Вызов времени
Сложно представить, но всего каких-то 60 лет назад автоматизация на крупных предприятиях была представлена традиционными релейными системами управления. Они были громоздкими, ненадежными и требовали постоянного обслуживания. Для внесения минимальных изменений в технологический процесс требовалось сначала переработать документацию, а затем перекоммутировать проводку. На это уходили часы.
Компании же стремились восстанавливать и наращивать производство в послевоенные годы в условиях дефицита рабочей силы. Сложности, связанные с масштабированием производства, и общая благоприятная экономическая ситуация в США побудили компанию General Motors в 1968 году задуматься о новом типе устройств, способном заменить традиционные системы управления.
Они выдвинули ряд требований и обратились за разработкой в несколько компаний.
Чего же они хотели от первого ПЛК?
Требования к новому устройству:
- Модульная конструкция: устройство должно быть рассчитано на работу в тяжелых промышленных условиях, включая воздействие электромагнитных силовых цепей, вибраций, грязи и повышенной влажности.
- Входы и выходы: контроллер должен иметь изолированные входы, принимающие цифровые сигналы с номиналом 120 В переменного тока, и 16 выходов с аналогичным номиналом напряжения и током 4 А.
- Масштабируемость: предусмотреть возможность расширения числа входов с 32 до 256 и выходов с 16 до 128.
- Надежность памяти: программа должна сохраняться в памяти не менее 12 часов при отключении питания.
- Объем памяти: начальный объем программной памяти — 1 Кб с возможностью расширения до 4 Кб.
- Управление временными функциями: контроллер должен обеспечивать одновременное управление восемью временными функциями в диапазоне от 0,1 до 10 секунд.
Первые ПЛК
Эти требования легли в основу проектирования первых программируемых логических контроллеров (ПЛК), которые должны были стать универсальным решением для задач автоматизации.
Работало несколько команд, но первыми, кто смог разработать устройство, удовлетворяющее подобным критериям, стала компания Bedford Associates под руководством Ричарда Морли, которая позже основала фирму Modicon (MOdular DIgital CONtroller).
* В 1977 году компания Modicon была продана корпорации Gould Electronics, а в 1997 году перешла во владение Schneider Electric.
Устройство получило название Modicon 084, так как это был 84-й проект компании. Это был первый в мире программируемый контроллер (ПК), спроектированный в прочном корпусе, без вентиляторов, переключателя ON/OFF и отверстий для циркуляции воздуха с расчётом на тяжелые условия эксплуатации. Вот что писал о его конструкции сам Ричарда Морли:
Мысленно мы представили, что программируемый контроллер находится на открытом воздухе под грузовиком и ездит между Техасом и Аляской. В тех обстоятельствах мы хотели, чтобы он выжил. Другое требование, чтобы он стоял на столбе, выполняя служебную программу, или радиовышке, которая не имела климат-контроля и вообще не обслуживалась.
Другие компании также продолжали работать над своими устройствами.
И в 1971 инженеры Allen-Bradley под руководством Одо Жозефа Стругера разработали Bulletin 1774 PLC, впервые использовав термин ПЛК вместо ПК. В дальнейшем именно PLC (ПЛК) станет нарицательным для данного класса устройств в области автоматизации, а PC (ПК) станет чаще ассоциироваться с персональным компьютером.
В СССР подобные устройства разработали и начали производить в 80-х годах. Это были универсальные программируемые контроллеры «Электроника К1-20» — устройства на базе БИС серий К580 и других, предназначенные для управления технологическим, испытательным и контрольно-измерительным оборудованием, первые ПЛК под маркой «МикроДАТ» и собственные линейки ПЛК Волжского автомобильного завода (ВАЗ) МПЦУ-2-48.
