Альтернатива контролерів Siemens I частина.
Siemens Simatic і Logo. Шукаємо альтернативи
Олег Иванин
У цій статті ми спробуємо порівняти за основними параметрами лінійки від ПЛК Siemens, провідної фірми виробника, і Hitachi.
Чим викликана необхідність такого порівняння? Перш за все, тим, що інженеру розробнику систем АСУ ТП, зокрема, системного інтегратору, фактично, кожен день доводиться вирішувати завдання оптимізації матеріальних витрат на реалізацію проекту при збереженні функціональності, описаної в технічному завданні. Часто замовник вказує тип основного обладнання, наприклад, Siemens. Фахівці чудово знають, що це відомий, дійсно передовий виробник обладнання АСУ ТП, зокрема PLC. Втім, він, також, є «передовим» і по вартості. Тому розробнику доводиться шукати альтернативи по застосуванню, які не поступалися в функціональності PLC Siemens.
У статті буде дано короткий огляд випускаються цими фірмами лінійок ПЛК з описом конструктиву, основних функціональних можливостей, обмежень, засобів програмування і налагодження. При написанні огляду використовувалися відкриті інтернет-джерела постачальників даного обладнання.
В якості опорної для порівняння назвімо лінійку PLC Siemens, найбільш популярну в системах АСУ ТП виробничих ліній, машинобудування та спеціального обладнання. При порівнянні, зокрема, з виробником Hitachi, детальніше будемо зупинятися на характеристиках відмінних від опорних (Siemens). Почнемо з короткого огляду опорної лінійки.
ПРОГРАМОВАНІ КОНТРОЛЕРИ SIEMENS
Лінійка нижнього рівня ПЛК представлена логічними контролерами LOGO. Вони відмінно підходять для створення засобів найпростішої автоматизації і заміни різноманітних таймерів, реле часу і т. д. Є можливість розширення за рахунок різних модулів.
Рис. 1 Зовнішній вигляд контролера Siemens LOGO
Існує обмеження на розширення системи. Так, загальна кількість дискретних входів системи (модуля ПЛК і модулів розширення) не може перевищувати 24, а кількість дискретних виходів не може перевищувати 16.
Додаткові модулі можуть мати дискретні входи/виходи (як з транзисторним ключем на виході (струм до 0,3 А), так і мають реле для комутації сигналів з струмом до 10А), аналогові входи/виходи 0-10 або 4-20 мА (при цьому деякі модулі мають вже закладену характеристику для термоопорів типу Pt100 і Pt1000, що дозволяє мати в системі вимірювач температури для можливості побудови досить функціональної системи).
Кількість аналогових входів і виходів також обмежена. У системі може бути не більше 8 аналогових входів і 2 аналогових виходів.
Подальше розширення можливе при використанні центрального ПЛК типу LOGO 0BA7(відмінності від інших типів ПЛК будуть наведені нижче), що має у своєму складі порт Ethernet, що дозволяє розширити систему за рахунок мережевого обміну з іншими системами на базі LOGO 0BA7 зі своїми модулями розширення.
Але, і в цьому випадку, система буде мати обмеження. Максимальне число вхідних дискретних сигналів в системі не може перевищувати 64, вихідних – 64, аналогових входів – 32, аналогових виходів – 16. При цьому важливо розуміти, що програму може виконувати тільки один ПЛК, що працює в режимі Master, а решта, працюючи в режимі Slave, забезпечують взаємодію Master з модулями розширення ПЛК, що працюють у режимі Slave.
Рис.2 Конфігурація розширення LOGO
В лінійці LOGO є наступні типи центральних ПЛК:
Рис.3 LOGO BASIC тип 0BA6
LOGO BASIC тип 0BA6 – містять у своєму складі РК-екран, що дозволяє відображати будь-які дані з програми користувача і здійснювати програмування модуля.
