PC или PLC в индустрията

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2006

PC и PLC на Rockwell Automation, предлагани от PomekPLC на Emerson Process ManagementPC-та на Beckhoff, предлагани от КастиваPLC на КомиконХибридно решение за управление на GE Fanuc, предлагано от Контек АутомейшънPLC на OMRON, предлаган от ГемамексPLC на Schneider ElectricPLC на VIPA, предлаган от Атикс

 

Все по-актуални стават хибридните технологии за индустриално управление

Спорът коя от двете технологии - базираната на персонални компютри (PC) или на програмируеми логически контролери (PLC), е по-подходяща за решаване на сложните управляващи задачи в областта на индустрията е сред кардиналните в областта на автоматизацията. На приливи и отливи, противопоставянето между двете фундаментални технологии за управление съпътства развитието на индустриалната автоматизация повече от десетилетие. Водени от стратегията си да бъдат на гребена на технологичната вълна, водещите в света на индустриалната автоматизация компании следват неотлъчно пазарния двубой между PC и PLC технологиите. Всяка - според собствените си виждания за пазарно присъствие. Отговорът на значителна част от компаниите е в предлагането и на двете управляващи технологии, с което предоставят на инженерите в производството избора и отговорността за оптималното, според тях, управляващо решение. Редица компании влагат усилията си в разработването на хибридни решения за промишлено управление, а трети остават верни на едната от двете технологии, инвестирайки в развитието й. Общото между разработчиците и потребителите на средства и системи за управление е в съпричастността на всеки инженер по автоматизация към темата PC срещу PLC в областта на индустрията. В статията се опитваме да представим спецификите на двете технологии за управление, като отговора на въпроса коя от тях е по-приложима в областта на индустрията оставяме на вас.

Специфики на PLC-базираното управление

Според дефиницията на IEEE програмируемите логически контролери представляват хардуерна управляваща система с възможности за програмиране, която изпълнява функции подобни на релейните логически системи. Релейната логика е позната и като ледър логика (ladder logic) като резултат от дългогодишното използване на релетата във функцията на средство за управление в областта на индустрията. През годините релейната логика е била използвана за реализиране на широк спектър от управляващи задачи - от проектиране на управляващи контури на електрически двигатели до цели релейни управляващи системи. Терминът ледър логика се е наложил, тъй в графичен формат програмата изглежда стъпаловидна, за разлика от програмните езици от високо ниво, като C++ или BASIC, при които се използва буквено-цифрово кодиране.

Технологията за управление, базирана на програмируеми логически контролери, се развива успешно през последните десетилетия. Предпоставка за дълговечността й са следните особености:

  • Детерминизъм в управлението на технологичните процеси в реално време;
  • Детерминизъм по отношение отчитането на входовете, респективно изходите в реално време;
  • Осигуряване на повторяемост и коректност в изпълнението на продължителни операции;
  • Защита на управляващата програма и изпълняваните операции от външни въздействия;
  • Функционално разделение за осигуряване изпълнение на различните управляващи задачи.

Разширяват се комуникационните възможности на PLC

Тенденции в развитието на PLC-базираното управление са поевтиняване на системата, разширяване на комуникационните й възможности, налагане на отворените системни решения. Съвременните нано PLC, имащи до 32 входа/изхода, поддържат мрежови характеристики. Микро PLC-тата, имащи до 128 входа/изхода, вече са в много по-висока степен интелигентни като функционални възможности. Сериозното развитие на нано- и микропрограмируемите логически контролери доведе до създаване на необходимите предпоставки за замяна на големите PLC с мрежа от малки контролери. Други характеристики на съвременните програмируеми контролери са надеждност, опростено свързване и мащабируемост. От своя страна, усъвършенстването на използваните софтуерни пакети улесни конфигурирането на контролерите и разшири функционалността им, което ги превърна в много повече от средства за логическо управление. Други тенденции в развитието на технологията са свързани с разработване на софтуерни пакети за управление на движение, както и добавяне на web-базирана функционалност, като web-базиран човеко-машинен интерфейс, он-лайн надграждане на системата, както и дистанционен мониторинг и отстраняване на неизправности.

