Корзина
9 отзывов

Альтернатива контроллерам Siemens I часть.

Siemens Simatic и Logo. Ищем альтернативы

Олег Иванин
 
В настоящей статье мы попытаемся сравнить по основным параметрам линейки ПЛК от Siemens, ведущей фирмы производителя, и Hitachi.
 
Чем вызвана необходимость такого сравнения? Прежде всего, тем, что инженеру разработчику систем АСУ ТП, в частности, системному интегратору, фактически, каждый день приходится решать задачу оптимизации материальных затрат на реализацию проекта при сохранении функциональности, описанной в техническом задании. Часто заказчик указывает тип основного оборудования, к примеру, Siemens. Специалисты прекрасно знают, что это известный, действительно передовой производитель оборудования АСУ ТП, в частности PLC. Впрочем, он, также, является «передовым» и по стоимости. Поэтому разработчику приходится искать альтернативы по применению, которые не уступали бы в функциональности PLC Siemens.
 
В статье будет дан краткий обзор выпускаемых этими фирмами линеек ПЛК с описанием конструктива, основных функциональных возможностей, ограничений, средств программирования и отладки. При написании обзора использовались открытые интернет-источники поставщиков данного оборудования.
 
В качестве опорной для сравнения возмем линейку PLC Siemens, наиболее популярную в системах АСУ ТП производственных линий, машиностроения и специального оборудования. При сравнении, в частности, с производителем Hitachi, подробнее будем останавливаться на характеристиках отличных от опорных (Siemens). Начнем с краткого обзора опорной линейки.
 
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ SIEMENS
 
Линейка нижнего уровня ПЛК представлена логическими контроллерами LOGO. Они отлично подходят для создания средств простейшей автоматизации и замены разнообразных таймеров, реле времени и т.д. Имеется возможность расширения за счет различных модулей.

Рис. 1 Внешний вид контроллера Siemens LOGO
 
Существует ограничение на расширение системы. Так, общее количество дискретных входов системы (модуля ПЛК и модулей расширения) не может превышать 24, а число дискретных выходов не может превышать 16.
 
Дополнительные модули могут иметь дискретные входы/выходы (как с транзисторным ключом на выходе (ток до 0,3А), так и имеющие реле для коммутации сигналов с током до 10А), аналоговые входы/выходы 0-10 В или 4-20 мА (при этом некоторые модули имеют уже заложенную характеристику для термосопротивлений типа Pt100 и Pt1000, позволяющую иметь в системе измеритель температуры для возможности построения достаточно функциональной системы).
 
Количество аналоговых входов и выходов также ограничено. В системе может быть не более 8 аналоговых входов и 2 аналоговых выходов.
 
Дальнейшее расширение возможно при использовании центрального ПЛК типа LOGO 0BA7(отличия от других типов ПЛК будут даны ниже), имеющего в своем составе порт Ethernet, что позволяет расширить систему за счет сетевого обмена с другими системами на базе LOGO 0BA7 со своими модулями расширения.
 
Но, и в этом случае, система будет иметь ограничения. Максимальное число входных дискретных сигналов в системе не может превышать 64, выходных – 64, аналоговых входов – 32, аналоговых выходов – 16. При этом важно понимать, что программу может выполнять только один ПЛК, работающий в режиме Master, а остальные, работая в режиме Slave, обеспечивают взаимодействие Master с модулями расширения ПЛК, работающими в режиме Slave.
 
 
Рис.2 Конфигурация расширения LOGO
 
В линейке LOGO имеются следующие типы центральных ПЛК:

Рис.3 LOGO BASIC тип 0BA6
 
LOGO BASIC тип 0BA6 – содержат в своем составе ЖК-экран, позволяющий отображать любые данные из программы пользователя и осуществлять программирование модуля.

