Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Rodina řídicích systémů Logix

Automa 3/2001

Ing. Bořek Vích, ControlTech

Rodina řídicích systémů Logix

Před dvěma lety americká společnost Rockwell Automation představila svůj nový řídicí systém ControlLogix, který znamenal přelom v konstrukci PLC. Procesor tohoto systému Logix5550 s velkým výkonem, rychlostí i širokou strukturou programů a dat je pro programátory skutečnou lahůdkou, a jistě by byla škoda jej nevyužít i v jiných aplikacích, než pro které je původně určen. Ačkoliv by to bylo příjemné, v mnoha případech by se však toto řešení jevilo jako nehospodárné. Proto přišla společnost Rockwell ne s jedním, ale s celou řadou produktů Logix, které mají různá provedení, ale jedno společné: atributy původního procesoru Logix5550.

ControlLogix
Je prvním systémem uvedené řady. Zmiňovaným převratným řešením je jeho vnitřní sběrnice ControlBus, pracující na principu producent/spotřebitel. To znamená, že jednotky v šasi nejsou děleny na master (procesor) a slave (periferní jednotky), ale na producenty a spotřebitele dat. Jednotky mají rovnocenný, předem zaručený přístup ke sběrnici, na kterou vystavují data (producenti) nebo je naopak „stahují“ (spotřebitelé). Výhodou tohoto řešení je podstatné zrychlení komunikace na sběrnici. Jednotky totiž mohou data jednoduše sdílet, protože data jednou vystavená na sběrnici může v jediném okamžiku sejmout více spotřebitelů, kterými mohou kromě procesorů být i komunikační jednotky. Vzhledem k tomu, že v šasi může být více procesorů s nezávislými programy, jejichž počet je omezen pouze napájením zdroje nebo počtem komunikačních jednotek, nejsou data přenášena jen v krátkých okamžicích na začátku a na konci uživatelské úlohy, ale neustále. „Zmrazení“ dat pro vyloučení logických kolizí řeší uživatel nezávisle pro každou úlohu podle svého uvážení.

Obr. 1.

Dalším přínosem systému je skutečnost, že I/O jednotky jsou v podstatě specializované procesory, v tomto případě zaměřené na sběr nebo výstup dat. To znamená, že kromě dokonalé vnitřní diagnostiky, komunikace se sběrnicí a realizací sběru a výstupu dat vykonávají další úkony, a tak zvyšují výkon systému jako celku. Data mohou být opatřena časovými informacemi o přesném okamžiku jejich změny, mohou být na sběrnici zasílána při jejich změně, diagnostické I/O jednotky testují vnější zapojení, analogové jednotky je převádějí na fyzikální jednotky, generují alarmy (podle nastavených mezí) atd.

Procesor Logix5550 představuje „srdce“ řídicího systému ControlLogix. Jde o jednotku specializovanou na vykonávání programů. Jediný procesor je schopen pracovat až se 128 000 logickými nebo 4 000 analogovými I/O kanály. Umožňuje běh 32 nezávislých úloh, představujících „virtuální“ procesory s vlastními paměťovými oblastmi. Každá úloha se skládá z programů a podprogramů. Obdobně jako u staršího systému PLC-5 může být nadefinováno několik hlavních programů spouštěných postupně, paralelně, při splnění určitých podmínek apod. Procesory mají ještě další nezastupitelnou funkci. Softwarově konfigurují I/O moduly. Ty nedisponují komunikační linkou a konfigurační data určující jejich chování, způsob, frekvenci komunikace apod. musí být do jednotky nahrána prostřednictvím procesoru nebo komunikační jednotky.

Komunikační jednotky (producenti i spotřebitelé) uskutečňují přenosy dat mimo systém. K dispozici jsou moduly komunikující po sítích ControlNet, DeviceNet, Ethernet, DH+/Remote I/O, Modbus a připravují se další. Dominantní sítí je ControlNet, ačkoliv I/O moduly je možné k systému připojit i přes všechny ostatní. ControlNet je deterministická, opakovatelná průmyslová síť, která využívá architekturu producent/spotřebitel. Mimo rychlost (5 Mb/s) patří mezi další oceňované vlastnosti přenosové médium, kterým je standardní anténní kabel 75 W, i libovolná topologie – sběrnice, hvězda, strom.

Stejně jako procesory může také šasi obsahovat několik komunikačních modulů. Moduly mohou pracovat bez procesoru jako směrovač (router) nebo komunikační brána (bridge) průmyslových sítí.

