Классификация современных контроллеров

Всё множество ПЛК можно классифицировать по ряду признаков, которые наиболее важны для потребителя.

Страна-производитель.Некоторое время назад это был очень важный классификационный признак. Считалось, что контроллеры, произведённые в Европе, Америке и Японии, гораздо надежнее, обладают гораздо большим функционалом, чем из Юго-Восточной Азии и России. В настоящее время этот классификационный признак потерял актуальность. Российские предприятия набрались опыта и схемотехнические решения у нас подчас даже лучше, чем у западных аналогов. По характеристикам контроллеры-аналоги различных стран-производителей почти не отличаются. Системное и прикладное программное обеспечение либо очень похоже, либо вообще используются стандартизированные продукты (к примеру OS Linux широко используется как на отечественных контроллерах, так и на импортных). Элементная база и в импортных, и в российских контроллерах применяется одна и та же.

На что действительно следует обратить внимание, так это на то, учтена ли при разработке контроллера российская специфика его эксплуатации. К российской специфике можно отнести:

· высокий уровень промышленных помех;

· широкий диапазон изменения параметров атмосферной и промышленной сред;

· возможность информационной связи с рядом морально устаревших, но ещё находящихся в эксплуатации средств автоматизации выпуска российских предприятий 80-х годов;

· возможность информационной связи с рядом морально устаревших, но ещё находящихся в эксплуатации средств автоматизации выпуска российских предприятий 80-х годов;

· низкую культуру оперативного персонала в части общения с вычислительными системами и дисплейными рабочими станциями.

Мощность.Под термином «мощность» понимается разрядность и быстродействие центрального процессора, объём разных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Основным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и являющимся важнейшей его характеристикой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые подсоединены к контроллеру. По этому показателю контроллеры подразделяются на следующие классы:

· наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие до 15 входов/выходов;

· малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов;

· средние контроллеры, рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов;

· большие контроллеры, рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов;

· сверхбольшие контроллеры, имеющие примерно от 2000 и более входов/выходов.

Область применения– один из наиболее важных признаков классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

Специализированный контроллер со встроенными функциями.Обычно им является минимальный по мощности контроллер, программа действия которого заранее прошита в его памяти, а изменению при эксплуатации подлежат только параметры программы. Число и набор модулей ввода/вывода определяется реализуемыми в нем функциями. Основные области применения: локальное управление какой-либо малой технологической установкой или механизмом.

Контроллер для реализации логических зависимостей (коммандоаппарат).Главные сферы применения такого контроллера: станкостроение, машиностроение, замена релейно-контактных шкафов во всех отраслях промышленности. Он характеризуется прошитой в его памяти развитой библиотекой логических функций и функций блокировки типовых исполнительных механизмов. Для его программирования используются специализированные языки типа релейно-контактных схем. Набор модулей ввода/вывода у такого контроллера рассчитан, в основном, на разнообразные дискретные каналы.

Контроллер, реализующий любые вычислительные и логические функции.Наиболее распространённый универсальный контроллер, не имеющий ограничений по области применения. Центральный процессор контроллера имеет достаточную мощность, разрядность, память, чтобы выполнять как логические, так и математические функции. Для усиления его вычислительной мощности, он снабжается ещё и математическим сопроцессором. Инструментальные средства для программирования таких контроллеров, как правило, поддерживают несколько языков программирования, таких как язык релейно-контактных схем, функционально-блоковых диаграмм, язык С, Basic, Pascal и тому подобные. Также предоставляется большая библиотека уже реализованных логических, математических и коммуникационных функций. В состав модулей ввода/вывода входят модули на всевозможные виды и характеристики каналов (аналоговых, дискретных, импульсных и т. д.).

Контроллер противоаварийной защиты.Он должен отличаться от контроллеров других классов:

· особенно высокой надежностью, достигаемой различными вариантами диагностики и резервирования;

· высокой готовностью, т. е. высокой вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме;

· отказоустойчивостью, когда при любом отказе автоматизируемый процесс переводится в безопасный режим функционирования.

Контроллер цепи противоаварийной защиты должен иметь сертификат, подтверждающий безопасность его работы в цепях противоаварийной защиты.

Контроллер телемеханических систем автоматизации.Данный класс универсальных контроллеров удобен для создания систем диспетчерского контроля и управления распределёнными на местности объектами. В контроллерах данного класса повышенное внимание уделяется программным и техническим компонентам передачи информации на большие расстояния беспроводными линиями связи. В качестве таких линий часто используются УКВ-радиоканалы с обычными или транковыми радиостанциями. При этом возможна передача информации от каждого контроллера в диспетчерский центр, а также эстафетная передача информации по цепи от одного контроллера к другому до достижения диспетчерского центра.

В связи с большим скачком в развитии сотовой связи, всё большее распространение получает передача информации через сети GSM.

Открытость архитектуры.По структуре контроллеры подразделяются на два класса: контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных стандартов.

