Есть такая тема. Есть у меня мегаомметр и мне нужно его быстро разрядить. Кто-нибудь знает как это можно сделать быстро. Желательно чтобы после этого не было следов что с ним специально что-то делали. Нужно только всадить батарею до минимума, чтобы он не смог выдавать импульс
В ПЛК лишних компонентов нет и каждый играет свою роль, но ни один из них не является более важным, чем модуль, отвечающий за выполнение логических инструкций, составляющих программируемую часть – это центральный процессор (ЦП). В статье Дэвида Петерсона, опубликованной в журнале Control Automation дается разъяснение, какие характеристики ЦП влияют на производительность и функции ПЛК.
Центральный процессор ПЛК во многом действует как процессор обычного компьютера, но мы не часто находим спецификации, которые хотя бы отдаленно соответствуют его производительности даже в низкобюджетном ноутбуке. Причина в том, что, хотя оба процессора выполняют инструкции, которые являются основными, разница в контексте установки требует совершенно разных стратегий выполнения.
Для запуска ЦП должен выполнить несколько отдельных задач, каждая из которых тесно связана со всеми остальными:
Связь с ПО для программирования и загрузка программы
Передача данных ввода-вывода через объединительную плату
Чтение и обновление входных регистров
Расчет результата каждой строки кода
Обновление выходных регистров
Загрузка и выполнение программы ЦП программируемого логического контроллера существенно отличается от традиционного компьютера. Для большинства ноутбуков мы называем операционной системой (Windows, MacOS или Linux) фоновую систему, которая загружает и запускает программы и предоставляет пользовательский интерфейс. Но ПЛК не устанавливает и не запускает программы, а также не предоставляет пользовательский интерфейс, к которому можно подключиться с помощью мыши и клавиатуры.
Вместо этого микропроцессор ПЛК, представляет собой так называемую среду выполнения, что означает, что он только выполняет строки машинного кода. Он не предоставляет среду, в которой можно разрабатывать код.
Модуль ЦП (в центре) предназначен для взаимодействия с блоком питания, модулями связи (слева) и модулями ввода-вывода (справа)
Для задачи проектирования кода каждый производитель создает свою собственную интегрированную среду разработки (integrated development environment – IDE), например, Rockwell Studio 5000, Siemens TIA Portal или Beckhoff TwinCAT. Каждая из этих IDE устанавливается на ноутбук или настольный компьютер, создается проект, а затем он загружается в среду выполнения на ПЛК через интерфейс Ethernet (или PROFINET, EtherCAT и т. д.) или последовательный (обычно USB) интерфейс.
В наши дни существует развитые версии ПЛК, которые объединяют среду выполнения и ОС на одном устройстве, бок о бок. Примерами служат встраиваемые ПК Beckhoff или PLCnext от Phoenix Contact. Они позволяют выполнять привычное программирование на типичных языках IEC 61131, а также позволяют устанавливать IDE и другие приложения на основе ОС на самом ПЛК.
Коммуникация печатной платы обеспечивает передачу всей информации ввода/вывода между ЦП и модулями ввода/вывода. Она также может обрабатывать передачу данных на модули связи для подключения к удаленным блокам ввода/вывода.
Некоторые фиксированные вводы-выводы ПЛК также включают слоты для дополнительных модулей
Соединения на печатной плате в шасси или стойке ПЛК принимают форму многоконтактного разъема, который подает функциональное питание на модули (не питание полевых устройств, но это другая тема) и достаточно линий передачи и приема данных для быстрого сканирования множества модулей за очень короткое время. В зависимости от производителя, эти линии данных могут использовать форму последовательной связи или высокоскоростное соединение EtherCAT.
Некоторые ПЛК имеют фиксированное количество встроенных входов/выходов (малые ПЛК «коробочного» типа), а некоторые из них даже допускают установку дополнительных модулей, но этим моделям по-прежнему требуется соединение данных между ЦП и точками ввода/вывода.
Процессор максимально быстро опрашивает модули ввода и вывода на предмет текущего состояния ввода-вывода и помещает эти значения в специальные адресные регистры в памяти процессора.
Строки кода, где каждый тег или переменная ссылается на местоположение в банке памяти, вычисляются по одной за раз, пока формируется временный выходной регистр. Как только последняя строка сканируется, этот выходной регистр отправляется в каждый выходной модуль. Поэтому выходные терминалы не обновляются в тот момент, когда строка меняется с false на true – это только выглядит так, потому что цикл сканирования ПЛК очень короткий.
В отличие от обычных компьютеров, ни один производитель ПЛК не хвастается скоростью в ГГц или ГБ оперативной памяти своего новейшего процессора. Почему?
Для скорости тактовая частота ПЛК не имеет значения. Вместо этого нас интересует время выполнения различных инструкций. Биты, целые числа, числа с плавающей точкой, функции – каждое из этих вычислений требует определенного количества времени, выделенного процессором. Технические описания предоставляют эту информацию свободно, позволяя программисту оценить количество времени, которое потребуется для полного сканирования между считыванием входов и реализацией выходов.
Отдельные контроллеры совмещают типичные функции ПЛК и характеристики по производительности, присущие ОС на базе Linux
Итак, нас интересует скорость, но вместо тактовой частоты в ГГц, это скорость цикла, измеряемая в мкс или мс. Поскольку каждая программа индивидуальна, нет возможности предоставить спецификацию времени цикла для каждого пользователя.
Что касается хранения программ, нам не нужно обременять себя внешним твердотельным накопителем на 500 Гб. В отличие от компьютера, который хранит изображения, видео и программы десятками, мы храним несколько строк текстового кода, как файл блокнота. Представьте себе самый большой файл .txt, который вы когда-либо видели. Несколько МБ, те так ли? Аналогично, акцент делается не на размере хранилища, а на безупречную надежность.
Обычно объем памяти для хранения программ составляет менее 1 ГБ – только самые крупные промышленные процессы могут приблизиться к этому размеру. Некоторые ПЛК допускают расширение памяти или указывают начальную стоимость моделей ЦП с большим объемом флэш-памяти, но тратить деньги на покупку большего объема, чем вам нужно, бессмысленно.
