S laskavým svolením české společnosti Schmachtl spol. s r.o. (www.schmachtl.cz) jsem získal na krátké praktické vyzkoušení a otestování absolutní novinku v nabídce společnosti Unitronics (výrobce kompaktních HMI s vlastnostmi PLC). Jde o kompletně novou řadu programovatelných zařízení s názvem UniStream, která opět o výrazný kus dále posunula vizi výrobce v snadno programovatelný, ale vysoce výkonný "All In One"  řídicí systém, který současně umožňuje splnit dva zcela protichůdné požadavky:

• Kompaktní modulární systém bez jakékoliv nespolehlivé propojovací kabeláže.

• Systém doplněný jen takovou výbavou, která je potřebná pro danou aplikaci a tedy nic není zbytečně zaplaceno a nepoužíváno.

• Snadná intuitivní konfigurace hardwaru i vývoj programu a naprogramování zařízení jedním PC softwarem, který je poskytován zdarma.

Nová koncepce konstrukce

Nový kompaktní systém programovatelných automatů s integrovaným dotykovým HMI panelem UniStream se ideálnímu spojení těchto požadavku dost blíží. Z mého pohledu dále posunul "laťku" nasazenou minulý rok představenými OPLC Unitronics Vision, které sice již dobře splňují první a poslední výše uvedený požadavek, ale jejich možnost volby výbavy a připojovacích / komunikačních rozhraní je dle mého názoru dost omezena. Zvláště pokud jde o doplňky, které se stávají kompaktní součástí samotného HMI panelu (jsou na něj připevněny), protože zde je prakticky možné jen zakoupit a připojit jeden speciální nástavec s označením "Snap-In. Ten sice poskytuje širokou škálu různých typů vstupů a výstupů, ale prostě je nutné mít je všechny, nebo nic. Jenže často různé aplikace vyžadují různé prostředky. Například jeden řídicí systém potřebuje 20 dvoustavových vstupů a třeba jen ethernetové rozhraní jako výstup, druhý pak například 6 analogových vstupů a 10 spínaných výstupů, třetí systém pak má jako vstup hodnot a dat nějakou sběrnici (Ethernet, CAN, Modbus TCP, Modbus RTU, RS-485 atd.) a pak vyžaduje 4 analogové a 10 spínaných výstupů. Proč tedy mít v jednotce analogové vstupy, když nejsou potřeba? Proč mít velký počet dvoustavových vstupů, když pro zadávání hodnot či ovládací povely bude sloužit dotykový panel nebo ethernetová komunikace?

Na zadní straně UniStream panelů USP-070-B10 a USP-104-B10 jsou uchycovací drážky odpovídající 35 mm DIN liště a normálně pod odnímatelnou krytkou připojovací konektor pro hlavní CPU modul, na který se napojují rozšiřující IO moduly.

Tento problém osobitě (i v porovnání s konkurencí) řeší právě nová řada kompaktního HMI+PLC UniStream. Tato zařízení umožňují na jinak "skoro běžné" provedení 7" nebo 10,4" HMI panelu (USP-070-B10 nebo USP-104-B10) připojit různé malé krabičky reprezentující pouze jednotlivá rozhraní a funkce a tedy lze kompaktní systém velmi dobře vybavit jen prostředky vyžadované aplikací. Navíc i později lze snadno systém případně doplnit o další moduly. A ještě je tu jedna důležitá "vychytávka". Upevnění rozšiřujících modulů přímo na HMI panel se dělá přes v plastu vylisovanou drážku odpovídající 35 mm DIN liště a tedy moduly lze případně kdykoliv připevnit i mimo na panel na DIN lištu a s panelem je propojit komunikačním kabelem. Tím se sice odstraní výhoda kompaktnosti a "bezvodičové" koncepce, ale lze tak na systém napojit více modulů, než kolik se jich vejde na samotnou zadní část panelu. Systém tak není z pohledu připojovacích rozhraní omezen množstvím volného místa. Mimo to lze na UniStream systém stále připojit i standardní a koncepcí starší moduly EX-RC, takže lze UniStream případně i zabudovat do starších zařízení postavených na komponentech Unitronics.

Moduly mezi sebou jsou vzájemně propojeny důmyslnou speciálním zapuštěnou zásuvkou na straně jedné a vysouvací zástrčkou na straně druhé. Po mechanickém upevnění modulu na lištu pak stačí jen mechanickým posuvníkem vysunout zástrčku konektoru do zásuvky vedlejšího modulu a je hotovo.

