Коммуникации ПЛК

Материал о модулях и системах, обеспечивающих сетевое соединение, превращая традиционные ПЛК в контроллеры автоматизации (ПАК), опубликованная Дэвидом Петерсоном в журнале Control Automation.

Как и в случае со многими функциями внутри ПЛК, мы можем обнаружить системы связи, встроенные непосредственно в модуль центрального процессора (ЦП) или установить дополнительные модули для расширения системы и повышения ее гибкости.

В некоторых ПЛК необходимо сразу же различать программирование и сетевое взаимодействие. Иногда это достигается через один и тот же порт интерфейса, так что разницы на самом деле нет. Однако выделенный порт программирования обычно появляется одним из двух способов.

USB-порт (обычно тип B, mini, micro или тип C) – это соединение типа «точка-точка», используемое исключительно в ПЛК для загрузки и выгрузки программ на хост-компьютер IDE (Integrated Drive Electronics). Несмотря на исключительную простоту и надежность, он требует, чтобы компьютер физически находился вблизи шкафа управления, если вам когда-либо понадобится редактировать или контролировать ПЛК.

Альтернативой, и часто на немного более старом оборудовании, является 9-контактный последовательный интерфейс DB9. Мы не можем сразу сказать, что он отвечает за процесс программирования, поскольку этот порт также несет общий интерфейс RS-232 для систем связи, таких как Modbus. Однако, поскольку это также интерфейс точка-точка, он не встречается в больших сетях. Разновидностью разъема DB9 является 6-контактный RJ11, как узкая версия разъема CAT5/6.

«Встроенный» – это термин, который мы используем, когда что-то встроено прямо в вычислительный блок устройства, в данном случае в ЦП ПЛК. Большинство модулей ЦП имеют по крайней мере один сетевой интерфейс, хотя отдельные имеют несколько. Иногда даже кажется, что проектировщики соревновались, кто сможет втиснуть больше сетевых портов на фронтальную поверхность модуля.

Эти встроенные порты обычно включают один или несколько из следующих вариантов: Ethernet, PROFINET, RS-485 и RS-232. Ethernet и PROFINET выглядят как разъем RJ45, общий для всех известных сетей Ethernet. RS-232, как отмечалось ранее, может выглядеть как разъем DB9, обычные винтовые клеммы или может быть смонтирован прямо в более простой 4-проводной жгут, общий с RS-485.

Из этих вариантов RS-232 – единственный, предназначенный для одиночного соединения точка-точка. Это ограничивает его функциональность в сетевых технологиях, но его часто можно встретить среди устаревшего оборудования, поэтому он остается.

Остальные три типа сетей являются многоточечными, то есть они могут взаимодействовать со многими устройствами, каждое из которых имеет уникальный адрес. RS-485 – это немного устаревший стандарт, и в настоящее время он широко используется для связи через Modbus, PROFIBUS и другие фирменные сети, такие как Data Highway (DH485) от Allen-Bradley.

Industrial Ethernet и PROFINET являются вариациями исходного стандарта Ethernet. Большинство крупных компаний склонны выбирать один из двух протоколов и придерживаться его. Тем не менее, некоторые ПЛК позволяют запускать контроллер как сканер или хост с любым протоколом, иногда даже одновременно, поскольку физический порт один и тот же. Если ваш процесс автоматизации зависит от многих марок и поколений оборудования, взаимодействующих с одним и тем же контроллером, вам, вероятно, лучше выбрать соответствующие модули, которые можно выделить для каждой задачи.

Производители ПЛК используют две разные стратегии. Либо все коммуникации интегрированы в модуль ЦП, либо ЦП остается очень простым, и мы используем дополнительные карты для поддержки сетевых интерфейсов. Вторая стратегия обычно применяется при работе с большой системой с более чем 2-3 сетевыми точками.

Вы можете приобрести модули, совместимые с ранее упомянутыми системами, включая Ethernet, PROFINET, RS-232 и RS-485, но есть и много других. Вот несколько примеров, хотя их гораздо больше:

Волоконно-оптический

Обычно это модуль Ethernet с физической оптоволоконной сетью. Вы вряд ли найдете много процессоров со встроенным оптоволокном.

EtherCAT

Этот протокол, созданный Beckhoff Automation, является более скоростным вариантом Ethernet, специально предназначенным для технологий автоматизации управления (отсюда и название CAT). Некоторые контроллеры включают его в качестве встроенного протокола.

DeviceNet

Эта сеть, построенная на основе технологии CAN, была основана Allen-Bradley, но теперь переведена в open-source для более широкой интеграции. Она использует плоский или круглый многожильный кабель.

HART

Удаленный преобразователь с адресацией по магистрали – это цифровой протокол, работающий на аналоговом сигнале 4-20 мА, позволяющий устанавливать устройства HART в существующую аналоговую систему. Однако для HART требуется специальный модуль; простой аналоговый выходной модуль не может транслировать протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer).

IO-Link

Все более популярный протокол позволяет передавать данные и конфигурацию по обычному кабелю M12, а простые дискретные устройства могут существовать рядом с интеллектуальными устройствами IO-Link, что обеспечивает большую гибкость на полевом уровне.

Многие другие протоколы можно найти в модулях и встроить в ЦП для специализированных приложений.

Процесс во многом одинаков для всех моделей ПЛК. Модульные платы вставляются в шасси или подключаются с помощью жгута проводов. IDE всегда содержит менеджер оборудования, который проверяет конфигурацию всех модулей и встроенных сетей. Их можно сканировать или вручную добавлять в автономном режиме.

Большинству сетей требуется адрес или номер узла, который легко устанавливается. После загрузки сетевая карта запускается и может сканировать собственную сеть на предмет новых устройств или добавлять эти устройства вручную. Точные шаги различаются в зависимости от IDE, но это очень последовательный процесс.

Большинству специалистов не нравится устранение неполадок в сети, поскольку это обычно гораздо сложнее, чем для сигналов ввода-вывода. Высокоскоростные данные невозможно отследить с помощью простых портативных инструментов, а приложения гораздо более зависимы от программного обеспечения, чем, скажем, дискретные обновления включения/выключения. Но поскольку контроллеры становятся более способными обрабатывать множество задач, они должны быть достаточно гибкими, чтобы взаимодействовать с большим количеством оборудования, а это значит сетевыми протоколами.

Добавление усовершенствованных коммуникационных модулей в систему связи программируемых логических контролеров является важным строительным блоком современных ПЛК. В какой-то мере модули, интерфейсы и системы связи, обеспечивающие сетевое соединение, способствуют превращению традиционных ПЛК в контроллеры автоматизации (ПАК).

Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)