Вот основные вещи, на которые вам нужно обратить внимание:
Протокол связи, совместимый с вашим ноутбуком для программирования. Если вы покупаете старый процессор с интерфейсом программирования RS-232, убедитесь, что у вас есть кабель и программное обеспечение, соответствующие ему.
Достаточно памяти для хранения вашей программы. Сколько вам нужно? Короткий разговор с производителем, скорее всего, прояснит этот вопрос, но если у вас небольшой процесс, то 100 МБ вероятно хватит с запасом.
Возможности ввода-вывода. Каждый ЦП оценивается по количеству точек ввода-вывода, которые могут быть подключены к системе. Убедитесь, что у вас их достаточно.
Низкое время примерного цикла для обеспечения надежности системы. Опять же, пообщайтесь с производителем, чтобы получить представление о том, сколько точек ввода-вывода и сколько инструкций вам, скорее всего, понадобится, чтобы обеспечить низкую задержку между входными данными и выходными командами.
Теперь, обладая этой информацией при обновлении системы и парка ПЛК вы будет уверены, что не потратите деньги зря.
Выбирайте с умом: даже самый мощный процессор бесполезен, если вы не можете подключиться к нужному порту и протоколу
Советуем также прочитать еще одну статью автора по этой же теме "Объяснение режимов работы центрального процессора ПЛК".
Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)
Уважаемые коллеги, с удовольствием делимся экскурсом в прошлое отечественной автоматизации и публикуем историю, рассказанную Михаилом Непомниным – начальником КБ автоматизации ЭПО «Сигнал» о создании одних из первых отечественных аппаратных и программных средств АСУ ТП.
В уже далеком 1988 году я после окончания университета и 5 лет работы в элитном цехе регулировщиком РЭА я перешел в ОМА (отдел механизации и автоматизации), в новое бюро автоматизации поверочных работ (КБ АПР сокращенно). Часть инженеров местного политехнического института калымила, внедряя нам автоматизацию проверки выпускаемой продукции. А мы были у них на подхвате и учились уму разуму или постигали тонкости автоматизации.
Продукцией же были специальные датчики давления, выпускаемые для военных – они производились двух типов. Нас этом я заканчиваю рассказ про сами датчики, поскольку это секретная продукция. А вот автоматизированные рабочие места для их проверки при выпуске секретом не являются. Про них я могу говорить свободно. Тем более, что АРМы сейчас уже не работают на выпуске, заменены на новую модификацию. Так что я даже коммерческую тайну не выдаю.
И так, в конце 1987 года создалось КБ, а в апреле 1988 года я перешел туда инженером-программистом. Вроде бы так моя должность называлась. КБ было преимущественно молодежное. Руководил им грамотный товарищ, который через полгода стал замом Главного инженера, а я стал начальником КБ.
Политех разрабатывал нам АРМы проверки и один АРМ «центральный процессор» для управления процессом и ведения архивов, как на бумажном носителе, так и в электронном виде. Женская часть КБ разбиралась с КД по проверки и помогала в языке высокого уровня ТурбоБейсик сочинять политеховцам программу центрального процессора. Вернее, разрабатывали прогу девчонки при постоянном контроле и подсказке работников политеха. А мужеска часть КБ, на тех же условиях разрабатывала в ассемблере программу для контроллера К1-20 микропроцессорной 580-й серии микросхем.
И не смейтесь над нами. Никаких Виндоус тогда еще не было, ТурбоБейсик был крутой язык и в ассемблере было не западло писать программу. Напомню, что это был далекий 1988-й год. Мы планировали писать программу центрального процессора на отечественной ЭВМ ДВК, но потом разжились IBM-ками. И если на ДВКшках мы в редкие минуты отдыха гоняли компьютерную игру Тетрис, то на IBMках начали кроме игр серьезно изучать языки высокого уровня типа Турбо- и Квикбейсика.
Поскольку я в университете прослушал курс лекций программирования на Алголе и Фортране, а также прошел практику по программированию, я тоже начал вместе с дамами нашего КБ программировать на Бейсике. А не осваивал один ассемблер для К1-20. Изучение Бейсика мне кстати очень пригодилось в дальнейшем. Ну об этом потом. А пока расскажу о составе и характеристиках контроллера К1-20. Это его типовое что ли название. Реально у нас были две опции контроллеров с шифрами МС2702 и МС2721.
На рисунках видно, чем они отличались друг от друга, но в общем и целом контроллеры были почти одинаковы.
Контроллер МС2721 с пультом
Контроллер МС2102 с пультом
Питание 5В было мощное – 3А. Контроллер грелся, но работал. Скажу, что мы успели поставить три АРМа в одном цехе и один в другом. Работа кипела. Собирались внедрять программу «центральный процессор» и увеличивать количество АРМ и диапазон охвата. Но (как часто в жизнь вмешивается это чертово «Но») наступила конверсия и датчики стали нужны в значительно меньших количествах, а с ними не стала нужна и наша автоматизация.
Хотел привести краткие технические характеристики контроллеров, но у меня документации давно нет. А в интернете что-то не нашел. Поэтому пишу, что помню.
Эти контроллеры содержали полноценные микропроцессорные комплекты 580-й серии. С контроллером прямого доступа к памяти, контроллерами прерываний и последовательного интерфейса. Разница была в конструкции пульта и количестве разъемов.
У МС2702 было 3 разъема, но большие. У МС2721 – 5, из которых 4 – меньшего размера, а пятый – такой, кажется, как у МС2702.
Предшественник ПЛК – программируемый контроллер МС2702
В коробочке в фольге микросхема ППЗУ для прошивки пользовательских программ. ЗИП в конденсаторную бумагу завернут, кроме картонной упаковки. Маленькая отвертка присутствует. В общем – кайф или мечта автоматизатора советских времен. Итак, переходим к основной части.
Состав АРМ:
Контроллер МС2702 (2721)
Блок питания контроллера ГН 09-01
Вольтметр В7-28 (В7-34)
Блок сопряжения
Жгуты
Один тип контроллеров для потенциометрических датчиков, другой – для индуктивных. За давностью лет и начинающимся склерозом, не помню, какой для каких датчиков применялся. Зато помню, какой вольтметр для чего служил. Поскольку В7-28 мог измерять напряжение в долях от опорного, но не мог работать с переменным напряжением, он обсчитывал потенциометрические датчики.
