PAC - Programmable Automation Controller se často označuje jako nástupce PLC. Jedná se o modulární systém, který dovoluje systém PAC sestavit z modulů podle potřeby aplikace. Tento článek popisuje základní vlastnosti systému PAC a dále se zaměřuje na PACSystems firmy GE Fanuc, které tvoří řady RX3i a RX7i.

V roce 2002 se poprvé na trhu průmyslové automatizace rozšířila nová zkratka PAC - Programmable Automation Controller. Zároveň se rozhořela debata, jaký je rozdíl mezi systémy označovanými jako PLC a PAC. Systémům PAC se začala často přisuzovat celá budoucnost v oblasti řízení automatizačních systémů. Obecně hranice mezi oběma označeními není striktně daná, ale to zase není tak důležité. Stále se totiž jedná o tzv. Programovatelné automaty. Důležité je, jaké má systém vlastnosti, k čemu se dá využít a jaké jsou náklady na jeho provoz a vývoj aplikací. To je námětem následují části článku. Po krátkém obecné definici a popisu systému PAC se již budu zabývat systémy firmy GE Fanuc, která si je z důvodu zavedení registrované značky označila jako PACSystems.

Definice systémů PAC

Většina výrobců, které tyto systémy nabízí, uvádí jako výhody větší flexibilitu, výkon a otevřenost systému, která umožňuje použití v širokém množství aplikací. PAC, z důvodu vzájemné kompatibility, dovolují jednoduchý přeskok mezi jednotlivými typy. PAC jsou modulární systémy, složené přinejmenším z jednoho napájecího modulu a řídícího modulu (obsahuje CPU) . Ty se mohou vyskytovat jako jeden modul (jeden celek) nebo oddělené dva moduly. To záleží na výrobci zda podporuje kompaktnější nebo otevřenější systém. Tyto základní moduly jsou společně dalšími volitelnými moduly zajišťující spojení s okolním světem, zasazeny do propojujícího podstavce, tzv. backplane (viz. obrázek vpravo). Ten zajišťuje vzájemnou komunikaci a přenos signálů mezi moduly.

řídící jádro bývá postaveno na standardní embedded architektuře využívající optimalizované komerční chipy CPU a komerční operačními systémy. To umožňuje snížit cenu hardwaru a přenášet jádro mezi více platformami, což dovoluje koncovým uživatelům zvolit si hardware a programovací jazyk, který nejlépe vyhovuje dané aplikaci. Paměť bývá ve velikostech jednotek, častěji však již desítek MB. Někdy bývá společná pro program i data, případně je na uživateli-programátorovy, jak si paměť rozdělí. Tuto pevnou integrovanou paměť řídících modulů lze v někdy výrazně rozšířit možností použít paměťové flash karty (převážně jsou výrobci podporovány karty typu Compact Flash). Modulární organizace dovoluje postupné vkládání modulů dle potřeby řízení nebo pozdější upgrade výpočetní řídící jednotky za novější a výkonější. Někdy je možnost využít starších vstupně/výstupních modulů v rámci zpětné firemní kompatibility. Dnes samozřejmostí je podpora velkého množství průmyslových i dříve jen komerčních komunikačních protokolů, sítí a sběrnic jako jsou RS-232, RS-485, Ethernet TC/IP, Profibus, DeviceNet, Genius, CAN a další. To dovoluje komunikaci s dalšími PAC, PLC a řídícími PC prostřednictvím lokálních sítí i sítě Internet. Dále pak zobrazovat parametry regulovaného systému například na webových stránkách či zasílat e-mailem nebo prostřednictvím SMS zpráv na mobilní terminál.

Firmy společně uvádějí tyto obecné vlastnosti systémů PAC:

• Funkčnost v mnoha oblastech - včetně logiky, řízení pohybu, HMI (Human-Machine Interface) a řízení procesů na jedné platformě.
• Společná vývojová platforma pro návrh a implementaci automatizačních systémů v různých oblastech průmyslu.
• Dovolují koncovým uživatelům rozvinout více řídících aplikací na jedné platformě.

GE Fanuc PACSystems

To co bylo řečeno o PAC výše, platí i pro programovatelné automaty PACSystems této společnosti. V současnosti tato firma nabízí dva modely které jsou zařazeny do kategorie PACSystems:

• PACSystems RX3i Controller - ve výrobním programu od roku 2004
• PACSystems RX7i Controller - ve výrobním programu od roku 2003

