Interfejsy obiektowe w procesach produkcyjnych Przegląd i analiza porównawcza wybranych sterowników PLC i urządzeń PAC w odniesieniu do współpracy z sieciami informatycznymi. Przygotowali: Babisz Grzegorz Kudłacik Tomasz

Program prezentacji Zarys historyczny Budowa sterownika PLC Języki programowania Sterowniki PLC – przegląd Ogólne informacje o sieciach Możliwości komunikacyjne S7-300 Kontrolery PAC

Zarys historyczny

Zarys historyczny W 1968r. w firmie General Motors ustalono kryteria dla sterownika programowalnego. Celem było zastąpienie drogich i nieelastycznych układów sterowania przekaźnikowego. Przyjęto następujące założenia: • Łatwość programowania i przeprogramowania, stosownie do zmieniających się warunków pracy • Łatwość utrzymania w ruchu produkcyjnym, z możliwością napraw przez wymianę instalowanych modułów • Większa niezawodność w warunkach przemysłowych, przy mniejszych gabarytach niż sprzęt przekaźnikowy • Koszty porównywalne ze stosowanymi panelami przekaźnikowymi i szafami sterowniczymi

Zarys historyczny Za pierwszy sterownik jest uznawany, zaprojektowany przez Dicka Morleya w 1969 r., Modicon model 084, który zastąpił tradycyjne sterowanie przekaźnikowe. Ważył on 46kg i posiadał pamięć o rozmiarze 4kB! Popularność sterowników PLC rozpoczęła się na początku lat 70-tych. Początkowo sterowniki te zostały zaakceptowane przez przemysł samochodowy. Ich głównym zastosowaniem było zastąpienie układów przekaźnikowych w urządzeniach sterowania sekwencyjnego oraz w podobnych urządzeniach sterowania logicznego.

Zarys historyczny Z początkiem lat osiemdziesiątych XX w. zaczęto w sterownikach wprowadzać moduły inteligentne, które wyposażone we własne procesory – mogły realizować znacznie bardziej złożone funkcje obliczeniowe. Sterowniki PLC zaczęły także zastępować nie tylko przekaźnikowe układy sterowania logicznego, lecz także regulatory analogowe, a nawet mikrokomputery.

Budowa sterownika PLC

Budowa sterownika PLC Sterownik PLC (Programmable Logic Controller) jest to elektroniczne urządzenie cyfrowe wykorzystujące programowalną pamięć w celu przechowania instrukcji (program sterowania) i implementujące funkcje logiczne, sekwencyjne, czasowe, licznikowe i arytmetyczne do sterowania i regulacji procesów przemysłowych. Sterowniki programowalne PLC są komputerami przemysłowymi, które pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego: zbierają pomiary za pośrednictwem modułów wejściowych z analogowych i dyskretnych czujników oraz urządzeń pomiarowych, transmitują dane za pomocą modułów i łącz komunikacyjnych, wykonują programy aplikacyjne na podstawie przyjętych parametrów i uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie, generują sygnały sterujące zgodnie z wynikami obliczeń tych programów i przekazują je poprzez moduły wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych, realizują funkcje diagnostyki programowej i sprzętowej.

Budowa sterownika PLC Cechy sterowników PLC: przystosowanie modułów wejść i wyjść do standardów napięć przemysłowych, duża obciążalność prądowa wyjść, umożliwiająca bezpośrednie sterowanie układów wykonawczych, przystosowanie konstrukcyjne do montażu w bezpośrednim otoczeniu obiektu sterowanego, duża odporność na działania środowiska przemysłowego, bez konieczności okresowej obsługi i konserwacji, możliwości komunikacyjne (rodzaje obsługiwanych sieci, np. (Profibus DP, DeviceNet); szybkość przetwarzania, modułowość dokładność łatwość programowania

urządzenia peryferyjnego Stopień przetwarzający Budowa sterownika PLC Przełącznik Moduł wejść CPU Moduł wyjść 2 4 5 1 Przełącznik Lampka Switching switch Stycznik Pamięć Pamięć danych Pamięć programu Przełącznik Zawór Zasilacz Jednostka Artmetyczno-Logiczna (COM) (COM) Zasilacz Interfejs do urządzenia peryferyjnego Moduł zasilacza DC 24V AC 100V AC 200V Urządzenie peryferyjne Stopień wejściowy Stopień przetwarzający Stopień wyjściowy