Вольтметры В7-28 и В7-34
А вольтметр В7-34 работал с индуктивными датчиками. Они питались от напряжений с частотой 400 Гц или 2000 Гц, и спокойно обсчитывались умеющим измерять переменку В7-34. Для потенциометрических датчиков опорное напряжение бралось со штатного блока питания ГН 09-01. Индуктивные же запитывались со специализированного блока переменного тока заводской разработки.
Блок сопряжения состоял из отдельного корпуса и платы коммутации и платы связи с вольтметром. Плата коммутации осуществляла перебор датчиков на коллекторе. Плата вольтметра программировала вольтметры и посылала команду «Пуск» при считывании данных с каждого проверяемого датчика. Корпус служил для подсоединения плат и соединения разъемов внешних жгутов.
Жаль, что у меня нет фото АРМа целиком, фото блока сопряжения и схем АРМа. Могу только по памяти изобразить функциональную или структурную схему АРМа и блока сопряжения.
Все пропало в период перестройки и дикого капитализма. И так промышленный уклад у нас в стране был не очень крепкий. А в период позднего Горбачева и Ельцина стал вообще ни в дугу.
Документацию выкидывали, оборудование расхищали, считали, что тем, кто не производит материальные ценности платить надо минималку или вообще выгонять с работы.
Хорошо сейчас процесс потихоньку налаживается.
Еще раз благодарим Михаила Непомнина за рассказ, а также дополним его историей развития Московского завода тепловой автоматики (МЗТА), а точнее кратким перечнем приборов автоматизации, также предшественников современных ПЛК, которые были созданы до событий, о которых идет речь в статье, то есть до 1988 года.
1955-60 гг. – первый электронный прибор – ЭР-111-К – «КОМЕГА», дифференциальные манометры и электронные приборы регулирования – РБ-100
1960-е – комплекс – КРИСТАЛЛ, регулирующий прибор импульсного действия с бесконтактным выходом – РПИБ, дифференциатор ламповый – ДЛ-Т, электронные сигнализаторы и ограничители температуры ЭСП-К, ЭОС-Т
1974 – регуляторы энергетических установок – КАСКАД, КОНТУР
1975 – прибор регулирующий – Р25, прибор корректирующий – К15.3
1981 – прибор контроля пламени – Ф34
1982 – фотодатчик низкочастотный – ФДЧ, блок управления релейного регулятора – БУ21
1983 – индикатор положения – ИПУ
1984 – устройства для автоматизации промышленной энергетики и теплоснабжения – Р29
1986 – программируемый регулятор – ПРОТАР
1987 – многофункциональные регуляторы ТЕПЛАР, ПРОЛОГ, прецизионный регулятор температуры – ПРОТЕРМ
Привет! Меня зовут Антон Барбаков, и я уже более шести лет работаю в сфере тестирования программного обеспечения, пять из которых посвящены автоматизации тестирования. За это время мне довелось поработать в таких компаниях, как GlobalLogic, CODEIT, NetLS и других, а последние два года я живу в Юте, США, где продолжаю свою карьеру в Smith Johnson Tech Group как QA Engineer 2.
Короче говоря хочу поделиться своим опытом использования двух популярных инструментов для автоматизации тестирования — Cypress и Playwright. Оба фреймворка стремительно набирают популярность, но у каждого из них есть свои особенности, которые могут оказать влияние на выбор в зависимости от ваших задач. Давайте посмотрим, чем они похожи и чем отличаются, и какой из них лучше подойдет для ваших нужд.
Что общего между Cypress и Playwright?
Оба этих инструмента предназначены для автоматизации тестирования веб-приложений. Они позволяют тестировщикам симулировать действия пользователя, такие как клики, ввод текста, навигация по страницам и взаимодействие с элементами на странице. Оба фреймворка поддерживают тестирование на разных браузерах и позволяют писать тесты на JavaScript или TypeScript. Я чаще использовал JS. TS я недолюбливаю, о причинах можно спорить долго, но это тема для отдельного поста. Так вот, возвращаясь к теме, оба фреймворка предлагают встроенные инструменты для отладки тестов и возможность интеграции с CI/CD.
Но вот что интересно — несмотря на схожие цели, оба инструмента используют разные подходы и архитектурные решения, что сказывается на их возможностях и удобстве работы.
Преимущества и недостатки Cypress
Плюсы:
Простота использования и настройка. Cypress разработан с упором на удобство для разработчиков. Установка и запуск тестов происходят без лишних усилий. Встроенная поддержка и предсказуемое поведение помогают быстро интегрировать фреймворк в проект.
Мгновенная отладка. Один из ключевых моментов — это мощная поддержка отладки тестов в реальном времени. Cypress предоставляет возможность видеть, как выполняются тесты, и напрямую взаимодействовать с браузером.
Отличная документация. У Cypress очень подробная и понятная документация, что значительно упрощает начальное обучение.
Минусы:
Ограниченная поддержка браузеров. Хотя Cypress работает в Chrome и Firefox, поддержка других браузеров, таких как Safari или Edge, остается ограниченной.
Отсутствие многопоточности. Все тесты в Cypress выполняются в одном процессе, что может замедлить выполнение больших наборов тестов.
Нет поддержки мобильных браузеров. Если вам нужно тестировать мобильные приложения или веб-сайты на мобильных устройствах, Cypress не будет идеальным выбором.
Преимущества и недостатки Playwright
Плюсы:
Широкая поддержка браузеров. Playwright поддерживает не только Chrome и Firefox, но и Safari и Edge, что делает его более универсальным для тестирования кросс-браузерных приложений.
Тестирование мобильных устройств. Playwright может симулировать мобильные браузеры и тестировать веб-приложения на мобильных устройствах, что делает его отличным выбором для адаптивных приложений.
Параллельное выполнение тестов. В отличие от Cypress, Playwright позволяет запускать тесты в параллельных потоках, что ускоряет выполнение тестов на больших проектах.
Поддержка тестирования в реальном времени. Playwright предлагает возможность взаимодействия с элементами страницы и отладки тестов, хотя это реализовано несколько сложнее, чем в Cypress.
Минусы:
Сложность настройки. Хотя Playwright предоставляет больше возможностей, его установка и конфигурация могут потребовать больше времени и усилий, особенно для тех, кто только начинает работать с автоматизацией тестирования.