При открытой магистрально-модульной структуре, имеющей стандартный интерфейс для связи центрального процессора с другими модулями контроллера, ситуация кардинально меняется:

· открытость и широкая доступность стандарта на шину, соединяющую модули разного назначения, даёт возможность выпускать в данном стандарте любые модули разным производителям, а разработчикам контроллеров даёт возможность компоновать свои средства из модулей разных фирм;

· возможность любой модификации и перекомпоновки средств путем замены в них отдельных модулей, а не замены самих средств, удешевляет эксплуатацию средств;

· сборка контроллеров из готовых модулей позволяет точнее учитывать конкретные технические требования и не иметь в них лишних блоков и элементов, не нужных для данного конкретного применения;

· широкая кооперация разных фирм, поддерживающих данный стандарт на шину и работающих в этом стандарте, позволяет пользователям модулей не быть привязанными к конкретному поставщику и иметь широкий выбор необходимой ему продукции.

PC-совместимость.По этому признаку все контроллеры можно разделить на два класса: PC-совместимые и PC-несовместимые. Каждый из этих классов имеет свои достоинства и недостатки. PC-совместимые контроллеры можно охарактеризовать следующими особенностями:

· они имеют классическую открытую архитектуру IBM PC;

· в них используется элементная база, та же, что и у обычных PC;

· они работают под управлением тех же ОС, которые широко используются в персональных компьютерах, например, Windows, Unix, Linux, QNX;

· программируются они теми же языками, которые используются для разработки ПО для PC;

· на них возможна работа программного обеспечения для персональных компьютеров, при наличии требуемых аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые контроллеры можно охарактеризовать так:

· архитектура контроллеров является ноу-хау разработчика;

· элементная база, на которой строятся контроллеры разная у разных производителей;

· ОС, под управлением которых работают контроллеры, разрабатываются производителями для данного типа контроллеров;

· так как в таких контроллерах практически не используются стандарты, предлагаемые разработчиками распространённых ОС для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается невозможной.

Из рассмотренных характеристик можно сделать вывод о сравнительных достоинствах и недостатках РС-совместимых и несовместимых контроллеров. РС-совместимые контроллеры по сравнению с РС- несовместимыми контроллерами обладают большей мощностью, легче стыкуются с различными SCADA, MES, ERP системами, системами управления базами данных, открыты для большинства стандартов в областях коммуникаций и программирования, они в среднем дешевле, проще обслуживаются и ремонтируются.

В то же время РС-несовместимые контроллеры лучше учитывают требования промышленной автоматики; их ОС гарантируют отклик контроллера на внешнее событие через заданное время. Они в целом более надежны, так как больше используют наработанные в промышленности способы диагностики и горячего резервирования, обеспечивающие отказоустойчивость системы в целом. В них шире используются возможности связи с различными полевыми шинами.

Достоинства и недостатки каждого из этих видов контроллеров определяют их области использования. РС- несовместимые контроллеры применяют на нижних уровнях автоматизации. Здесь необходимы связь с периферийными устройствами по полевым шинам, исполнение в реальном времени (с гарантированным временем отклика на внешние воздействия) и надёжность. А открытость контроллера для связи со SCADA, MES или СУБД не требуется. РС-совместимые контроллеры применяют на верхних уровнях автоматизации, где требования к реальному времени и связи по полевым шинам отсутствуют, зато становятся строже требования по информационной совместимости контроллеров с корпоративными сетями.

Конструктивное исполнение. По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить на несколько групп:

· встраиваемые;

· размещаемые в общий конструктив;

· модульного типа.

Рис. 3.1. Встраиваемый контроллер

Встраиваемые контроллерыне имеют корпуса, конструкция просто крепится на раме. Требований к защитным оболочкам таких контроллеров не предъявляются, поскольку контроллеры встраиваются в общий корпус оборудования и являются неотъемлемой частью этого оборудования. Пример встраиваемого контроллера приведен на рис. 3.1.

Контроллеры, размещаемые в общий конструктив характеризуются тем, что все модули – процессорный, коммуникационные, модули ввода/вывода – размещаются в одном конструктиве. В таких контроллерах предусматривается «материнская» плата с разъёмами, в которые вставляются все модули контроллера.

Конструктивы контроллеров бывают оригинальными, разрабатываемыми производителями, и стандартизированными. Примером стандартизированных конструктивов является конструктив Евромеханика (DIN 41494 / IEC 297-1), который регламентирует ширину, высоту и глубину рамы контроллера (рис. 3.2).

Контроллеры модульного типане используют общего конструктива. Модуль таких контроллеров имеет собственный корпус. Так как защитную оболочку для каждого модуля сделать проще, чем для всего контроллера, то этот тип контроллеров выпускают для жёстких условий эксплуатации в исполнениях IP 67 и выше.

Рис. 3.2. Контроллер, размещаемый в общий конструктив

Контроллеры модульного типа выпускают в корпусе для монтажа на рейку DIN NS 35/7,5. Можно выделить две разновидности контроллеров: с внутренней межмодульной шиной и с внешней шиной. Модули контроллеров с внутренней межмодульной шиной на боковых поверхностях имеют контакты для подключения соседних модулей (рис. 3.3). Модули контроллеров с внешней шиной используют для связи какую-нибудь скоростную полевую шину, например CAN. В качестве примера рис. 3.4 показаны модули контроллера с внешней шиной, приспособленные к эксплуатации в жёстких условиях.

Рис.3. 3. Контроллер с внутренней шиной	Рис.3.4. Модули контроллера с внешней шиной