XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение. При автоматизации производства продукции требуется иметь устройство, которое позволит автоматизировать процесс в реальном времени. К таким устройствам можно отнести программируемые реле (ПР) и программируемый логический контроллер (ПЛК). Данные устройства имеют общие принципы работы, однако имеют различия между собой. [1]

По соотношению приблизительно одинаковых характеристик, стоимость ПР значительно дешевле ПЛК. Но ПР в сравнении с ПЛК имеет много недостатков [1]:

- большинство ПР не способно корректно работать с аналоговыми сигналами,

- ПР поддерживает два языка программирования – LD и FBD и имеет ограниченный набор функциональных блоков,

- размер памяти значительно меньше, что означает меньший размер программы и данных

- температурный диапазон небольшой

- обладает низкой степенью защиты

ПЛК и ПР обеспечивают взаимодействие сигналов с датчиков и устройств управления через исполнение соответствующих программ. Достоверность и надежность работы ПЛК и ПР зависит от работы датчиков, которые имеют свой срок безотказной службы. Можно сказать, что ПР следует устанавливать в те системы, где не требуется автоматизировать множество датчиков. Если проект системы несложный,то применение ПР полностью удовлетворит все простые задачи [1]

ПЛК имеет более сложную структуру, где помимо расширенного количества поддержки программируемых языков, есть и множество дополнительных параметров,из которых можно собрать подходящий контроллер под разные по сложности выполнения задачи автоматизированного процесса и под специальные задачи, которые ПР не сможет выполнить из-за его узкого функционала.

Также необходимо учитывать, что работа может внезапно остановится по причине «сбоя» программируемых устройств. Это может быть программная «ошибка». Решением данной проблемы могут быть разные, от загрузки восстановления программы, до написания новой программы с нуля. Но есть еще неисправность и техническая, которая не позволяет нормально восстановить работоспособное состояние.Чаще всего выходят из строя исполнительные модули, которые устанавливаются на выходе ПЛК и ПР. Помимо модулей реле, выходят из строя и транзисторные модули выхода ПЛК и ПР. Для эффективного ремонта таких модулей ПР и ПЛК должны быть ремонтопригодны и иметь расходные модули для устранения поломки. Также можно предоставить неисправный ПЛК или ПР в специальный отдел обслуживания конкретного производителя.

Цель исследования - модернизация автоматизированной системы, путем замены на отечественный контроллер.

Метод исследования - системный анализ и синтез структуры управления и контроля процессов для пневмосистем.

ПЛК на выходе работает с разными электромагнитными модулями для пневматики и не только. А на входе работает с интерфейсными датчиками, которые дают контроллеру необходимую информацию. Входы, как и выходы чаще всего бывают

- дискретными

- аналоговые

Дискретные входы позволяют внести только один сигнал или одну группу. Аналоговые входы обрабатывают непрерывные сигналы в заданных диапазонах.

Рассмотрим модуль ПР Mitsubichi al2-24mr-d-r, внешний вид которого (рис.1) и характеристики (таб.1) представлены ниже [2]

Рисунок 1 - ПР Mitsubichi al2-24mr-d-r

Таблица 1. Характеристики ПР Mitsubichi al2-24mr-d-r

Средства программирования	Пакет AL-PCS/WIN,
Емкость записи программ	5000 байт
Технология HMI	Есть
Класс защиты	IP20
Конструктивное исполнение	Моноблок
Питание	24в dc
Рабочие температуры	-25... +55°C
Потребляемая мощность	5 Вт
Вес	0,3 кг.
Габариты	124,6х90х52
Частота высокоскоростного счетчика	1 Кгц
Входы/выходы	входов 15 выходов 9
Локальная шина	RS-232 (разъём DB9)

Приведенные характеристики (таб.1) демонстрируют возможности данного ПР, сильной стороной которого является температурный диапазон его работы, от -25 до 55 °C. Также известно что у ПР 15 входов и 9 выходов. Все входы дискретные, но первые 8 можно сделать аналоговым. Все выходы релейные. Сам высокоскоростной счетчик недоступен в обычной ПР, он присутствует как расширение с четырьмя входами EO1-EO4 с изолирующую цепью виде оптронной пары AL2-4EYT. В качестве интерфейса используется RS-232, который подключается к ПР виде отдельной платы с кабелем AL-232-CAB, а для перехода в USB нужно подключить специальный адаптер [2].

Рассмотрим в качестве объекта автоматизации - автомат розлива ЛД-6СОАЗ-М-5л. Автоматизация процесса заключается во взаимодействии на выходе электромагнитных клапанов распределителей с электромагнитными клапанами на пневмо-острове, при взаимодействии с интерфейсными датчиками приближения, герконами и переключателями на входе ПР[3].

Рисунок 2 – Схема объекта автомата розлива на базе ПР Mitsubichi al2-24mr-d-r

На данный момент Mitsubichi al2-24mr-d-r нецелесообразно использовать в качестве основного контроллера. Причиной этому служат санкций наложенные со стороны зарубежных стран производителей на поставку контроллеров в Россию. Среди производителей контроллеров, отказывающих поставлять контроллеры и его комплектующие, есть и компания Mitsubichi. Отсутствие поставки контроллеров неминуемо приведет к остановке работ автоматизированных систем на долгое время. Поэтому замена контроллера является важным решением не только для восстановление работы автоматизированных систем, но и для расширения возможности управлять автоматизированным процессом, путем добавления нового модуля расширения для выполнения соответствующих задач.