Рис.4 LOGO PURE тип 0BA6 – упрощенный вариант. Не имеет экрана

Рис.5 LOGO BASIC тип 0BA7
 
LOGO BASIC тип 0BA7 содержат в своем составе ЖК-экран, позволяющий отображать любые данные из программы пользователя и осуществлять программирование модуля. Имеются центральные ПЛК с питанием +24В, +12 +24В, ~24В, ~115~240 В. Также имеются модули типа SIPLUS LOGO, работающие в расширенном температурном диапазоне и при высокой влажности.
 
Типы 0BA6 и 0BA7 имеют следующие отличия:
Число исполняемых функциональных блоков:  для 0BA6 – 200, для 0BA7 – 400.
Порт программирования: последовательный порт LOGO для 0BA6, Ethernet для 0BA7.
Возможность расширения, кроме своих модулей расширения: для 0BA6 нет, Ethernet есть.
Также модули типа 0BA7 имеют дополнительные улучшения в виде исполнения пользовательских функций, большего числа аналоговых и дискретных флагов и т.д.
Учитывая, что стоимость модулей LOGO BASIC тип 0BA6 составляла в 2012 году около 120 евро и кабель для его программирования стоил еще 80 евро, а LOGO BASIC тип 0BA7 не нуждается в кабеле программирования и стоит 200 евро (обладая при этом существенно большими возможностями) приобретение модуля типа LOGO BASIC типа 0BA6 неоправданно.
 
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ
 
В системах на базе модулей LOGO HMI интерфейс (взаимодействие с пользователем) может быть реализован следующим образом:
 
В модулях LOGO BASIC за счет имеющегося ЖК-экрана, позволяющего отображать до 4-х буквенно-цифровых строк до 12 символов на строку (на разных языках, включая русский). Подсветка экрана регулируется из программы.
 
LOGO TD имеет возможность выводить 4 строки по 24 символа на строку, до 4-х бар графиков. Также доступны 10 сенсорных кнопок.

Рис.6 Внешний экран LOGO TD
 
Монтаж модулей LOGO осуществляется на стандартную профильную 35 мм DIN-рейку.
   
Рис.7 35 мм DIN-рейка
 
В качестве альтернативного крепления на модуле предусмотрены крепления на щит в виде «ушек» по болты. Сочленение модулей расширения с ПЛК и остальными модулями происходит при помощи разъемов типа “папа” и “мама” на боковых сторонах модуля (расположены под пластиковой заглушкой).
 
ПРОГРАММИРОВАНИЕ
 
Программирование с экрана модуля осуществляется на языке FBD. Процесс программирования заключается в выборе необходимой функции из библиотеки, определении привязок к входам/выходам или другим функциям, а также установки параметров функции при необходимости. Данный вид программирования очень сложен и требует большого внимания. Его использование целесообразно, скорее, для корректировки существующей программы, чем для набора программы с нуля (за исключением только очень простых программ).
 
Программирование с помощью карты памяти
 
Смысл заключается в том, что программа (заранее созданная) сначала записывается на карту памяти, а затем вставляется в паз для модуля памяти в модуле LOGO. После подачи питания на модуль LOGO PURE, программа автоматически копируется в память модуля и начинает выполняться. В модулях типа LOGO BASIC на экран выводится сообщение о необходимости скопировать программу во внутреннюю память. Для массового программирования модулей памяти может быть использован специальный программатор.
 
 
Рис.8 Программатор

Рис.9 Модули памяти для LOGO тип 0BA6.
 
Для LOGO тип 0BA7 используется стандартная карта SD.
 
Программирование с помощью LOGO SOFT COMFORT
 
Используется специальная программа, устанавливаемая на РС, и потом записываемая в модуль. Программа поддерживает набор и симуляцию программы модуля.

Рис. 10 LOGO SOFT COMFORT
 

Рис. 11 Рабочий экран LOGO SOFT COMFORT
 
Для заливки программы в модуль LOGO тип 0BA6 используется специальный кабель COM или USB.