FlexLogix
Systém FlexLogix vznikl spojením osvědčené a mnoha aplikacemi ověřené konstrukce vzdálených vstupů a výstupů Flex I/O a vynikajícího procesoru Logix. Procesor je konstrukčně upraven tak, aby odpovídal provedení řady Flex. Disponuje všemi vlastnostmi jako Logix5550, to znamená stejným instrukčním souborem, rychlostí i strukturou programů a dat. FlexLogix má vynikající komunikační možnosti a je určen pro řešení systémů distribuovaného řízení. Nalezne uplatnění všude tam, kde je požadováno řízení menších technologických celků umístěné v jejich bezprostřední blízkosti a vzájemně propojené rychlou komunikační sběrnicí. K dispozici jsou dvě provedení, která se liší velikostí paměti programu. Typ 1794-L33 je osazen pamětí 64 kB a typ L34 disponuje pamětí 512 kB.

Procesor umožňuje přímo připojit až osm modulů Flex I/O, se kterými tvoří kompaktní celek (tzv. lokální připojení). Dalších až osm modulů lze připojit pomocí rozšiřujícího kabelu a modulu FLA (rozšířené lokální připojení). Tím ale nejsou všechny možnosti rozšíření počtu I/O vyčerpány. Až šestnáct modulů Flex I/O lze připojit prostřednictvím sítě ControlNet (vzdálené připojení). Procesor je totiž vybaven dvěma sloty pro komunikační jednotky. V současné době je k dispozici pouze komunikace po síti ControlNet (jednoduché i duplicitní), ale připravují se i jednotky pro síť DeviceNet a Ethernet. Je samozřejmě možné, aby systém současně komunikoval na obou sítích. Například jedna síť může realizovat připojení vzdálených distribuovaných I/O a druhá propojovat jednotlivé systémy FlexLogix. Co systém vzhledem ke svému určení neovládá, je funkce komunikačního mostu (bridge). To znamená, že neumožňuje komunikovat nebo realizovat komunikaci z jedné sítě do druhé.

Další možnou komunikací je kanál RS-232. Ten je prvotně určen pro nahrávání a ladění projektu (DF1, full duplex), ale díky implementovaným protokolům je možné jej využít pro komunikace v sítích SCADA (DF1, half duplex, master/slave) nebo pro uživatelskou komunikaci ve znacích ASCII.

Vzhledem k tomu, že moduly Flex I/O nejsou založeny na principu producent/spotřebitel, emuluje tyto funkce vlastní procesor. Pro uživatele to znamená, že se moduly v programovacím prostředí RSLogix5000 chovají podobně jako moduly systému ControlLogix.

Lokální moduly přímo napojené na procesor nelze přes síť ControlNet sdílet jinými systémy tak jako u systému ControlLogix. Nicméně tato data mohou být sdílena přes vnitřní proměnné procesoru, který je spolu s ostatními může standardně nabídnout na komunikační síť. Data vzdálených modulů sdílena být mohou, ale pouze v režimu listen. To znamená, že data mohou číst i jiné systémy, ale moduly mají pouze jednoho vlastníka, kterým je odpovídající procesor FlexLogix.

Jak bylo uvedeno, Flex I/O je používanou a osvědčenou řadou, dosud využívanou pro realizaci vzdálených I/O. Jeho nespornou výhodou je konstrukční řešení, které umožňuje do univerzálního svorkovnicového modulu zapojit I/O modul, a to i za provozu pod napětím (RIUP). Škála modulů je velmi široká a zahrnuje jak logické a anologové I/O, tak modul pro připojení termoelektrických článků, odporových snímačů, modul rychlého čítače apod.

CompactLogix
Pro řešení lokálních aplikací nenáročných na komunikaci, jakou je např. řízení samostatného stroje apod., nabízí Rockwell Automation systém CompactLogix.

Ten, stejně jako předešlý systém, využívá stávající řadu vstupů a výstupů a modifikovaný procesor Logix. V tomto případě jde o řadu Compact I/O, dosud používanou v systémech MicroLogix1500.

Procesor CompactLogix 5320 disponuje stejnými funkcemi a vlastnostmi jako jeho výkonnější vzor Logix 5550 ze systému ControlLogix. Stejný je instrukční soubor, stejná rychlost, stejné jsou i programové a datové struktury. Jediným rozdílem je počet úloh (virtuálních procesorů), které jsou v tomto případě pouze čtyři. Čelní panel procesoru je, jak je to u systémů Rockwell Automation běžné, osazen diagnostickými LED, přepínačem režimů a konektorem portu RS-232. Počet vstupů a výstupů je omezen počtem osmi modulů Compact I/O. Sestava vždy zahrnuje procesor, napájecí zdroj a I/O moduly. Napájecí zdroj obsahuje průchozí sběrnici, a moduly je tedy možné připojovat na jeho pravou i levou stranu, procesor ale musí být umístěn vždy vlevo. Přestože je sběrnice sériová, je velmi rychlá (15 Mb/s). Není-li možné moduly řadit vedle sebe, např. kvůli dispozici rozváděče nebo nutnosti použít další napájecí zdroj, lze systém osadit do několika vzájemně propojených skupin.

