Отечественные контроллеры со встроенной исполнительной системой ISAGRAF 6 Fiord Target: функциональность, расширяемость и безопасность
В статье представлен обзор современных отечественных программируемых логических контроллеров (ПЛК) со встроенной исполнительной системой ISAGRAF 6 Fiord Target, которая успешно работает на контроллерах различного исполнения, информационной емкости и функционального назначения. Использование среды разработки ISaGRAF вместе с ISaGRAF 6 Fiord Target — это ориентация на лучший в своем классе продукт в области SoftPLC плюс важные для отечественного рынка инновации: расширяемость, безопасность, привлекательная бизнес-модель поставки, квалифицированная техническая поддержка. Рассмотрены контроллеры компаний «Сегнетикс», «НПЦ «Европрибор», НПО «Вымпел», «Энергия-Источник» и «КОНТИНЕНТ», а также предприятия «ФИОРД» («Колибри-К2» и «Колибри-К1»).
Комплекс средств ISaGRAF компании Rockwell Automation (владельца торговой марки ISaGRAF) широко известен как инструмент разработки приложений для ПЛК на языках стандарта IEC 61131-3 и IEC 61499 и позволяет создавать локальные или распределенные системы управления процессами и устройствами. Основа технологии — среда разработки приложений ISaGRAF Workbench (рис. 1) и адаптируемая под различные аппаратно-программные платформы исполнительная система (ИС) ISaGRAF Runtime (Target). В ISaGRAF 6 поддерживаются языки стандарта IEC 61131-3:
ST — Structured Text (структурированный текст), адаптированный вариант языка Паскаль;
LD — Ladder Diagram (язык релейных диаграмм), графический язык в терминах контактов электромагнитных реле и их обмоток;
FBD — Function Block Diagram (язык функциональных блоков), графический язык представления инструкций;
SFC — Sequential Function Chart (язык последовательных функциональных схем).
Рис. 1. Пример интерфейса ISaGRAF 6 ACP Workbench
Также в ISaGRAF 6 поддерживается специализированный графический язык SAMA (Scientific Apparatus Makers Association), используемый в энергетике. На основе современной версии ISaGRAF 6 разработана единая платформа автоматизации (ACP, Automation Collaborative Platform) [2] как среда, управляемая с помощью открытых подключаемых модулей-плагинов и представляющая собой расширяемый слой абстракции с общим интерфейсом, который обеспечивает унифицированные функциональные возможности, выбираемые пользователем для интеграции разнородных продуктов в единую интегрированную среду разработки.
Специалистами компании «ФИОРД» (официального дистрибьютора ISaGRAF в России) создана собственная инновационная версия исполнительной системы — ISaGRAF 6 Fiord Target, способная включать драйверы протоколов Modbus RTU/TCP в режимах Master/Slave, драйверы для устройств ввода/вывода, библиотеки функций (функциональные блоки ПИД-регулятора, ШИМ, быстрая обработка массивов и матриц, модуль отправки тревог, фильтры сигналов, модуль инициализации переменных, работа с последовательным портом, чтение/запись значений переменных с/на диск; отправка SMS-сообщений, вызов внешних программ, работа с таймером). По желанию пользователя в ISaGRAF 6 Fiord Target могут быть включены дополнительные опции, такие как архивирование, быстрый обмен данными с контроллерами через FDA OPC Server, драйверы протокола IEC 60870-5-104 Master/Slave, модуль горячего резервирования, планирование действий на объекте по расписанию.