Отсутствие встроенного интерфейса для просмотра тестов. Cypress предоставляет удобный интерфейс для визуального просмотра выполнения тестов, чего в Playwright нет, что может усложнить отладку.
Какой фреймворк выбрать?
Выбор между Cypress и Playwright зависит от ваших конкретных задач и требований проекта. Если ваш проект требует кросс-браузерного тестирования или тестирования на мобильных устройствах, то Playwright станет отличным выбором. Он более универсален и мощен, особенно для сложных сценариев.
С другой стороны, если вам нужно быстро настроить тестирование для проекта, где критична простота и скорость интеграции, Cypress будет идеальным вариантом. Его простота использования и мощная поддержка отладки делают его отличным выбором для небольших и средних проектов, где нет необходимости в сложном кросс-браузерном тестировании.
Личный опыт
На протяжении моей карьеры я использовал оба фреймворка в разных проектах. В одном из последних проектов мы внедрили Cypress для автоматизации тестирования React-приложения, и это позволило нам значительно ускорить процесс разработки благодаря простоте и интуитивности инструмента. Однако, для более крупных проектов, где требовалось тестировать на разных браузерах, мы выбрали Playwright, так как его возможности параллельного выполнения и поддержки различных браузеров оказались незаменимы.
В конечном счете, выбор инструмента зависит от ваших задач, но я рекомендую попробовать оба фреймворка и выбрать тот, который лучше всего соответствует потребностям вашего проекта.
Спасибо за внимание, и удачи в автоматизации тестирования!
Антон Барбаков
QA Engineer 2
- ПЛК останется основной платформой автоматизации, обеспечивая реализацию главной цели – надежное управление и контроль полевых устройств в сложных условиях эксплуатации.
- Основные компоненты ПЛК, такие как процессор, память и другие будут совершенствоваться – будет происходить уменьшение размеров, энергопотребления и стоимости, с одновременным увеличением производительности.
- Тенденция к миниатюризации останется, но будет не так ярко выражена, поскольку размеры устройств в большей степени определяют параметры физической подводки модулей ввода-вывода ПЛК.
- Вместе с тем традиционный проводной ввод-вывод хоть и по-прежнему будет необходим, однако управление полевыми устройствами в ряде случаев перекладывается на цифровые сети.
- Граница между ПЛК и ПАК (программируемыми контроллерами автоматизации) будет размыта, но для потребителей это не будет иметь значения, поскольку им важен функционал, а не название.
- Классическая релейная (лестничная) логика сохранится в будущем, несмотря на стремление к переходу на открытые системы, протоколы и современные языки программирования.
- Пользователям по-прежнему будут нужны платформы автоматизации от проверенных промышленных разработчиков, но с поддержкой любого языка программирования. Программисты зачастую предпочитают писать код на языках, основанных на ИТ, таких как C++ или Python.
- Как в области аппаратного, так и программного обеспечения заметен переход от проприетарных к более открытым решениям АСУ ТП.
- Некоторые конечные пользователи заинтересованы в применении оборудования Raspberry Pi и Arduino для проектов автоматизации и обработки данных.
- Современные модификации форм-факторов теперь позволяют Ethernet-устройствам подходить и для промышленных сред.
- Протоколы OPC UA и MQTT будут активно применяться для связи устройств в сфере Промышленного интернета вещей.
- Робототехника станет точкой роста рынка автоматизации.
- Наиболее совершенные ПЛК будут запускать в реальном времени алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения.
- Генеративный искусственный интеллект в ближайшее время будет всё чаще применяться для создания кода и среды разработки ПЛК.
Технология программируемых логических контроллеров совершенно точно достигла зрелости – ей уже 60 лет. В связи с чем возникает вопрос: станут ли нынешние ПЛК «пенсионерами» и сойдут ли их будущие версии в могилу? Такое предположение кажется уместным, учитывая быстрое, а порой экспоненциальное развитие компьютерного оборудования, программного обеспечения, искусственного интеллекта, облачных сервисов и средств связи. Благодаря этим достижениям информационные технологии постепенно проникли в ранее изолированную сферу операционных технологий.
В свете этих событий приводим статью Джеффа Пейна, опубликованную в журнале Control Engineering о будущем контроллеров и приложений промышленной автоматизации на фоне происходящей в последние десятилетия эволюции ПЛК.
Основная задача ПЛК остается той же, что и всегда: обеспечение надежного управления и мониторинга физических полевых устройств даже в сложных условиях эксплуатации. Это было достигнуто благодаря использованию специализированных процессоров, операционных систем и сред программирования, встроенных в защищенные платформы. Тем не менее, эффект масштаба продолжает стимулировать внедрение основных потребительских и коммерческих технологий в ПЛК везде, где это осуществимо. Принцип «меньше, быстрее, лучше» сохранился и будет оставаться верным, но в основном в отношении более быстрых и лучших аспектов, поскольку тенденция к дальнейшей миниатюризации за последнее десятилетие выровнялась.
Многие преимущества развития электронных компонентов, процессоров и твердотельной памяти – снижение стоимости, уменьшение размера, минимизация энергопотребления и увеличение возможностей – уже реализованы в ПЛК и другой промышленной электронике. Однако несмотря на то, что незначительные улучшения в размерах, стоимости и производительности будут происходить и впредь, реальный прогресс будет заключаться в возможностях. На данный момент размер платформы в значительной степени ограничен необходимостью физической проводки для взаимодействия с модулями ввода-вывода ПЛК. Традиционный проводной ввод-вывод по-прежнему необходим, но во многих случаях связь с полевыми устройствами смещается в цифровые сети и распределяется удаленно с использованием таких технологий, как IO-Link и беспроводная связь.
Многоядерные процессоры, встроенные в конструкции ПЛК, теперь позволяют дополнять детерминированное управление обширными дополнительными вычислительными и коммуникационными функциями. На протяжении более 20 лет термин «программируемый контроллер автоматизации» (programmable automation controller – PAC) широко использовался для описания промышленного контроллера с более широкими возможностями, чем классический ПЛК.
