Aktualności - Czym są i do czego służą sterowniki PLC i PAC?

Czym są i do czego służą sterowniki PLC i PAC?

Czym są i do czego służą sterowniki PLC i PAC?

Pewnie wielu z Was słyszało już o sterownikach PLC. Szczególnie osobom związanym z automatyką jest to pojęcie bardzo bliskie. Niewiele osób jednak wie, że od niedawna nasza oferta powiększyła się o szeroką gamę sterowników PLC oraz PAC marki HCFA. Zapraszamy do przeczytania artykułu i zapoznania się z naszą ofertą.

Sterowniki PLC to inaczej programowalne sterowniki logiczne (z ang. Programmable Logic Controllers). Są to urządzenia, które znajdują szerokie zastosowanie m.in. w przemyśle, energetyce, automatyce budynkowej, czy transporcie.

Ich działanie możemy porównać do pracy mózgu człowieka, gdzie sterownik – podobnie jak mózg człowieka - wykonuje zapisany w jego pamięci program. Na podstawie analizy różnego rodzaju sygnałów wejściowych (cyfrowych i analogowych) realizowany jest odpowiedni algorytm sterowania maszyną/procesem. Algorytm ten zapisany jest przez programistę w postaci programu. W wyniku tego procesu sterownik PLC steruje urządzeniami wykonawczymi takimi jak np. zawory, silniki, siłowniki, roboty, itp., w celu osiągnięcia określonego celu. Tym celem może być np. produkcja określonego typu produktu, utrzymanie odpowiedniej temperatury w pomieszczeniu, dozowanie i mieszanie półproduktów, pakowanie produktów, itp.

Pierwszy sterownik PLC został opracowany i wprowadzony do oferty przez firmę Modicon w 1969 roku. W późniejszym czasie urządzenie to zrewolucjonizowało rynek systemów sterowania i zastąpiło stosowane wcześniej układy przekaźnikowo-stycznikowe. Jedno małe urządzenie zastępowało pracę setek lub nawet tysięcy współpracujących ze sobą przekaźników i styczników. Sterownik PLC był urządzeniem uniwersalnym, gdyż algorytm sterowania urządzeniem można było dopasować do różnych maszyn, przy użyciu zmian w programie sterownika, bez modyfikacji struktury sprzętowej sterownika.

Sterownik PLC składa się z kilku podstawowych elementów:

- jednostki centralnej CPU – odpowiedzialnej za wykonywanie algorytmu sterującego,
pamięci - która przechowuje program,
wejść / wyjść – w odpowiedniej konfiguracji,
portów komunikacyjnych – umożliwiających wgrywanie programu oraz komunikację z innymi urządzeniami.

Z biegiem lat i rozwojem układów sterowania okazało się, że dotychczasowe rozwiązania w oparciu o sterowniki PLC są niewystarczające. Wdrożenie pojęcia Industry 4.0, informatyzacja zakładów przemysłowych, akwizycja i przetwarzanie danych z wielu maszyn pracujących w różnych standardach i protokołach komunikacyjnych, bezpieczeństwo danych, wymagały wdrożenia nowych, bardziej wydajnych, wieloprotokołowych urządzeń. Nowe urządzenia zostały określone mianem PAC (ang. Programmable Automation Controller).

Sterownik PAC to urządzenie, którego funkcjonalność jest bardzo podobna do działania tradycyjnych sterowników PLC, jednak sterowniki te dają nowe możliwości w zakresie sterowania i integracji z innymi urządzeniami automatyki. Sterowniki te charakteryzują się dużo większą ilością pamięci, bardziej wydajnymi procesorami, modułowością i wielowątkowością przez co mogą być stosowane do rozbudowanych i kompleksowych systemów automatyki. Umożliwiają programowanie w kilku różnych językach programowania. Znaczącą różnicą pomiędzy sterownikiem PAC, a PLC jest możliwość rozbudowy systemu sterowania, wbudowana diagnostyka oraz możliwość pracy w systemach ciągłych. Systemy oparte na sterownikach PAC cechują się również elastycznością i możliwością rozbudowy o wiele modułów komunikacyjnych mających charakter lokalny lub rozproszony.

Sterowniki PLC / PAC marki HCFA

Jednym ze sztandarowych produktów marki HCFA są zaawansowane, wieloprotokołowe sterowniki PLC oraz sterowniki PAC ze zintegrowanymi funkcjami kontroli ruchu (funkcje MOTION Control). Sterowniki te w wielu wypadkach mogą pełnić funkcje zaawansowanego kontrolera ruchu z obsługą do 256 osi rzeczywistych EtherCAT.

Oferta sterowników obejmuje trzy serie produktów:

- Sterowniki PLC serii M300

- Sterowniki PLC serii M500

- Sterowniki PAC serii Q i QP

Sterowniki PLC serii M

Sterowniki PLC serii M to ekonomiczne, a zarazem szybkie i kompaktowe sterowniki, które idealnie sprawdzą się zarówno w prostszych, jak i zaawansowanych aplikacjach napędowych oraz procesowych.

Cechy sterowników PLC serii M:

Kompaktowe i szybkie – czas wykonania pojedynczej instrukcji to zaledwie 5ns
Obsługa wielu języków programowania – LD/FBD, ST oraz C/C++ (zgodnie ze standardem IEC61131-3)
Komunikacja wieloprotokołowa – m.in. Free Protocol, Modbus RTU/TCP, CANopen, EtherNet/IP, EtherCAT
Obsługa bloków funkcyjnych do kontroli ruchu (funkcje Motion) zgodnie z PLCOpen2.0 – m.in. synchronizacja wieloosiowa, krzywki elektroniczne, grupowanie osi, funkcje typu latająca piła, nóż obrotowy, interpolacja liniowa/kołowa/sferyczna
Funkcje CNC - obsługa G-code, M-code (wybrane modele)
Wbudowane szybkie wejścia/wyjścia impulsowe 200kHz do obsługi enkoderów i sterowania osiami (m.in. silniki krokowe, serwonapędy, itp.)
Sterowanie osiami – od 8 do 64 osi rzeczywistych EtherCAT (do 128 urządzeń slave) oraz od 4 do 8-osi sterowanych impulsowo
Możliwość rozszerzenia I/O za pomocą modułów rozszerzeń serii HCMX lub poprzez wyspy sygnałowe serii HCQX-D4 oraz HCNXE.
Darmowe i rozbudowane środowisko programowania – oprogramowanie SysCtrl Studio

Rys. 1 Sterowniki PLC serii M – możliwości komunikacyjne.

Rys. 2 Rodzina kompaktowych sterowników PLC serii M.

SERIA M3xx – dedykowana do prostszych aplikacji procesowych i napędowych. Wszystkie sterowniki serii obsługują komunikację RS-232/RS-485 (Modbus RTU, Free Protocol). Sterowniki HCM31x obsługują dodatkowo komunikację Ethernet (Modbus TCP, EtherNet/IP). Sterowniki HCM312 posiadają dodatkowe gniazda rozszerzeń na zewnętrzne karty komunikacyjne RS232/RS485 lub CANopen. Sterowniki serii M300 umożliwiają sterowanie napędami za pomocą sygnału impulsowego (do 6 osi) w wykorzystaniem bloków funkcyjnych MOTION (zgodnie ze standardem PLCopen 2.0).

Wspierane funkcje Motion m.in.: komendy 1-osiowe, przekładnia elektroniczna, krzywki elektroniczne (wybrane modele), grupowanie osi (wybrane modele).

SERIA M5xx – to seria zaawansowanych, szybkich i wieloprotokołowych sterowników PLC z funkcjami Motion, która sprawdzi się w średnich i skomplikowanych aplikacjach napędowych i procesowych. Programowanie odbywa się w darmowym środowisku programistycznym SysCtrl w języku drabinkowym LD, tekstowym ST lub C/C++ zgodnie ze standardem IEC61131-3. Wszystkie sterowniki tej serii wyposażone są w port EtherCAT master, który umożliwi sterowanie od 8 do 128 urządzeń SLAVE, w tym od 8 do 64 rzeczywistych osi napędowych z wykorzystaniem obiektów technologicznych. Oprócz portu EtherCAT użytkownik ma do dyspozycji porty szeregowe RS-232, RS-485 (Modbus RTU), CAN (CANopen) oraz porty Ethernet do komunikacji Modbus TCP lub EtherNet/IP. Sterowniki serii M500 posiadają 8 wejść szybkich (do 200kHz) i 4 wyjścia szybkie (200kHz) np. do sterowania silnikami krokowymi lub serwonapędami.

