Логика на уровне датчиков: может ли она упростить автоматизацию?

Датчики и сенсорные сети со встроенными логическими функциями могут снизить затраты и ускорить выполнение алгоритмов автоматизации. Ответ на вопрос, что это функции и когда они могут быть предпочтительнее обычной релейной логики ПЛК дает Остин Фатрелл (Austin Futrell) – инженер в области промышленной автоматизации в интернет-издании «Control Automation».

Логические функции, существующие в некоторых датчиках, представляют собой фундаментальные операции, которые обрабатывают входные сигналы для определения выходного сигнала. Эти функции помогают датчику принимать решения, применяя такие правила, как «И», «ИЛИ», «исключающее ИЛИ» или вентильные переключатели/триггеры.

Это позволяет датчикам реагировать или инициировать действия в зависимости от конкретных условий, не требуя от центрального процессора интерпретации данных. Логические функции позволяют датчикам комбинировать, изменять и анализировать входящие данные для получения полезных результатов на основе заранее определенных критериев.

Большинство датчиков не имеют встроенных логических функций. Эти логические функции чаще всего встречаются в датчиках с настраиваемыми протоколами, одним из типичных примеров является IO-Link. Конфигурация программного обеспечения IO-Link позволяет одновременно сравнивать несколько диапазонов сигналов, а конечный выходной сигнал, отправляемый на контроллер, соответствует условию сравнения, обеспечивая функции окна или переключения.

Датчики логических функций в сравнении с ПЛК

Хотя программируемые логические контроллеры невероятно универсальны и широко используются в промышленной автоматизации, существуют сценарии, когда ПЛК может быть не лучшим выбором для непосредственного выполнения логических функций.

Простые приложения автоматизации. Если ваши потребности в автоматизации относительно просты использование специальных датчиков со встроенными логическими функциями может быть более эффективным, чем развертывание более крупных систем ПЛК. Например, если вам нужно контролировать только несколько входов и активировать основные выходы на основе заранее определенных условий, использование датчиков со встроенной логикой может значительно упростить программирование.

Стоимость. ПЛК могут потребовать значительных вложений в закупку оборудования, программного обеспечения и обслуживания. Использование датчиков со встроенными логическими функциями может предложить более экономичное решение без ущерба производительности для проектов с ограниченным бюджетом.

Скорость выполнения программы. Каждый шаг в программе ПЛК увеличивает общее время цикла. Поэтому для простых логических сравнений количество строк кода можно сократить, выполняя логические вычисления непосредственно на датчике.

Общие логические функции

И (AND)

Эта функция использует логический элемент И в цифровых схемах. Элемент И – это фундаментальный цифровой логический элемент, который генерирует истинный выходной сигнал (1) только тогда, когда все его входы истинны. Эта функция важна для промышленных систем управления, где функционирование оборудования может зависеть от одновременного выполнения нескольких условий безопасности. Использование логических элементов И гарантирует, что все указанные условия будут выполнены до получения входного сигнала.

ИЛИ (OR)

Логическая функция «ИЛИ» является фундаментальной операцией в цифровой логике. Его вывод истинен, если хотя бы один из входных данных истинен. Вы можете представить это как шлюз или ворота принятия решения, которые открываются, если какой-либо из указанных входных сигналов указывает на истинное состояние. Например, в простом сценарии с двумя входами, A и B, выход логического элемента ИЛИ будет истинным, если либо A, либо B (или оба) истинны. Эта функция обычно используется в схемах для моделирования сценариев, в которых несколько условий могут привести к одному результату, обеспечивая надежность систем, реагирующих на различные входные комбинации.

Исключающее ИЛИ (XOR)

Логическая функция «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» является фундаментальной операцией в цифровой логике. Выходной сигнал истинен, если только один из входных данных истинен. Другими словами, вывод истинен, если входные данные различны; если оба одинаковы, результат будет ложным. Думайте об этом как о воротах, через которые можно пройти только в том случае, если один из входных данных верен, но не оба. Например, если входной сигнал A истинен, а входной B – ложный, или если входной сигнал A – ложный, а входной B – истинный, выходной сигнал исключающего ИЛИ будет истинным. Однако, если оба входных значения одинаковы (оба истинны или оба ложны), результат будет ложным. Элементы XOR обычно используются в различных приложениях, включая обнаружение ошибок и обработку сигналов, где необходимо различать входные состояния.

Закрытый SR-FF (Gated SR-FF)

Закрытый триггер установки-сброса можно сравнить с комнатой с двумя кнопками на стене: одна для включения света (кнопка установки) и другая для его выключения (кнопка сброса). Однако в этой комнате у двери также есть уникальный переключатель (переключатель ворот). Когда переключатель ворот включен, нажатие кнопки установки или сброса немедленно влияет на освещение. Но если переключатель ворот выключен, кнопки установки и сброса не будут влиять на освещение, пока переключатель ворот не будет включен снова.

Такое расположение позволяет точно контролировать, когда вступают в силу действия по установке и сбросу, добавляя гибкость в управление состоянием освещения. В цифровых схемах эта концепция используется для контроля выполнения определенных операций, обеспечивая точное время и координацию действий.

Примеры применения датчиков логических функций

Мониторинг окружающей среды в чистых помещениях. Поддержание оптимального качества продукции и предотвращение загрязнения имеют решающее значение в условиях чистых помещений. Датчики, оснащенные функциями обнаружения температуры и пыли, можно использовать с функцией ИЛИ для подачи сигнала тревоги, если температура превышает заданный порог или уровень пыли превышает определенный предел. Такой подход обеспечивает быстрое уведомление о потенциальных опасностях для окружающей среды, позволяя своевременно принимать меры для поддержания целостности контролируемой среды и соблюдения стандартов качества.

Автоматизированная проверка. Поддержание качества деталей важно в автоматизированном производстве, чтобы соответствовать отраслевым стандартам. Датчики с возможностью обнаружения температуры и визуального контроля могут иметь жизненно важное значение для обнаружения дефектов. Используя функцию ИЛИ, эти датчики могут инициировать оповещения, если температура детали превышает заранее заданный порог, вызывая деформации, или если во время проверки обнаруживаются визуальные аномалии.

Совместное использование ПЛК и датчиков логических функций

Сочетание ПЛК и датчиков со встроенными логическими функциями может быть вполне эффективным. Эти датчики помогают уменьшить сложность проводки ПЛК, упрощая настройку и сводя к минимуму потенциальные точки отказа. Кроме того, поскольку базовую обработку входных данных выполняют датчики, рабочая нагрузка на ПЛК снижается, что позволяет программистам сосредоточиться на более сложных задачах. Кроме того, в условиях ограниченного пространства компактный размер этих встроенных датчиков может оказаться полезным, если у вас нет места для двух датчиков.

Автоматизация управления заключается в использовании сильных сторон каждого компонента для создания надежной системы автоматизации, отвечающей конкретным требованиям проекта.

* * * * *

Комментарий МЗТА

В настоящее время датчики со встроенными логическими функциями на промышленных объектах используются не так часто. Обычно их применяют совместно с программируемыми логическими контроллерами, либо в системах обеспечения безопасности, либо в задачах, требующих высокой скорости обработки данных, где задержка на передачу данных в ПЛК может быть критической.

Чаще всего такие датчики используются на небольших локальных объектах или в бытовых условиях, где применение промышленных ПЛК экономически нецелесообразно и достаточно простых функций программируемого реле. Также эти датчики можно использовать автономно для расширения функционала установки, когда нет возможности изменить существующую программу ПЛК.