Od české společnosti SCHMACHTL, který je mimo jiné prodejcem a distributorem sortimentu produktů společnosti Unitronics, jsem dostal možnost krátce vyzkoušet dva nejnovější zástupce v jejich nabídce kompaktních programovatelných automatů OPLC Unitronics, typy V570 a V560.

Co je OPLC?

OPLC je zkratka dlouhého výrazu „Graphic Operator Panel & Programmable Logic Controller” a v praxi to znamená programovatelný automat s již integrovaným ovládacím a vizualizačním rozhraním (HMI). Tedy jako byste vzali klasickou základní řídící CPU jednotku PLC a „nacpali ji“ do jednotky HMI panelu.

Určitě když jste někde montovali a programovali řídící jednotku složenou z PLC na DIN liště skříně a HMI displeje umístěného do otvoru ve dveřích skříně, i Vás někdy napadlo, že je docela zbytečné mít dvě jednotky, které samy o sobě obsahují svůj řídící procesor, když celou aplikaci by klidně zvládl ten procesor v panelu (obvykle je dnes v HMI nějaký dost výkonný 32bitový ARM a minimálně stovky kB RAM). Navíc zbytečně se na straně panelu i PLC obsadí ethernetový či sériový konektor pro vzájemnou komunikaci, čímž pro případné napojení zařízení na další PLC či k nadřazenému PC systému je nutné někdy dokupovat další kartu portů.  

To si uvědomili i vývojáři společnosti Unitronics, která jako jedna z prvních začala nabízet širokou řadou právě programovatelných automatů OPLC v různých velikostech, variacích a konfiguracích. Navíc pro ně vyvinula speciálně na míru ušitý vývojový a programovací software s názvem VisiLogic, který je navíc spolu s dalšími podpůrným PC softwarem zcela zdarma a bez jakékoliv registrace a podobných otravných věcí. Někdo možná namítne, že je to zase nový PC software k učení, ale jak si může přečíst dále, v tomto případě je ten software udělán tak dobře, že pokud máte již zkušenosti programování PLC a HMI typu OMRON, Fatek, Siemens a podobně, nebude Vám to dělat hned od začátku žádné problémy. Osobně já jsem hned po prvním spuštění byl schopen bez problémů začít programovat a vytvářet aplikaci a s pochopením složitějších záležitostí jako komunikace přes ethernet, vytváření databází apod. Vám velmi dobře pomůže skvěle realizovaná nápověda (Help) a se softwarem dodaný velký soubor různých ukázkových aplikací pro každý jednotlivý typ OPLC.

Výhody spojení PLC a HMI (OPLC):

• Jeden programovací a vývojový PC software = maximální usnadnění vývoje a nejlepší možná optimalizace programu aplikace.
• Velká úspora místa v rozvaděči (PLC i HMI jsou zasazeny v panelu a pod nimi je ušetřené místo např. na svorky).
• Cenová úspora (obvykle stejně výkonné PLC doplněný HMI je dražší než OPLC).
• Odpadá datová komunikace mezi oddělenými PLC a HMI = datový výstup lze použít pro aplikaci či komunikaci s nadřazeným systémem.
• Výbava jako PLC + HMI dohromady (I/O, slot pro SD kartu, ethernet, CANopen, RS-485, dotyková obrazovka atd.).
• Možnosti vstupů a výstupů  stejné jako u ostatních běžných PLC konkurence (dvoustavové vstupy/výstupy, analogové vstupy/ výstupy).
• Velký výpočetní výkon umožňující řídit i složité aplikace.

Nevýhody OPLC:

• Dražší případný budoucí servis (musí se vyměnit celá OPLC jednotka místo jen jednotky PLC či jen jednotky HMI).
• V základu OPLC neobsahuje žádné dvoustavové vstupy a výstupy a je nutné dokoupit „nacvakávací“ modul na základní jednotku či vzdálené I/O moduly komunikující s OPLC přes CANopen.  

