Jste zde

DPAC = Distribuovaný PAC systém (PLC + PC v jedné krabičce)

Antonín Vojáček, 18. Leden 2009 - 17:54

S postupem času se prosazují tzv. PAC systémy (Programmable Automation Controller) kombinující vlastnosti PLC s PC. Firma ADLINK pak nabízí DPAC automat (Distributed PAC), tedy řídící systém s rozprostřeným řízením síťově propojených vzdálených jednotek vstupů / výstupů a rozhraní pro řízení motorů komunikujících po sběrnici HSL nebo Motionnet.

Trendem současné doby i posledních let je u průmyslových systémů kombinovat jednoduchost použití a nasazení programovatelných automatů s výkonem a vizualizačními možnostmi průmyslových PC. Tak vznikly programovatelné průmyslové systémy s označením PAC (Programmable Automation Controller), tedy programovatelné automatizační kontroléry, které v sobě kombinují princip programování jako u PLC a řídící i vizualizační možnosti průmyslových počítačů. PAC lze tak označit jako na PC založený průmyslový systém integrující v sobě průmyslovou komunikaci, vstupy / výstupy pro připojení různých senzorů a akčních členů, řízení pohonů, zobrazení hodnot a stavů a ovládací rozhraní HMI (Human-Machine Interface).

Mnoho PAC a nakonec i výkonných PLC systémů se však vyznačuje přísně centralizovaným způsobem řízení, kdy v jednom místě nainstalovaný systém je složený z řídící procesorové jednotky, zdroje a různých modulů vstupů / výstupů a různých rozhraní nasazených a propojených v jednom soklu (Backplane). Do jednoho místa se tak soustřeďuje velké množství signálů a tedy i kabelů, což může v případě složitějších systémů udělat celé fyzické propojení velmi nepřehledným. Protipól tomuto způsobu automatizace je tzv. distribuované (rozprostřené) řízení, kdy menší připojovací jednotky (uzly) vyskytující se na různých místech v objektu (např. výrobní haly) do sebe "stahují" signály z nejbližších prvků a zařízení (senzory, motory, indikace, ovládací prvky apod.) a pak pomocí jednoho propojovacího sběrnicového kabelu je ve formě unifikovaných digitálních dat zasílají nadřazené chytřejší řídící jednotce. Místo toho, aby se kabely ze všech prvků a zařízení táhly do jednoho místa, se tak zde do řídícího místa přivede jen několik málo sběrnicových komunikačních kabelů.

Systémy PAC i DPAC v sobě integrují funkční prvky PLC i průmyslového PC, čímž jsou maximálně univerzální

Takový rozprostředný (distribuovaný) průmyslový programovatelný řídící systém nabízí firma ADLINK pod označením DPAC (Distributed Programmable Automation Controller). Ten proti ostatním systémům je tvořen jen jednou nevelkou krabičkou s jen několika vstupy pro komunikační kabely, na nichž může být připojeno i několik desítek sběrnicových "uzlových" bodů. Ty převádějí digitální datové povely na srozumitelné signály pro místní připojená zařízení (spínané, analogové a další signály). Takový způsob realizace řídícího systému umožňuje snížení počtu kabelů o 15 až 20 % v porovnání s klasickým PLC (Programmable Logic Controller) nebo typickým PAC systémem.


 

DPAC se proti klasické koncepci vyznačují množstvím připojovacích jednotek umístěných přímo na místě fyzického umístění senzorů,
pohonů či jiných zařízení a do řídícího centra se vede jen několik komunikačních kabelů průmyslové sběrnice.

Typickým příkladem využití distribuovaného řízení je síťové propojení různých řídících a měřících míst výrobní dopravníkové linky.

