Программируемые логические контроллеры — как подобрать по числу сигналов и времени цикла

Программируемый логический контроллер подбирается не по названию линейки, а по двум величинам: сколько сигналов он должен обслужить и за какое время должен успевать пройти полный цикл программы. Первая определяет состав корзины и число модулей, вторая — производительность процессорного модуля. Всё остальное — интерфейсы, память, резервирование — уточняется уже внутри найденного класса.

Ниже — как считается число каналов, из чего складывается время цикла, чем различаются моноблочные и модульные исполнения и какие данные нужны для подбора контроллера под конкретную установку.

Как считается число сигналов

Счёт ведётся по типам сигналов раздельно, потому что каждому типу соответствует свой модуль ввода-вывода. Объединять их в одну цифру нельзя.

• Дискретные входы. Концевые выключатели, кнопки, датчики положения, контакты аппаратов защиты. Напряжение обычно 24 В постоянного тока, реже 110 или 220 В переменного.
• Дискретные выходы. Катушки пускателей, соленоиды, сигнальные лампы. Различаются по типу коммутации: транзисторные для быстрых цепей постоянного тока, релейные для нагрузок переменного тока, симисторные для частой коммутации переменного тока.
• Аналоговые входы. Датчики давления, расхода, уровня, температуры. Сигналы 4–20 мА, 0–10 В, сигналы термопреобразователей сопротивления и термопар.
• Аналоговые выходы. Задания частотным преобразователям, регулирующие клапаны, позиционеры.
• Скоростные входы. Импульсы с энкодеров и расходомеров. Обрабатываются отдельными каналами или отдельным модулем, обычные дискретные входы для них не годятся.
• Каналы связи. Частотные преобразователи, панели оператора, весовые терминалы и приборы, подключённые по промышленной сети, каналами ввода-вывода не считаются, но нагружают процессорный модуль.

К полученным числам добавляется запас. Практический ориентир — 15–20 % по каждому типу, но не менее одного свободного канала на каждые восемь занятых. Запас закладывается не ради будущего расширения, а потому что часть каналов выясняется на пусконаладке: добавляется датчик, разделяется цепь, выводится дополнительная сигнализация.

Из чего складывается время цикла

Требование к времени цикла задаётся объектом. Насосная станция и вентиляция обходятся циклом 50–100 мс. Конвейер с отбраковкой требует 10–20 мс. Позиционирование и синхронизация осей — 1–5 мс, и здесь уже нужен контроллер с поддержкой задач по прерываниям, а не только циклического выполнения. Если по технологии есть операция, которую нельзя пропустить, её выносят в отдельную быструю задачу, а не ускоряют весь цикл.

Моноблочное или модульное исполнение

• Моноблок. Процессор и фиксированный набор каналов в одном корпусе. Дешевле, компактнее, быстрее в монтаже. Расширение ограничено несколькими модулями либо отсутствует. Подходит там, где состав сигналов известен и не изменится.
• Модульное исполнение. Отдельный процессорный модуль и корзина, в которую набираются модули ввода-вывода нужных типов. Дороже, но допускает и расширение, и замену отдельного модуля без остановки остальных.
• Распределённая структура. Процессор в главном шкафу, станции ввода-вывода — рядом с оборудованием, связь по промышленной сети. Сокращает длину кабельных трасс и число жил, но добавляет сетевое оборудование и время обмена.

Граница проходит примерно на 60–80 каналах и на требовании расширяемости. Ниже этого числа при неизменном составе сигналов моноблок обычно выгоднее; выше — состав корзины перестаёт быть жёстким, и модульное исполнение окупается уже на первой доработке.