Komunikace je v tomto případě omezena na jediný kanál RS-232. Ten může být nastaven na protokoly DF1 full duplex nebo half duplex, master/slave nebo na protokol DH-485. Ačkoliv je se systémem určen především pro realizaci autonomních řízení, s využitím vhodných adaptérů může být snadno připojen na síť DH-485 (1761-NET-AIC), DeviceNet (1761-NET-DNI) a výhledově i na síť Ethernet (1761-NET-ENI).

Sortiment řady Compact I/O obsahuje jednotky logických I/O pro různá napětí i jednotky analogových I/O. Nabídka nyní byla doplněna i o vstupní modul pro připojení odporových snímačů a modul připojení termoelektrických článků. Compact I/O je unikátně mechanicky řešen a jeho zabudované komunikační linky jsou vzájemně propojeny. To dovoluje modul vyjímat ze skupiny ostatních modulů, aniž by bylo nutné s jeho sousedy manipulovat. Samozřejmostí je možnost odejmout svorkovnici a tak urychlit případnou záměnu modulu bez nutnosti pracného přepojování kabelů.

SoftLogix5800
Jak již název napovídá, je SoftLogix softwarovou realizací PLC, v tomto případě emulující procesor Logix. Je to otevřené řešení, které umožňuje používat širokou škálu dalších softwarových produktů jiných dodavatelů a tak na jednom PC realizovat nejen vlastní řízení technologie, ale i vizualizaci, optimalizaci, analýzu dat apod. SoftLogix podporuje operační systémy Windows NT a 2000 a může spolupracovat se všemi produkty podporujícími tuto platformu. Díky tomu se může stát velmi výkonným a univerzálním prostředníkem mezi vrstvou technologie a informační úrovní s produkty MES.

SoftLogix5800 podporuje všechny komunikace Rockwell Automation, jejichž prostřednictvím se k PC připojují I/O. Po konfiguraci připojeného hardwaru je SoftLogix graficky prezentuje jako I/O moduly virtuálního systému Logix, s nímž lze potom pracovat jako s hardwarovým ekvivalentem. Programuje se, stejně jako všechny systémy Logix, v prostředí RSLogix5000.

DriveLogix
Dalším systémem z rodiny Logix je řídicí systém zabudovaný přímo do frekvenčního měniče nové řady PowerFlex. Popis tohoto měniče je nad rámec příspěvku a budeme se mu věnovat v některém z příštích čísel. DriveLogix, jak se uvedené řešení nazývá, obsahuje procesor Logix a je určen pro řešení rychlých pohonářských aplikací. Díky velmi rychlé vnitřní komunikaci mezi procesorem Logix a řídicí jednotkou měniče je možné dosáhnout velmi rychlých reakcí pohonu na požadavky řídicího systému. Zabudované PLC lze osadit vstupy a výstupy řady Flex I/O a komunikačními jednotkami. Proto může sloužit k řízení nejen konkrétního pohonu, ale i okolní technologie, popř. může být zapojen do řídicí sítě (např. ControlNet).

RSLogix5000
Společným prostředkem, integrujícím všechny procesory Logix, je programovací prostředí RSLogix5000, kterým se všechny programují. Je to software pro tvorbu uživatelské aplikace. Tu je možné vytvářet v jazyku kontaktních schémat (tzv. příčkovém diagramu), jak je u Rockwell Automation běžné, nebo pomocí funkčních bloků v jazyce FBD. Oba způsoby lze libovolně kombinovat. Připravuje se i verze s možností programovat pomocí sekvenčních diagramů (SFC). Prostředí RSLogix je velmi intuitivní a tvorba uživatelské aplikace je snadná. Pro programátory, kteří znají prostředí RSLogix500, neznamená přechod na Logix5000 žádné problémy. Díky funkcím drag a drop je tvorba a modifikace uživatelské aplikace jednoduchá a rychlá. Je možné používat části programů z různých úloh projektu, ale i z programů jiných projektů.

Skutečnost, že celá řada procesorů shodných vlastností, nicméně určených pro odlišné aplikace, využívá společný programovací nástroj, vytváří z rodiny Logix významný fenomén na poli automatizační techniky.

ControlTech
Havlíčkova 822
280 00 Kolín
tel.: 0321/74 20 11
fax: 0321/74 20 22
info@controltech.cz
www.controltech.cz