Хотя поначалу ПАК (PAC) мог показаться отдельным продуктом по сравнению с ПЛК, время показало, что инженеры по автоматизации меньше озабочены названием и номенклатурой и гораздо больше интересуются производительностью и доступными функциями. В дальнейшем пользователи будут готовы рассматривать практически любой тип аппаратной части или операционной системы в качестве платформы автоматизации, которая может продолжать называться ПЛК, хотя на самом деле это будет нечто большее, если она сможет обеспечить управление в реальном режиме времени, обеспечивая при этом расширенные вычислительные возможности.
Хотя системы на базе Windows доминируют в мире потребительских и коммерческих компьютеров и занимают видное место в сфере промышленной визуализации, это не относится к управлению в реальном времени. Платформы ПЛК/ПАК обычно работают под управлением специализированной операционной системы, хотя существуют некоторые варианты на базе Linux. В самых общих чертах пользователи должны сбалансировать свое стремление к открытости, которая обеспечивает большую гибкость и низкую стоимость продукта, с требованием надежности промышленного уровня, которое исторически обеспечивалось только проприетарными системами. Эти запатентованные системы также обеспечивают высокую степень кибербезопасности, хотя в первую очередь за счет некоторой неизвестности хакерам.
В течение многих лет наблюдалась тенденция или, по крайней мере, большой интерес к более открытым промышленным системам, как с точки зрения аппаратных платформ, так и с точки зрения языков программирования. Некоторые конечные пользователи применяют стандартное оборудование Raspberry Pi и Arduino для реализации проектов автоматизации и обработки данных. Другие избегали подобных экспериментов с продуктами потребительского уровня из-за опасений по поводу надежности. Но теперь несколько версий этих платформ превратились в устройства промышленного уровня (Рис. 1). Пользователи предъявляют большой спрос на возможность сочетания современной платформы программирования с проверенными промышленными устройствами ввода-вывода.
Рис. 1. Теперь, когда современные процессорные платформы с открытым исходным кодом доступны в форм-факторах промышленного уровня у конечных пользователей появилась возможность интеграции традиционных методов автоматизации с более современными языками, осно
При таком разнообразии аппаратных средств следующим препятствием на пути к открытости стала гомогенизация среды программирования. В классических ПЛК использовалось программное обеспечение, разработанное конкретным поставщиком, которое было трудно перенести на другие бренды. Стандарт IEC 61131-3 представил упорядоченные языки программирования ПЛК и типы данных, но реализации, специфичные для конкретного поставщика, по-прежнему препятствовали переносу кода между брендами. В конечном счете интегрированная среда разработки (integrated development environment – IDE) CODESYS предложила более согласованный способ создания кода с использованием стандартных языков для его кроссплатформенного развертывания на промышленных контроллерах.
Однако ни одна из этих инициатив не учитывала тот факт, что программисты, поступающие на работу, часто предпочитали писать код на более современных языках, основанных на ИТ, таких как C++ или Python.
Несмотря на все эти усилия, направленные на открытость и современные языки программирования, можно с уверенностью сказать, что классическая релейная (лестничная) логика сохранится в обозримом будущем. Релейная логика имеет обширную базу инсталляций и остается простой методологией кодирования, предпочитаемой многими электриками, техническими специалистами АСУ ТП и даже разработчиками. Ее графический стиль позволяет выполнять основные функции поиска и устранения неисправностей, а также выполнять типичные функции промышленной автоматизации, а широкое распространение дает дополнительные преимущества.
Сегодня большинство аппаратных платформ поддерживают релейную логику – как собственную, так и реализованную через другие IDE, например, CODESYS, а многие из них также допускают другие методы кодирования, которые можно комбинировать по мере необходимости. Различные языки программирования имеют свои сильные и слабые стороны для конкретных задач, а большинству пользователей нравится разрабатывать собственный вариант лучшего инструмента для решения проблемы, балансируя при между гибкостью и сложностью. Дополнительным бонусом для пользователей является то, что выход за пределы проприетарных языков позволяет им создавать библиотеку кода, которую можно развернуть на любом типе целевого оборудования, сводя к минимуму доработку.
Главным моментом сегодня и в будущем является то, что пользователям нужны платформы автоматизации, предлагаемые и поддерживаемые проверенными и опытными промышленными поставщиками, с возможностью поддержки любого типа предпочтительного языка программирования.
Некоторые из достижений промышленной автоматизации в последнее время связаны с улучшением коммуникаций, что привело к полной взаимосвязи всех систем предприятия. Как и в случае с аппаратным обеспечением и программированием контроллеров, здесь наблюдается переход от проприетарных реализаций к более открытым предложениям.
Традиционные промышленные шины, такие как DeviceNet давно предлагаются пользователям в виде проверенных и надежных устройств. Но сейчас преобладают проводные и даже беспроводные варианты Ethernet, при этом доступны несколько ведущих протоколов промышленной связи. Улучшения физического форм-фактора, в том числе во влагозащитном корпусе со стандартными разъемами и питанием по PoE, теперь позволяют Ethernet-устройствам подходить и для промышленных сред.
Некоторые протоколы, такие как EtherNet/IP, PROFINET и Modbus-TCP, связаны с марками и моделями конечных устройств, тогда как другие оптимизированы для типов задач автоматизации (например, EtherCAT для управления движением). Хотя EtherCAT не нов, включение этого протокола в более функциональные ПЛК теперь означает, что приложения управления движением низкой и средней сложности могут быть интегрированы в платформу автоматизации без необходимости использования отдельных контроллеров движения.
Ethernet-APL – это среда, оптимизированная для операционных технологий (OT), которая упрощает развертывание проводного Ethernet на полевых устройствах. IO-Link развивается как оптимизированная полевая шина для базовых дискретных устройств автоматизации с соответствующими коммуникационными возможностями и интеллектом.
Соединение ОТ с ИТ для безопасного включения приложений Промышленного интернета вещей (IIoT) и передачи данных для поддержки удаленной визуализации и аналитики требует другого класса протоколов связи. OPC UA и MQTT доминируют в этой роли. Хотя некоторые из их возможностей частично совпадают, для обоих протоколов существуют оптимальные варианты применения, и пользователи могут реализовать их одновременно. Другие вспомогательные инструменты, такие как Node-RED, стали предпочтительными в качестве графического метода обработки и передачи данных в облако для использования другими приложениями.