Popis hardwaru

Systém UniStream je proti jiným konceptům zajímavý v tom, že hlavní hardwarovou složkou jednotky již není samotný programovatelný automat (PLC), ale dá se říct samotný HMI (Human-Machine Interface) panel. Jde totiž o to, že základem systému je 7" či 10,4" palcový dotykový HMI panel, který sám o sobě funkce PLC neposkytuje a funguje jen jako klasický průmyslový HMI panel. Má skoro klasické provedení pouzdra z černého plastu, bez výrazných designových "výstřelků", které například mají některé panely řady Vision, což však pro průmyslové aplikace jistě není na závadu. Spíše naopak. Já osobně takto střízlivé, ale kvalitně zpracované pojetí vítám. Nevypadá nijak lacině, je praktické na údržbu, poškrábání i zaprášení.  Prakticky obě dvě aktuálně nabízené varianty se liší jen velikostí bílými LED podsvětleného LCD displeje 7" (800x400 px) vs. 10,4" (800x600 px) a ostatní parametry / výbavy jsou shodné. Není tedy nutné volit velikost panelu i s ohledem na jeho výbavu, jak je to často nutné u výrobků konkurenčních výrobců, kde někdy musíte volit větší panel jen z toho důvodu, že například má ethernet nebo slot pro SD kartu, který zrovna potřebujete. Dotyková plocha je sice stále rezistivní, ale je velmi citlivá, takže nějaké usilovné tlačení na plochu není potřeba a tak téměř připomíná kapacitní dotykové displeje moderních tabletů a telefonů.

PLC funkce pak zařízení získá až po připojení tzv. CPU modulu na zadní stranu panelu (hardwarově na DIN plastovou lištu a elektricky přes speciální "zahloubený" konektor). Proč toto řešení? Proč by měl mít systém dva procesory, když 800 MHz 32bitový RISC procesor s 2GB RAM uvnitř HMI panelu má velmi vysoký výkon?  Jde o to, že RISC procesor s grafickým akcelerátorem zabudovaný v panelu je "stavěný" na grafiku, animace, přehrávání zvukových mp3 souborů a běh vnitřního operačního systému UniApps a již není ideální pro současné přesné "zachytávání" a zpracování velmi rychlých signálů v reálném čase. Vždyť například signál z rotačního enkodérů může generovat i více jak 1000 pulsů za sekundu, což jistě nelze dost dobře skloubit s požadavkem plynulého přehrávání animace či mp3 souborů. Proto je pro požadavky funkcí příslušících k PLC vyhrazeno samostatné rychlé CPU s 1 MB bateriově zálohované RAM a taktem 0,13 mikrosekund na bitovou operaci, které se k HMI panelu připojuje v podobě malého rozšiřujícího modulu. Zároveň pak na svém těle poskytuje rozhraní průmyslových sběrnic CAN a RS-485 (Modbus RTU) a současně slouží jako základní stavební kámen (připojovací bod) pro připojení rozšiřujících modulů různých typů vstupů a výstupů, které se k němu připojují jako vagónky do vláčku. Tedy samy sedí a jsou uchyceny na DIN kolejnici, ale elektricky přes speciální vysouvací konektory připojeny jeden do druhého a pak i na CPU modul, který je přípojným bodem do elektroniky HMI panelu. Přes toto napojení je pak vše elektricky napájeno z hlavního 24VDC přívodu na boku HMI panelu.

Propojený CPU modul s IO modulem. Pod otvíracími kryty se nacházejí připojovací vyjímatelné šroubovací konektory.

Jednotlivé vstupy / výstupy rozšiřujících modulů, stejně jako průmyslové sběrnice CPU modulu, jsou vyvedeny dvě řady nad sebou umístěných vyjímatelných šroubovacích svorkovnic. Já osobně jsem měl pro testování zapůjčeny moduly s označením UID-0808THS a UIA-0402N. První poskytuje 8 vysokorychlostních dvoustavových vstupů a výstupů, zatímco druhý jmenovaný analogové 4 vstupy a 2 výstupy. Jak je z toho patrné, počet a typ vstupů a výstupů je zakódován již přímo v názvu modulu. V celé nabídce je však modulů zastoupeno mnohem více a nechybí typy s jen 16 binárními vstupy, 16 tranzistorovými či reléovými výstupy a také moduly s RS-232 rozhraním, které není přítomno na panelu, ani na těle CPU modulu.