На замену ПР Mitsubichi al2-24mr-d-r целесообразно поставить Овен ПЛК110, внешний вид которого (рис.3) и характеристики (таб.2) представлены ниже [4].

Рисунок 3 - Овен ПЛК110

Таблица 2. Характеристики ПЛК Овен 110

Средства програмирования	CoDeSys 2.3
Технология HMI	Нет
Класс защиты	IP20
Конструктивное исполнение	Моноблок
Питание	24в dc
Рабочие температуры	-40... +55°C
Потребляемая мощность	28-45 Вт
Вес	0,8 кг.
Габариты	140×114×83
Частота высокоскоростного счетчика	Входы 5 Кгц Выходы 10 Кгц
Входы/выходы	входов 18 выходов 12
Локальная шина	1хRS-485 1хEthernet 1хRS-232 USB Device
Емкость записи программ	100 Кбайт

По характеристикам видно (таб.2), что данный ПЛК обладает улучшенными характеристиками, по сравнению с старым ПР, а также имеет дополнительные возможности, которые могут быть использованы для управления автоматизированным процессом . [3]

RS-485 является улучшенным интерфейсом для обмена данными между устройствами. К RS-485 подключаются модули расширения, а именно [4]:

- Программируемые реле

- Промышленные терморегуляторы

- Преобразователи частот

Модуль Ethernet предназначен для подключения персональных компьютеров (ПК) с программной средой CoDeSys 2.3. Также Ethernet подключаетсякПКссистемой Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). SCADA служит для сбора необходимой информаций об устройствах и для оперативного диспетчерского управления. Такая система поможет для быстрого выявления аварийной ситуаций, для точного ведения технологического процесса, и для предоставления полной информаций персоналу (рис.4). SCADA доступна для персонала, в отдаленном расстояний от автоматизированной системы [5].

Рисунок 4 – Пример визуализаций системы SCADA

Модуль RS-232 позволяет подключится к панели оператора. Данная панель работает аналогично технологию Human machine Interface (HMI). Панель оператора позволяет оператору управлять отдельными автоматизированными устройствами, модулями расширения, частотными преобразователями.

ОВЕН ПЛК110 по данным из таблицы использует среду программирования CoDeSys 2.3, который взаимодействует с ПЛК через Ethernet, USB, или RS-232 [6].

CoDeSys 2.3 позволяет создавать и изменять программы для модуля ПЛК на всех языках стандарта МЭК 61131-3, из доступных языков которого имеются [7]:

- IL (Instruction List)

- ST (Structured Text)

- LD (Ladder Diagram)

- FBD (Function Block Diagram)

- SFC (Sequential Function Chart)

- CFC (Continuous Function Chart)

У обоих контроллерах есть высокоскоростные счетчики. Это устройства, которые предназначены для подсчета очень быстро идущих импульсов. Они используются в ряде приложений, включая измерительные системы, где необходимо оценить частоту импульсов. Высокоскоростные счетчики также могут использоваться в системах управления положительными и отрицательными искажениями, таких как синхросистемы. Отличие у контроллеров с высокоскоростными счетчиками есть, а конкретно в его количестве и его характеристика [6]

Рисунок 5 – Блок схема автоматизированной системы

Вывод. Выбор ОВЕН ПЛК110 решит проблему с дефицитом контроллеров из зарубежных стран, улучит систему автомата розлива по многим характеристикам. Его применение решит проблему с поломками пневмоцилиндров и не только в аварийных ситуациях, а благодаря системе SCADA станет проще программировать в сравнении с CoDeSys 2.3, проще взаимодействовать с панелью оператора, подключать больше и мощнее по характеристикам модули расширения. Дискретных входов и выходов также стало больше и, если для модернизации этого недостаточно, то можно подключить дополнительно требуемое количество.

Список литературы

1. Методические указания для выполнения практических работ по программированию логических реле/ А. А. Ашихмин, А. В. Козлов :ГАПОУ ТО «ТКПСТ». 2020 – 41 с.

2. Простые прикладные контроллеры α2 [Электронный ресурс] URL: https://esspb.ru/Documents/ALPHA_manual.pdf (дата обращения: 22.12.2023).

3. Пневматика для всех - Каммоци [Электронный ресурс] URL: https://did.camozzi.ru/#!d01g01s01p01 (дата обращения: 30.12.2023).

4. ОВЕН ПЛК110 – Характеристики [Электронный ресурс] URL: https://owen.ru/product/plk110_m02 (дата обращения: 30.12.2023).

5. Интегрированные системы проектирования и управления: SCADA-системы : учебное пособие / И. А. Елизаров, А. А. Третьяков, А. Н. Пчелинцев и др.: ФГБОУ ВПО«ТГТУ», 2015. – 160 с

6. ОВЕН ПЛК110 Краткое руководство - URL: https://owen.ru/downloads/re_plk110_m02.pdf (дата обращения: 30.12.2023).

7. Система программирования ПЛК CoDeSys / Басков С.Н: ЮУрГУ, 2018. 90 с.

Код для цитирования: Скопировать