Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
Перейти:  
 


 

Статьи, интервью, обзоры на Ua.Automation.com

ЧМИ и ПЛК или ЧМИ+ПЛК?


 

Дон Фам, IDEC
 
Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) соединенный с отдельным программируемым логическим контроллером (ПЛК), является стандартной системой промышленной автоматизации. Однако, интеграция обрабатывающих способностей ПЛК и управляюще-мониторингового функционала ЧМИ в рамках единой платформы становится все более популярной, благодаря недавним достижениям в области программно-аппаратного обеспечения. В этой статье сравниваются возможности интегрированной системы ЧМИ+ПЛК с возможностями комбинации двух отдельных устройств ЧМИ и ПЛК.

Сравнение на аппаратном уровне
 
В течение десятилетий раздельная система ЧМИ и ПЛК являлась стандартом промышленной автоматизации. С течением времени она только улучшалась и остается отличным выбором для многих приложений. Однако, за последние несколько лет появились интегрированные системы ЧМИ+ПЛК (Рис. 1), с сенсорным интерфейсом и логическим контроллером «все-в-одном».
 
 
Рис 1. FT1A. Это интегрированное устройство ЧМИ+ПЛК обеспечивает экономически обоснованную функциональность высокоинтегрированной и компактной системы управления

Они часто являются удачным выбором для управления и мониторинга небольших машин, систем ОВК и т.д. С расширенными возможностями аналогового ввода/вывода, управления температурой, ПИД-управления и удаленного ввода/вывода, интегрированные системы ЧМИ+ПЛК успешно конкурируют со стандартными парами ЧМИ и ПЛК.

Компоненты и интегрированной и раздельной систем достаточно прочны для использования в промышленной среде и весьма долговечны. Каждая конфигурация хорошо настроена для совместной работы, даже несмотря на то, что раздельная система не обладает единым корпусом (Таблица).
 
Таблица: Интегрированное устройство ЧМИ+ПЛК в сравнении с раздельной системой ЧМИ и ПЛК
 
Свойство
ЧМИ+ПЛК
ЧМИ и ПЛК
Промышленное исполнение
Да, конструктивно
Да, конструктивно
Комплектность
Да. ПО и аппаратное обеспечение
Аппаратное обеспечение и некоторое ПО
Физические размеры
Эффективно
Много места на панели
Интегрированная среда разработки
Великолепная интеграция программирования и ЧМИ и ПЛК
Как правило, требуются 2 среды. От пользователя требуется интеграция
Пользовательский опыт с ЧМИ
Хорошо
Отлично
Интеграция внешних устройств
Отлично
Отлично
Сертификация для приложений безопасности
Нет
Да
Стоимость
Низко
Высоко
Процессор
Ограниченный выбор
Широкий выбор
Память
От мало до средне
Много
СХД
Есть ограничения
Много
Математические функции
Отлично
Отлично
Обработка строчек
Отлично
Отлично
Количество I/O
Средне
Много
Аналоговые I/O
Хороший выбор
Отличный выбор
Температурное и ПИД-управление
Хорошие выбор и функции
Отличные выбор и функции
Управление движением
Есть ограничения
Отлично
Скоростной I/O
Есть, встроенный
Есть, встроенный
Коммуникации
Хорошо
Отлично
Типичные приложения
Малые системы
Средние и крупные системы

Интегрированное устройство ЧМИ+ПЛК имеет преимущество в размерах – оно всегда занимает меньше места, чем комбинация двух устройств. Интегрированное устройство также минимизирует количество проводных соединений, поскольку не надо делать соединений между ЧМИ и ПЛК, для них обоих используется один источник питания и одно сетевое соединение в внешним миром.

Раздельные системы ЧМИ и ПЛК предлагают широкий выбор процессоров и большие объемы памяти – намного больше, чем у доступных интегрированных решений. Впрочем, продвинутые комбинации ЧМИ+ПЛК обладают функциями хранения данных, математическими функциями и функциями обработки строчек, во многом схожими с раздельными системами.
 
Программные решения
 
Что касается программных пакетов для программирования этих платформ и систем с помощью ПК, и интегрированные и раздельные решения имеют тенденцию к слиянию функций программирования ПЛК и ЧМИ в рамках единых интегрированных пакетов или конфигурационного ПО «все-в-одном».

Очевиден прогресс к созданию интегрированных сред разработки, однако, во многих случаях ПО программирования для раздельных ЧМИ и ПЛК систем пока не существует в виде интегрированного решения. Может использоваться единая база данных тегов, но программы остаются физически отделенными от ЧМИ и ПЛК.