DPAC 3000

DPAC řady 3000, společnosti ADLINK Technology Inc., je distribuovaný kompaktní vestavný programovatelný automatizační kontrolér, který nabízí časově deterministické distribuované řízení pro digitální a analogové vstupy / výstupy (I/O) a řízení pohybu prostřednictvím rychlé průmyslové sběrnice. Zároveň však poskytuje i možnost vizualizace aplikace, realizaci ovládacího rozhraní a komunikaci s nadřazeným řídícím PC přes síť Ethernet. Navíc může pracovat jako Gateway Server pro Ethernetovou komunikaci s centrálním informačním serverem. Taková koncepce poskytuje jak řídící a výpočetní výkon průmyslových PC, tak současně rychlou instalaci a cenově efektivní využití.

Mechanické provedení

Z mechanického pohledu je DPAC zapouzdřený do speciální plastové skříně pro vertikální montáž, která má na jedné straně integrovaný chladič pro pasivní (bezvětrákové) chlazení uvnitř pracujícího procesoru. Zároveň je pouzdro odolné proti vibracím 5 g v rozsahu frekvencí 5 až 500 Hz a proti nárazům až 100 g.

Pro možnost přímého ovládání DPAC bez připojeného displeje a klávesnice nebo pro účely základního ladění či signalizaci poruch slouží jednoduchý přední řídící panel. Ten vývojáři mohou využít pro navržení jejich uživatelského řídícího rozhraní, které může být použito pro mnoho různých aplikací, včetně monitorovacích účelů a nastavení a kontroly hodnot parametrů. Je tvořen 4 tlačítky pod 5-ti znakovým červeným LED displejem.

DPAC obsahuje na čelním panelu programovatelný řídící panel (displej a tlačítka), napájecí konektor, RS-232/422/485 vstupy, slot pro Compact Flash kartu a 4 víceúčelové vstupy / výstupy GPIO. V zadní části jsou pak vyvedeny 2x LAN výstupy, rozhraní sběrnice HSL a Motionnet a PS/2 konektor.

Počítačové vlastnosti

DPAC, který v sobě kombinuje technologie průmyslových vestavných PC a distribuovaných I/O modulů, je založený na jednodeskových počítačových deskách se známými procesory AMD Geode LX800 a Intel Celeron M s až 512 kB interní cache paměti a s implementovanými 512 MB SDRAM paměti. Díky tomu jsou mimo průmyslové sběrnice k dispozici i klasické porty a rozhraní známé z počítačů umístěné na čelním panelu i v zadní části DPAC (Ethernet, USB, RS-232, VGA konektor, PS/2). Jako nosič dat pro operační systém (OS), kterým může být Windows XP Embedded, slouží interní pevná Compact Flash paměť o velikosti 2 GB. Jako externí a přenosný nosič dat může sloužit klasická Compact Flash karta, která se zasunuje do CF slotu na čelní straně DPAC.

Propojovací možnosti jsou díky USB, RS-232, RS-422, RS-485, ethernetovým portům a průmyslovým sběrnicím HSL a Motionnet velmi dobré, i když na první pohled DPAC 3000 neoplývá nadměrným množstvím konektorů. Připojovací místa a šroubovací svorky se zde přesunují na připojovací jednotky (uzly) propojení HSL Bus sběrnicí. To je typický znak distribuovaného řízení. Není problém připojit kameru, senzory, motory, PLC či jiné automaty, různé displeje a HMI rozhraní.

Vlastnosti přijaté z PLC, připojovací možnosti

Od "správného" průmyslového systému se očekává možnost snadného připojení senzorů / snímačů a různých spínačů, ovládání akčních členů a řízení motorů. Jak již bylo nastíněno výše, zatímco u běžných PLC je toto realizováno zásuvnými nebo přidanými kartami či moduly různých vstupů a výstupů, které je nutné umístit v těsné blízkosti samotné řídící procesorové jednotky, u DPAC se naopak většina těchto záležitostí realizuje tzv. distribuovaně. To znamená, že například výstup snímače či ovládací rozhraní motoru se připojuje lokálně do k tomuto úkolu určených jednotek, představující takové lokální uzly s omezenou inteligencí. Ty jsou mezi sebou i s DPAC propojeny jedním komunikačním kabelem. Tyto přípojné jednotky s mnoha vstupy a výstupy tak prakticky pracují jako převodníky mezi digitálními daty přenášenými po sběrnici a analogovými, spínanými či obdélníkovými signály od či pro koncová zařízení (snímače, ventily, spínače, motory, signalizaci apod.).