Unitronics V560 vs. V570

Do tohoto testu byly netradičně zařazeny současně dvě jednotky OPLC Unitronics s označením V560 a V570. Důvod je jednoduchý. Obě se vzájemně prakticky liší jen provedením ovládání, přesněji řečeno, zatímco jednotka V570 má jen velký dotykový displej, jednotka V560 má mimo dotykový displej i soubor ovládacích tlačítek pro aplikace, kde například ve velmi špinavém prostředí by uživatelé již jen při základním ovládání displej rychle zašpinili či poškrábali, takže pak by byla zhoršená jeho čitelnost. Z vlastní praxe vím, že například pro uhelné elektrárny, doly či cementárny a podobná prostředí jsou tlačítka výhodná a více vydrží.

OPLC jednotky V570 (obr. vlevo) a V560 (obr. vpravo) se prakticky liší jen přítomností tlačítek u verze V560 a s tím spojenými trošku většími rozměry panelu. Dotykové displeje jsou totiž v obou případech stejné.

Jinak lze bez problémů do obou jednotek nahrát stejný aplikační program, využívají stejný programovací a vývojový PC software, obsahují stejné komunikační rozhraní a lze je rozšířit o stejné vstupy a výstupy. Například lze bez problémů do jednotky V560 nahrát příklad aplikace od výrobce určený pro jednotku V570 a bez problému poběží (jen je nutné lehce změnit nastavení typu jednotky). Takže veškeré informace týkající se programování a možností propojení a řízení uvedené dále v článku platí pro obě jednotky stejně.

Obsah balení

K tomu, jak je zařízení zabalené se obvykle moc nevyjadřuji, ale zde mě v tomto směru překvapily hned dvě věci. Zaprvé součástí kartonové krabice obou jednotek je již základní programovací sériový kabel (pro klasické 9pin. RS-232 rozhraní) a dokonce taková drobnost jako ukončovací rezistor pro CAN sběrnici, což u ostatních dodavatelů vůbec nebývá samozřejmé a kabel je obvykle  nutné si dost draze kupovat či složitě vyrábět. Za druhé bylo uvnitř mimo papírového stručného návodu i CD nejen s kompletní pdf dokumentací, ale i s kompletními programovacím softwarem a všemi přidruženými podpůrnými prográmky (utilities), např. pro vzdálený přístup, vytvoření jednoduchého serveru  (viz dále). Samozřejmě nechybí „držáčky“ pro upevnění OPLC jednotky do otvoru v panelu.

Mechanické provedení

Samotná základní jednotka v obou variantách, tj. s tlačítky (verze V560) a bez tlačítek (verze V570), je zapouzdřena do plastových skříněk mírně odlišných celkových rozměrů 229x147 mm vs. 197x147 mm. Rozdíl je čistě jen v potřebném místu pro tlačítka u verze V560, jinak z pohledu ze zadní strany je uspořádání shodné. U V560 je dotykový displej posunutý více vlevo (není uprostřed), aby se nalevo uvolnilo místo pro soustavu membránových tlačítek (čísla / znaky, kurzorová tlačítka, tlačítka ECS, Enter a Info). Ta fungují společně s dotykovou plochou i v případě, že je v programu vůbec neuvádíte. Prostě s nimi lze zadat hodnotu proměnné na displeji, kurzorovými klávesami přeskakovat mezi ovládacími „okénky na obrazovce“ apod. Vpravo je pak ještě pod sebou sestava funkčních tlačítek F1 až F6, která však nic nedělají dokud jejich funkci nenastavíte v části programu ovládání / vizualizace. Ta pak mohou plnit specifické funkce.

Na zadní straně jsou pak speciální otvírací dvířka, pod kterými se skrývá držák knoflíkové 3V lithiové baterie, která zálohuje paměť RAM při výpadku napájení. I když V560 i V570 mají také Flash paměti, kam se dá program také nahrát a tedy zůstane tam i při vyjmutí této baterie, v RAM se také zálohují aktuální proměnné a data programu  (např. aktuálně naměřené hodnoty), které by jinak po každém vypnutí napájení byly ztraceny. Baterie u nově dodaných jednotek není v držáku vložena, aby se zbytečně nevybíjela, ale je ji nutné ji tam vložit, na což upozorňují i nalepené výstražné štítky.

Na zadní straně jednotek pak je taková „velká připojovací plocha“ s velkým konektorem uprostřed, který je normálně schovaný pod plastovou krytkou proti poškození. Ta slouží k mechanickému i elektrickému připojení tzv. Snap-in I/O modulu, což je rozšiřující jednotka různých elektrických vstupů a výstupů, které jsou pak jakoby kompaktní součástí jednotky. Nezabírají tedy žádné místo někde na DIN listě ve spodní části skříně.         

Zadní strana jednotky Unitronics řady Vision V570 bez i s instalovaným Snap-in I/O modulem vstupů a výstupů.

Dotykový displej

K této oblasti bych řekl asi následující: V obou případech jednotek V560 i V570 jde o TFT LCD displej s úhlopříčkou 5,7“ s rozlišením 320x240 pixelů (QVGA) podsvícený bílými LED. Poskytuje standardní zobrazení jako současné podobné HMI displeje konkurence. Co musím ale vyzdvihnout je skvělá rezistivní dotyková plocha, které se stačí jen jemně dotýkat a OPLC reaguje na každý dotek velmi rychle. Takže ovládání vizualizace je velmi snadné.  To není vždy pravidlem, z mé zkušenosti je u některých výrobců nutné na dotykovou plochu dost tlačit. V případě většího počtů dotyků, např. při zadávání většího počtu parametrů do databáze, to pak již je dost únavné.

Vstupy / výstupy a komunikační rozhraní

Co se týče použití různých dvoustavových a analogových vstupů a výstupů, existují zde dvě možnosti, jak je do jednotek V560 a V570 vestavět:

• Připojením Snap-in I/O modulu k základní OPLC jednotce.
• Použitím až 7 vzdálených rozšiřujících modulů připojených přes základní komunikační jednotku EX-2AX do speciálně k tomu určeného konektoru v OPLC (Expansion port).

První možností je použití Snap-in I/O modulu, který se důvtipně připevňuje přímo na tělo základní OPLC jednotky. Ten poskytuje velmi široké množství vstupů a výstupů:

• Dvoustavové logické vstupy (opticky oddělené 12 nebo 24 VDC).
• Dvoustavové tranzistorové výstupy (2ks s možností volby režimu PNP/NPN, ostatní PNP).
• Analogové vstupy (dle nastavení přepínačů Snap-in I/O modulu: 0 – 10 V, mV, termočlánek  nebo 0/4 - 20 mA).
• Analogové výstupy (dle nastavení přepínačů Snap-in I/O modulu: 0-10V či 0/4 - 20 mA)

Snap-in I/O modul má vlastní od OPLC oddělené napájení vstupy 12-24 VDC (zvlášť i pro každý typ vstupů a výstupů), takže lze vstupy a výstupy mít zcela oddělené od vnitřní elektroniky V5x0 jednotky.

Druhou možností je pak použití vzdálených I/O rozšiřujících jednotek, což jsou „krabičky“ na DIN lištu ve velikosti cca kompaktních PLC. Ty tedy již nejsou mechanicky spojeny se základní OPLC jednotkou, ale jen elektricky prostřednictvím rozšiřujícího portu. Výhoda tohoto řešení je mimo někdy vhodnější umístění na DIN i lepší optimalizace využití v aplikaci potřebných vstupů/výstupů  skoro libovolného počtu (koupí se jen takové jednotky, které potřebujeme, např. jen velký počet dvoustavových vstupů a žádné analogové, když nejsou potřeba). Konkrétně já jsem měl k dispozici univerzální modul s označením IO-D16A3-TO16, který poskytuje 16 digitálních vstupů a výstupů (z toho vždy 1x vysokofrekvenční) a 3 analogové vstupy. I tyto rozšiřující jednotky mají vlastní napájecí vstup 12-24 VDC.

Z pohledu datových komunikačních rozhraní je již v základu k dispozici plné CANopen v podobě vyjímatelného konektoru se šroubovacími svorkami a pak 2x COM rozhraní RS-232 / RS-485 (dle nastavení DIP přepínačů) v podobě konektorů RJ-11. Port COM1 navíc současně slouží jako programovací a veškerou komunikaci OPLC s PC (vývojovým softwarem VisiLogic) prostřednictvím již zmíněného ke každému OPLC přiloženého kabelu (převodník RS-232/RS-485). Navíc je zde místo pro vestavbu (doplnění) jednotky o Ethernetovou kartu 100Base-Tx s klasickým konektorem RJ-45. Ten byl v mém případě také nainstalován na obou jednotkách (V560 i V570). S jeho pomocí je možné provádět vzdálený přístup k programu i datům OPLC po síti i provádět načtení či přeprogramování programu aplikace, její stop, start, reset či novou inicializaci. Má to však jeden háček. Totiž nelze s ním provést první naprogramování aplikace do OPLC, protože pro ethernetovou komunikaci musí mít OPLC definováno „jméno“, které se dá nastavit jen pomocí funkčního bloku v programu pro OPLC, který je tak tam nutné nejdříve nahrát přes sériové rozhraní.  

Na obou jednotkách V570 i V560 jsou na boku umístěny vestavěné komunikační rozhraní (v mém případě 1x CANBus, 2x RS-232/RS-485  (konektory RJ-11 - PORT 1 a PORT 2) a 1x Ethernet 100BASE-TX (PORT 3 - příplatková výbava). Vespodu pak najdete port RJ-45 pro připojení rozšiřující modulů vstupů/výstupů (Expansion port). 

Programování a možnosti nastavení

K programování a kompletnímu nastavení a obsluze všech OPLC třídy Vision slouží počítačový software VisiLogic. Ten v sobě přímo sdružuje jak programování řídícího programu aplikace prostřednictvím liniového diagramu a široké nabídky funkčních bloků, tak i vytváření zobrazovacího a ovládacího rozhraní. Výhoda je jasná. Maximální přehlednost vývoje aplikace bez  zbytečného překlikávání mezi okny různých oddělených vývojových softwarů.

Programování řídící logiky i vytváření ovládání a vizualizace se provádí v rámci jednoho okna. Stačí vždy překliknout na jinou položku vlevo umístěné stromové struktuře.

Program, se kterým jsem se během tohoto testu setkal úplně poprvé, mě osobně hned velmi pozitivně překvapil a nadchnul. Hned od začátku byl pro mě velmi intuitivní na ovládání a velmi brzy jsem byl schopen začít vytvářet různé zkušební aplikace. Navíc vše jistí velmi dobře a detailně propracovaná nápověda, která obsahuje odpovědi snad na všechny možné otázky a také velké množství různých příkladů hotových aplikací rovnou připravených pro různé typy automatů Unitronics. Dokonce bych se odvážil říct, že z tohoto pohledu jsem se s lepším PLC vývojovým softwarem nesetkal (a vyzkoušel jsem jich již poměrně hodně). Zvláště když je poskytován zcela zdarma. Jediná jeho větší nevýhoda je fakt, že neobsahuje vestavěný simulátor, takže nelze si bez připojeného hardwaru nijak vyzkoušet funkci vytvářeného programu.

Volba hardwaru a nastavení doplňkových modulů vstupů a výstupů je opravdu hračkou a kdykoliv během programování aplikace ji lze změnit.

Na druhou stranu VisiLogicu může „asistovat“ další doplňují software, který si můžete opět stáhnout ze stránek Unitronicsu nebo je na přiloženém CD. Určitě využijete „Remote Control“ pro realizaci kompletního vzdáleného přístupu do OPLC nejen přes ethernet, ale i přes sériové rozhraní. OPLC tak nemusí nutně mít příplatkové ethernetové rozhraní, ale např. s externím RS-232/ethernet převodníkem lze také vzdáleně přistupovat i přes LAN. Lze nejen zobrazit v PC obrazovku (režim typu vzdálená plocha), ale i číst či zapisovat (měnit) data programu, tabulek, alarmů atd. nebo provést stop či nový reset/inicializaci programu OPLC a nastavit čas/datum RTC hodin. Dále se Vám může hodit i „DataXport“ pro automatickou výměnu naměřených hodnot s OPLC v reálném čase (run-time data logging), či UniOPC server pro zajištění napojení na libovolný SCADA systém.

Prostřednicvím softwaru "Remote Control" lze vzdáleně ovládat prakticky veškeré funkce běhu programu v OPLC (vlevo - zobrazení typu "vzdálená plocha", vpravo - ovládání běhu programu a nastavení RTC hodin).

Při programování řídící logiky aplikace můžete pak konkrétně u obou OPLC verzí V560 a V570 využít velké množství operandů, registrů (8192 bitových operandů, 4096 registrů integer, 256 registrů double word, 64 registrů reálných čísel). Vše dále doplňuje 384 časovačů (32bitů) a 32 čítačů. S nimi je možné vytvářet aplikace prostřednictvím velkého množství funkčních bloků realizujících jak základní matematické operace, převody (mezi formáty čísel a ASCII znaky), práci se znaky a ASCII řetězci, tak i specializované funkce pro linearizaci a zesílení analogových signálů, PID regulátory, PWM výstupy, digitální filtry, realizaci digitálních vah (kalibrace, linearizace, nulování zatížení ze snímače), vykreslení trendů z navzorkovaných dat, řízení pohybu a zrychlení servomotorů či například komunikaci přes GPRS, zasílání SMS a e-mailových zpráv.

Příklady funkčních bloků, které jsou uživateli/programátorovi k dispozici. Forma uspořídání do rozvíjecích menu je velmi příjemné pro snadné hledání a výběr požadované funkce.

Další dnes důležitou složkou je velmi dobrá podpora vytvoření a následného programového využívání různých tabulek / databází. Visilogic Vás velmi intuitivně navádí jak vytvořit tabulku o přesně požadovaném počtu sloupců a definici jejich názvů a typů proměnných. V řídícím programu aplikace pak lze snadno realizovat výběr a správu v ní uvedených dat prostřednictvím indexačních registrů. Následně při provozu takové databáze v OPLC je možné vzdáleným přístupem hodnoty z tabulky načítat do PC, archivovat  do různých formátů pro další zpracování Excel XLS, CSV, XML, i případně upravenou nahrát zpět z PC do OPLC.  Lze tak například stáhnout data z OPLC do PC a Excelu, zde upravit a poté opět načíst do OPLC. V tomto směru je podpora softwaru od Unitronics velmi dobře zvládnutá.

V režimu vzdáleného přístupu lze libovolně stahovat zadaná nebo naměřená data do PC ukládat je či měnit je a opět načíst zpět do OPLC.

Dále je nutné proti konkurenci vyzdvihnout speciální funkční bloky pro naprogramování různé datové komunikace OPLC s jiným zařízením. Nejen, že je možné komunikovat standardně přes sběrnici CAN/CANopen, RS-232/RS-485 či případně po ethernetu, ale jsou k dispozici funkční bloky pro velmi snadné nadefinování komunikačního protokolu (vlastní datové komunikační vrstvy) při využití fyzické vrstvy RS-232/RS-485 či TCP/IP . Snadno pomocí klikání myší nadefinujete schéma komunikačního protokolu, jaké využívá zařízení, se kterým potřebujete komunikovat (například snímač). K tomu stačí použít prakticky jen 3 funkční bloky, jeden pro inicializaci komunikačního rozhraní (portu) a pak jeden pro příjem a druhý pro vysílání.