От датчика до контроллера, от локального сервера, до облачных ресурсов и браузера – что все это означает? В «старые времена» контроллеры меньшего размера имели ограниченный набор функций, поэтому для достижения полной возможности подключения требовались более крупные устройства или несколько уровней интеграции. Сегодня и в будущем пользователи захотят, чтобы эти опции были доступны даже на самых простых и недорогих платформах автоматизации (Рис. 2).
Рис. 2. Сегодня даже недорогая платформа автоматизации ПЛК оснащена расширенными логическими возможностями, управлением движением, проводным/беспроводным подключением, протоколами связи ИТ/ОТ и многим другим
На протяжении многих лет робототехника в основном существовала как специализированная разновидность автоматизации, требующая индивидуальной интеграции в вышестоящие и последующие системы. Ситуация меняется по мере того, как робототехника в целом и коллаборативные роботы (коботы) в частности, похоже, станут одной из крупнейших областей роста во всей промышленной автоматизации в течение следующих 5–10 лет (Рис. 3). Что касается сопутствующих разработок, системы машинного зрения значительно продвинулись за последнее десятилетие, и многие из них стали совместимы с роботами, что позволяет легко интегрировать их во множество приложений.
Рис. 3. Робототехника представляет собой быстрорастущую область промышленного дизайна – спрос на функциональные платформы автоматизации и связанные с ними сенсорные технологии будут расти, поскольку пользователи стремятся повсеместно интегрировать робототе
Современные платформы автоматизации должны быть готовы идти в ногу со временем, предоставляя необходимую вычислительную мощность, инструкции по программированию и технологии плавной интеграции с робототехникой и машинным зрением. Современный ПЛК с такими возможностями, размещенный рядом с робототехникой в качестве платформы автоматизации будет обладать явным преимуществом.
Ни одна перспективная статья о промышленной автоматизации, написанная в 2024 году, не может упустить из виду потенциальное влияние искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML) для анализа ситуации и реагирования на нее режиме реального времени. Однако с этой темой связано много шума, поскольку в настоящее время в качестве платформы автоматизации программируемые логические контроллеры для этой задачи подходят не идеально. Хотя в будущем некоторые продвинутые версии ПЛК смогут запускать в реальном времени алгоритмы AI/ML.
Вместо этого ПЛК имеют хорошие возможности выступить в качестве полевого интерфейса для ресурсов искусственного интеллекта и машинного обучения более высокого уровня, предоставляя пользователям оперативные, всеобъемлющие и связанные с конкретной обстановкой данные.
С другой стороны, генеративный искусственный интеллект (Gen-AI) в ближайшие годы будет играть более важную роль в ПЛК с точки зрения создания кода. Среды разработки с интегрированными инструментами поддержки искусственного интеллекта могут помочь пользователям, возможно, даже специалистам начального уровня, разрабатывать логику автоматизации на основе библиотек и проверенного кода. ИИ, используемый в качестве инструмента разработки, может помочь ускорить разработку, повысить надежность кода и свести к минимуму ненужный и рутинный труд.
В течение следующего десятилетия программируемые логические контроллеры, какими мы их знаем, определенно не прекратят свое существование, даже если их будут называть ПАК, периферийными контроллерами, платформами автоматизации или чем-то еще. Но и не будет единой технологии контроллера, которая могла бы выполнять все функции во всех ценовых категориях.
Вместо этого ПЛК будут продолжать развиваться в зависимости от доступных технологий и потребностей пользователей, как они делали это на протяжении последних пяти десятилетий. Приоритетом будет обеспечение контроля в реальном времени и надежного мониторинга, но они добавят еще более совершенные функции программирования и подключения для улучшения пользовательского опыта и скорости реализации проектов.
Итак, ПЛК в ближайшее время не исчезнут, а новые технологии, подкрепленные требованиями пользователей, помогут им эволюционировать в качестве базовой платформы автоматизации.
Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)
Министерство промышленности и торговли России обозначило задачу создания открытой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Для обсуждения данного вопроса 23 июля 2024 года Минпромторгом проведена встреча с крупными холдингами – Ростелеком, Газпром нефть, АЛРОСА, Зарубежнефть, Северсталь, Сибур и другими компаниями, заинтересованными в применении ПО автоматизации в промышленности.
Темы обсуждения:
Разработка дорожной карты открытой АСУ ТП;
Обмен наработками компонентов открытой платформы;
Подготовка кадров для реализации новых решений.
Организации, присутствующие на встрече Минпромторга выразили намерение провести тестирование уже разработанных модулей открытой АСУ ТП, с тем чтобы ускорить создание национального стандарта в области автоматизации, объединяющего требования различных ведомств.
Московский завод тепловой автоматики считает, что открытая АСУ ТП крайне нужна и объясняет преимущества данного ПО следующими причинами:
Заказчики получат российскую систему автоматизации и тем самым не будут зависеть от изменений конъюнктуры рынка вследствие некоммерческих факторов (импортозамещение).
Создание АСУ ТП на открытом исходном коде (Open Source) должно дополнительно защитить ПО от ограничений.
Открытая АСУ ТП может быть относительно легко адаптирована под требования конкретных заказчиков и соответственно учитывать отраслевую специфику.
Открытая платформа создаст единую сквозную систему проектирования, которая обеспечит совместимость и взаимозаменяемость компонентов различных систем. В эту экосистему будут вовлечены не только промышленные гиганты, но и смежные предприятия, а по сути любые эксплуатирующие организации.
Единая АСУ сэкономит деньги ведущих разработчиков, которые сейчас вынуждены самостоятельно искать решения автоматизации своих производств, выполняя по сути одну и ту же базовую работу по созданию ПО.
В качестве рекламы: МЗТА безусловно также работает в этом направлении и предлагает кроссплатформенную среду диспетчеризации – SuperSCADA. Ее выход был анонсирован в 2023-м году и сейчас уже находит применение в первых проектах. Напомним ключевые особенности ПО:
Работа с оборудованием любого производителя по стандартным протоколам обмена данными
Поддержка различных операционных систем и веб-браузеров – кроссплатформенность
Поддержка реляционных баз данных и баз временных рядов
Работа с трехмерными BIM моделями для проектирования зданий
Интеграция с ГИС системами
В этом плане МЗТА готов поделиться опытом со всеми заинтересованными сторонами: разработчиками, проектировщиками, заказчиками и организациями, эксплуатирующими автоматизированные системы управления.