Налага се управлението с разпределена логика

Според специалисти, работещи в областта на индустриалната автоматизация, съществуват сериозни предпоставки за разширяване мащабите на пазара на програмируеми контролери. Двигатели на развитието на този пазар са необходимостта от увеличаване на производителността и намаляване на производствените разходи с оглед повишаване на конкурентността на съответното производство. Наличието на морално и физически остаряла технологична база в част от българските предприятия също е предпоставка за развитие на пазара на средства и системи за автоматизация предвид необходимостта от изпълнението на проекти за реконструкция и модернизация на съществуващото оборудване, включително и на средствата за автоматизация. Изборът на платформи за автоматизация от последно поколение се стимулира от възможностите, които те предлагат за намаляване на общите производствени разходи.

През последните години водещите в областта на автоматизацията компании разработиха програмируеми контролери с много по-малки габаритни размери в сравнение с моделите отпреди десетилетие, бе понижена сложността на свързването им, наложиха се системни решения с разпределено управление и значително се разшириха комуникационните им възможности. Все по-често се използва и подходът за решаване на сложни автоматизационни задачи, според който част от трудоемките изчисления се правят от PC, а готовите резултати се използват от програмируемия контролер, управляващ процеса.

Наложи се модулен принцип в изграждането

От всичко казано с основание би могъл да се направи извод, че през последното десетилетие програмируемите контролери са претърпели сериозно развитие. След експанзията на персоналните компютри в света на индустриалната автоматизация, предричаният от редица специалисти край на програмируемите контролери, не се превърна в реалност. Причината е, че PLC-тата усвоиха технологии, характерни за персоналните компютри, които им позволиха да проникнат в тяхната пазарна ниша. Сред тези технологии са големи мрежови възможности, високи скорости на обработка, наличие на външни памети и гъвкавост при програмирането. Друг фактор, допринесъл за "оцеляването" на програмируемите контролери, е навлизането на модулния принцип при разработването им, който позволи конфигуриране на системите за управление на базата на различни модули. По този начин се намалява времето за въвеждане на системата в експлоатация и валидационните разходи при осигуряване на сигурност в управлението на технологичните процеси.

Специфики на PC-базираното управление

PC-базираното управление се разглежда като фундаментален подход за изграждане на управляващи стратегии без компромиси по отношение на функционалността и прецизността в изпълнението на автоматизационните задачи. При разработването на комплексни решения за автоматизация, PC-базираното управление осигурява гъвкавост при конфигурирането на системата, разширени възможности за програмиране, по-кратки периоди за пуск на системата и следователно предпоставки за постигане на по-висока икономическа ефективност.

Основни специфики на PC-базираното управление са:

Възможности за интегриране на управляващата система към по-високо йерархично ниво, например система за планиране на корпоративните ресурси ERP;

Решаване на сложни автоматизационни задачи, свързани с т.нар. рецептурно управление или системи за визуална инспекция;

PC-базираното управление позволява различни автоматизационни задачи да се решават от обща платформа, вместо чрез използването на няколко отделни програмируеми контролери.

Друго предимство на персоналните компютри във функцията им на средство за управление е използването на широко разпространени програмни езици. Също така PC-тата работят под Windows и се интегрират към заводските информационни системи със стандартни интерфейси.

Що е то детерминизъм на процеса?

Според редица специалисти по индустриална автоматизация, основният критерий, разделящ PC от PLC-базираното управление, е детерминизмът. Някои привърженици на PC-базираното управление изразяват увереност, че то е в по-висока степен подходящо за процеси, които са трудни за детерминиране. Нерядко бързодействието, с което една автоматизирана система изпълнява определен алгоритъм, се възприема неправилно като детерминизъм или, както често се нарича, определеност на процеса. Истинският критерий за надеждност и прецизност на управлението е именно детерминизмът на процеса. Според IEEE, един процес, модел или променлива се наричат определени (детерминирани), ако изходните параметри, резултатът или стойността не са вероятностни величини. Детерминиран е модел, резултатите от който са напълно определяеми, т.е. известна е зависимостта между текущото състояние на процеса и последвалите събития. Следователно, при известен вход би могъл да се определи с много висока точност изходът на дадено събитие.