V případě DPAC řady 3000 je pro připojení distribuovaných přípojných jednotek k dispozici sběrnice HSL Bus a Motionnet Bus, které obě fyzicky komunikují po ethernetové kabeláži, včetně konektorů RJ-45, což je vidět na zadní straně DPAC, kde každá sběrnice má po jednom konektoru RJ-45 a na první pohled se neliší od vedle umístěných stejných LAN konektorů. Zatímco HSL Bus je univerzální sběrnicí, kterou lze propojit jednotky analogový, binárních, spínaných vstupů a výstupů i jednotky pro řízení motorů, sběrnice Motionnet Bus slouží pouze pro inteligentní a přesné řízení pohonů. Pro připojení různých "inteligentních zařízení" typu různých detektorů, senzorů, kamer či vážních systémů pak mimo HSL slouží i na čelním panelu DPAC přítomné RS-232, RS-422, RS-485 a USB porty.

Sběrnice HSL Bus dovoluje připojit až 63 připojovacích jednotek, sběrncie RS-485 umožňuje připojovat snímače a USB konektory umožňují připojovat kamery apod. Přes Ethernet může DPAC komunikovat s nadřazeným systémem i jinými PAC, DPAC a Industrial PC.

HSL (HSLink) je moderní Master - Slave sběrnice pro distribuované vstupy/výstupy (I/O) založená na otevřeném standardu RS-485, která obecně dovoluje připojit až tisíce I/O bodů skenovaných ve reálném čase s použitím Master-Slave architektury 1 z N. Nejrychlejší odezva je 15.1 mikrosekundy. Využívá běžné komerční ethernetové kabely s konektory RJ-45, takže fyzické propojení je snadné. V případě automatu DPAC je možné propojit až 63 modulů integrovaných vstupů/výstupů a řízení pohybu (např. HSL-4XMO) na vzdálenost až 400 m při komunikační rychlosti 3 Mb/s. Skenovací cyklus HSL sběrnice je pak 0.945 ms při nejrychlejší komunikační rychlosti 12Mb/s. Zároveň je možné přes HSL (ADLINK HSL Bus Motion) řídit pohyb až v 60 osách, tedy připojit a ovládat až 60 motorů.

Sběrnice Motionnet Bus pak je přímo určena až pro 64osou regulaci, tedy připojení až 64 modulů pro řízení servomotorů mnoha výrobců (např. Mitsubishi řada J3, Panasonic řada Minas A4 či Yaskawa Sigma II, III a V) na vzdálenost až 100 m. Komunikační rychlost může být v rozsahu 2.5 až 20 Mb/s.

  

Sběrnice Motionnet umožňuje řídit servomotory prostřednictvím modulů mnoha výrobců

HSL sběrnice umožňuje připojit jednotky a moduly komunikační rychlostí 3 Mb/s na vzdálenost až 400 m

Možnosti programování DPAC

Z pohledu programování řídících automatizačních aplikací, ADLINK DPAC podporuje programovací jazyky uvedené ve standardu IEC 61131-3. Ten zahrnuje:

  • Seznam příkazů IL (Instruction List)
  • Liniové diagramy LD (Ladder diagram)
  • Funkční bloky FBD (Function Block Diagram)
  • Sekvenční diagram SFC (Sequential Flow Chart)
  • Strukturovaný text ST (Structured Text)

Pro vývoj aplikací slouží program PACwiz. Ten podporuje všechny zmíněné programovací režimy a umožňuje i systému založeném na PC architektuře pracovat jako s PLC.