Samotný HMI panel na své pravé straně obsahuje 2x ethernetové rozhraní RJ-45, 2x USB Host 2.0 port, 1x USB device 2.0 port, slot pro microSD kartu a pak ještě stereofonní audio výstup na klasický standardní 3,5 mm jack konektor, který je u konkurence ještě stále málo běžný. Navíc na těle panelu je pod krytkou vestavěn i mini reproduktor, takže UniStream i sám "mluví/hraje", když to má nastaveno. Ethernetová rozhraní zároveň slouží jak pro klasický TCP/IP protokol, tak i sběrnici Modbus TCP. Do USB Host konektorů pak lze připojit USB Flash paměti na zálohu, nahrání či přenos dat, nebo i připojit USB tiskárnu. Jeho méně obvyklou vlastností je možnost nastavit jej jako virtuální RS-232 výstup s využitím převodníku USB/RS-232. Mini USB  Device 2.0 konektor pak primárně slouží k připojení automatu na PC a k jeho naprogramování, i když stejně dobře lze pro tuto funkci použít ethernetové rozhraní. 

Reálný pohled na sortiment datových komunikačních rozhraní u 10.4"  UniStream jednotky USP-104-B10.

Firmware (OS) panelu UniApps

Dříve, než se podíváme na programování, bych měl pár poznámek k samotnému přednahranému operačnímu softwaru (chcete-li firmwaru) HMI panelu. Ten u moderních panelů již prakticky umožňuje kompletní ovládání, nastavení a kontrolu funkce panelu i bez připojeného PC a i v případě nenahraného uživatelského programu. Jde tedy spíše již o operační software panelu, než nějaký jednoduchý firmware. Zde se nazývá UniApps a jeho pěkná grafická plocha se zobrazí vždy, když se stiskne a cca 3 sekundy drží pravý horní roh dotykové plochy. Celé ovládací menu je současně rozděleno  ikonami a současně záložkami, které se vyskytují ve spodní části obrazovky. Ťuknutím na příslušnou záložku vyvoláte zobrazení ikon příslušných parametrů. Například ťuknutí na záložku "Network" vyvolá zobrazení ikon aktuálně dostupných rozhraní. Když následně ťuknete na jednu z nich, otevře se zobrazení jeho nastavení. Podobně lez například i přistupovat k datům na SD kartě či USB Flash, kopírovat je či mazat, nastavovat čas interních RTC hodin, zobrazovat názvy, typy a stavy proměnných aktuálního nahraného uživatelského programu apod. Z toho je patrné, že software panelu neslouží jen pro panel samotný, ale i pro připojený CPU modul, který se tak stává součástí systému.

Snad jedinou nevýhodu má takto "chytrý" softwaru panelu. A tou je docela pomalý start. Osobně jsem to měřil a po zapnutí napájení až po kompletní načtení a spuštění vlastní uživatelské aplikace (programu) je to cca 30 sekund, kdy prostě nezbývá než čekat koukat nejdřív na nápis "UniStream" a následně  "Inicializace". To je bohužel daň za uživatelsky přívětivé ovládání.

Integrované ovládací software UniApps v každém jednotce UniStream umožňuje bez PC či zásahu v programu měnit nastavení, komunikační parametry, zobrazovat přehled proměnných a jejich aktuální stavy a mnoho dalších věcí. Dá se říct, že již je to jednoduchý operační systém.

Programovací software UniLogic a funkce

Další velkou novinkou je pak bez diskuze samotný programovací software. Pro řadu UniStream se totiž nevyužívá doposud využívaný software pro OPLC Vision, ale zcela nový a ovládáním dost odlišný software s názvem UniLogic. V čem je stejný? Je zcela zdarma ke stažení ze stránek Unitronicsu. V čem je tak odlišný? Ve všem. Ale pro toho, kdo již přišel někdy do styku s programovacím prostředím TIA pro PLC Siemens, bude asi hned připadat tak nějak povědomý. I já jsem nabyl dojmu, že cílem Unitronicsu jistě bylo se koncepci či principu funkce softwaru TIA přiblížit. Není, ani se nesnaží být jeho kopií, ale prostě základní filozofie ovládání je podobná. Prostě proti dosavadnímu softwaru pro Unitronics PLC, HMI či OPLC je to hodně velký rozdíl. Ale to neznamená, že je to zápor. Právě naopak. Ze začátku si sice budete muset chvilku na novou koncepci nabídek, záložek a kolonek zvykat, ale po nějaké době mi jistě dáte za pravdu, že to není vůbec špatné. Hlavně v novém softwaru UniLogic jsou všechny informace tak dobře seřazeny a popsány, že jsem ani jednou nebyl nucen otevřít stažený pdf manuál, protože intuitivnost ovládání je výborná. A pokud máte již alespoň nějaké zkušenosti s TIA portálem od Siemensu, bude vše pro vás ještě snazší, protože se zorientujete velmi rychle.