PLC от ново поколение

Както бе подчертано, програмируемите контролери претърпяха съществено развитие през последните години и днес са много повече от средствата за управление от преди десетилетия. Въпреки че за известно време бяха налице основания да се счита, че софтуерното PC-базирано управление ще спечели територията на програмируемите контролери, днес разликата във функционалността между двете технологии е все по-незабележима. Новото поколение програмируеми контролери съчетават надеждността на традиционните PLC с отворените езици за програмиране на PC-тата. По този начин става възможно изграждането на системи за управление с по-висока интелигентност на базата на вече съществуваща PLC-база чрез инсталиране на съответни PC-базирани софтуерни пакети.

Следващото поколение програмируеми контролери се наричат от редица специалисти PAC, което е абревиатура на Programmable Automation Controller. Като концепция, PAC съчетават все по-високите изисквания към средствата за управление, дължащи се на високата сложност на индустриалните процеси. Освен основни функции, характерни за програмируемите логически контролери, PAC се характеризират с разширени управляващи възможности, включително обектно ориентирано отворено управление и мрежова поддръжка, характерни за PC-базираното управление.

Хибридните решения PAC

PАC се отличават със следните специфики:

Многофункционално управление - във възможностите на PAC e да интегрират в обща управляваща система широко разнообразие от автоматизационни задачи, включително партидно и процесно управление, както и управление на задвижвания и др. Интеграцията в управлението на процеси и движение премахва необходимостта от използване на отделни контролери за функционално различните приложения. Известно е, че по принцип програмируемите контролери традиционно изпълнение са проектирани за решаване на определени автоматизационни задачи, което налагаше потребителите да използват отделен контролер за управление на задвижване и управляващи системи с разпределена логика за процесни приложения. И докато всеки контролер, специално проектиран за решаване на определена автоматизационна задача, изпълнява без проблеми основното си предназначение, интеграцията на отделните контролери в общозаводска управляваща система често е свързано с редица трудности.

Гъвкавост по отношение обема на паметта - PAC се характеризират с модулна, мащабируема в зависимост от конкретните изисквания към приложението памет. По този начин е лесно да се разширява паметта при възникване на подобна необходимост през определен, последващ изграждането на системата за управление, период.

Висока скорост на обработка - общо изискване към съвременните средства за управление е да са бързи, надеждни и високопрецизни. Обикновено PAC се характеризират с пъти по-високи скорости на обработка в сравнение с програмируемите логически контролери традиционно изпълнение, при висока прецизност на работа.

Широки възможности за избор - предлагат се PAC различно изпълнение, включително класически или PC тип, за различен монтаж и др. Стремежът на производителите на средства за управление хибридно изпълнение, подобно на разработчиците на PLC и индустриални PC-та, е уеднаквяване на обслужването им, независимо от модела.

Приемственост в развоя - означава, че всеки следващ модел или серия PAC са съвместими с предходните. Използването на общ набор от инструменти за програмиране опростява конфигурирането и пуска на системата в експлоатация, с което се понижават разходите, съпътстващи процеса по внедряването им.

PC-характеристики - хибридните средства за управление се изграждат на базата на традиционно използвани при PLC микропроцесорни технологии и поддържат PC функционалност като резултат от съвременните разбирания за информационен мениджмънт в областта на индустрията и все по-строгите стандартизационни и нормативни изисквания.

От всичко казано до момента би могъл да се направи изводът, че съвременните средства за управление хибридно изпълнение съчетават функционалността на традиционните програмируеми контролери и индустриални компютри, което според редица специалисти се приема като крачка напред в развитието на автоматизацията.

Има ли отговор въпросът PC срещу PLC?

От днешна гледна точка, най-безпристрастният отговор на въпроса кое е по-доброто средство за управление в индустрията - програмируемият контролер или персоналният компютър, би бил "И двете". През последното десетилетие бяхме свидетели на съществено развитие и на двете технологии за управление. Все по-уверено си проправя път и хибридното им решение, съчетаващо гъвкавостта при програмиране, мултифункционалността и високата скорост на обработка на PC и стабилността и надеждността на работа и инсталационната база на PLC. Най-вероятната прогноза за развитието на пазара на средства и системи за автоматизация е, че и PLC, и PC ще продължат да се използват за управление на различни индустриални приложения. Изборът зависи и ще продължава да се определя от нагласата на съответните специалисти и съответното приложение.




Новият брой 8/2017

брой 8-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top