Рис. 12 Кабель COM или USB
 
Для обучения работы с LOGO фирмой Siemens выпускается набор LOGO! TD NEWS BOX

Рис. 13 Набор LOGO! TD NEWS BOX
 
В пластмассовом чемодане находится модуль LOGO! 230 RC или LOGO! 12/24 RC (с TD News Box: LOGO! 12/24 RCo (без дисплея), LOGO! USB-кабель для подключения к ПК, LOGO! Soft Comfort — программное обеспечение для программирования ПЛК, руководство пользователя LOGO на CD.
 
LOGO! News Box TD также содержит LOGO! Текстовый дисплей TD с соединительным кабелем.
 
КОНТРОЛЛЕРЫ SIEMENS S7-200
 
Линейка начального уровня ПЛК представлена контроллерами SIEMENS S7-200. Это уже вполне адекватные ПЛК, позволяющие реализовать автоматические системы высокой сложности. Естественно, предусмотрено расширение за счет различных модулей.
 
Также существует ограничение на расширение системы. В таблице приведены типы ПЛК, встроенные выхода/выхода и допустимые расширения.

Рис.14 Сравнение моделей 200-ой серии
 
Модули расширения имеют в своей номенклатуре модули работы с термосопротивлениями различных типов и термопарами, модули позиционирования, весоизмерительные модули, различные коммуникационные модули.

Рис. 15
 
ПЛК.

Рис 16
 
Модули дискретных входов/выходов.

Рис. 17
 
Коммуникационные модули
 
Дальнейшее расширение возможно при использовании встроенного интерфейса PPI / MPI. При организации сети PPI может быть использовано до 32 станций.

Рис. 18
 
При этом все контроллеры S7-200 могут выступать как равноправные устройства, генерирующие запросы и отвечающие на них.
 
При работе в сети типа MPI (для организации взаимодействия с ПЛК типа S7-300 или S7-400), ПЛК S-200 будет выступать как ведомое устройство. Имеются центральные ПЛК с питанием +24В, ~120~230В.
 
Также имеются модули типа SIPLUS S7-200, работающие в расширенном температурном диапазоне и высокой влажности.
 
Взаимодействие с пользователем
 
В системах на базе S7-200 HMI-интерфейс (взаимодействие с пользователем) может быть реализован следующим образом:
 
1) Панели текстовые и графические. Панели подключаются по интерфейсу PPI

Рис. 19
 
2) HMI-интерфейс на PC: реализуется средствами программ Protool или WinCC.
 
 
Рис. 20
 
Монтаж ПЛК с модулями осуществляется на стандартную профильную 35 мм DIN-рейку. В качестве альтернативного крепления на модуле предусмотрены крепления на щит в виде «ушек» по болты. Сочленение модулей расширения с ПЛК и остальными модулями происходит при помощи гибкого кабеля на боковой стороне каждого модуля (расположены под пластиковой заглушкой).
 
Рис. 21

Рис. 22
 
Программирование всегда ведется из программы STEP 7 MicroWin, отличаются только способы загрузки программы в ПЛК.
 
1) Через кабель PC / PPI

Рис. 23
 
2) Через Industrial Ethernet, при наличии в системе коммуникационного модуля CP243-1.
 
3) Через модемную связь, при наличии в системе коммуникационного модуля CP241.
 
При программировании используется программа STEP7 MicroWin на языках LAD, STL или FBD. Кроме того, в MicroWin осуществляется настройка панелей оператора TD200 и TD400, а также коммуникационных модулей.
 
 
Рис. 24
 
 
Рис. 25
 
Пакет STEP 7 MicroWin имеет множество встроенных библиотек и мастеров настройки модулей.
 
Необходимо отметить, что на данный момент Siemens рекомендует для замены ПЛК SIMATIC S7-200 ПЛК SIMATIC S7-1200. S7-1200 обладают большими возможностями. К ним можно отнести: меньший размер корпусов, больший размер памяти, большее число поддерживаемых входов в системе и меньшую цену.