řídící moduly RX3i i RX7i jsou postaveny na standardní tzv. embedded architektuře a používají optimalizované komerční CPU Pentium III. V systému může být použito více CPU jednotek a tím se může zvýšit výkon celého systému. Oba systémy také podporují komunikační protokoly RS-232, RS-485, Ethernet TCP/IP, Profibus, DeviceNet a Genius. řídicí systémy skupiny PACSystems se vyznačují společným prováděcím programem (runtime). PACSystems jsou řízeny firemním vývojovým softwarem CIMPLICITY Machine Edition development software, kterým firma poskytuje universální vývojové prostředí pro programování, konfiguraci a diagnostiku všech systémů zařazených do PACSystems. To umožňuje přenositelnost aplikačních programů mezi různými hardwarovými platformami a snížení nákladů na vývoj i investice do vývojového softwaru. Navíc tento software umožňuje konverzi programů pro předchozích platforem PLC a tím využít již dříve vyvinuté programy. CIMPLICITY podporuje známé programovací jazyky pro průmyslové standardy, včetně programovacího jazyka C a samotný uživatel si může zvolit vhodný programovací jazyk pro svou aplikaci. Existuje zde i možnost programovat prostřednictvím příkazu na bázi tagů a využít připravených knihoven. Dále je možné využít mód pro online testování atd.

RX3i Controller

Vlastnosti PACSystems RX3i

Systém je postaven na duální backplane sběrnici, která dovoluje propojení modulů přes rychlou PCI sběrnici nebo sériovou sběrnici pro zpětnou kompatibilitu se staršími moduly Series 90-30 I/O. Systém musí obsahovat alespoň jeden napájecí modul (na obrázku úplně vlevo) a jeden řídící modul (na obrázku vlevo hned vedle napájecího modulu). Systém však umožňuje použít více modulů zdrojů pro napájení dalších externích komponent a více řídících modulu pro zvýšení výkonu systému. Dále pak je možné připojit moduly potřebné pro danou aplikaci. Dále je stručný seznam v současné době dostupných modulů. Mezi nimi je i modul pro komunikaci prostřednictvím sítě Ethernet. Zde je významný rozdíl o proti řadě RX7i, která má již Ethernet integrovaný přímo v řídícím modulu s CPU. To je dáno určením řady RX3i i pro jednodušší aplikace, kde nemusí být tato komunikace využita a je tedy zbytečné, aby ji systém měl.

Existující moduly :

• Modul Controller (řídící modul) - hlavní řídící jednotka obsahující CPU Pentium III 300MHz, 10MB RAM paměti, RS-232, RS-485
• Napájecí zdroje - pro samotný systém, dále pak rozšiřující napájecí zdroje 24VDC, 125VDC
• Diskrétní vstupní moduly - vstupy 5/12 VDC TTL, 24 a 125 VDC, 120 a 240 VAC ; 8 až 32 vstupů na modul podle typu modulu; pozitivní či negativní logika; vstupní filtry
• Diskrétní výstupní moduly - 5/12/24 VDC (TTL výstup), 12/24 VDC, 125 VDC, 120/240 VAC; 0,5 až 4 A; negativní či pozitivní logika, 6 až 32 výstupů na modul podle typu
• Moduly s výstupy přes relé - 2 až 8 A; 8 až 24 výstupů na modul dle typu modulu
• Analogové vstupní moduly - proudové, napěťové, diferenční napěťové, universální, pro odporové kovové senzory, pro termočlánky; 4 až 16 kanálů
• Analogové výstupní moduly - izolované, napěťové, proudové; 2 až 12 kanálů
• Analogové kombinované moduly (vstupy i výstupy) - 4 vstupy, 2 výstupy
• Motion moduly (moduly pro řízení pohybu) - vysokorychlostní čítače HSC, čítače s Grayovým kódem, digitální modul řízení servopohonu - 1-2 osy pro digitální servo a 1-4 osy pro analogový servopohon
• Komunikační moduly - Genius Bus Controller, Profibus Mater modul, Ethernet 10/100 Base Tx modul, DeviceNet modul
• Expanzní moduly - pro rozšíření backplane a tím pro zvýšení počtu připojitelných modulů

RX7i Controller

Vlastnosti PACSystems RX7i

Tato řada vznikla o rok dříve než řada RX3i a má s ní několik společných prvků, jako je například CPU a tím je umožněno použít naprogramované aplikace pro obě řady. Má však zajišťovat řízení složitějších aplikací a proto je zde možné zvolit řídící modul s CPU Pentium III 300 MHz, kterého využívá i předchozí řada nebo Pentium III 700 MHz. Oba moduly obsahují paměť 10MB společnou pro program i data. Navíc řídící modul již přímo obsahuje dva 10/100 Mbit/s Ethernet porty RJ-45 a dva sériové porty RS-232/RS-485.

Systém je postaven na backplane standardu VME64 a podporuje všechny standardní moduly VME včetně modulů Series 90-70 I/O. Opět je možné, stejně jako v případě RX3i, připojit více řídících modulů a tím zvýšit výpočetní výkon jednotky. Jeden rack obsahuje 17 VME slotů. V případě nutnosti využít většího počtu slotů, je možné systém rozšířit o další rack a propojit ho s tím prvním.