Funkční bloky definovaní vlastního komunikačního protokolu umožňují interaktivní a snadno pochopitelnou metodou vytvořit přesně požadovaný formát komunikačního rámce či paketu. Snadno si z tabulky vyberete a v požadovaném pořadí za sebe vložíte ASCII znaky nebo odkaz na registry jejichž obsah se v moment vysílání nebo příjmu použije.

Stále dnes oblíbenější a častěji vyžadovanější funkcí je v automatu integrovaný webový server, který umožňuje vytvořit jednoduché internetové stránky například pro zobrazení vybraných hodnot a informací prostřednictvím klasického webového prohlížeče počítače, který je přes ethernet / internet připojený k OPLC. I zde testované jednotky V560 a V570  to umožňují. Prostřednictvím VisiLogicu  a v něm integrované funkci „OPLC Unitronics Web-Server Configurator“ je možné snadno několika kliknutími myší jednoduchou webovou stránku vytvořit se zobrazením stavu a hodnot libovolných proměnných a následně pak s programem aplikace do OPLC nahrát.

Nakonec není možné zapomenout na výbornou podporu práce s daty na SD kartě vložené do vestavěného slotu. Nechybí bloky pro zápis, čtení, mazání a klonování souborů, hodnot operandů a registrů, dat z databází a tabulek či zjištěných trendů.   

Základní technické parametry (dle údajů výrobce):

• CPU - rychlost provádění programu: 9 mikrosekund u aplikace velikosti 1kB
• Paměť:
  • RAM pro aplikační logiku: 2 MB
  • RAM pro datové tabulky: 120kB
  • RAM pro obrázky do HMI: 12 MB
  • RAM pro uložení fontů: 1 MB
  • veškerá RAM je zálohovaný Lithiovou baterií
  • Flash pro data: až 256 kB
• Displej:
  • Barevný TFT LCD 5,7“, 320x240 pixelů
  • 65 536 barev, rozlišení 16 bitů
  • podsvětlení bílé LED
  • jas nastavitelný softwarově i hardwarově
  • rezistivní dotyková plocha
  • u verze V560 navíc 24 programovatelných dotykových kláves
• Komunikační rozhraní:
  • 2x COM RS-232/RS-485 (dle nastavení přepínačů) na RJ-11
  • 1x CAN / CANOpen, odjímatelné šroubové svorky
  • Možnost rozšíření o ethernet 100BASE-TX na RJ-45
• I/O: dle doplnění o rozšiřující moduly
  • Snap-in I/O (18 / 17 dvoustavových vstupů/výstupů, 4/4 analogové vstupy/ výstupy)
  • Vzdálené dvoustavové (reléové či tranzistorové) či analogové vstupy / výstupy připojené přes rozšiřující port (expansion port) či případně CAN sběrnici
• Slot pro SD kartu (pro ukládání dat, tabulek a trendů, záloha programu apod.)
• Napájení: 12 / 24 VDC
• Další zajímavé funkce: RTC (čas/datum), Web-server (vnitřní internetové stránky pro zobrazení hodnot přes webový prohlížeč).
• Rozměry: 229x147 mm (V560), 197x147 mm (V570)
• Krytí: IP65/NEMA4X

Závěr

OPLC automaty V560 a V570 jsou společně s firemním vývojovým a programovacím PC softwarem velmi dobrým nástrojem pro vývoj systémů a strojů, kde zároveň potřebujete vytvořit řídící logiku, sofistikované ovládání a vizualizaci i téměř libovolnou datovou komunikaci s okolími či nadřazenými systémy.

Odkazy:

• Stránky výhradního importéra zařízení OPLC Unitronics, společnost Schmachtl – www.schmachtl.cz
• Produkty Unitronics a příslušenství -  www.schmachtl.cz/automatizace-programovatelne-automaty-plc