Wspierane funkcje MOTION m.in.: krzywki elektroniczne, funkcje typu latająca piła, nóż obrotowy, synchronizacja wieloosiowa, grupowanie osi, interpolacja liniowa/kołowa/ sferyczna, obsługa G-code (wybrane modele).

HARDWARE – Budowa:

Rys. 3 Budowa sterowników serii M na przykładzie sterowników serii HCM51x.

Sterowniki PAC serii Q i QP

Rys. 4 Sterownik PAC serii Q - HCQ1-1300-D3

Rys. 5 Sterownik PAC serii QP – HCQ5P-1500-U4.

Sterowniki PAC serii Q oraz QP to zaawansowane sterowniki służące do sterowania złożonymi procesami i układami napędowymi. Mają możliwość komunikowania się i zbierania danych z innych układów automatyki, dzięki jednoczesnej obsłudze wielu protokołów komunikacyjnych - m.in.: EtherCAT, CANopen, EtherNet/IP, Modbus, OPC UA. Sterowniki te mogą być również koncentratorem danych dla systemów klas wyższych. Umożliwiają przygotowanie algorytmu sterowania w różnych językach programowania: IL, LD, FBD, ST, SFC, CFC zgodnie ze standardem IEC61131-3 i PLCOpen 2.0.

Rys. 6 Sterowniki PAC serii Q / QP – możliwości komunikacyjne.

Porównując sterowniki PAC serii Q oraz QP do tradycyjnych sterowników PLC możemy zauważyć, że sterowniki serii Q / QP dysponują procesorami o znacznie większych mocach obliczeniowych oraz posiadają znacznie większą ilość pamięci, co pozwala na budowanie złożonych i kompleksowych algorytmów sterowania. Kolejną bardzo ważną różnicą jest możliwość elastycznego doboru karty rozszerzeń I/O, równoległa obsługa kilku modułów komunikacyjnych, przez co możliwe jest tworzenie bardzo rozbudowanych systemów rozproszonych. Sterowniki serii Q / QP obsługują do 65536 urządzeń SLAVE EtherCAT.

Cechy sterowników PAC serii Q / QP:

- Obsługa wielu języków programowania – IL, LD, FBD, ST, SFC, CFC (zgodnie ze standardem IEC61131-3 i PLCOpen 2.0);
- Komunikacja wieloprotokołowa – m.in. Free Protocol, Modbus RTU/TCP, CANopen, EtherNet/IP, EtherCAT, OPC UA;
- Sterowniki wyposażone w wydajne procesory ARM, Intel Celeron, Intel i5 oraz Intel i7 (w zależności od wersji sterownika);
- Duża ilość pamięci: do 128MB pamięci programu, do 128MB Flash, do 8GB RAM oraz obsługa dysków SSD do 64GB;
- Obsługa bloków funkcyjnych do kontroli ruchu (SoftMotion) zgodnie z PLCOpen2.0 – m.in. synchronizacja wieloosiowa, krzywki elektroniczne, grupowanie osi, funkcje typu latająca piła, nóż obrotowy, interpolacja liniowa/kołowa/sferyczna;
- Funkcje CNC - obsługa G-code, M-code;
- Obsługa kinematyki robotów przemysłowych;
- Wbudowane szybkie wejścia/wyjścia impulsowe 200kHz do obsługi enkoderów i sterowania osiami (m.in. silniki krokowe, serwonapędy, itp.);
- Sterowanie osiami – od 8 do 256 osi rzeczywistych EtherCAT oraz do 8-osi sterowanych impulsowo;
- Możliwość tworzenia bardzo rozbudowanych systemów rozproszonych – obsługa do 65536 urządzeń SLAVE EtherCAT;
- Możliwość rozszerzenia I/O za pomocą modułów rozszerzeń serii HCQX-D4 lub poprzez wyspy sygnałowe serii HCQX-D4 oraz HCNXE;
- Środowisko programowania – oprogramowanie CODESYS v.3.5 lub HCP WORKS 3 (darmowe).