Prvním hlavním znakem je velká provázanost návrhu řídicí logiky (PLC programu) a vizualizace (HMI programu), kdy jsou vzájemně sdíleny všechny proměnné zavedené jako "globální" a tedy, když nějakou proměnnou typu bit, integer, word či string apod. vytvoříte v okně vytváření "PLC programu", je samozřejmě přístupná i v okně "HMI programu" a obráceně. U běžného propojení oddělených komponent PLC a HMI panelu je obvykle nutné zvlášť adresovat proměnné v programu PLC a proměnné v HMI programu.

Druhým znakem navazujícím na ten první, je prakticky zcela odbourané přímé adresování paměti a registrů PLC / HMI panelu. Zde totiž nijak nezjišťujete, jaké je značení a rozsah adres binárních a datových proměnných, vstupů a výstupů apod. Zde prostě jen do seznamu zavedete novou proměnnou s nějakým názvem (např. Hodnota 1), nadeklarujete, že jde o proměnnou typu BOOL (bitová), Integer (data), String (znaky) apod. a to je vše. Dále prostě ji jejím názvem využíváte v programu PLC či vizualizaci HMI a vůbec se nestaráte, kde v paměti bude. To za programátora zcela vyřeší překladač (Compiler), který při překladu programu do strojového kódu si to prostě nějak "přebere". Tedy zde již programování je na vyšší úrovni, něco jako u procesorů rozdíl mezi programovacím jazykem C a základním asemblerem ASM. Výhoda této koncepce je jasná: nijak se nezajímáte o paměť HMI/PLC a tím si významně programátor ulehčí práci a hlavně zcela odpadá prvotní studium struktury registrů PLC. Nevýhodou je pak nemožnost napřímo kontrolovat a ovlivňovat základní strukturu programu a takto překladačem vygenerovaný zdrojový kód možná bude větší. Ale výhody opět převažují.

V rámci softwaru UniLogic se provádí přehledné nastavení hardwarových částí jednotky. Zde výběr typu HMI panelu (obr. vlevo) a výběr a konfigurace připojených rozšiřujících I/O modulů (obr. vpravo).

Třetím významným znakem je fakt, že všechna nastavení / konfigurace parametrů týkající se hardwarových komponent či připojených rozšiřujících modulů využívaných ve vytvářeném uživatelském programu, se neprovádějí přímo v blocích programu, ale ve speciálním okně vyhrazeném dané komponentě. Prostě nejdříve se ve vlevo zobrazené stromové struktuře klikne na položku "Hardware Configuration - Controller Model" a vybere typ panelu. Následně se klikne na položku "Hardware Configuration - Local I/O&COM" a zde se ze seznamů všech rozšiřujících modulů vyberou ty, které budou fyzicky připojeny. Ty se následně krásně objeví na věrném vyobrazení zadní části panelu. Současně se i do seznamu globálních proměnných přiřadí proměnné reprezentující jednotlivé vstupy a výstupu, které se následně využijí v programu. V položce "PLC Communications - Physical" nebo "PLC Communications - Protocols" se dle potřeby nakonfigurují komunikační rozhraní atd. Nakonec se klikne na položku "Ladder" či "HMI" pro otevření okna vytváření PLC programu v podobě ladder diagramu či funkčních bloků, resp. pro vytváření vizualizace.

V softwaru UniLogic při vytváření vizualizace již využívá dříve vytvořených globálních proměnných (obr. vlevo) a velice snadno se vytváří například Modbus RTU / TCP přístupové registry s definicí čtení či zápisu (obr. vpravo).

Instalace softwaru UniLogic

Na tomto místě bych se stručně zmínil o instalaci softwaru UniLogic do PC. Zaprvé je komplexnost softwaru vykoupena poměrně dost dlouhou instalací. Ta sice není nijak náročná pro uživatele (je plně automatická), ale z časového pohledu. Podle výkonu počítače počítejte až s několika desítkami minut a i několikanásobným restartem OS Windows v průběhu instalace. Na druhou stranu jsem jej instaloval na notebook s již nainstalovaným TIA portálem od Siemense i CX-One softwarem od Omronu a k žádným problémům nedošlo. Software je sice bez problémů funkční i na OS Windows XP Profesional SP3, ale tak nějak je z jeho koncepce jasné, že je již hlavně cílen na OS Win7 a Win8. Při instalaci na WinXP se totiž před zahájením instalace samotného programu ještě instalují nějaké balíčky pro update Windows XP a to i když je plně aktualizován. K samotnému hladkému provozu softwaru, aby moc nezdržoval práci, je již nutné mít alespoň nějaký dvoujádrový procesor 1,6 GHz a rychlejší a minimálně 1,5 GB RAM. Software totiž ke svému běhu využívá Microsoft SQL databázi, která se během instalace do PC také nahraje, a která potřebuje pro svůj provoz dostatek výkonu i paměti.

Programování aplikace a vizualizace

Samotné programování je pak docela hračkou. V okně na pravé straně obrazovky se zobrazí celý dostupný "sortiment" funkcí a bloků a programátor si prostě jen vybírá, co chce do programu vložit. Jednotlivé funkce jsou velmi dobře a intuitivně roztříděny do množství záložek a názvy zvoleny dostatečně srozumitelně pro velmi snadnou orientaci. Nechybí kompletní hotové funkce i složitých operací, jako např. ethernetové, RS-485, Modbus či CAN komunikace, zasílání e-mailů přes internet, Data Table FIFO / LIFO pro ukládání dat, Arrays pro vytváření a pohyb v polích dat apod., kterých se každý méně zkušený programátor bojí, že je nebude umět zprovoznit. Zde připravené blokové funkce jsou vytvořeny tak, že to doposud nebylo a už snad ani nemůže být jednodušší. Navíc je tu od výrobce zdarma k dispozici velká knihovna hotových příkladů většiny aktuálně nejběžnějších požadavků aplikací, i včetně náročnějších operací typu Modbus TCP a Modbus RTU komunikace mezi průmyslovými zařízeními, ethernetové komunikace s PC, práce s ASCII řetězci, PWM řízení pohonů, vytváření receptů, databází a tabulek s ukládání na mikroSD kartu, ukládání naměřených hodnot a jejich zobrazení v grafech atd. Součástí každého příkladu je samozřejmě potřebné správné nastavení hardwarových komponent, program pro PLC část i program pro HMI panel (vizualizace). Každý příklad je tak připraven pro okamžité nahrání do jednotky a spuštění, tak jej lze dále upravit a využít pro nějakou vlastní aplikaci.

Příklady skutečných obrazovek dvou běžících aplikací na UniStream automatu, které jsou součástí balíčku ukázkových programů.

Samotné nahrání programu do UniStreamu je otázkou jednoho kliknutí na tlačítka "Download", přičemž lze případně i provádět jen částečné nahrání PLC Ladder programu či jen HMI vizualizace. K napojení na PC pro tento účel lze využít jak miniUSB konektor tak i ethernetové rozhraní, což dostanete na výběr právě v otevřeném "Download okně". Obě varianty pracují stejně spolehlivě a cca stejně rychle. Pouze u ethernetu samozřejmě musíte zadat správnou IP adresu konkrétní UniStream jednotky.

Závěrem...

Kompaktní modulární programovatelné automaty (systémy) UniStream, v ČR nabízené společností Schmachtl CZ spol. s r.o. (http://www.schmachtl.cz), se mi po technické stránce velmi zalíbily. Mají v základu vysoké zastoupení komunikačních rozhraní, co je dnes již velmi důležité a zároveň umožňují si zařízení vybavit potřebnými vstupy a výstupy. I programovací prostředí UniLogic je velmi dobře vytvořené. Je intuitivní na ovládání a velmi přehledné. Jediné, co mi v něm chybí, je přítomnost simulátoru programu bez připojené UniStream jednotky, ale to bych chtěl po bezplatném softwaru už moc. Celkově jde o velmi podařenou řadu programovatelných automatů, která poskytuje výborný výkon a bohatou výbavu za příznivou cenu.

Odkazy:

• Stránky české prodejce a zastoupení výrobků Unitronics v ČR, společnosti SCHMACHTL CZ, spol s.r.o..: http://www.schmachtl.cz
• Stránky výrobce, společnosti Unitronics: http://www.unitronics.com
• Přímý odkaz na stránky systému UniStream: http://www.unitronics.com/plc-hmi/unistream
• Katalog UniStream ke stažení: katalog_UniStream
• Odkaz na kompletní podrobnou technickou dokumentaci k automatům UniStream: http://www.unitronics.com/support/technical-library
• Video lekce k zařízením Unitronics najdete na následujícím YouTube kanálu: http://www.youtube.com/user/UnitronicsWebinars/