Рис.4 LOGO PURE тип 0BA6 – спрощений варіант. Не має екрану
Рис.5 LOGO BASIC тип 0BA7
LOGO BASIC тип 0BA7 містять у своєму складі РК-екран, що дозволяє відображати будь-які дані з програми користувача і здійснювати програмування модуля. Є центральні ПЛК з живленням +24 В, +12 +24В, ~24В, ~115~240 Ст. Також є модулі типу SIPLUS LOGO, що працюють в розширеному температурному діапазоні і при високій вологості.
Типи 0BA6 і 0BA7 мають наступні відмінності:
Число виконуваних функціональних блоків: для 0BA6 – 200, для 0BA7 – 400.
Порт програмування: послідовний порт LOGO 0BA6, Ethernet для 0BA7.
Можливість розширення, крім своїх модулів розширення: для 0BA6 немає, Ethernet є.
Також модулі типу 0BA7 мають додаткові покращення у вигляді виконання функцій користувача, більшого числа аналогових і дискретних прапорів і т. д.
Враховуючи, що вартість модулів LOGO BASIC тип 0BA6 становила в 2012 році близько 120 євро і кабель для його програмування коштував ще 80 євро, а LOGO BASIC тип 0BA7 не потребує кабелі програмування і коштує 200 євро (володіючи при цьому істотно великими можливостями) придбання модуля типу LOGO BASIC типу 0BA6 невиправдано.
ВЗАЄМОДІЯ З КОРИСТУВАЧЕМ
У системах на базі модулів LOGO HMI інтерфейс (взаємодія з користувачем) може бути реалізований наступним чином:
В модулях LOGO BASIC за рахунок наявного РК-екрану, що дозволяє відображати до 4-х буквено-цифрових рядків до 12 символів на рядок (на різних мовах, включаючи російську). Підсвічування екрана регулюється з програми.
LOGO TD має можливість виводити 4 рядки по 24 символу рядка, до 4-х бар графіків. Також доступні 10 сенсорних кнопок.
Рис.6 Зовнішній екран LOGO TD
Монтаж модулів LOGO здійснюється на стандартну профільну 35 мм DIN-рейку.
Рис.7 35 мм DIN-рейку
В якості альтернативного кріплення на модулі передбачено кріплення на щит у вигляді «вушок» з болти. Зчленування модулів розширення з ПЛК і іншими модулями відбувається за допомогою роз'ємів типу "тато" і "мама" на бічних сторонах модуля (розташовані під пластиковою заглушкою).
ПРОГРАМУВАННЯ
Програмування з екрану модуля здійснюється мовою FBD. Процес програмування полягає у виборі необхідної функції з бібліотеки, визначенні прив'язок до входів/виходів або інших функцій, а також встановлення параметрів функції при необхідності. Даний вид програмування дуже складний і вимагає великої уваги. Його використання доцільне, швидше, для коригування існуючої програми, ніж для набору програми з нуля (за винятком тільки дуже простих програм).
Програмування за допомогою карти пам'яті
Сенс полягає в тому, що програма (заздалегідь створена) спочатку записується на карту пам'яті, а потім вставляється в паз для модуля пам'яті в модулі LOGO. Після подачі живлення на модуль LOGO PURE, програма автоматично копіюється в пам'ять модуля і починає виконуватися. У модулях типу LOGO BASIC на екран виводиться повідомлення про необхідність скопіювати програму у внутрішню пам'ять. Для масового програмування модулів пам'яті може бути використаний спеціальний програматор.
Рис.8 Програматор
Рис.9 Модулі пам'яті для LOGO тип 0BA6.
Для LOGO тип 0BA7 використовується стандартна карта SD.
Програмування LOGO SOFT COMFORT
Використовується спеціальна програма, що встановлюється на РС, і потім записувана в модуль. Програма підтримує набір і симуляцію програми модуля.
Рис. 10 LOGO SOFT COMFORT
Рис. 11 Робочий екран LOGO SOFT COMFORT
Для заливки програми модуль LOGO тип 0BA6 використовується спеціальний кабель COM або USB.
