Jste zde

Řídící PLC Controllino postavené na systému Arduino

Antonín Vojáček, 8. Prosinec 2020 - 19:56

V předchozích několika článcích jsem si představili několik provedení průmyslových řídících jednotek postavených na známých deskách Raspberry Pi. Dnes si ukážeme PLC CONROLLINO postavené na dalším populárním vývojovém hardwaru, konkrétně na desce Arduino.

Řídící jednotky Controllino postavené na základě programovatelné / vývojové desky Arduino vyrábí stejnojmenná společnost v 3 různých provedení: Mini, Maxi a Mega. Jejich princip a základní hardware je stejný, jen se liší počtem vyvedených vstupů a výstupů. Zde si tedy ukážeme největší a nejvíce vybavenou verzi Mega, na které je možné si ukázat všechny možné dostupné prostředky a funkce.

CONTROLLINO Mega

CONTROLLINO Mega je tedy programovatelný logický automat s možností volného programování, který je kompatibilní se standardem a softwarem Arduino, který je určen pro soukromé nebo průmyslové využití v řídících aplikacích podle normy EN 61010-2-201.

Z pohledu hardwarového provedení je jednotky Controllino Mega provedena na první pohled celkem podobně, jako ostatní podobné řídící jednotky, včetně těch postavených na ARM deskách Raspberry Pi. Tedy jde o plastovou krabičku s možností upevnění na 35 mm DIN lištu, která má zabudované svorkovnice pro připojení dvoustavových spínaných a analogových signálů a pak porty pro datovou komunikaci. Vše doplňují svorky pro provedení stejnosměrného napájení podporující 12 i 24 VDC a indikační LED o stavu funkce PLC a případně i nějaké ovládací / resetovací mikrotlačítko.

Toto bezezbytku splňují i provedení Controllino, přičemž zde bylo pro indikaci využito celé matice LED indikující nejen základní stav napájení a běhu softwaru jednotky, ale i jednotlivé stavy všech vstupů a výstupů. A to již v dnešní době není u PLC zcela běžné. Také na první pohled zde zaujmou čtyři sdružené pinové signálové konektory X1 až X4. Ale současně jsou v jednotce šroubovací konektory některých výstupů a všech reléových výstupů umožňující spínat i střídavé napětí až 250 VAC pro zatížení až 16 A. Tedy lze přímo spínat i napájecí obvody dalších zařízení čí spotřebičů. Tranzistorové spínané výstupy jsou pak hardwarově provedeny zapojeny v tzv. v polovičním H-můstku a podporují spínání napětí jen do 24 V DC při maximálním proudovém zatížení 2 A. Ale zase navíc podporují funkci pulsně-šířkové modulace. Dvoustavové digitální vstupy podporují 12 V i 24 V napěťové signály a analogové napěťové vstupy 0 - 12 / 24 VDC (dle napětí napájecího napětí) mají vzorkování / rozlišení na 10 bitů, tedy v tomto směru jde o slabé místo řídící jednotky Controllino.

Všechny uvedené signály, které jsou vyvedeny na šroubovací svorky jsou pak současně paralelně vyvedeny v provedení MEGA i na čtveřici sdružených pinových konektorů, kde však využívají jen 5 VDC logiku. Nejde tedy na nich i další signálové vstupy a výstupy, ale z pohledu softwarového řízení o ty samé na svorkách. Z pohledu hardwarového je zde onen rozdíl výkonový / napěťový rozdíl, kde např. reléové výstupy a tranzistorové "výkonové" výstupy na svorkách jsou na piny konektoru vyvedeny jen jako nevýkonové spínané 5 VDC signály s maximálním zatížením jen 40 mA. Podobně i vstupy na pinech mají 5 V logiku / rozsah. Navíc jsou na pinech vyvedeny i rozhraní I2C, SPI a UART (RS-232) sériových komunikací, opět v 5 V TTL logice.

Jako řídící jádro slouží 32-bitový procesor ATmega2560 taktovaných na frekvenci 16 MHz, stejné MCU využívané i v deskách Arduino.

Připojovací a provozní možnosti:

Hardwarové vstupy a výstupy (na šroubovacích svorkách + pinových konektorech):
- 16 reléových výstupů max. 250 VAC/ 6 A
- 24 tranzistorových spínaných výstupů max. 24 VDC/ 2 A (z toho 15 použitelných pro PWM)
- 16 analogových / digitálních vstupů 12 / 24 VDC
- 5 čistě dvoustavových digitálních vstupů podporující funkci rychlého přerušení (Interrupt)
Komunikační rozhraní:
- 1x Ethernetový konektor RJ-45
- 1x USB 2.0 konektor typu
- 2x rozhraní UART / TTL součástí pinových konektorů
- 1x rozhraní RS485 na šroubovacích svorkách
- 1x rozhraní SPI součástí pinovém konektoru
- 1x rozhraní I2C součástí pinovém konektoru
Provozní teplota: 0 až 55 °C
Napájení: 12 až 24 VDC
RTC obvod reálných hodin
Indikační LED napájení / běhu softwaru / stavu vstupů a výstupů
Certifikace: EN 61010-2-201 a IEC 61131

Možnosti programování jednotek Controllino

Jednotka CONTROLLINO byla tedy vyvinuta jako zařízení, které je vybaveno všemi běžnými v automatizaci požadovanými a běžnými konektory, přičemž ji lze programovat dle volby programovacího softwaru jako graficky - blokově jak je běžné u PLC, tak pomocí programovacího jazyka C, jak je běžné u desek Arduino a naprogramovat zcela od nuly. Možnostem využití tak nejsou kladeny takřka žádné hranice.

Automat Controllino tak lze programovat v integrovaném vývojovém PC prostředí Arduino IDE, což je open source vývojářské prostředí s kompilátorem pro jazyk C, s jehož pomocí byly předem implementovány základní funkce a který usnadňuje programování v jazyce C. Pro tyto účely je navíc k dispozici řada programovacích knihoven přímo připraveno pro vstupy a výstupy a funkce jednotky Controllino, které stačí jen do Arduino IDE prostředí naimportovat. Jinak ale lze použít i další vývojové prostředky nevyžadující umění programování v C, jako například PC software Visuino nebo logi.CAD. Visuino je základní grafické programovací prostředí využívající funkce "drag and drop" (tedy přetahování prvků/bloků), kde je vše propojeno řadou diagramů a pinů. Logi.CAD je pak již profesionálnější aplikace / inženýrský software přímo určený pro vytváření aplikací PLC pro průmyslovou automatizaci v souladu s průmyslovou normou IEC 61131-3.

Příklady grafických programovacích PC softwarů pro PLC CONTROLLINO: Visuino (obr. vlevo) a Logi.CAD (obr. vpravo).

Dostupné vývojové kity

Výrobce PLC CONTROLLINO nabízí vývojovou / výukovou sadu, vhodná i pro testování a simulaci. Kit podporuje 30 zahrnutých cvičení (ve formátu karty učení) pro vytvoření programu až po testování a ověření funkcí. Dostupné senzory na tréninkové desce Controllino lze podle potřeby zapnout nebo vypnout. K dispozici je až 8 tlačítek / spínačů, 4 převodníky analogových hodnot (0-10 V), generátor impulzů (2-1000 Hz, lineární), 8 LED a bzučák slouží jako akční členy.