Nabídka modulů pro systém RX7i je stejně rozsáhlá, jako je tomu v případě systému RX3i, tedy zahrnuje vstupní a výstupní analogové a diskrétní moduly, výstupní moduly pro řízení zařízení vykonávající pohyb (například servomotory), moduly pro komunikaci atd.

CIMPLICITY Machine Edition software

Jak již bylo zmíněno výše, jedná se univerzální automatizační vývojový software pro programování, konfiguraci, diagnostiku, monitorování a řízení aplikace či více aplikací najednou. Existuje už dnes i lokalizace v češtině. Při vývoji aplikace umožňuje kombinovat klasické příkazové programování včetně jazyka C s grafickým vyjádřením. Umožňuje použít klasické otevřené průmyslové standardy jako jsou COM/DCOM, ActiveX, OPN a XML.

CIMPLICITY Machine Edition software obsahuje tyto komponenty:

• HMI/Operator Interface – View - componenta určená pro potřeby rozhranní zařízení operátor a splňuje požadavky kladené na HMI (Human - Machine Interface). Podporuje komunikaci pro všechny zařízení PLC/PAC a OPC Client/Server (OLE for Open Control Client/Server) a poskytuje dálkové připojení pro diagnostiku a monitorování. Podporuje následující Runtime operační systémy založené na Windows CE (pro QuickPanel jednotky) a Windows NT/2000/XP .
• PC Control – Logic Developer-PC - je určený pro všechny systémy založené na PC a runtime systémy, kterým poskytuje použití programovacího jazyku C a dalších 5-ti programovacích jazyků podle normy IEC113, tj. žebříčkový diagram (Ladder Diagram) , strukturovaný text (Structured Text), výpis instrukcí (Instruction List), blokový diagram (Function Block Diagram), sekvenční mapa (Sequential Function Chart). Podporuje propojení se všemi firemními PLC/PAC a otevřenými I/O zařízeními. Podporuje Runtime operační systémy QuickPanel Control (založený na Windows CE), Windows NT/2000/XP, Embedded NT/XP a Hard Real-Time NT.
• PLC Programming – Logic Developer-PLC - je určen pro programování a konfiguraci PLC/PAC od VersaMax Nano až po PACSystems RX3i a RX7i.
• Motion Programming – Motion Developer - je určen pro programování a konfiguraci GE Fanuc S2K pohybových kontrolérů

Na následujícím obrázku je příklad řešení komunikace mezi jednotlivými komponentami prostřednictví různých sítí a sběrnic, které podporují výrobky firmy.

Příklad využití různých sběrnic a protokolů k vzájemné komunikaci zařízení

ZÁVěR

V tomto článku je se snažil přiblížit novinku na poli programovatelných automatů označovaných jako PAC (Programmable Automation Controller) a ukázat výrobky firmy GE Fanuc označované jako PACSystems. Samozřejmě existují již i výrobky PAC od jiných výrobců jako jsou například firmy National Instruments, Rockwell Automation a další. Zvláště PAC výrobky firmy Rockwell se však často uvádějí jako PLC, což dokládá nejednoznačnou hranici mezi systémy PLC a PAC. Na adresu PAC se dá uvést, že největší rozdíl o proti PLC je možná ve výrazném využití platformy PC v oblasti hardwaru i softwaru. Firma GE Fanuc Automation z marketingového hlediska raději zařadila označení PAC již do názvu systémů. Této výrobní řadě se již dostalo na poli automatizace mnoha ocenění. Skupina produktů PACSystems získala v minulém roce tři ceny za inovaci od prestižních průmyslově orientovaných časopisů. Byly jimi Control Engineering (cena Editors’ Choice Award), Instrumentation & Automation News (IAN, cena Editorial Excellence Award) a Plant Engineering (cena Product of the Year Finalist Award). Hodnoceny byly takové faktory jako přínos pro průmysl, technická novost a první produkt nové kategorie na trhu. V budoucnu bude jistě zajímavé sledovat další novinky a inovace. Mohla by jím být i nabídka modulu pro čtení a zápis na některou z komerčních paměťových flash karet, což už například ve svých některých produktech nabízí firma National Instruments.

 

---

Odkazy :

[1] materiály firmy GE Fanuc Automation - http://www.geindustrial.com ( PACSystems )
[2] české zastoupení GE Fanuc: GE Fanuc Automation čR s. r. o. - http://www.gefanuc.cz/
[3] dodavatel GE Fanuc PLC/PAC: CMS s.r.o.- http://www.cmsys.cz
[4] Bob Trebilcock: The PLC is dead! Introducing the Pac!
[5] In AUTOMATION 1/2003: Product information - More than integration. GE Fanuc Automation