ПЛК — что это такое?
Доброго времени суток, уважаемые жители Хабра!
Прочитав пост про программирование ПЛК Siemens серии S7, я залез в поиск по Хабру, и был весьма удивлен, что тема промышленной автоматики вообще, и программирования ПЛК в частности, освещена весьма и весьма скудно. Возьму на себя смелость поделиться своим опытом в данной области, описав базовые принципы программирования ПЛК, в частности, производства компании Beckhoff.
Введение
Я занимаюсь автоматизацией зданий. Сложилось так, что в основном мы строим свои системы на базе ПЛК Beckhoff. Такой выбор был сделан прежде всего потому, что эти контроллеры являются свободно-программируемыми в полном смысле этих слов. Что это значит? Возьмите контроллер TAC Xenta, например, и попробуйте на нем реализовать обмен с внешним устройством через RS232 по собственному протоколу, на уровне «байт послал — байт принял». Не получится, эти контроллеры так не умеют — используйте только те протоколы, которые в них заложил разработчик. А Beckhoff умеет. Но прежде чем лезть в такие дебри, давайте посмотрим на среду разработки? На каком, собственно, языке, мы будем писать?
Стандарт МЭК 61131-3
Промышленные ПЛК программируются на языках стандарта МЭК 61131-3. Всего этих языков 5, некоторые производители добавляют свои. Языки друг на друга совсем не похожи, и, наблюдая за коллегами, могу предположить, что выбор того или иного языка связан прежде всего с тем, чем человек занимался до того, как он пришел в эту отрасль.
Из не всеми поддерживаемых языков стоит отметить язык CFC (continuous flow chart), Beckhoff его поддерживает. Это дальнейшее развитие языка FBD, одним из наиболее существенных отличий, на мой взгляд, является поддержка явной обратной связи в схемах. Зачем это нужно? Например, вот такой генератор коротких импульсов на CFC будет работать, а на FBD – нет. 
Блок TON — это стандартный блок, таймер с задержкой включения. Логика работы: выход Q становится TRUE, когда на входе IN сигнал TRUE в течение не менее времени PT.
Самая популярная, наверное, среда разработки под ПЛК — это CoDeSys. Многие производители берут ее за основу, и либо делают к ней библиотеку для работы со своим ПЛК, либо доделывают среду под себя.
Как работает ПЛК?
Программа ПЛК работает циклично. Время цикла может быть от единиц миллисекунд до единиц секунд, в зависимости от задач, которые на этот ПЛК возложены. Большинство ПЛК позволяют задавать время цикла разработчику программы, однако в некоторых моделях такой возможности нет. Многие ПЛК, в частности Beckhoff, позволяют в одной программе создать более одной циклически выполняемой задачи, и задать приоритет для этих задач. Что нам дает эта возможность?
Представим ситуацию: ПЛК управляет вентиляционной установкой, и к нему подключена панель управления через RS232. Температура в помещениях меняется не быстро, и запускать алгоритм управления вентиляцией чаще, чем раз в 50 — 100 мс просто нет смысла. Зато панель оператора опрашивает контроллер постоянно, и задержка ответа ПЛК более 10 мс уже выражается в «притормаживании» интерфейса пользователя, а при задержке 20 мс у нас переполнится аппаратный буфер COM-порта. Наличие нескольких задач позволяет нам решить эту проблему красиво: пусть «быстрая» задача работает с COM-портом, и вызывается каждые 2 мс, а «медленная» реализует логику работы вентиляции, и вызывается каждые 50 мс. Все работает хорошо, панель оператора не тормозит, пользователь доволен.
А что у этих железок внутри?
А вот другой вариант — голова Beckhoff серии CX9000 (слева на фото) с набором модулей ввода-вывода.
Помимо всего прочего, на голове еще имеется некая шина, позволяющая объединять ПЛК в сеть, а зачастую еще и менять его программу через эту же сеть. Какая это будет сеть — зависит от ПЛК. Это могут быть и незнакомые тем, кто не сталкивался с промышленными сетями EIA-485, Profibus, CAN, а может быть и вполне привычный Ethernet. Именно через эту сеть, называемую fieldbus, и осуществляется подключение ПЛК к верхнему уровню — к СКАДА-системе, например. На фото выше хорошо видны 2 разъема 8P8C на голове Beckhoff’а — это Ethernet, а у Carel сверху слева видны (плоховато, правда) 2 разъема 6P4C — так они сделали RS-485. У этого интерфейса, к сожалению, нет общепринятого разъема.
Так все же, как под него программы писать-то?
Вообще, это тема не статьи, а целой книги. Но расскажу то, что увидел на личном опыте, и пусть это будет ложкой дегтя.
Для профессиональных программистов освоение ПЛК во многом покажется деградацией. ООП? Их нет у нас, есть только структуры, перечисления, и некое подобие класса, которое называется «функциональный блок». Что такое Private, Public и прочее, тоже можно забыть сразу — не пригодится. Из любого места вашей программы можно получить доступ к любому другому месту.
Динамическое выделение памяти? Их нет у нас совсем. Не уверен, сколько тебе пришлют данных? Выделяй буфер с запасом, и забудь про эту память — освободить ее не получится. Либо проявляй чудеса скорости и обрабатывай данные на лету, если успеешь уложиться в заданное время цикла.
Исключения? Да что вы… видел я одно чудо, которое намертво висло при выполнении конструкции вида:
Понятно, что переполнение, не влазит foo * bar в 16 бит, но зачем же виснуть-то? Да еще так, что ничего, кроме сброса по питанию не помогает.
Среда разработки? Не у всех CoDeSys, многим хочется пооригинальничать и написать что-нить свое. Одна из таких самописных сред вылетала с runtime error при попытке записать число 86400 в 16-битный INT. А вы говорите, обработка исключений на ПЛК. Ее и в среде разработки-то не всегда нормально могут сделать.
НО! Зато для любителей той тонкой грани, которая отделяет железо от программного обеспечения, софта в просторечии — это очень интересная ветвь ай-ти, правда.
Надеюсь, что этот небольшой обзор будет полезен. Если хабрасообществу будет интересна эта тема, то расскажу про ПЛК подробнее.
Что значат и чем отличаются аббревиатуры Ltd, PLC, Inc., LLC, LLP, LP, S.A., GmbH, A.G. в названиях иностранных компаний?
Когда вы встречаете аббревиатуры Ltd, PLC, LLC, LLP, LP, S.A., inc., A.G. в названиях иностранных компаний то должны знать, что чаще всего эти сокращения родом из британской правовой системы, так как Великобритания имела огромное число морских колоний по всему миру и большое число современных оффшорных стран и юрисдикций исторически используют именно английские аббревиатуры формы собственности юридических лиц. То есть сокращение после названия компании — это характеристика формы собственности, при этом на британский манер оно ставится после названия (например, Super Star Ltd или Galaxy LLC), в отличии от России, где форма собственности ставится перед названием юрлица (например ООО Вектор или АО Монолит).
Именно из-за былого величия Британии по всему миру юридические лица регулируются именно «британским правом», которое можно считать правовой системой Англии, именно британское право до сих пор лежит в основе правовых систем большинства государств Британского Содружества наций (сама Великобритания, а также её бывшие доминионы, колонии, протектораты) и США.
В этом материале мы разберемся с наиболее часто встречающимися аббревиатурами в названиях иностранных компаний, в том числе и оффшорных, которые также унаследовали британские формы собственности для юридических лиц, регистрируемых в их юрисдикциях.
Ltd — Limited
Аббревиатура Ltd является сокращением от «Limited» — это компания с ограниченной ответственностью, аналог российского ООО. Такая организационно-правовой форма часто используется при регистрации компаний в оффшорных зонах. При этом в Великобритании общества с ограниченной ответственностью могут использовать в названии только аббревиатуру Ltd (если они не являются PLC).
PLC — Public Limited Company
Аббревиатура PLC расшифровывается как «Public Limited Company» — это публичная компания с ограниченной ответственностью, по сути своей аналогична российскому ПАО (публичному акционерному обществу). Компании этой организационно-правовой формы могут быть зарегистрированы как в Англии и Ирландии, так и в оффшорных зонах, например, на Бермудах, в Ангильи, на Британских Виргинских Островах, на Гибралтаре, на Каймановых островах и пр.
Основные признаки PLC:
Inc. — Incorporated
Аббревиатура Inc. это сокращение от «Incorporated» — данная организационно-правовая форма аналогична Limited. Такой формат юридических лиц широко применяется в Соединенных Штатах Америки и в оффшорных странах для регистрируемых корпораций.
Corp. — Corporation
Corp. сокращение от «Corporation» — это один из форматов акционерного общества (корпорации), представляющий собой аналог таких организационно-правовых форм как Ltd. (Limited) и Inc. (Incorporated), который довольно широко используется на территории Америки.
Основные признаки Corp.:
LLC — Limited Liability Company
Аббревиатура LLC расшифровывается как «Limited Liability Company» — это форма компании, представляющей собой что-то среднее между корпорацией и обществом с ограниченной ответственностью. Формат LLC довольно часто используется для регистрации компаний в США и в оффшорных зонах англо-американской правовой системы.
Признаки LLC компании:
LLP — Limited Liability Partnership
Аббревиатура LLP расшифровывается как «Limited Liability Partnership» — это форма партнерства с ограниченной ответственностью. Такая организационно-правовая форма была введена в британское законодательство более 20 лет назад и представляет собой аналог российского Непубличного акционерного обществп (НАО) и Хозяйственного партнерства (Федеральный закон N 380-ФЗ). Главный признак LLP партнерства — ограниченная ответственность всех участников этого партнерства.
LP — Limited Partnership
Аббревиатура LP расшифровывается как «Limited Partnership» — это форма партнерства, которое соответствует российскому Коммандитному товариществу (Ст. 82 ГК РФ).
Основные признаки LP:
IBC — International Business Company
Расшифровка IBC — «International Business Company» — это организационно-правовая форма международных компаний, регистрируемых только в некоторых оффшорных зонах (Багамские острова, Британские Виргинские острова, Белиз). Полный аналог Ltd и Inc.
Основные признаки IBC:
LDC — Limited Duration Company
Расшифровка LDC — «Limited Duration Company» — это юридическое лицо, учрежденное только на определенный ограниченный срок. Зарегистрировать компанию данной организационно-правовой формы можно на территории практически всех оффшорных стран. Основным признаком LDC компании является необходимость ликвидации юрлица по истечении установленного срока, либо перегистрация компании.
SA — Sosiedad Anonima / Societe Anonyme
Аббревиатура SA расшифровывается с испанского языка как «Sosiedad Anonima» (на французском «Societe Anonyme») — это акционерное общество в Испании, во Франции, в Бельгии, в Швейцарии и ряде других стран Европы. SA общества представляют собой эквивалент английской PLC или немецкой AG. Основной признак SA — акции выпускаются для широкого круга лиц, инвестирующих средства в акционерное общество.
SARL — Societe a Responsidilite Limitee
Аббревиатура SARL расшифровывается как «Societe a Responsidilite Limitee» — это общество с ограниченной ответственностью на территории Франции и франкоязычных стран ( Алжир, Люксембург, Монако, Марокко, Тунис, Мадагаскар, Ливан, Швейцария ). В Италии данная организационно-правовая форма именуется S.R.L. (Società a responsabilità limitata). В некоторых оффшорных зонах может быть использована по аналогии с SA. Основным признаком такого общества является невозможность выставить свои акции в свободную продажу.
BV — Besloten Vennootschap
Расшифровкой аббревиатуры BV является «Vennootschap Met Beperkte Aansparkelij kheid» — это аналог российского ООО, то есть общество с ограниченной ответственностью на территории Нидерландов и Антильских островов.
NV — Naamlose Vennootschap
За аббревиатурой NV (Naamlose Vennootschap) стоит безымянное партнерство — это форма акционерного общества, которая используется в Нидерландах, Бельгии, Арубе, Суринаме и на Антильских островах. Основные признаки NV компании: ответственность акционеров ограничена, при этом акции данного акционерного общества могут быть как именными, так и на предъявителя, для обеспечения возможности их свободного оборота на фондовых рынках.
GmbH — Gesellschaft mit beschrakter Haftung
Аббревиатураа GmbH расшифровывается как «Gesellschaft mit beschrakter Haftung» — это классическое общество с ограниченной ответственностью, которое может быть зарегистрировано на территории Австрии, Германии и Швейцарии. На данный момент есть несколько вариантов использования данной аббревиатуры:
AG — Aktiengesellschaft
Аббревиатура AG расшифровывается как Aktiengesellschaft — это акционерное общество, регистрируемое на территории Германии, Австрии, Дании или Швейцарии.
Сравнительная таблица аббревиатур форм собственности международных компаний
Чтобы сопоставить разные международные организационно-правовые формы компаний, корпораций и обществ/партнерств мы составили таблицу по странам и аббревиатурам в Великобритании, США, Германии, Франции и Италии, соответствующим правовым формам юридических лиц в Российской Федерации.
| Россия | Великобритания | США | Германия | Франция | Италия |
|---|---|---|---|---|---|
| АО / ПАО (Акционерные общества) | PLC (Public limited company) | Corp., Inc. (Corporation, Incorporated) | AG (Aktien-gesellschaft) | SA (Société anonyme) | S.p.A. (Società per azioni) |
| ООО (Общество с ограниченной ответственностью) | Ltd. (Private company limited by shares) | LLC, Ltd. Co. (limited liability company) | GmbH (Gesellschaft mit beschränkter Haftung) | SARL (Société à responsabilité limitée) | S.R.L. (Società a responsabilità limitata) |
| Полное товарищество (Ст. 69 ГК РФ) | General partnership | General partnership | OG (offene Gesellschaft) | SNC (Société en nom collectif) | S.n.c. (Società in nome collettivo) |
| Коммандитное товарищество (Ст. 82 ГК РФ) | LP (Limited partnership) | LP (Limited partnership) | KG (Kommandit-gesellschaft) | SCS (Société en commandite simple) | S.a.s (Società in accomandita semplice) |
| Хозяйственное партнерство (Федеральный закон N 380-ФЗ) | LLP (Limited liability partnership) | LLP (Limited liability partnership) | |||
| Производственный кооператив — артель (Ст 106.1 ГК РФ) | e.G. (eingetragene Genossenschaft) | S.c.r.l. (Società cooperativa a responsabilità limitata) | |||
| ИП (Индивидуальный предприниматель) | Sole proprietorship/ Sole trader | Sole proprietorship | Einzelunter-nehmen | EI (Entreprise individuelle/ entreprise en nom personnel) | S.s. (Società semplice) |
Обратите внимание, что в каждой оффшорной юрисдикции вне зависимости от ее статуса законодательно могут быть утверждены региональные правила регистрации и наименований юридических лиц.
Что такое программируемый логический контроллер
Трудно представить любой современный промышленный автоматизированный технологический процесс без программируемых логических контроллеров (ПЛК, PLC, Programmable Logic Controllers). Сегодня они используются во всех отраслях, как в крупных, так и в малых системах автоматизации.
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — технические средства, используемые для автоматизации технологических процессов. Это электронное специализированное устройство, работающее в реальном масштабе времени.
ПЛК можно запрограммировать в цифровом виде и, таким образом, очень легко адаптировать к требованиям конкретного технологического процесса. В связи с растущими требованиями к современным машинам и производственным процессам решения с использованием ПЛК в области автоматизации стали неотъемлемой частью повседневного промышленного производства.
Основным режимом работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьезного обслуживания и без вмешательства человека. ПЛК обычно применяются для управления последовательными процессами, используя входы и выходы для определения состояния объекта и выдачи управляющих воздействий.
Программируемый логический контроллер, представляют собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное количество входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и предназначенный для работы в режимах реального времени.
Типичный ПЛК состоит из следующих частей:
Для используемых в настоящее время релейно-контактных систем управления характерна невысокая надёжность, наличие открытых контактов и др. Применение программируемых логических контроллеров (ПЛК) для автоматизации локальных систем управления является наиболее эффективным.
Со временем ПЛК продолжали развиваться и адаптироваться к конкретным потребностям в промышленной среде. Функции ПЛК обладают рядом преимуществ: благодаря своей гибкости они могут применяться в самых разных отраслях промышленности. В настройки можно вносить изменения в любое время без какого-либо вмешательства в работу самого оборудования.
Только индивидуально программируемые устройства для управления, контроля и регулирования производительности производственных машин могут удовлетворить высокие требования современной промышленности.
ПЛК обычно можно установить непосредственно на производственной машине. Это экономит необходимое пространство. Помимо возможности удаленного управления ПЛК, одним из его самых больших преимуществ является коммуникационная способность.
ПЛК программируются в соответствии со стандартом МЭК-61131-3. Программируются ПЛК с помощью специализированных комплексов, один из наиболее популярных является CoDeSys. Он включает в себя следующие языки: графические (Ladder Diagram, Function Block Diagram, Sequential Function Chart, Continuous Function Chart), текстовые (Instruction List, Structured Text).
Первый в мире программируемый логический контроллер появился в середине XX века.
На рубеже 1960-х и 1970-х годов происходило быстрое развитие микропроцессорной техники, что напрямую повлияло на развитие систем промышленной автоматизации. Микропроцессоры и цифровые схемы начали массово применяться в системах управления на промышленных предприятиях.
Работа над первым ПЛК началась в 1968 году. В то время в компании General Motors группа инженеров начала разрабатывать промышленные контроллеры, которые можно было бы легко программировать. Они длжны были быть максимально просты в ремонте и обслуживании с возможностью замены установленных или добавления новых модулей.
Работа над первым программируемым контроллером велась в США параллельно пятью компаниями: Bedford Associates, General Motors, International Instruments, Digital Equipment Corporation и Struthers-Dunn Systems Division.
Первый в мире программируемый логический контроллер называли «Modicon 084». Он был представлен в 1969 году и поддерживал до 128 входов и выходов. Аппарат весил 46 кг.
«Modicon 084» представлял собой шкаф с набором модулей, а его память составляла лишь 4 килобайта. Этот контроллер был был чрезвычайно прочным и надежным устройством.
В 1970 году на выставке станков в Чикаго была представлена первая в мире автоматизированная система управления на базе этого контроллера.
Термин «Программируемый логический контроллер, ПЛК» ввела компания «Allen-Bradley» в 1971 году. Американский инженер-механик Ричард Морли сичтается «отцом ПЛК».
Торговая марка «Modicon PLC» теперь принадлежит компании «Schneider Electric».
— Инженер-электрик Яков Кузнецов
Структура работы программируемого логического контроллера:
Алгоритм работы ПЛК:
В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьезного обслуживания и практически без вмешательства человека.
ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в машиностроении:
в отличие от микроконтроллера (однокристального компьютера) — микросхемы, предназначенной для управления электронными устройствами — областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства в контексте производственного предприятия;
в отличие от компьютеров ПЛК ориентированы на работу с агрегатами машин через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы, ориентированных на принятие решений и управление оператором;
в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования.
наличие расширенного числа логических операций и возможность задания таймеров и счетчиков.
все языки программирования ПЛК имеют легкий доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличие от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров.
Существуют ПЛК разного уровня сложности в зависимости от сложности решаемых задач автоматизации.
Основные операции ПЛК соответствуют комбинационному управлению логическими схемами специфических агрегатов — механических, электрических, гидравлических, пневматических и электронных.
В процессе управления контроллеры генерируют выходные сигналы (включить — выключить) для управления исполнительными механизмами (электродвигателями, клапанами, электромагнитами и вентилями) на основании результатов обработки сигналов, полученных от датчиков, либо устройств верхнего уровня.
Современные программируемые контроллеры выполняют также и другие операции, например, совмещают функции счетчика и интервального таймера, обрабатывают задержку сигналов.
Программируемые логические контроллеры среднего и высокого уровня, как правило, имеют встроенные аппаратно-программные средства управления движением, в частности, модули быстродействующих счетчиков, модули позиционирования и др., которые дают возможность сравнительно просто реализовать функции управления движением и обеспечить позиционирование с высокой точностью.
Конструктивно ПЛК приспособлены для работы в типовых промышленных условиях, с учетом загрязненной атмосферы, уровней сигналов, термо- и влагостойкости, ненадежности источников питания, а также механических ударов и вибраций. С этой целью аппаратная часть заключается в прочный корпус, минимизирующий негативное влияние ряда производственных факторов.
Главным отличием ПЛК от релейных схем управления является алгоритмы, которые реализованы с помощью программ. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности.
Программируемые логические контроллеры традиционно работают в нижнем звене автоматизированных систем управления предприятием (АСУ) — систем, непосредственно связанных с технологией производства.
ПЛК обычно являются первым шагом при построении систем АСУ. Это объясняется тем, что необходимость автоматизации отдельного механизма или установки всегда наиболее очевидна. Она дает быстрый экономический эффект, улучшает качество производства, позволяет избежать физически тяжелой и рутинной работы. ПЛК по определению созданы именно для такой работы.
Основное преимущество ПЛК является в том, что один маленький механизм может заменить огромное количество электромеханических реле, а также быстрое время сканирования, компактные системы ввода/вывода, стандартизированные средства программирования и специальные интерфейсы, позволяющие подключать нетрадиционные устройства автоматики непосредственно к контроллеру или объединять разное оборудование в единую систему управления.
Как правильно выбрать ПЛК
Выбор программируемого контроллера является важной и сложной задачей при создании систем автоматического управления технологическими параметрами на любом промышленном предприятии.
При его выборе необходимо учесть и оценить большое количество факторов. Объединив технологические требования к конкретному объекту автоматического управления со сравнительным анализом современных программируемых логических контроллеров, можно принять правильное решение.
При покупке ПЛК в первую очередь необходимо тщательно продумать, какой тип подойдет для предполагаемого использования.
Компактные ПЛК обычно дешевле и занимают меньше места. Затем он используется в основном для небольших процессов автоматизации.
Помимо приложений, основанных на платформе ПК, существуют также компактные ПЛК, которые можно программировать с панели управления без компьютера.
Модульные ПЛК предлагают возможность гибкой сборки блока управления из отдельных сменных модулей, чтобы можно было программировать более сложные автоматизированные задачи.
Существуют модули, которые могут быть реализованы в системе в виде подключаемых плат в свободный слот на материнской плате.
Также необходимо различать ПЛК по способу выполнения своей работы. В дополнение к моделям, которые управляют входами в заранее определенном цикле, и ПЛК с обработкой выходных данных на различных этапах, также доступны модели ПЛК, управляемые событиями.
Перед покупкой ПЛК следует обратить особое внимание на количество входов и выходов. Далее необходимо учесть другие параметры, которые не учитывались при первоначальном планировании. Также подумайте, нужен ли вам ПЛК со встроенным дисплеем и сенсорной панелью. В некоторых случаях может быть достаточно считывания значений и управления системой через существующую ИТ-инфраструктуру.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