Také je ovšem možné použít univerzální vývojové prostředí CoDeSys firmy 3S pro aplikační programy řídicích systémů PLC, který využívají i další výrobci PLC a PAC systémů. Tento software umožňuje bez ohledu na použitý hardware vytvářet jednotné datové a programové struktury a způsoby ovládání. Umožňuje programování, ladění, vizualizaci procesu, uvedení do provozu a vytvoření dokumentace. Navíc nabízí i 6. editor pro Funkční blokové diagramy, zvané průběžný funkční diagram CFC (Continuous Flow Chart). Navíc má integrovaný OPC Server a vizualizaci dle standardu IEC 61131-3.

S DPAC lze použít i CoDeSys, což je univerzální vývojové prostředí pro aplikační programy řídicích systémů
PLC různých výrobců dle standardu IEC 61131-3

Základní vlastnosti

  • CPU:
    • AMD Geode LX800, 128 kB cache
    • Ultra Low Voltage Intel® Celeron® M 1.0GHz, 512 kB cache
  • Vestavěná paměť: 512MB SDRAM
  • Nosiče dat:
    • Interní: Compact Flash, 2GB
    • Externí: slot pro paměťové karty CompactFlash Type I
  • Snadno rozšířitelný prostřednictvím sběrnic HSL a Motionnet
    • HSL sběrnice: jeden port 12Mb/s, 6Mb/s nebo 3Mb/s full duplex
    • Motionnet (NPM): jeden port 20 Mb/s (Maximum)
  • Další porty:
    • Čtyři obecné vstupy/výstupy (GPIO)
    • Dva COM DB-9 porty podporující RS-232 a RS-232/422/485
    • Dva USB porty (1.1 nebo 2.0)
    • Dual LAN, 10/100 Base-T RJ-45 porty
    • Kombinovaný port PS/2, typ min-DIN pro připojení myši nebo klávesnice
    • VGA port pro připojení monitoru (max. 1920 x 1440 px při 32bit./ 85Hz)
  • HMI prvky:
    • 4 programovatelná tlačítka
    • 5znakový 7segmentový LED displej
  • Podporované OS: Windows CE a Windows XP Embedded
  • Podpora programování pomocí liniového (žebříčkového) diagramu a funkčních bloků dle IEC-61131
  • Watchdog: nastavitelný 1-255 s
  • Napájení: 10 až 30VDC
  • Spotřeba: 30 W
  • Kompaktní rozměry: 160 x 160 x 55 mm
  • Pracovní teplota: 0 až 60°C
  

Použití

Použití systému DPAC je velmi velmi univerzální. Prakticky s ním lze realizovat většinu aplikací realizovatelných s PLC nebo PAC. Hlavní výhoda distribuovaného řízení se pak projeví tam, kde aplikace nebo regulované zařízení má mnoho různých měřených či ovládaných částí na různých místech a hlavní rozvaděč nebo rozvodna je hodně vzdálena. Tam úspora na kabeláži a náklady na montáž či instalaci mohu být značné. Typickým příkladem může být na následujících obrázcích zobrazený balící a třídící stroj.

Zde jako hlavní řídící jednotka pracuje DPAC řady 3000, na který je připojeno několik připojovacích jednotek,
například rozšířené pulsní řadiče HSL-4XMO pro 4osé ovládání pohybu krokových a servomotorů.

Závěr

DPAC je zajímavý systém průmyslového řízení a regulace. Spíše než jako konkurence "tradičních" PLC nebo PAC systémů je alternativou pro fyzicky plošně hodně rozprostřené aplikace a zařízení. Více informací najdete na stránkách výrobce www.adlinktech.com, konkrétně odkazu http://www.adlinktech.com/PD/web.... Zde je možné stáhnout datasheet i manuál a další zajímavé věci k DPAC. Navíc je možné zhlédnout animované představení DPAC 3000 a jeho vlastností.

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: