Программное обеспечение роботов
Программное обеспечение промышленных роботов — это различные средства программирования, необходимые для настройки и взаимодействия с робототехническими системами. ПО включает различные объекты данных и списки инструкций (потоки программ), предназначенные для выполнения роботами манипуляций с объектами и предметами в реальной рабочей среде. При этом программы и данные размещаются в разных «отсеках» памяти контроллеров промышленных роботов.
Основные виды программного обеспечения роботов
В зависимости от того, для каких целей будет использовано ПО, оно подразделяется на средства:
- технического обслуживания, позволяющие поддерживать роботов в наилучшем рабочем состоянии с помощью инструментов устранения неполадок, технического обслуживания и калибровки;
- визуализации и мониторинга автоматизированных промышленных роботов, отображающие состояние устройств и уровни их работоспособности и производительности;
- моделирования и симуляции работы технических комплексов. Эти инструменты и средства автономного программирования помогают разрабатывать и отлаживать решения роботизации до их внедрения;
- разработки дополнительного ПО. С помощью этих средств создаются и настраиваются индивидуальные приложения для управления роботами;
- программного управления контроллерами, предназначенные для программирования роботов непосредственно через логические контроллеры с использованием существующих периферийных средств;
- прикладного программного обеспечения — в виде интерфейсов к внешним компонентам или устройствам, предназначенных для включения конкретных действий роботов.
Также программное обеспечение для роботов можно разделить на две категории:
- контролирующее и управляющее ПО, включающее в себя графические интерфейсы для работы с телеуправляемыми системами, ПО для взаимодействия с автономно действующими роботами по схеме point-n-click и для формирования схем эксплуатации мобильных промышленных роботов;
- ПО для задач, которое включает в себя простые интерфейсы с возможностью перетаскивания и настройки маршрутов перемещения и специализированные программы, созданные для развертывания конкретных приложений.
Разработка программного обеспечения для автоматизированных промышленных роботов должна осуществляться с соблюдением требований и концепций безопасности.
Способы программирования промышленных роботов
Технически программа для промышленного робота представляет собой последовательность позиций, которые должен пройти манипулятор робота — положений точек острия инструмента (TCP, Tool Center Point). Такой процесс создания исполняемой программы для контроллера робота называется runtime программированием и предназначается для того, чтобы задать положение TCP в пространстве «на ходу». Это означает, что исполняемая программа передается роботу «порционно», и он не хранит и не знает всю программу заранее.
Программное обеспечение промышленных роботов в режиме runtime создается по принципам:
- онлайн-программирования. Программист непосредственно взаимодействует с роботом на месте его использования, при помощи пульта управления или физически перемещая TCP к заданным пространственным координатам;
- оффлайн-программирования. Оно осуществляется удаленно от робота и его контроллера. Разработка исполняемых программ проводится в специализированной среде программирования промышленных роботов на ПК, после чего программы загружаются в роботов полностью.
Обучиться разработке ПО для промышленных роботов можно в ЦРК БИ (ЦЕНТР РАЗВИТИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ В БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКЕ) НИУ ВШЭ. В рамках представленного курса любой желающий сможет научиться создавать программы для роботизированных промышленных систем, используя популярные среды и языки программирования.
Программное обеспечение
Программное обеспечение, или ПО, – это совокупность программ на компьютере или другом устройстве. Еще так называют сами программы. По-английски программное обеспечение – software, поэтому используется еще и термин «софт».
Цифровая система состоит из трех компонентов:
- hardware, или «железо» – аппаратные составляющие;
- middleware – «прослойка» между железом и программами, инфраструктура для связи компонентов друг с другом;
- software – программная «начинка» устройства.
Для примера можно взять смартфон. В нем есть процессор, экран, оперативная память – это «железо». Есть разные протоколы и службы – это middleware. А еще есть операционная система и приложения внутри нее – это software, программное обеспечение.
Кто пользуется программным обеспечением
В широком смысле с ПО работает каждый, у которого есть компьютер или другой гаджет. Программная начинка есть и в более мелкой технике: смарт-часах и браслетах, «умных» чайниках и пылесосах, наушниках. Задача софта в таких устройствах – выполнять заданные алгоритмы, например, управлять мотором или ставить музыку на паузу при нажатии.
В компьютерах и смартфонах ПО разнообразнее. Это системные приложения для нормальной работы ОС, прикладные программы – профессиональные и бытовые. Видеоигра, текстовый редактор, приложение социальной сети – все это софт.
В узком смысле с ПО работают программисты, тестировщики и другие IT-специалисты. Их задача – не просто пользоваться софтом, а разрабатывать и отлаживать его. Команды айтишников создают и поддерживают программное обеспечение – программируют, пишут код, который выполняет нужные инструкции.
Для чего используют ПО
Есть электроника, которая работает без программного обеспечения, но ее мало. Это обычно примитивные устройства вроде настольных ламп – там процессы происходят благодаря непрограммируемым электрическим схемам.
Чаще, чтобы «железо» выполняло свои функции, нужны программы. Программирование дает возможность работать с устройством более гибко и разнообразно, благодаря нему техника стала умнее и функциональнее. А еще программируемые контроллеры часто дешевле, чем непрограммируемые схемы – так что электроника стала еще и более доступной.
Программное обеспечение очень разнообразно. Его используют, чтобы:
- управлять работой «железных» компонентов;
- взаимодействовать с компьютером через интерфейс;
- выходить в сеть и делиться информацией;
- генерировать, хранить и пересылать данные;
- выполнять прикладные задачи – писать, считать, рисовать что-то и так далее.
И это только часть примеров. Софт везде: без него компьютер стал бы просто конструкцией из металла и пластика, которая почти ничего не умеет.
Каким бывает ПО по назначению
Существует популярная классификация программного обеспечения по видам. Это не единственное разделение – о других мы поговорим позже. Но конкретно эта классификация помогает понять, для чего вообще используют разное ПО.
Системное. Это программное обеспечение, которое нужно для работы компьютерной системы. Как пример такого софта – операционная система Windows или macOS, ее службы и процессы. Без нее обычный пользователь просто не сможет пользоваться компьютером, да и профессионал вряд ли обойдется вообще без софта. Еще к системному ПО относят прошивки смартфонов и других умных устройств, управляющие инструкции в домашней технике и промышленной электронике. Системное ПО есть практически в любой системе – от принтера до космической ракеты.
Инструментальное. Так называют софт, который нужен для создания других программ. Это профессиональные инструменты айтишников. Компиляторы и интерпретаторы языков программирования, разные библиотеки и фреймворки, среды программирования и редакторы кода – все это инструментальное ПО. Часть таких программ есть на вашем компьютере, даже если вы не занимаетесь IT. Ведь даже некоторое прикладное ПО не запускается, если на компьютере не установлен инструментальный софт для его языка.
Прикладное. Это самая знакомая обычному пользователю группа – программы, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, от «Блокнота» до 1С. Сюда же относятся приложения на телефон, разные плагины и надстройки для программ, браузеры и многое другое. Онлайн-сервисы – по сути тоже прикладное ПО. Это такие же программы, только установлены они не на компьютере пользователя, а на удаленных серверах.
Примеры программного обеспечения
Приведем несколько примеров разнообразного софта – так будет легче увидеть, насколько широкое это понятие.
Операционные системы. Операционная система нужна, чтобы компьютером можно было управлять. Через нее запускаются прикладные программы, она же администрирует управление «железом»: выделяет оперативную память, делает запросы и дает команды. Без операционной системы работать с большей частью возможностей компьютера невозможно.
ОС тоже бывают разными. Есть домашние, такие как Windows и macOS, а есть профессиональные – их устанавливают на сервера, мощные сетевые компьютеры. Такие системы отличаются от домашних: ими сложнее управлять, иногда у них даже нет графического интерфейса. Но и возможности очень широкие.
Современные домашние компьютеры поставляются с уже предустановленной операционной системой. Но даже если ОС на них нет, и ее приходится устанавливать самостоятельно – софт все равно есть. Это примитивные и очень близкие к железу программы, без которых не получилось бы даже установить Windows.
СУБД. Еще один пример программного обеспечения, без которого никуда. Системы управления базами данных и сами базы данных – это не аппаратные сущности, а программные. Базы данных хранят информацию, а СУБД помогают управлять ей: вызывать и выдавать по запросу, удалять, обновлять и так далее. Это так важно, потому что в компьютерных системах все есть информация: и маленькая картинка, и огромный список пользователей сайта — и даже этот текст.
Корпоративные системы. Программами пользуются компании и производства – не только обычные люди. CRM, CMS, ERP – все эти сложные аббревиатуры означают разные виды профессионального софта. Он предназначен для работы с бизнес-процессами:
- учетом пользователей и продаж,
- администрированием сайтов,
- ведением бухгалтерии,
- хранением данных,
- автоматизацией документооборота и многим другим.
Например, всем известная 1С относится как раз к категории корпоративных систем. Зарубежные системы вроде SAP – тоже.
«Бытовые» приложения. Здесь все, чем мы пользуемся каждый день. Текстовые и графические редакторы, интернет-браузеры, программы-плееры для просмотра кино и прослушивания музыки, видеоигры и многое, многое другое. Некоторые программы вполне могут существовать в нескольких версиях – например, домашней и профессиональной.
Профессиональные программы. Еще есть специализированный софт для разных профессиональных задач. Например, AutoCAD для инженера или Blender для 3D-моделлера. Математики и аналитики могут работать в MATLAB или похожем ПО. А про инструментальный софт, нужный любому программисту, мы уже говорили.
Программное обеспечение по типу доступа
Как мы и говорили – есть разные классификации софта. Еще одна популярная – по типу доступа. Она описывает, какие части программы могут быть доступны пользователю и на каких условиях. Тут обычно выделяют три типа ПО.
Закрытое, или проприетарное. В основном это коммерческие программы – такие, которые продаются за деньги. Такими программами можно пользоваться, если у вас есть к ним доступ, но посмотреть исходный код нельзя. Он закрыт, его не видно. Нельзя и дорабатывать программу по своему усмотрению – авторские права запрещают нецелевое использование.
Свободное. Такое ПО дает пользователю больше свободы. Он может запускать, изучать, улучшать и распространять программу – в отличие от проприетарного софта, который можно только запускать. У создателя свободного ПО остаются авторские права, его разработка выпускается под одной из специальных «свободных» лицензий. Исходный код в таких программах обычно открыт, его можно посмотреть и отредактировать. Пользователи могут дорабатывать свободный софт, выпускать свои «версии» и «сборки» – но на развитие основного продукта не влияют.
Открытое. Свободное и открытое ПО иногда путают. На самом деле эти понятия различаются, хоть и похожи. Открытым, или open-source, называют софт с открытым исходным кодом – любой может просмотреть этот код и внести в него свои правки. Хотя у свободного софта исходный код чаще всего тоже открыт, есть разница: классический open-source полностью общедоступен. Это значит, что даже владелец не имеет исключительных прав на такую программу, а помогать в ее разработке могут и сами пользователи.
Коммерческое и бесплатное ПО
Это разделение немного отличается от способа доступа. Оно показывает, как создатели монетизируют программное обеспечение:
- коммерческие программы стоят денег – их нужно купить один раз или оплачивать подписку регулярно;
- за бесплатные программы платить не нужно, они доступны для всех.
В теории открытая программа может при этом быть коммерческой и платной, а проприетарная – бесплатной. Но чаще всего открытое и свободное ПО – бесплатное. Платные программы в большинстве случаев проприетарные, например, Windows или Adobe Photoshop.
Есть программы, которые сразу выпускают в двух версиях: бесплатной и платной. Обычно бесплатной можно пользоваться новичкам, ученикам или тем, кто не собирается извлекать из софта выгоду. А платная – для профессионалов и компаний, у нее обычно более широкие возможности.
Другие классификации программного обеспечения
Классификаций программ очень много. Вот только несколько видов.
По режиму использования. Бывают персональные программы для работы в одиночку, коллективные – для работы в команде, и сетевые, где доступ есть у каждого, кого пригласят через сеть.
По стабильности. Стабильные программы – те, которые редко сбоят. Они предсказуемы и удобны. Еще есть ПО средней стабильности и нестабильное – оно чаще «падает» и ведет себя некорректно. Обычно это софт, который вышел недавно.
По масштабу. Бывает малое, среднее и большое ПО. Масштаб измеряется в том, сколько ресурсов потребляет программа и сколько функций реализует. «Блокнот» – малое ПО, ERP-система – большое.
По языку и среде. Программы различаются еще и тем, на каком языке программирования они написаны и для какой среды предназначены. Например, приложение для Android не запустится в Windows. А программа на языке C++ будет отличаться от программы на Python и логикой, и быстродействием.
По степени защиты, доступу и так далее. Эти классификации в основном используют для корпоративного софта. В компаниях важны защищенность и возможность разделить доступ к данным. Например, есть ПО, которое дает рядовому пользователю одни функции, а руководителю – другие, более широкие. Есть разные типы программ по спектру выполняемых задач, по требованиям к мощности и другим параметрам – но обычные пользователи редко сталкиваются с этими классификациями.
Жизненный цикл программного обеспечения
Программные продукты не возникают из ниоткуда. Их пишут разработчики, проверяют тестировщики, выпускают на рынок менеджеры. Каждая, даже небольшая программа – это серьезный труд людей. Если маленькую программку сможет написать один человек, то в разработке какого-нибудь пакета офисного ПО обычно заняты сотни, если не тысячи специалистов.
Стадии создания и работы с продуктом можно условно разделить на три части.
Написание. На этом этапе программа еще не готова. Есть какая-то идея, которую нужно реализовать. Возможно, есть и планы, как это сделать. Планы и идеи – зона ответственности менеджеров или тех, кто придумал проект.
А вот реализацией занимаются специалисты. Разработчики пишут код, дизайнеры создают интерфейс, тестировщики ищут ошибки. Есть и люди, которые руководят процессом: тимлиды, проджект-менеджеры и продуктовые менеджеры.
Не всегда работает именно такая команда. Есть проекты, созданные 1-2 людьми – это обычно ПО, которое придумали и разработали «по зову души». Яркий пример – инди-игры.
В зависимости от размера проекта разработка может занимать как несколько недель, так и несколько лет. Например, высокобюджетные игры создают годами. А, скажем, небольшой плагин можно набросать за несколько дней.
Запуск и работа. Рано или поздно программа оказывается готова, и наступает следующий этап. Продукт нужно запустить и вывести на рынок. Тут тоже много работы: рассказать пользователям о продукте, развернуть его в нужной среде или дать инструкции для установки на локальный компьютер. А еще маркетинг, выбор площадки и многое другое.
После релиза – так называется выпуск программы – она остается работать. И тут обязанности создателей не заканчиваются. ПО, которое только что выпустили, часто «сырое», недоработанное, в нем есть ошибки – чем-то неудобно пользоваться, какой-то важной функции нет. Разработчики доделывают программу: если она работает не сервере, дописывают ее и разворачивают снова, а если это ПО для локальной установки – выпускают патчи или новые версии.
Поддержка. Даже программы, которым уже много лет, постоянно доделывают и улучшают. Это нормально, ведь рынок меняется, как и требования и нужды пользователей. Вспомните любой сайт 10 лет назад и сейчас – получится два разных продукта и внешне, и по функциям. Без обновлений программа быстро устареет.
Но поддержка – это не только выпуск обновлений. Это еще и работа с клиентами, ответы на их вопросы: кто-то спросил, как исправить ошибку, у кого-то проблемы с новой функцией. Кстати, так монетизируют некоторые open-source проекты: бесплатное и открытое ПО, но платная техподдержка.
Как создать программу самостоятельно
Большие команды работают над сложными проектами. Но и в одиночку можно создать сервис или программу, которая окажется полезной людям или просто интересной. Например, известную игру Minecraft создал разработчик-одиночка. А уж утилит для разработки, созданных одним человеком, и вовсе очень много.
Чтобы создать свое ПО, нужно уметь программировать. Иногда люди выпускали пилотные проекты, не умея ничего на старте – они обучались в процессе разработки. Не обещаем, что так получится у каждого, но практика – действительно хороший способ научиться создавать реальные проекты.
Что такое программируемый логический контроллер (ПЛК)
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.
Что такое программируемый логический контроллер (ПЛК)
Контроллер (от англ. Control) — управление. Контроллером в автоматизированных системах называют техническое средство, выполняющее функции управления физическими процессами в соответствии с заложенным алгоритмом, с использованием информации, получаемой от датчиков и выводимой на окончательные устройства. Любое устройство, способное работать автоматически, имеет в своем составе управляющий контроллер — модуль, определяющий логику работы устройства.
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.
Роль ПЛК в автоматизации производственных процессов
Программируемые логические контроллеры — идеальное решение для индивидуального управления различными приложениями, машинами, системами и процессами или управления мощностью с помощью цифровых технологий.
В автоматизации процессов, от движений роботов-манипуляторов в автомобильной промышленности до аспектов безопасности на химических предприятиях, ПЛК играют важную роль.
Со временем он становится все более и более популярным, поскольку в работу ПЛК включается все больше функций. В любой системе управления, основанной на автоматизации, основное внимание уделяется получению желаемого результата эффективным и надежным способом.
ПЛК обеспечивают простое и экономичное решение многих задач автоматизации, таких как логическое/последовательное управление, пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) управление и расчеты, координация и связь, управление оператором и мониторинг, безопасность оборудования и персонала, запуск и остановка оборудования, так далее.
Большинство производственных приложений включают управление повторяющимися и дискретными операциями; например, автоматическая сборка компонентов, прессование и экструзия, печать на текстильных предприятиях и т. д.
Как устроены и работают ПЛК
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.
Программируемый логический контроллер, это на сегодняшний день относительно небольшой компьютер (в зависимости от того, насколько большой объект с его помощью автоматизируется) в промышленном исполнении, управляемый микропроцессором с собственной операционной системой, адаптированный под нужды решения задач автоматизации в режиме реального времени, с максимально коротким откликом время.
Для связи с окружающей средой ПЛК оборудован входными периферийными устройствами (входами), на которые подаются сигналы от управляемого процесса, дискретные сигналы в виде состояния включения/выключения (например, определение положения конечным датчиком) или непрерывные аналоговые сигналы с датчиков (например, значения температуры, давления, уровеня. ).
На «противоположной» стороне ПЛК имеет выходные периферийные устройства (выходы), к которым подключены элементы управляющие автоматизируемым процессом, опять же в виде дискретного сигнала управления вкл/выкл (например, электромагнитное реле, контактор двигателя, катушка клапана, сигнальная лампа. ) или в виде непрерывного аналогового выходного управляющего сигнала (например, для управления скоростью двигателя, положением регулирующего клапана и т. д.).
Между входами и выходами «располагается» управляющая логика — ЦП, которая на основе состояния входов управляет выходами таким образом, чтобы добиться минимального отклонения от желаемого или заданного состояния всего устройства.
Программист определяет, как ПЛК будет реагировать на изменение состояния входных сигналов, создавая программный алгоритм решения заданной задачи (сокращенно программу) и сохраняя его в памяти ПЛК. Затем операционная система ПЛК обеспечивает повторное (циклическое) выполнение программы.
Помимо классической периферии (бинарной, аналоговой) ПЛК оснащается интерфейсом для связи с программатором, таким же или другим интерфейсом для связи с оператором (при необходимости).
Другим вариантом является подключение ПЛК к сети, когда он может обмениваться данными с другими ПЛК, периферийными устройствами, системами в целом в сетевой иерархии.
Итак, типичный ПЛК состоит из следующих частей:
- Через входы к блоку управления подключаются, например, кнопки, световые барьеры или датчики температуры. Благодаря этим компонентам система ПЛК может отслеживать текущее состояние машины.
- Выходы подключены к устройству, например, к электродвигателям, гидравлическим клапанам, которые ПЛК использует для управления конкретной машиной.
- Программа пользователя — программное обеспечение для ПЛК, обеспечивает переключение выходов в зависимости от активации входов.
- Коммуникационный интерфейс используется для подключения ПЛК к другим системам.
- ПЛК также включает в себя собственный источник питания, центральный процессор и внутреннюю шину.
Преимущества ПЛК по сравнению с релейными схемами
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.
Простота ПЛК заключается в их программировании с использованием релейной логики.
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.
Еще одной важной особенностью ПЛК является его устойчивость к производственным опасностям, таким как вибрация, пыль, температура и т. д.
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.
Программирование ПЛК
Существует два способа ввода программы в ПЛК:
- Прямой ввод программы в память программ (оперативное запоминающее устройство [ОЗУ]), подключенную к центральной системе управления. Для этого программатор подключается к процессору или к модулям интерфейса программатора.
- Программирование субмодулей стираемой и программируемой постоянной памяти (СППЗУ) в программаторе без подключения к компьютеру (офлайн). Затем субмодули памяти подключаются к центральному контроллеру.
ПЛК программируются в соответствии со стандартом МЭК-61131-3 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).
История ПЛК
Прежде чем ПЛК был разработан в его нынешнем виде, он прошел историческую эволюцию от простой релейной логики до систем с микропроцессорным управлением.
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.
» Modicon 084″ — первый ПЛК в мире
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».
Первые из этих систем приписываются двум техническим специалистам — Ричарду Э. Морли и Одо Дж. Струджеру. В то время как Морли представил свою систему «Modicon 084» как «полупроводниковый компьютер с последовательной логикой» в 1969 году, Одо Дж. Струджер участвовал в разработке ПЛК для находящегося в Висконсине Allen-Bradley. Оба инженера считаются создателями первого программируемого логического контроллера (ПЛК). Со временем требования к производственной среде во всем мире выросли. Таким образом, ПЛК эволюционировал и был введен в эксплуатацию во многих версиях.
— Инженер-электрик Яков Кузнецов
С момента своего появления около 55 лет назад ПЛК продолжают играть важную роль в автоматизации технологических процессов.
Структура и алгоритм работы ПЛК
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.
Отличие ПЛК от других электронных приборов
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.
Примениение ПЛК в составе АСУ
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 применения программируемых логических контроллеров в составе автоматизированных систем управления 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.
Выбор правильного ПЛК для конкретного промышленного применения очень важен. Это зависит от нескольких факторов, таких как:
- Системные требования: в основном определяет задачу, которую должен выполнять предполагаемый ПЛК, поэтому цель, которую необходимо достичь, должна быть четко определена. Поэтому необходимо разделить всю задачу на несколько простых и понятных шагов.
- Требования к применению: Характер устройств ввода и вывода, которые должны быть подключены к ПЛК, и список функций, необходимых для каждого из этих устройств. Помимо логических операций, требуются ли какие-либо другие специальные функции? Каково необходимое количество входов и выходов? Какой объем памяти требуется вместе с требованиями к скорости процессора?
- Электрические требования: Это означает требования к электрической мощности, т. е. номинальное напряжение и ток для отдельных входов и выходов, а также для самого ПЛК.
- Скорость работы: Скорость работы предполагаемого ПЛК необходимо определить в зависимости от характера динамики устройства. Это очень важно в случае «критичных ко времени» операций, а также для функций безопасности.
- Коммуникация: если приложению требуется обмен данными вне процесса, т. е. связь со станцией оператора.
- Условия окружающей среды: Суровые условия эксплуатации, в которых должен находиться ПЛК, определяют технические характеристики распределительного щита, а также доступность для обслуживания и устранения неполадок.
При покупке ПЛК в первую очередь необходимо тщательно продумать, какой тип подойдет для предполагаемого использования.
Классические ПЛК — это модули, которые обычно можно программировать с помощью компьютера. После этого, компьютер больше не нужен для работы самого ПЛК. В принципе, необходимо различать модульные, компактные и слотовые ПЛК.
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.
Что такое HMI
HMI (Human Machine Interface) — коммуникационный интерфейс между человеком и машиной. Эти интуитивно понятные и удобные для пользователя интерфейсы используются, чтобы позволить пользователям управлять машинами и управлять ими без глубоких знаний программирования ПЛК. Одним видом из устройств HMI являются SCADA-системы: Системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA-системы)
Применение ПЛК в системах автоматизации:
Программное обеспечение для систем управления на базе ПЛК и системы ввода-вывода
Программирование и конфигурирование вашего оборудования
Для каждого из наших решений в области управления мы предлагаем подходящий пакет ПО. Наше программное обеспечение является простым и интуитивно-понятным, а также обеспечивает идеальный контроль в рамках вашей области применения.
Программная платформа PAS4000 системы автоматизации PSS 4000 является подходящим инструментом для программирования/конфигурирования контроллеров PSSuniversal PLC и PSSuniversal multi. Инструменты PSSu Tools представляют собой помощника для конфигурирования децентрализованных систем ввода-вывода PSSuniversal.
Системный инструмент PSS WIN-PRO предоставляет в распоряжение пользователя широкий спектр блоков программных функций, предназначенных для программирования и проектирования систем управления PSS 3000.
Продуманное программное обеспечение для автоматизации — ваши преимущества
- Простота программирования и конфигурирования функций автоматизации
- Продуманный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс удобен в эксплуатации
- Четкая структура управления проектом при оптимальном удобстве использования
- Высокая производительность и универсальность программного обеспечения для эффективного программирования
- Всегда на гребне технического прогресса благодаря постоянному развитию
- Возможность аппаратно-независимого программирования
- Оптимальный контроль функций управления вашего оборудования
- Доступно на нескольких языках
Эффективное проектирование всех функций управления
Программное обеспечение для решения технических задач используется для программирования и конфигурирования контроллеров PSSuniversal PLC и PSSuniversal multi. Для конфигурирования децентрализованных систем ввода-вывода PSSuniversal можно использовать инструменты PSSu Tools. PSS WIN-PRO осуществляет поддержку при проектировании и программировании систем управления PSS 3000; тем не менее, мы убираем данные системы управления из нашего ассортимента. Функциональные блоки PSS WIN-PRO и PSS 3000 будут доступны в дальнейшем в качестве программного обеспечения на весь период эксплуатации систем управления PSS 3000.
Наш ассортимент изделий: Программное обеспечение для контроллеров на базе ПЛК и систем ввода-вывода
PAS4000 для контроллеров в системе автоматизации PSS 4000
Программная платформа PAS 4000 системы автоматизации PSS 4000 обеспечивает простоту выполнения сложных функций. С помощью PAS4000 приложение можно настроить и запрограммировать для обеспечения безопасности и автоматизации с использованием всего одного инструмента.
Программная платформа PAS4000 создана для систем управления в системе автоматизации PSS 4000
Инструменты PSSu для децентрализованных систем ввода-вывода PSSuniversal
Инструменты PSSu служат для конфигурирования децентрализованных систем ввода-вывода PSSuniversal. Например, преимущества быстрого ввода в эксплуатацию с помощью средства запуска PSSuniversal.
Инструменты PSSu для децентрализованных систем ввода-вывода PSSuniversal
Центральный офис
ООО «Пильц Рус»
Ленинский пр., д. 160, литера А, офис 702
196247 Санкт-Петербург
Россия
Телефон: +7 812 6777219
Эл. почта: pilz@pilzrussia.ru
Приобрести компоненты и услуги
Телефон: +7 812 6777219
Эл. почта: pilz@pilzrussia.ru
Техническая поддержка
Телефон: +7 495 665 4993
Эл. почта: pilz@pilzrussia.ru