Budowa sterownika PLC Cykl pracy sterownika Start X0 X1 Xn . . . . . . Kasowanie pamięci wyjściowej X0 X1 Xn . . . . . . Odczyt wejść i sygnałów stanu oraz zapis do pamięci obrazu wejść Obwód wejściowy Obraz przetwarzanych wejść Program sterujący w PLC Instrukcja 1 Instrukcja 2 Instrukcja 3 … Instrukcja n Obraz przetwarzanych wejść Przekazanie do wyjść obrazu procesu Obwód wyjściowy . . . . . . Y0 Y1 Yn

Budowa sterownika PLC Pod względem budowy sterowniki dzielimy na dwie zasadnicze grupy: kompaktowe (o architekturze sztywnej) o prostej budowie i zazwyczaj małych wymiarach konstrukcja sterownika integruje w jednej obudowie: zasilacz, jednostkę centralną oraz moduły wejść i wyjść modułowe (o architekturze elastycznej) charakteryzują się elastyczną konstrukcją, w której własności funkcjonalne użytkownik sam konfiguruje poprzez dobór odpowiednich modułów, takich jak: jednostka centralna, moduły wejść-wyjść, moduły komunikacyjne, moduły specjalne.

Języki programowania

Standaryzacja języków systemów przemysłowych Języki programowania Standaryzacja języków systemów przemysłowych

IEC 61131 - 3 Języki programowania W STEROWNIKACH PLC ZGODNIE Z ZALECENIAMI NORMY IEC 61131 - 3 MAMY NASTEPUJĄCE JEZYKI PROGRAMOWANIA

Języki programowania FBD ( TZW .SCHEMAT BLOKÓW FUNKCYJNYCH) Z ANG. FUNCTION BLOCK DIAGRAM ST ( TZW . JĘZYK STRUKTURALNY ) Z ANG. Structured Text LAD ( TZW. SCHEMAT DROBINKOWY ) Z ANG. LADDER DIAGRAM LI ( TZW . LISTA INSTRUKCJI ) Z ANG. INSTRUCTION LIST

JĘZYK PROGRAMOWANIA „SFC” Języki programowania JĘZYK PROGRAMOWANIA „SFC” PRZEJŚCIE Bez warunkowe KROK POCZĄTKOWY FBD LI LAD KROK Do zrealizowania w programie ST PRZEJŚCIE Warunkowe

PORÓWNANIE DWUCH PRODUCENTÓW STEROWNIKÓW Języki programowania PORÓWNANIE DWUCH PRODUCENTÓW STEROWNIKÓW JĘZYKÓW PROGRAMOWANIA „ SIEMENS ” „ MITSUBISHI ” LAD - SCHEMAT DROBINKOWY LAD - SCHEMAT DROBINKOWY LI - LISTA INSTRUKCJI LI - LISTA INSTRUKCJI

PORÓWNANIE DWUCH PRODUCENTÓW STEROWNIKÓW Języki programowania PORÓWNANIE DWUCH PRODUCENTÓW STEROWNIKÓW JĘZYKÓW PROGRAMOWANIA „ MITSUBISHI ” „ SIEMENS ” FBD - SCHEMAT BLOKÓW FUNKCYJNYCH FBD - SCHEMAT BLOKÓW FUNKCYJNYCH UWAGA KONWERSJA MIĘDZY JĘZYKAMI PROGRAMOWANIA NIE ZAWSZE JEST MOŻLIWA W STEROWNIKU

Sterowniki PLC - przegląd

Sterowniki PLC-przegląd Główni producenci sterowników: AMERICAN 1. Allen Bradley 2. Gould Modicon 3. Texas Instruments 4. General Electric 5. Westinghouse 6. Cutter Hammer 7. Square D EUROPEAN 1. Siemens 2. Klockner & Mouller 3. Festo 4. Telemechanique JAPANESE 1. Toshiba 2. Omron 3. Fanuc 4. Mitsubishi