При выборе программируемых логических контроллеров необходимо учесть множество переменных с тем, чтобы найти лучшее решение. В этой связи стоит рассмотреть основные факторы, приведенные на специализированном ресурсе PLC Table:
Требования к входам/выходам. Определите количество и тип точек ввода-вывода (аналоговые и/или цифровые), необходимых для вашего приложения. Учитывайте потребности в напряжении и токе, а также параметры датчиков, исполнительных механизмов и других устройств, которые необходимо подключить к ПЛК.
Скорость и память. Учитывайте сложность вашего приложения, а также объем вычислительной мощности и памяти, которые необходимы для запуска программного обеспечения. Для более крупных программ или приложений с большим количеством вычислений или сложных алгоритмов может потребоваться более мощный процессор и дополнительная память.
Коммуникации. Определите требования по связи вашего приложения, например, необходимость взаимодействия с другими системами управления, с человеко-машинными интерфейсами (HMI) или удаленными устройствами. Составьте список протоколов связи, включая Ethernet, Modbus, Profibus и др. и интерфейсов, которые должны поддерживать ПЛК со SCADA системами.
Условия эксплуатации. Учитывайте температуру, влажность, уровень вибрации и пыли в месте установки ПЛК. Выберите ПЛК, который соответствует необходимым стандартам и сможет стабильно работать в прогнозируемых условиях.
Техподдержка и поставки товара. Выберите ПЛК из надежного производителя и поставщика, который предлагает техническую помощь и обучение. Учитывайте репутацию контрагента в плане качества и обслуживания клиентов, а также наличия запасных частей.
Программное обеспечение. Учитывайте простоту программирования и доступность средств программирования и отладки контроллеров. Выберите ПЛК, который поддерживает знакомый вам язык программирования или имеет простую в использовании среду программирования.
Цена. И наконец, оцените стоимость ПЛК, которая включает в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, монтаж и пуско-наладку. Затем выберите ПЛК, который предлагает необходимые функции и возможности, оставаясь в рамках вашего бюджета.
Типы ПЛК: какой лучше всего подходит для вашего проекта?
Производители выпускают различные разновидности ПЛК, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы в зависимости от потребностей заказчиков. Вот несколько примеров распространенных типов и приложений ПЛК:
Компактные ПЛК. Компактные ПЛК подходят для объектов с ограниченным пространством или задач с небольшим количеством точек ввода-вывода. Они обычно используются в миниатюрных механизмах, конвейерах и автоматизации зданий.
Модульные ПЛК. Модульные ПЛК предназначены для изменения и расширения путем добавления модулей для дополнительных точек ввода-вывода, интерфейсов связи и других функций. Они подходят для приложений, которые имеют меняющиеся потребности или требуют высокой степени гибкости.
Стоечные ПЛК. Эти ПЛК предназначены для установки в обычную 19-дюймовую стойку для соединения с другими устройствами (стекирование). Чаще всего их можно увидеть на крупных промышленных объектах, таких как электростанции и химические перерабатывающие заводы.
ПЛК безопасности. Эти ПЛК разработаны в соответствии со стандартами и правилами безопасности и используются в приложениях, где безопасность имеет решающее значение, например, на производственных линиях или в тяжелом машиностроении. Дополнительные функции безопасности включают резервные процессоры, механизмы самодиагностики и встроенные протоколы безопасности.
Распределенные ПЛК. Такие ПЛК предназначены для использования соответственно в распределенных системах управления, например, на крупных промышленных предприятиях. Они могут работать в тандеме с другими ПЛК или системами для управления различными техпроцессами.
Высокоскоростные ПЛК. Эти ПЛК предназначены для АСУТП, требующих быстрого реагирования, таких как упаковочные линии или робототехника. Они часто включают в себя высокопроизводительный процессор и специальные модули ввода-вывода для обработки скоростных сигналов.
Рекомендации по программированию
При выборе ПЛК для конкретного применения соображения программирования имеют решающее значение, поэтому учитывайте следующие соображения:
ПО программирования. Ищите ПЛК с удобным программным обеспечением, простым в освоении и использовании. ПО, безусловно, должно быть совместимо с языками программирования и протоколами связи, которые требуются вашему приложению.
Интеграция с существующими системами. Если у вас уже есть система управления, выберите ПЛК, который легко с ней интегрируется. Отказ от внесения крупных изменений в систему управления сэкономит время и деньги.
Простота и ясность программирования. Найдите ПЛК с простым и понятным интерфейсом программирования. Язык программирования также должен быть простым и легким для понимания, иметь соответствующую документацию и помощь.
Совместимость с HMI. Ищите ПЛК, совместимый HMI, который вы уже используете или планируете использовать. Это гарантирует легкость включения ПЛК в систему управления и простоту интерфейса оператора.
Удаленный доступ и устранение неполадок. Рассмотрите ПЛК, который включает функции удаленного доступа и устранения неполадок, что позволит вашим специалистам, диагностировать проблемы и модифицировать систему управления без физического присутствия.
Совместимость с будущими обновлениями. Выберите ПЛК, совместимый с будущими обновлениями систем управления, такими как новые протоколы связи или обновления ПО автоматизации. Это гарантирует, что в будущем ПЛК можно будет просто модернизировать без значительных изменений в системе управления.
Дополнительные особенности ПЛК, на которые также следует обратить внимание
Возможности диагностики и устранения неполадок. Убедитесь, что ПЛК оснащен средствами диагностики и устранения неполадок для быстрого выявления дефектов и проблем. Это может помочь сократить время простоя и повысить эффективность системы управления.
Масштабируемость и расширяемость. Выберите ПЛК, который можно легко расширять и масштабировать в соответствии с меняющимися потребностями приложений. Это позволяет расширять ПЛК вместе с приложением, уменьшая необходимость замены контроллера в будущем.
Функции резервирования и безопасности. Ищите ПЛК с функциями резервирования и безопасности, такими как резервные процессоры, механизмы самодиагностики и встроенные протоколы безопасности, если приложение требует высокого уровня безопасности или надежности.