Один стандарт для всех
С появлением все новых разработок у разных компаний встал вопрос о создании единого стандарта для программируемых устройств в промышленности. Одо Стругер сыграл ключевую роль в принятии стандарта такого стандарта и унификации языков программирования ПЛК в целом. Работа над стандартом началась в 1979 году, а первая официальная версия была выпущена в 1993, это был стандарт IEC 1131 (позже 61131). Он объединил различные языки программирования в единый набор из 5, включающий функциональные блоки, контакты и функции времени, которые позволяют разработчикам писать приложения для контроллеров независимо от их типа и модели.
Несмотря на революционность ПЛК, его продвижение на рынке сопрягалось с трудностями. Вот, что вспоминает Морли:
В первые дни реальной проблемой было убедить людей в том, что коробка с программным обеспечением, пусть и в чугунном корпусе, может делать то же самое, что 50 футов шкафов, связанных с ними реле и проводки. …всем компьютерам требовалась чистая, кондиционированная среда, и они по-прежнему были подвержены частым неисправностям. … Таким образом, несмотря на то, что ПЛК были и остаются специальными, выделенными компьютерами, были предприняты значительные усилия, чтобы не идентифицировать ПЛК как компьютеры из-за низкой надежности компьютеров и того факта, что они не были созданы для производственных операций.
Логика работы первых ПЛК программировалась на языке программирования LD. Смысл его в том, что устройство как бы имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой ПЛК. Эта технология была знакома инженерам и техникам, обслуживающим системы управления, поэтому они могли интерпретировать программы и вносить в них изменения без какой-то серьезной специальной подготовки.
Аналогично появились и другие языки программирования ПЛК, например, IL и ST – для системных программистов, работающих ранее на Assembler или Pascal, а FBD - для тех, кто понимает в схемотехнике.
Развитие технологий
В современных АСУ программируемый логический контроллер является частью многоуровневой системы:
- ERP-системы (Enterprise Resource Planning)
Высший уровень, отвечающий за планирование ресурсов предприятия, финансы, логистику и другие бизнес-процессы. - MES-системы (Manufacturing Execution System)
Уровень исполнительного управления, обеспечивающий контроль за выполнением производственных заданий, анализ эффективности и качество продукции. - SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)
Система визуализации и централизованного управления технологическими процессами, взаимодействует с ПЛК и другими контроллерами. - ПЛК (Programmable Logic Controller)
Уровень автоматизации, непосредственно управляющий оборудованием, датчиками и исполнительными механизмами. - Датчики и исполнительные устройства (КИПиА)
Самый нижний уровень, состоящий из измерительных приборов, клапанов, двигателей и прочего оборудования, взаимодействующего с технологическим процессом.
В рамках такого комплексного подхода ПЛК играет роль «мозга» автоматизированной системы на уровне технологического оборудования.
Его основные функции:
- Обработка входных сигналов от датчиков, кнопок, переключателей и других устройств.
- Выполнение логических операций согласно запрограммированному алгоритму.
- Формирование выходных команд, управляющих исполнительными механизмами.
- Обмен данными с системами верхнего уровня (SCADA, MES).
- Работа в реальном времени, что особенно важно для точного и своевременного управления процессами.
- Благодаря своей гибкости, надежности и способности адаптироваться к различным задачам, ПЛК стал универсальным и обязательным элементом современных автоматизированных систем. Его использование позволяет значительно повысить эффективность, надежность и гибкость управления производственными системами.
С развитием технологий ПЛК продолжают совершенствоваться, дополняясь новыми функциями, интерфейсами и возможностями программирования, что делает их еще более востребованными для автоматизации. Соответственно приходится развиваться и специалистам, которые работают с этим оборудованием. Чтобы идти в ногу со временем нужно постоянно изучать что-то новое и быть в курсе технологических прорывов.
У нас на курсах мы разбираем самые современные устройства и методики. Мы – практики, делимся со своими студентами своими актуальными наработками. Мы развиваемся, и вместе с нами развиваются наши ученики.
Хотите быть частью этого? Приходите к нам на курсы!