Sterownik kompaktowy MITSUBISHI FX1S Sterowniki PLC Zaciski zasilania Zaciski wejściowe Złącze modułu komunikacyjnego Złącze programujące Panel FX1N-5DM Zaciski wyjściowe Wyjście 24 V DC Dwa potencjometry Przełącznik RUN/STOP Sterownik kompaktowy MITSUBISHI FX1S

Sterownik kompaktowy Siemens LOGO! Sterowniki PLC Zaciski zasilania Zaciski wejściowe Panel LOGO 230RC Złącze modułów rozszerzających Złącze programujące Zaciski wyjściowe Wyjście 24 V DC Przełącznik RUN/STOP Sterownik kompaktowy Siemens LOGO!

Sterownik modułowy Siemens Simatic S7-300 Sterowniki PLC Zasilacz Jednostka CPU Moduły WEJŚĆ/WYJŚĆ Sterownik modułowy Siemens Simatic S7-300

Sterowniki PLC Moduł interfejsu (IM) – np.: moduły IM 360/IM361 i IM 365 umożliwiają tworzenie konfiguracji wielorzędowych Moduły funkcyjne (FM) – Realizują specjalizowane funkcje tj.: - Liczenie - Pozycjonowanie - Regulację - Ważenie Procesor komunikacyjny (CP) – Pozwala na podpięcie się do sieci: - punkt-punkt - PROFIBUS - Industria Ethernet

Sterowniki PLC SIMATIC S7-300 - stanowi nowoczesną i uniwersalną platformę systemu automatyki. Umożliwia budowę autonomicznych jak i rozproszonych układów sterowania wykorzystujących sieci komunikacyjne. Cechy sterownika S7-300: Maksymalna liczba we/wy cyfr:. 65536 Maksymalna liczba we/wy analog:. 4096 Modułowa konstrukcja Duży wybór modułów wejścia/wyjścia Możliwość budowy zdecentralizowanych struktur sterowniczy Brak ruchomych części mechanicznych (wentylatora) Możliwość łatwej rozbudowy Duża moc obliczeniowa procesora

Sterowniki PLC Jednostki centralne SIMATIC S7-300 występują w wielu odmianach i różnią się między sobą wielkością pamięci, zasobami komunikacyjnymi oraz mocą obliczeniową. Szeroki wybór procesorów CPU umożliwia stosowanie S7-300 zarówno w niewielkich i mało wymagających aplikacjach jak i w systemach sterowania złożonymi procesami technologicznymi.

Sterownik modułowy MITSUBISHI Melsec SERII Q Sterowniki PLC Jednostka centralna CPU Płyta bazowa Tzw. RACK Moduły We/Wy Moduły SERWO Moduły KOMUNIKACYJNE Zasilacz 24V Sterownik modułowy MITSUBISHI Melsec SERII Q

Sterowniki PLC Cechy szczególne sterownika Melsec serii Q: do 4096 lokalnych we/wy do 8192 zdalnych we/wy zmienna logika we/wy technologia wieloprocesorowa, z możliwością użycia 12 różnych typów procesorów z 3 rodzin (PLC, PC i procesory ruchu) szerokie możliwości komunikacyjne łatwa instalacja wspólna platforma systemowa dla wszystkich konfiguracji innowacyjna, wybiegająca w przyszłość technologia

Sterowniki PLC MELSEC System Q oferuje zróżnicowane możliwości dzięki gamie 3 procesorów PLC do pracy jednoprocesorowej, 7 - do pracy wieloprocesorowej, 2 procesorów ruchu i 2 procesorów PC.

Ogólne informacje o sieciach

Model sieci W 1983, Międzynarodowa Organizacja dla celów Standaryzacji (ISO) ustanowiła model referencyjny OSI ("Open Systems Interconnection Reference Model"), który definiuje elementy, strukturę i zadania związane z komunikacją. Model referencyjny ISO/OSI opisuje komunikację pomiędzy stacjami w systemie sieciowym oraz definiuje zasady transmisji i interfejs wykorzystywany w danym protokole. Model referencyjny ISO/OSI jest globalnym standardem określającym wymagania jakie muszą być spełnione do prawidłowego funkcjonowania w środowiskach wielosystemowych.