Рис. 12 Кабель COM або USB
Для навчання роботи з LOGO фірмою Siemens випускається набір LOGO! TD NEWS BOX
Рис. 13 Набір LOGO! TD NEWS BOX
В пластмасовому валізі міститься модуль LOGO! 230 RC або LOGO! 12/24 RC (з TD News Box: LOGO! 12/24 RCo (без дисплея), LOGO! USB-кабель для підключення до ПК, LOGO! Soft Comfort — програмне забезпечення для програмування ПЛК, керівництво користувача LOGO на CD.
LOGO! News Box TD також містить LOGO! Текстовий дисплей TD зі з'єднувальним кабелем.
КОНТРОЛЕРИ SIEMENS S7-200
Лінійка початкового рівня ПЛК представлена контролерами SIEMENS S7-200. Це вже цілком адекватні ПЛК, що дозволяють реалізувати автоматичні системи високої складності. Природно, передбачено розширення за рахунок різних модулів.
Також існує обмеження на розширення системи. У таблиці наведені типи ПЛК, вбудовані виходу/виходу і допустимі розширення.
Рис.14 Порівняння моделей 200-ой серії
Модулі розширення мають у своїй номенклатурі модулі роботи з термосопротивлениями різних типів і термопарами, модулі позиціонування, ваговимірювальні модулі, різні комунікаційні модулі.
Рис. 15
ПЛК.
Рис 16
Модулі дискретних входів/виходів.
Рис. 17
Комунікаційні модулі
Подальше розширення можливе при використанні вбудованого інтерфейсу PPI / MPI. При організації мережі PPI може бути використано до 32 станцій.
Рис. 18
При цьому всі контролери S7-200 можуть виступати як рівноправні пристрої, що генерують запити і відповідають на них.
При роботі в мережі типу MPI (для організації взаємодії з ПЛК типу S7-300 або S7-400), ПЛК S-200 буде виступати як ведений пристрій. Є центральні ПЛК з живленням +24В, ~120~230В.
Також є модулі типу SIPLUS S7-200, які працюють в розширеному температурному діапазоні і високої вологості.
Взаємодія з користувачем
У системах на базі S7-200 HMI-інтерфейс (взаємодія з користувачем) може бути реалізований наступним чином:
1) Панелі текстові та графічні. Панелі підключаються по інтерфейсу PPI
Рис. 19
2) HMI-інтерфейс на PC: реалізується засобами програм Protool або WinCC.
Рис. 20
Монтаж ПЛК з модулями здійснюється на стандартну профільну 35 мм DIN-рейку. В якості альтернативного кріплення на модулі передбачено кріплення на щит у вигляді «вушок» з болти. Зчленування модулів розширення з ПЛК і іншими модулями відбувається за допомогою гнучкого кабелю на бічній стороні кожного модуля (розташовані під пластиковою заглушкою).
Рис. 21
Рис. 22
Програмування завжди ведеться з програми STEP 7 MicroWin, відрізняються тільки способи завантаження програми в ПЛК.
1) Через кабель PC / PPI
Рис. 23
2) Через Industrial Ethernet, при наявності в системі комунікаційного модуля CP243-1.
3) Через модемний зв'язок, при наявності в системі комунікаційного модуля CP241.
При програмуванні використовується програма STEP7 MicroWin мовами LAD, STL або FBD. Крім того, в MicroWin здійснюється настроювання панелей оператора TD200 і TD400, а також комунікаційних модулів.
Рис. 24
Рис. 25
Пакета STEP 7 MicroWin має безліч вбудованих бібліотек та майстрів налаштування модулів.
Необхідно відзначити, що на даний момент Siemens рекомендує для заміни ПЛК SIMATIC S7-200 ПЛК SIMATIC S7-1200. S7-1200 володіють великими можливостями. До них можна віднести: менший розмір корпусів, більший розмір пам'яті, більше число підтримуваних входів в систему і меншу ціну.
Рис. 26
Для написання програми використовується пакет STEP 7 BASIC, в якому інтегровані засоби написання і налагодження програм для ПЛК, а також пакет WinCC Basic для створення HMI на базі панелей KT і KTP.
