоростными входами/выходами, счетчиками, часами реального времени и серво/шаговыми моторами. Могут быть контроллеры, у которых нет специальных функциональностей, поэтому убедитесь, что вы проводите тщательный анализ перед принятием решения. Понимание возможностей контроллера и требований приложения — существенно.

Физическое расположение I/O терминалов также должно быть определено, относительно полевых устройств, и записано в таблице. Разбивка этих требований на меньшие модули поможет понять локальные и удаленные потребности I/O, что в свою очередь поможет определить, какие протоколы реального времени коммуникации нужны. Есть некоторые установки, где предпочтение отдается локальности, в то время как другие сильно полагаются на удаленные I/O.

Если расстояние между контроллерами и подсистемами значительное, удаленные I/O были бы хорошим выбором вместо мучений прокладки кабелей к каждому полевому устройству. Кроме того, методы и скорости коммуникации должны поддерживаться, будь то Serial или Ethernet-базированные I/O. В современной промышленной настройке Ethernet-протоколы вроде EtherNet/IP становятся популярными вместе с специально разработанными версиями открытых протоколов вроде Modbus.

Коммуникации

Коммуникации между периферийными устройствами, распределенными I/O, PLC и энтерпрайз-системами могут быть необходимостью для некоторых цехов. Область этих должна быть определена рано, с учетом того, что вещи станут более сложными по мере продвижения вперед. Некоторые контроллеры могут предлагать только 1–2 порта, один из которых будет зарезервирован для программирования, в то время как другие могут не поддерживать специфические протоколы, требуемые для миссионно-критических приложений.

Коммуникации, которые будут происходить между контроллером и HMI или полевыми устройствами, также должны быть специфицированы. Начало Интернета Вещей сделало необходимым иметь открытые опции коммуникации. Поэтому должно быть обеспечено, что есть дополнительные Ethernet, serial, USB порты в контроллере.

Спецификация Ethernet-протоколов вроде Modbus TCP, Ethernet/IP, Profibus и т.д. должна быть проведена, как для текущих требований, так и для будущего расширения.

Железо

Общие железные соображения, которые должны быть сделаны, включают скорость сканирования, объем памяти и резервную батарею. Контроллер должен иметь достаточно системной памяти для поддержки как требований программы, так и данных. Эти оценки могут быть сделаны путем определения количества устройств в системе. Память данных используется для обоих динамических манипуляций данными и хранения переменных, примерами являются предустановленные заданные точки, внутренние флаги в таймерах и накопленное время/счетчики.

Размер таблицы данных может раздуться, если есть необходимость хранить исторические данные на контроллере. Необходимость в логировании данных, интерфейсах к HMI/SCADA, методах доступа и исторических базах данных должны быть четко специфицированы, в то время как в сценарии IIoT, нетворкинг, определение протокола и потребности в памяти также становятся важными.

Типы инструкций и размер самой программы также могут влиять на потребности в памяти. Если программа имеет несколько последовательностей, изощренные контрольные функции и логику ошибок, это может требовать увеличенной памяти. Требования могут быть оценены на основе ступеней программы и файлов данных. Спецификации контроллера также должны быть изучены, так как у некоторых есть программирование на основе теговых имен, в то время как у других фиксированные, но расширяемые таблицы данных.

Количество памяти, потребляемое программами и таблицами данных, зависит от модели контроллера. Хорошее предположение — что каждое дискретное I/O устройство использует 5–100 слов памяти, в то время как аналоговые I/O используют 25–500 слов. Широкий диапазон может сделать оценку трудной для сложных программ. Лучший подход — написать некоторые блоки кода и изучить использование памяти.

Могут быть приложения, которым нужен быстрый сканирующий тайм, и скорость CPU контроллера и скорость выполнения инструкций оба являются вредными факторами относительно этого.

ПО

Почти половина проекта зависит от качества программирования ПО, которое в свою очередь зависит от ПО, предоставляемого производителем. Следующие соображения должны быть сделаны при выборе программного обеспечения для программирования контроллера:

• Простота использования
• Предпочтения
• Инвестиции
• Обучающие ресурсы
• Логирование данных и удаленный доступ

Большинство контроллеров часто включают бесплатное и простое в использовании программное обеспечение для программирования, содержащее около 20 инструкций, таких как таймеры, катушки, контакты, счетчики и т.д., которые достаточны для небольших приложений. Но по мере увеличения сложности требований, вещи могут стать проблематичными. Продвинутые контроллеры часто включают комплексное программное обеспечение для программирования, включающее множество функций для помощи программистам.

Выбор программного обеспечения для программирования во многом зависит от зоны комфорта пользователя, делая это субъективным решением. Программисты могут иметь свое мнение относительно выбора ПО, но эти часто перекрываются высшим менеджментом, который принудительно устанавливает стандартное программное обеспечение для программирования контроллера и методы.

Независимо, контроллер не должен быть выбран, если у него нет обширной литературы, детализирующей его программное обеспечение для программирования. Большинство производителей уже адаптировались к тренду онлайн-ресурсов, предлагая детальную документацию и создавая форумы, где коллега-программисты могут обмениваться запросами. Однако не все сели на этот поезд; поэтому тщательные фоновые проверки должны быть сделаны перед выбором PLC.

Стоимость технической поддержки также должна быть учтена, так как могут быть времена, когда документация может не помочь пройти через конкретную проблему. Есть поставщики, предлагающие ограниченное по времени бесплатные услуги, которые могут быть полезны, если соблюдается временная линия относительно разработки программы.

После разработки программа должна быть тщательно протестирована, и для этого ПО должно быть просматриваемое в форме ответа PID-контура и профиля движения. Это позволит симуляцию выполнять в полном объеме. Современное ПО для разработки включено симуляторами, позволяющими полноценное тестирование без необходимости подключения к железу.

Подводя итог, вы должны воздерживаться от принятия подхода «один размер подходит всем», будь то для ПО, железа или коммуникаций. Выбранный контроллер должен полностью удовлетворять требованиям автоматизации, имея пространство для продвижения по мере изменения дизайнов.