Что ещё проверяется при подборе

1. Объём памяти программ и данных. Оценивается по числу каналов и сложности алгоритма. Для типовой установки с сотней каналов достаточно нескольких сотен килобайт; рецептурное производство с архивами требует больше.
2. Энергонезависимое хранение. Счётчики наработки, накопленные объёмы и рецепты должны переживать отключение питания. Способ сохранения — батарея, встроенная память или отдельный носитель — влияет на регламент обслуживания.
3. Интерфейсы. Последовательный порт для приборов, промышленный Ethernet для панели оператора и верхнего уровня, полевая шина для станций ввода-вывода. Недостающие интерфейсы добавляются модулями связи и шлюзами.
4. Встроенные функции. Регуляторы, счётчики, позиционирование, обработка сигналов термопар. Наличие готовой функции экономит и время разработки, и время цикла.
5. Условия эксплуатации. Температурный диапазон, влажность, вибрация. Исполнение для неотапливаемого помещения отличается от обычного.
6. Питание. Контроллер и датчики питаются от промышленных блоков питания; ток считается по сумме потребления модулей и подключённых датчиков с запасом не менее 30 %.
7. Резервирование. Дублирование процессора и питания требуется там, где остановка недопустима. Это отдельный класс устройств, и закладывается он на этапе выбора, а не добавляется потом.

Состав шкафа вокруг контроллера

Контроллер редко закупается отдельной позицией. В типовой комплект шкафа управления входят:

• Блок питания на 24 В с запасом по току и, при необходимости, буферный модуль.
• Клеммы и клеммные блоки для разводки сигналов, с разделением силовых и сигнальных цепей.
• Промежуточные реле для развязки выходов контроллера от силовых цепей.
• Барьеры искрозащиты, если часть датчиков установлена во взрывоопасной зоне.
• Промышленный коммутатор, когда устройств в сети больше двух.
• Корпус шкафа нужной степени защиты с расчётом теплового режима.

Сигналы на входах и выходах приходят от полевого оборудования: датчиков положения, измерительных приборов, частотных преобразователей. Их перечень составляется раньше, чем выбирается контроллер, — иначе число каналов придётся пересчитывать.

Когда контроллер не нужен

Задачи с десятком дискретных сигналов и без аналоговых каналов закрываются программируемым реле или релейной схемой. Порог, после которого контроллер оправдан, обычно проходит там, где появляются аналоговое регулирование, обмен с частотными преобразователями по сети, архивирование или изменяемые параметры технологии. Если же требуется только сбор данных без управления, задачу решают платы ввода-вывода и сбора данных на промышленном компьютере.

Частые вопросы

Сколько каналов закладывать в запас? Ориентир — 15–20 % по каждому типу сигналов. На модульном исполнении запас удобнее держать свободными посадочными местами в корзине, а не пустыми каналами в установленных модулях.

Можно ли смешивать модули разных поколений в одной корзине? Внутри одной линейки — как правило да, между линейками — нет. Совместимость проверяется по документации на процессорный модуль, а не по внешнему сходству разъёма.

Что быстрее — увеличить производительность процессора или разгрузить программу? Чаще второе. Вынос редко изменяющихся расчётов в медленную задачу сокращает цикл сильнее, чем переход на старший процессорный модуль.

Нужен ли отдельный модуль под термопары? Да, если сигнал приходит напрямую от термопары или термопреобразователя сопротивления. Если датчик имеет встроенный преобразователь с выходом 4–20 мА, достаточно обычного аналогового входа.

Что прислать для подбора? Перечень сигналов по типам с указанием напряжения и диапазонов, требуемое время цикла, перечень устройств для подключения по сети, условия в шкафу и требования к резервированию.

Что мы поставляем

Программируемые логические контроллеры и контроллеры других классов, модули ввода-вывода, модули связи и шлюзы, панели оператора, блоки питания, клеммники и остальное наполнение шкафа управления. Собираем спецификацию под перечень сигналов и проверяем совместимость модулей с процессорным модулем до отгрузки.

Пришлите перечень сигналов и требования к циклу на prom@tkasiatorg.ru — подберём контроллер и состав корзины, посчитаем питание и назовём срок поставки по каждой позиции.