Рис. 26
 
Для написания программы используется пакет STEP 7 BASIC, в котором интегрированы средства написания и отладки программ для ПЛК, а также пакет WinCC Basic для создания HMI на базе панелей KT и KTP.
 
STEP 7 BASIC поддерживает симуляцию своими средствами (в отличие от STEP 7 MicroWin). Также STEP 7 BASIC не поддерживает язык программирования STL (по крайней мере v10 точно). Это лишь подтверждает мою уверенность в том, что ПЛК S7-200 и S7-1200 наиболее удобно программировать в языке графического вида типа LAD или FBD. Сложные системы уже реализуются на ПЛК S7-300 и S7-400 и могут быть запрограммированы на STL. Код, написанный на LAD, просто нечитабелен при большом объеме, и его проще писать на STL. Естественно это создает неудобства для тех, кто уже глубоко освоил программирование на STL и кому приходиться осваивать LAD для обслуживания S7-1200. Предусмотрена утилита для конвертирования проектов для S7-200 в S7-1200, но на форуме, посвященном ПЛК Siemens, неоднократно публиковались отзывы, связанные с проблемами при конвертации проектов.
 
КОНТРОЛЛЕРЫ SIEMENS S7-300

Рис. 27
 
Модульные программируемые контроллеры для решения задач автоматизации среднего уровня сложности. Являются наиболее яркими и, наверное, самыми востребованными представителями ПЛК фирмы Siemens. Существенные возможности для расширения – до 32 модулей (4 ряда по 8 модулей в каждом) – позволяют обслуживать огромное количество сигналов (до 8200 дискретных и 512 аналоговых). Набор встроенных технологических функций позволяет решать задачи скоростного счета, измерения частоты или длительности периода, ПИД-регулирования, позиционирования, перевода части дискретных выходов в импульсный режим.

Рис. 28
 
Монтаж осуществляется на профильную шину S7-300. Фиксация в рабочих положениях осуществляется винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливаемых на тыльную часть корпуса.

Рис. 29

Рис. 30 Шинный соединитель
 
Произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места занимают только модули блока питания, CPU и коммуникационного модуля. Наличие съемных cоединителей позволяет производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощает выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Возможна установка в систему так называемых Dummy-модулей для резервирования места в системе под дальнейшее расширение. Эти модули не выполняют никаких функций, кроме обеспечения целостности шины системы.
 
HMI может быть реализован как на базе панелей оператора, так и на базе PC программами Protool или WinCC. Программирование осуществляется из среды STEP7 Professional (на данный момент интегрирована со средой разработки HMI WinCC). Запись и отладка программы возможна через любой доступный в системе интерфейс.
 
SIMATIC S7-400

Рис. 31
 
Модульный программируемый контроллер для решения сложных задач автоматического управления. В системах S7-400 возможна замена модулей расширения без выключения контроллера за счет расположения шины непосредственно в стойке. Также на ПЛК S7-400 возможно построение так называемых H-систем (систем двойного резервирования), имеющих два CPU, программа в которых выполняется параллельно и переключение между управляющими контроллерами происходит без прерывания технологического процесса.
 
Основные характеристики приведены в таблице ниже:

Рис. 32
 
Программирование и настройка, также как и для S7-300, осуществляется из пакета STEP 7.
 
Ну и, наконец, SIMATIC S7-1500 – новое решение от Siemens.

Рис. 33
 
Просто неограниченные возможности за счет увеличенного быстродействия и огромного количества памяти. Время выполнения логической операции 1 нс. Скорость обмена по внутренней шине до 400 Мб/с. Также изменилось качество программой поддержки ПЛК. Теперь в программе хранятся и символьные имена и комментарии, есть поддержка 64-битных данных. Монтаж осуществляется либо с помощью шинных соединителей, как S7-300, либо на активную встроенную шину.
 

 

http://ua.automation.com

Предыдущие статьи