Комбинированные устройства ЧМИ и ПЛК тесно интегрируют программирование обоих компонентов в рамках единого набора ПО. Несмотря на высокую степень интеграции, ПО для программирования с помощью ПК, как правило, доступно в виде двух отдельных программ интегрированных с помощью конфигурационного ПО.

Отдельный ЧМИ может быть одного из двух типов. Первый – платформа на основе ПК, работающая на ПО ЧМИ от стороннего производителя. Разумеется, ПО может быть разработано внутренне, а не только куплено и сконфигурировано. Вторым вариантом является операторский терминал, где ПО для программирования на основе ПК поставляется вместе с терминалом. Решение на основе ПК, как правило мощнее, но и дороже тоже.

ЧМИ-решение на основе ПК, с точки зрения оператора, является стандартом интерфейса, благодаря широкому набору свойств, функций, опций, размеров и разрешений экрана. Операторское терминальное решение схоже с доступными в интегрированных системах ЧМИ+ПЛК.

Подобно операторскому терминалу, комбинированное решение ЧМИ+ПЛК включает анимированные экраны, экраны тревог, функциональность сообщений, различного вида графики, необходимые для создания профессиональных интерфейсов, пригодных для малой автоматизации. 

Комбинированные решения ЧМИ+ПЛК сокращают время, необходимое для программирования, так как единый пакет устраняет необходимость в интеграции ЧМИ и ПЛК. Коммуникационные и конфигурационные параметры уже, как правило, заданы и могут использоваться прямо «из коробки», в то время, как раздельные системы ЧМИ и ПЛК необходимо настраивать для взаимодействия.
 
И интегрированные и раздельные решения предлагают программно-аппаратное обеспечение для решения широкого круга задач, и а также, возможности соединения ввода/вывода и т.д.

Часть II
 
Коммуникационные возможности

Благодаря своей долгой истории, раздельные системы ЧМИ и ПЛК предлагают широкие возможности интеграции с внешними устройствами, а также, широкие коммуникационные возможности. Вендоры предлагают целый набор аналоговых, цифровых и различных специализированных модулей, отвечающих необходимостям практически любого приложения. Эти модули, как правило, являются частью локального или удаленного шасси ввода/вывода.
 
В интегрированных системах ЧМИ+ПЛК возможности ввода/вывода, а также, подключения различной периферии отлично подходят для самых разных приложений, но, тем не менее, все равно более ограничены, чем у раздельных систем ЧМИ и ПЛК. Тем не менее, эффективные комбинации ЧМИ+ПЛК являются экономически эффективным вариантом для малых систем и машин, особенно, с небольшим количеством точек ввода/вывода и без необходимости в высокоуровневых функциях, таких, как управление движением, машинное зрение и управление роботами.
 
Вводы температуры и ПИД-функциональность доступны в обоих вариантах, как и высокоскоростной ввод/вывод, однако, раздельные системы ЧМИ и ПЛК, обычно, предлагают больший выбор вводов. Интегрированные системы ЧМИ+ПЛК, как правило, предлагают высокоскоростные цифровые вводы/выводы, у раздельных систем есть расширенные функции управления движением и т.д.
 
У раздельных систем ЧМИ и ПЛК, обычно, есть расширенный выбор коммуникационных функций, особенно, если ЧМИ основан на ПК. У интегрированных решений, выбор, как правило, уже, но вполне достаточный: RS-232C/RS422/RS485, USB и Ethernet-порты, обычно, присутствуют.

Интегрированные решения оправдывают себя
 
Сферы в которых можно использовать раздельные и интегрированные решения ЧМИ и ПЛК / ЧМИ+ПЛК, во многом, пересекаются. В несложных приложениях у интегрированных решений есть преимущество, так как, они стоят меньше, занимают меньше места на панелях, и их проще внедрять.

Адекватные приложения для ЧМИ+ПЛК включают управление несложными насосами, удаленными скважинами, компрессорами, кондиционерами и холодильниками. Небольшие упаковочные машины это также хороший выбор для систем ЧМИ+ПЛК, как, например, этот наполнитель мешков (рис. 2).
 
 
Рис. 2. Наполнитель больших мешков. Интегрированное решение ЧМИ+ПЛК обеспечивает автоматическое управление и настройку через ЧМИ, повышая эффективность и производительность
 
Наполнитель мешков, изображенный выше, используется для различных материалов. Такие большие мешки, как правило, используются для поставок различных материалов в В2В-среде, и не подходят для доставки в магазины или конечным потребителям.