Стоимость проекта: баланс бюджета и производительности
При выборе ПЛК безусловно ключевым вопросом, который следует учитывать, является стоимость. Однако важно сбалансировать бюджет с требуемой производительностью и функциональностью, чтобы обеспечить эффективную и надежную работу системы управления. Некоторые соображения по поводу стоимости, которые следует учитывать:
Первоначальная стоимость. Учитывайте первоначальную стоимость ПЛК, которая включает стоимость оборудования, программного обеспечения и монтажа. Однако не делайте ошибку, выбирая ПЛК, основываясь главным образом на его первоначальной стоимости, поскольку это может привести к увеличению долгосрочных затрат из-за снижения надежности и эффективности.
Стоимость жизненного цикла. Посмотрите на стоимость жизненного цикла, которая помимо закупки контроллера включает в себя стоимость обслуживания, модернизации и замены в течение предполагаемого срока службы. Выбор высококачественного ПЛК с меньшими требованиями к техническому обслуживанию и более длительным сроком службы в конечном счете поможет снизить затраты на владение в течение его жизненного цикла.
Масштабируемость. Лучшим выбором будет ПЛК, функционал которого можно легко увеличить или уменьшить в зависимости от требований приложения. Это сэкономит деньги и устранит необходимость в полной замене системы управления в случае изменения требований.
Энергоэффективность. Учитывайте энергоэффективность ПЛК, поскольку это может повлиять на эксплуатационные расходы. Выбор энергоэффективного ПЛК может привести к снижению счетов за электроэнергию и снижению воздействия системы управления на окружающую среду.
Совместимость с существующими системами. Выберите ПЛК, совместимый с существующими системами, чтобы избежать замены всей системы управления. Однако это должно быть сбалансировано с необходимостью наличия высококачественного ПЛК, соответствующего требованиям приложения.
Гарантия. Ищите ПЛК, на который распространяется гарантия производителя или поставщика. Это может помочь снизить затраты на ремонт и быть залогом надежной работы системы управления на протяжении всего ее жизненного цикла.
Техобслуживание и поддержка
При выборе ПЛК критически важными моментами являются обслуживание, своевременная помощь поддержка, которые в конечном счете влияют на надежность и эффективность вашей системы управления. Вот некоторые вещи, о которых следует подумать при выборе ПЛК с точки зрения обслуживания и поддержки:
Требования к техническому обслуживанию. Учитывайте требования к техобслуживанию ПЛК, включая частоту работ по техническому обслуживанию и опыт, необходимый для их выполнения. Выбирайте ПЛК с низкими требованиями к обслуживанию и простым в обслуживании.
Обучение и документация. Для правильной эксплуатации и обслуживания вам потребуется ПЛК, сопровождаемый обучением и предоставлением пакета документации. Документация должна быть подробной и простой для понимания, с регулярными обновлениями для поддержания ее в актуальном состоянии.
Инструменты диагностики. Обратите внимание на ПЛК со встроенными диагностическими возможностями, позволяющими быстро выявлять дефекты и трудности. Это может помочь сократить время простоя и повысить эффективность системы управления.
Возможность обновления. Выберите ПЛК, который можно легко обновить до новейших технологий, таких как новые протоколы связи или обновления ПО. В результате ПЛК можно быстро модернизировать, не требуя серьезных изменений в системе управления.
Выбор поставщика
Надежный поставщик может предложить техническую экспертизу, высококачественную продукцию и быстрое обслуживание клиентов. Поэтому при оценке поставщиков для принятия обоснованных решений учитывайте следующие соображения:
Репутация. Ищите поставщика с высокой репутацией в отрасли. Проверьте отзывы других клиентов, чтобы убедиться, что поставщик имеет опыт предложения высококачественных товаров и услуг.
Техническая экспертиза. Выберите поставщика, который специализируется на ПЛК и системах управления. Поставщик должен быть в состоянии посоветовать лучший ПЛК для данного приложения, а также обеспечить техническую поддержку на всех этапах инсталляции и обслуживания.
Ассортимент. Выбирайте поставщика, который предлагает разнообразный выбор продукции. Это может помочь убедиться в наличии у поставщика ПЛК, подходящего для данного приложения, а также других сопутствующих товаров, таких как датчики, программное обеспечение и коммуникационное оборудование.
Наличие запасных частей. Ищите системы, для которых легко доступен ЗИП на случай отказа элементов оборудования. Это может свести к минимуму время простоя и обеспечить быстрое восстановление работоспособности системы.
Кастомизация и настройка. Обратите внимание на поставщика, который сможет адаптировать ПЛК к конкретным потребностям. Это позволит обеспечить эффективную и надежную работу системы управления в целом.
Цена и доставка. Учитывайте стоимость ПЛК и доставки, а также сроки доставки. Соответственно выбирайте поставщика, который обеспечивает разумные цены и своевременную доставку.
Обслуживание. Остановитесь в итоге на поставщике, который предоставляет комплексное сопровождение проекта и сопутствующие услуги: техподдержку, обучение, техобслуживание и ремонт. Поставщик должен оперативно реагировать на запросы и оказывать своевременную помощь с тем, чтобы гарантировать вам надежную работу всей системы.
Резюме
Инженеры и технические специалисты должны учитывать различные критерии при выборе подходящего ПЛК для конкретного приложения, включая требования самого приложения, тип ПЛК, особенности программирования, условия технического обслуживания и поддержки, соображения стоимости на основе чего следует сделать выбор подходящего поставщика. Важно сбалансировать бюджет с требуемой производительностью и функциональностью, чтобы обеспечить эффективную и надежную работу системы управления в течение всего срока ее службы.
В условиях, когда с рынка уходят иностранные бренды, при выборе или замене ПЛК на аналоги важно обратить внимание на несколько ключевых моментов. Во-первых, большим преимуществом будет наличие технической поддержки и документации на русском языке. Быстрая поставка оборудования и запасных частей также является важным критерием. Во-вторых, желательно, чтобы программное обеспечение, на котором строится управление ПЛК, было совместимо с российскими операционными системами и антивирусными программами. Кроме того, ПО должно основываться или на открытом исходном коде, или написано собственными силами, что обеспечит возможность его модификации и адаптации под конкретные потребности и независимость от иностранных правообладателей. И наконец, производитель должен быть готов оказать поддержку заказчику в процессе миграции оборудования и ПО на новую систему.