Model sieci Model ISO/OSI dla standardów komunikacyjnych zawiera 7 warstw i jest zorganizowany w dwie klasy. Pierwsza z klas, obejmująca warstwy 5, 6 i 7, jest zorientowana na użytkownika, warstwy te nazywane są warstwami górnymi. Natomiast druga klasa, zawierająca pozostałe warstwy, jest zorientowana sieciowo, warstwy nazywane są warstwami dolnymi. Warstwy od pierwszej do czwartej zawierają opis transmisji danych z jednej lokalizacji do drugiej. Dodatkowo zapewniają weryfikację bezbłędności przesyłanych informacji. Warstwy piąta do siódmej umożliwiają użytkownikowi dostęp do sieci w odpowiedniej formie. Tworzą interfejs, który pozwala na komunikacje z niższymi warstwami.

Model sieci

Podział sieci komunikacyjnych Hierarchiczny i zorientowany obiektowo system komunikacji, taki jak standard PROFIBUS z możliwością przejścia do innych poziomów np. sieć AS-Interface lub Ethernet (poprzez PROFInet), stwarza idealne możliwości do tworzenia sieci we wszystkich obszarach produkcji.

Możliwości komunikacyjne S7-300

Możliwości komunikacyjne S7-300 Podstawą nowoczesnych systemów rozproszonych opartych na koncepcji Całkowicie Zintegrowanej Automatyki stanowią sieci komunikacyjne. Sterowniki rodziny S7-300 umożliwiają komunikacje w sieciach takich jak: Ethernet Przemysłowy (IEE 802-3 oraz 802u)- powszechnie akceptowany międzynarodowy standard (Ethernet). System komunikacji dla sieci lokalnych i obiektowych. PROFINET - międzynarodowy standard komunikacji oparty o siec Industrial Ethernet, zapewniający komunikację w czasie rzeczywistym na wszystkich poziomach układu automatyki. PROFIBUS (IEC 61158/EN 50170) - siec przemysłowa do komunikacji pomiędzy sterownikami i urządzeniami I/O. AS - Interface (EN 50295) - siec przemysłowa do komunikacji z dwustanowymi czujnikami i elementami wykonawczymi. Interfejs Punkt - Punkt - interfejs szeregowy do realizacji prostych zadań komunikacyjnych lub komunikacji poprzez niestandardowy protokół wymiany danych.

Możliwości komunikacyjne S7-300 Konwencjonalne okablowanie systemu automatyki Okablowanie systemu automatyki przy użyciu sieci AS-interface

Możliwości komunikacyjne S7-300 Sieć Profibus DP typu monomaster.

Możliwości komunikacyjne S7-300 PROFINET I/O: rozpraszanie urządzeń obiektowych za pośrednictwem sieci Industrial Ethernet

Możliwości komunikacyjne Melsec Q

Bezprzewodowa komunikacja ethernetowa Bezprzewodowa komunikacja ethernetowa wykorzystująca radiomodemy Satellar Digital System. Satellar jest cyfrowym radiomodemem, składającym się z trzech elementów: jednostki radiowej (RU) jednostki centralnej (CU) jednostki dodatkowej (XU) Dostępne trzy modele urządzenia: SATELLAR – 2DS SATELLAR – 2DSd SATELLAR – 1DS RU XU CU

Bezprzewodowa komunikacja ethernetowa SATELLAR-2DSd SATELLAR-2DS SATELLAR-1DS

Bezprzewodowa komunikacja ethernetowa Właściwości: Transmisja danych – zastępuje połączenie kablowe w standardzie RS232, RS422, RS485 lub jako bezprzewodowy router ethernetowy, pozwalający na komunikację TCP i UDP Zasięg komunikacji – od kilku do kilkunastu kilometrów, w szczególnych przypadkach nawet do kilkudziesięciu kilometrów Bezpieczeństwo - szyfrowanie danych przesyłanych drogą radiową z użyciem 128 bitowego klucza - algorytm AES (Advanced Encryption Standard) System zarządzania siecią (NMS) - narzędzia diagnostyczne oraz możliwość zdalnego zarządzania (NMS, WWW, SNMP) całą siecią bezprzewodową Elastyczność – pod względem sprzętowym i programistycznym Przemysłowe wykonanie – odpowiednio skonstruowana obudowa odporna na działanie korozji i przystosowaną do pracy w wymagającym środowisku przemysłowym

Bezprzewodowa komunikacja ethernetowa Satellar – praca w trybie bezprzewodowego routera ethernetowego

Kontrolery PAC

Kontroler PAC Dostawcy systemów automatyki ciągle udoskonalają oferowane przez siebie sterowniki PLC, chcąc udostępnić użytkownikom funkcje, których ci ostatni oczekują. Dodatkowa funkcjonalność pozwala wyodrębnić nową klasę urządzeń. Zaprojektowano sterowniki , które zawierają w sobie najlepsze cechy sterowników PLC i komputerów PC. Analityk znanej na świecie firmy ARC Advisory Group, pan Craig Resnick nazwał te nowe urządzenia Programowalnymi Sterownikami Automatyki (ang. Programmable Automation Controllers). Programowalne Sterowniki Automatyki (PAC) oferują użytkownikom otwartość standardów przemysłowych, jednolitą platformę projektową i programistyczną oraz zaawansowane możliwości.

Kontroler PAC Pięć podstawowych cech PAC: Wielokryterialna funkcjonalność - Sterownik PAC powinien umożliwiać realizację co najmniej dwóch działań z zakresu: sterowania logicznego (dyskretnego), sterowania ruchem, regulacji ciągłej PID i innych, w ramach jednej platformy. Pojedyncza wielozadaniowa platforma - wykorzystująca mechanizmy szeregowania zadań, oraz obsługę baz danych, w których przechowywane są parametry pracy. Oprogramowanie sterownika - powinno pozwalać na projektowanie systemów sterowania zgodnie z normą IEC 61131-3. Powinno umożliwiać zarówno łatwe programowanie, jak i zaawansowany dostęp do danych. Otwarta, modułowa architektura - odzwierciedlająca charakter aplikacji – od projektu położenia maszyny na terenie fabryki (czy też pojedynczego procesu produkcyjnego) po jednostkowe czynności, wykonywane w systemie sterowania. Użycie wielu standardów interfejsów sieciowych - takich jak np. TCP/IP, TCP/UDP, OPC, XML, oraz zadań języka SQL.

Kontroler PAC Producenci PAC: Rockwell Automation -www.ab.com/programmablecontrol/pac Advantech – www.advantech.com Ascon – www.ascon.pl Beckhoff – www.beckhoff.pl Bernecker&Rainer – www.br-automation.com Control Technology Corporation – www.ctc-control.com GE Fanuc – www.gefanuc.com/en ICP DAS USA – www.icpdas-usa.com National Instruments – www.ni.com/pac Opto22 – www.opto22.com SoftPLC Corporation – www.softplc.com/pac.php

KONTROLER PACSYSTEMS RX3I GE FANUC Kontroler PAC - budowa KONTROLER PACSYSTEMS RX3I GE FANUC

Kontroler PAC - komunikacja

Kontroler PAC - komunikacja Systemy sterowania zbudowane w oparciu o kontrolery PACSystems RX3i mogą zostać rozbudowane o obsługę dodatkowych sygnałów I/O przy pomocy lokalnych lub oddalonych kaset rozszerzających oraz za pomocą oddalonych układów I/O komunikujących się z systemem nadrzędnym w sieci Ethernet, Genius, Profibus DP, DeviceNet oraz ProfiNet Rozbudowa serii RX3i w oparciu o oddalone układy I/O

Kontroler PAC - komunikacja Rozbudowa serii RX3i w oparciu o kasety rozszerzające

Kontroler PAC - komunikacja PACSystems HA - ograniczanie strat spowodowanych nieprzewidzianymi przestojami

Kontroler PAC - komunikacja Proficy Process System – system sterowania procesem ciągłym

Dziękujemy za uwagę