Интегрированные решения ЧМИ+ПЛК обеспечивают автоматическую цикличность и управление процессами, необходимые для наполнителя мешков. Автоматическое управление циклами позволяет освободить оператора для выполнения других задач. После присоединения мешка оператором, его открытие и наполнение могут быть автоматизированы с помощью ЧМИ+ПЛК.
 
Различные скорости наполнения могут задаваться с помощью интегрированной системы, в зависимости от показаний электронных весов. Эти показания могут передаваться через аналоговый выход весов, а остальная информация весов может передаваться ЧМИ+ПЛК через цифровой канал, например, Ethernet. Ультразвуковое запечатывание также может управляться с помощью этого решения.
 
Комбинированное решение ЧМИ+ПЛК обеспечивает простое, но эффективное решение для слежения за состоянием системы, выбора рецепта, ручного управления или вывода сообщений об отказах. ЧМИ также облегчает тонкую настройку наполнения и взвешивания для улучшения эффективности и производительности.
 
Со своими возможностями коммуникаций, а также, цифрового ввода/ввода, интегрированное решение ЧМИ+ПЛК может эффективно взаимодействовать с конвейерами, оборудованием для работы с различным сырьем и т.д. Могут мониториться энкодеры и контролироваться шаговые моторы для аккуратного позиционирования, столь часто необходимого для систем работы с сырьем.
 
Хотя комбинированные системы ЧМИ+ПЛК хорошо подходят для подобной системы наполнения мешков, очевидно, что система ЧМИ и ПЛК обеспечивает больше различных вариантов, и это делает ее более удачным выбором для приложений, подобных системам обработки рулонов.

Сложным системам нужны раздельные системы
 
Такие материалы, как бумага, полиэтилен, различные ткани скручиваются в рулоны для облегчения транспортировки и хранения. Конвертеры рулонов пропускают эти материалы через специальное обрабатывающее оборудование, которое превращает рулоны в какие-либо полуфабрикаты или конечные продукты.
 
Эта линия (рис. 3) разворачивает тонкую пленку из материала для солнечных батарей, превращает ее в отдельные ячейки, тестирует их эффективность и сортирует в зависимости от результатов теста. Отдельные ячейки затем собираются в солнечные панели и упаковываются для коммерческой реализации.
 

Рис 3. Изображение линии по обработке рулонов. Раздельная система ЧМИ и ПЛК обеспечивает комплексную функциональность по управлению, такую, как управление перемещениями с помощью машинного зрения, а также, коммуникации с многочисленными роботами и камерами

Система обеспечивает многоосевое управление движением, контроль натяжения, выставление отметок, лазерное вытравливание, тестирование, сортировку и т.д. Данное приложение, кроме того, требовало Ethernet-коммуникаций с лазером, двумя роботами и тремя камерами. Для решения всех этих задач была выбрана раздельная система ЧМИ и ПЛК.

В начале линии находится сервопривод системы развертывания, контролирующий натяжение материала, а также, второй сервопривод, обеспечивающий выравнивание краев материала. Затем находится система обрезки. Все это необходимо для точного контроля натяжения материала, положения краев и точной разметки – задач, требующих высокоточного управления движением.

Cервопривод выравнивания края материала располагает его в поле действия лазера и поле зрения камеры. С помощью команды через обычный Ethernet/IP камера включается, проверяет продукт и сообщает его расположение лазеру. Адаптивный лазер делает аккуратное вытравливание, а на продукт наносятся специальные отметки.
 
Затем продукт вновь попадает в поле зрения камеры, включаемой через Ethernet/IP. Его положение передается в ПЛК, отдающий команду роботу-диспенсеру, осуществляющему нанесение клеящего вещества под контролем машинного зрения.

Специальные отметки на продукте, обеспечивающие точность перемещения и манипуляций, а также, высокоскоростные датчики используются для точного и безошибочного разделения готовых продуктов. Затем они направляются в систему визуального контроля, осуществляемого в нескольких измерениях. После этого, расположение продукта сообщается роботу, который берет продукт и помещает его в тестер. В зависимости от результатов проверки, продукт перемещается дальше, или помещается в емкость для отбраковки. Все эти операции координируются с помощью ПЛК, а мониторинг и контроль осуществляются с помощью ЧМИ – состояние оборудования, сообщения об отказах и т.д. и т.п.

Заключение
 
Интегрированные решения ЧМИ+ПЛК и раздельные системы ЧМИ и ПЛК – каждая имеют свои сильные стороны. Раздельные системы предлагают наиболее широкий выбор вариантов настройки и мощностей процессора – в отличие от интегрированных решений. Впрочем, для небольших производственных машин и несложных процессов ЧМИ+ПЛК отлично подходят, из-за невысокой стоимости, малого форм-фактора и возможностей интеграции.