Исторически так сложилось, что контроллеры движения, программируемые логические контроллеры ПЛК, персональные промышленные компьютеры ПК в системе управления имеют четко определенные функции и были отдельными компонентами. С появлением программируемых контроллеров автоматизации (PACs) контроллеры движения стало намного труднее отличить от ПЛК. Программисты создают пользовательские приложения для ПК с децентрализованной системой управления, а это руководство широким спектром суб-систем, включая разные приводы, системы видеонаблюдения, котроллеры движения и другие системы.
Тенденции слияния отдельных компонентов системы управления могут создать путаницу и усложнить процесс разработки новых машин или расширить функционал существующих. Имея небольшое количество знаний различных архитектур управления, и умея правильно задавать вопросы, разработчики могут довольно легко определить, какие схемы управления стоит применять. Перед началом выбора контроллера важно понимать, что существует различные их варианты и почему предпочтительнее выбор какого-то из них.
Программируемый логический контроллер ПЛК
Микроконтроллер представляет из себя износоустойчивое устройство управления, состоящее из микропроцессора, памяти и различных периферийных устройств. Программируемый логический контроллер использует обычно стандарт МЭК 61131-3 (IEC 61131-3). Присуща ПЛК релейная логика (лестничная), читаемая как и простые электрические схемы, делает его еще более популярным. Большинство разработчиков и обслуживающего персонала имеют опыт работы и отладки релейных систем, что сводит к минимуму потребность в обучении. Унифицированное программирование обеспечивает долговечность, так как машина легко может обслуживаться в будущем и, при этом, сводится к минимуму потребность в разработчике программы. Основным ограничением ПЛК является то, что основное их назначение – замена реле, таймеров, ввода/вывода. Это ограничило его функциональные возможности, когда он подошел к сфере управления движением и визуализацией.
Стандартные ПЛК обычно зависят от периферийных устройств, таких как смарт-диски и автономные контроллеры движения, для расширения их функциональных возможностей. Потенциальный минус таких архитектур управления – необходимость поддержания отдельных программ для каждого устройства. Смарт приводы и автономные контроллеры движения довольно часто используют собственные языки, чем отменяется преимущество МЭК 61131-3.
Будущее обслуживание таких систем довольно сложно. Это вызвано тем, что не всегда удается легко определить что контролирует ПЛК, а что контроллер движения. При отсутствии надлежащей документации для понимания работы механизма, как правило, открывают шкаф управления и с помощью мультиметра пытаются отследить соединения, или же с помощью ноутбука путем подключения к периферийным устройствам. Если проводящий ремонт человек не знаком с «родным» языком контроллера движения, такой процесс ремонта или диагностики может затянуться на неоправданно длительный срок – а это простой оборудования и, как следствие, финансовые потери, что при крупном производстве может составлять очень большие суммы.
Промышленный компьютер ПК
Промышленные компьютеры ПК впервые начали появляться в середине 1980 – х и представляли собой высоконадежные компьютеры с операционными системами и аппаратным обеспечением способным выдержать постоянные перепады температур, вибрации, пыльные и влажные помещения, одним словом – все прелести работы в промышленной среде. Промышленные компьютеры являются наиболее удобными для разработчиков и используют для программирования собственных приложений высокоуровневые языки программирования, такие как С#, C++ и другие. Использование промышленного компьютера повышает гибкость, предоставляя пользователю большую свободу общения с другими устройствами используя либо предварительно созданные API (Application Programming Interface), либо своих собственных коммуникационных драйверов. Это приводит к созданию новых приложений использующих смарт-подсистемы, которые ранее, возможно, не были предназначены для совместной работы. Автономные контроллеры движения – пример интеллектуальных подсистем.
Производители контроллеров движения, как правило, предоставляют API, позволяющие разработчику отправлять необходимые команды без изучения отдельно языка контроллера. Кроме того, многие разработчики предпочитают использовать режим реального времени систем движения и программировать устройство на своем родном языке программирования, вызывая с приложения ПК необходимые сложные процедуры запуска, когда это необходимо.
Помимо повышенной гибкости такие системы имеют целый ряд преимуществ над традиционными системами ПЛК. HMI (human machine interface) человеко – машинный интерфейс встроен в саму систему управления уменьшая таким образом потребность в дополнительных устройствах визуализации. Кроме того, можно использовать один язык программирования для управления всеми подсистемами. Также необходимо учитывать и то, что с возрастом и с модернизацией механизма единая система управления может стать и недостатком. Например, при изменении технологий предпочтительные языки программирования могут изменяться. Также стоит отметить, что API не имеют общего стандарта и могут быть у каждого производителя свои, что делает невозможным переход на другую операционную систему или язык при использовании старых подсистем.
Контроллеры движения
Контроллеры движения предлагают проектировщикам узконаправленные функциональные возможности для координации и управления движением двигателей внутри механизма. Производители контроллеров движения разработали целый ряд устройств на основе смарт-дисков, PCI карт, Ethernet, и почти всего семейства Fieldbus. Централизованные и распределенные решения предлагают разработчикам почти безграничные возможности по созданию системы, наилучшим образом соответствующей их требованиям в плане производительности, стоимости и габаритов. В общем, контроллеры движения используют свой собственный язык, но с учетом внешних команд движения. Большинство контроллеров движения эволюционировали и включают в себя некоторые функции контроля связанные обычно с ПЛК, такие как мониторинг температуры и дискретного управления вводом/выводом.
Машины, предназначенные для работы с конкретным контроллером, могут включать в себя как расширенные функциональные возможности, так и сжатые (если речь идет о расширении функционала). Например, у контроллеров движения Single-PCB нельзя добавить дополнительные оси управления без заказа нового модуля с завода.
Программируемые автоматические контроллеры PACs
Программируемые автоматические контроллеры смогли объединить в себе ПЛК, ПК и контроллеры движения. Вместо отдельного контроллера движения PCA способен обеспечить многоосные контуры движения по шинам, таким как EtherCAT, которые реализуют замкнутую систему управления с ПИД регулятором. Данная архитектура позволяет не только запрограммировать всю систему с использованием МЭК 61131-3, но и использовать индивидуальные программы для устройств специального назначения. Техническое обслуживание таких систем значительно упрощается , так как PAC опрашивает все механизмы для определения отказов. Теперь для того чтобы получить доступ к данным нет необходимости осматривать каждый из элементов системы, достаточно подключится к PAC в котором данная информация содержится. При выборе PAC необходимо правильно выбрать системную шину, которая сможет реализовать максимальную гибкость при выборе устройств, а также обеспечить долгосрочную работоспособность. Контроллер PAC поддерживает EtherCAT в качестве основной шины, но также может поддерживать Ethernet/IP, OPC client/server, Modbus TCP, PROFINET, и PROFIBUS, что гарантирует его перспективность и совместимость с существующими промышленными механизмами.