STEP 7 BASIC підтримує симуляцію своїми засобами (на відміну від STEP 7 MicroWin). Також STEP 7 BASIC не підтримує мову програмування STL (принаймні v10 точно). Це лише підтверджує мою впевненість у тому, що ПЛК S7-200 і S7-1200 найбільш зручно програмувати в мові графічного вигляду типу LAD або FBD. Складні системи вже реалізуються на ПЛК S7-300 і S7-400 і можуть бути запрограмовані на STL. Код, написаний на LAD, просто нечитабелен при великому обсязі, і його простіше писати на STL. Природно це створює незручності для тих, хто вже глибоко опанував програмування на STL і кому доводиться освоювати LAD для обслуговування S7-1200. Передбачена утиліта для конвертування проектів для S7-200 в S7-1200, але на форумі, присвяченому ПЛК Siemens, неодноразово публікувалися відгуки, пов'язані з проблемами при конвертації проектів.
КОНТРОЛЕРИ SIEMENS S7-300
Рис. 27
Модульні програмовані контролери для вирішення завдань автоматизації середнього рівня складності. Є найбільш яскравими і, напевно, найбільш затребуваними представниками ПЛК фірми Siemens. Істотні можливості для розширення до 32 модулів (4 ряди по 8 модулів у кожному) – дозволяють обслуговувати величезну кількість сигналів (до 8200 дискретних і 512 аналогових). Набір вбудованих технологічних функцій дозволяє вирішувати завдання швидкісного рахунки, вимірювання частоти або тривалості періоду, ПІД-регулювання, позиціювання, переведення частини дискретних виходів у імпульсний режим.
Рис. 28
Монтаж здійснюється на профільну шину S7-300. Фіксація в робочих положеннях здійснюється гвинтами. Об'єднання модулів в єдину систему виконується з допомогою шинних з'єднувачів (входять в комплект поставки кожного модуля), що встановлюються на тильну частину корпусу.
Рис. 29
Рис. 30 Шинний з'єднувач
Довільний порядок розміщення модулів в монтажних стійках. Фіксовані посадочні місця займають тільки модулі блоку живлення, CPU і комунікаційного модуля. Наявність знімних з'єднувачів дозволяє проводити швидку заміну модулів без демонтажу їх зовнішніх ланцюгів і спрощує виконання операцій підключення зовнішніх ланцюгів модулів. Можлива установка в систему так званих Dummy-модулів для резервування місця в системі під подальше розширення. Ці модулі не виконують ніяких функцій, крім забезпечення цілісності шини системи.
HMI може бути реалізований як на базі панелей оператора, так і на базі PC програмами Protool або WinCC. Програмування здійснюється з середовища STEP7 Professional (на даний момент інтегрована з середовищем розробки HMI WinCC). Запис і налагодження програми можлива через будь-який доступний в системі інтерфейс.
SIMATIC S7-400
Рис. 31
Модульний програмований контролер для вирішення складних завдань автоматичного управління. У системах S7-400 можлива заміна модулів розширення без виключення контролера за рахунок розташування шини безпосередньо в стійці. Також на ПЛК S7-400 можливо побудова так званих H-систем (систем подвійного резервування), що мають два CPU, програма в яких виконується паралельно і перемикання між керуючими контролерами відбувається без переривання технологічного процесу.
Основні характеристики наведені в таблиці нижче:
Рис. 32
Програмування і налагодження, також як і для S7-300, здійснюється з пакета STEP 7.
Ну і, нарешті, SIMATIC S7-1500 – нове рішення від Siemens.
Рис. 33
Просто необмежені можливості за рахунок збільшення швидкодії і величезної кількості пам'яті. Час виконання логічної операції 1 нс. Швидкість обміну по внутрішній шині до 400 Мб/с. Також змінилася якість програмою підтримки ПЛК. Тепер у програмі зберігаються і символьні імена та коментарі, є підтримка 64-бітних даних. Монтаж здійснюється або за допомогою шинних з'єднувачів, як S7-300, або на активну вбудовану шину.