Различные версии (3, 4 и 5) технологии ISaGRAF давно и успешно используются ведущими отечественными производителями ПЛК и системными интеграторами, такими как «ТЕКОН» (Москва), Fastwell и «Прософт» (Москва), «АБС ЗЭиМ Автоматизация» (Чебоксары), КБ «АГАВА» (Екатеринбург), «Альбатрос» (Москва), СКБ «Промавтоматика» (Зеленоград), «Модульные Системы Торнадо» (Новосибирск), ООО «Крона» (Санкт-Петербург), «Треи Гмбх» (Пенза), ООО «Фирма «Калининградгазприборавтоматика» ПАО «Газпром автоматизация» (Калининград). В настоящее время значительно увеличился интерес к ISaGRAF отечественных производителей. На наш взгляд, это объясняется сочетанием высокой многолетней репутации и функциональных возможностей как самой технологии ISaGRAF
(в первую очередь соответствие международным стандартам IEC 61131-3 и IEC 61499), так и инновационных расширений ISaGRAF, добавленных специалистами компании «ФИОРД». Все это в совокупности обеспечивает серьезные конкурентные технические и коммерческие преимущества, важные для отечественного рынка. Ключевые из них — расширяемость, безопасность, отсутствие незадекларированных возможностей, квалифицированная техническая поддержка, гибкая бизнес-модель поставки. Обратим внимание еще на один продукт компании «ФИОРД» — FIO-PAC Suite [1] с исполнительной системой ISaGRAF 6 Fiord Target, программный пакет для контроллеров LinPAC/XPAC компании ICP DAS, также основанный на технологии программирования ISaGRAF 6 и единой платформе автоматизации (ACP).
Теперь приведем данные по конкретным ПЛК отечественных разработчиков со встроенной исполнительной системой ISaGRAF 6 Fiord Target.
«Колибри-К2» — контроллер для высоконадежных систем управления
Рис. 2. Внешний вид контроллера «Колибри-К2» и функциональных модулей (процессорного и носителя мезонинов)
Контроллер «Колибри-К2» (рис. 2) со встроенной исполнительной системой ISaGRAF 6 Fiord Target, созданный петербургской компанией «ФИОРД» и работающий под управлением ОС Linux, представляет собой модульное, свободно компонуемое изделие с возможностью масштабирования по производительности и информационному объему. Для организации взаимодействия компонентов «Колибри-К2» используется технология Ethernet по несущей плате. Контроллер предназначен для применения в составе систем сбора и передачи технологической информации, а также объектов АСУТП в энергетической и нефтегазовой отрасли. В зависимости от конфигурации «Колибри-К2» может применяться для решения задач сбора, хранения, обработки данных, выдачи управляющих воздействий на исполнительные устройства и обмена информацией с верхним уровнем по сети Ethernet или полевым сетям RS-485/RS-422. «Колибри-К2» позволяет строить высоконадежные системы управления, максимально упрощая монтаж и дальнейшее сопровождение. Данный ПЛК предназначен для работы в расширенном температурном диапазоне от –40 до +70 °C. Потребляемая мощность не превышает 36 Вт.
«Колибри-К2» состоит из корпуса фиксированной высоты с объединительной платой, в который устанавливаются все функциональные модули контроллера. Питание и сообщение между модулями осуществляется по объединительной плате. Процессорный модуль «Колибри-К2» выполнен на основе встраиваемого модуля стандарта Qseven с пассивным охлаждением. В базовом варианте используется модуль Qseven серии conga-QA3 на процессоре Intel Atom E3815, 1,46 ГГц. Основные технические характеристики процессорного модуля: память 1 Гбайт DDR3, HDMI, Ethernet ?2, разъем для установки карты CFast, встроенный eMMC-диск до 8 Гбайт, 4 канала с интерфейсом USB 2.0, разъем для установки карты microSD до 32 Гбайт.
В состав «Колибри-К2» могут входить следующие функциональные модули: процессорный, блока питания, Ethernet-коммутатора, носителя мезонинов, дискретного ввода, релейных нагрузок, коммуникационных интерфейсов, трехфазных измерений. Модуль сетевого коммутатора выполняет функции связи процессорного модуля с модулями ввода/вывода по каналам Ethernet 100TX. Модуль коммутатора может иметь исполнения, обеспечивающие подключение 4, 6, 8 или 13 модулей ввода/вывода со скоростью обмена 100 Мбайт/с.
Бюджетный контроллер «Колибри-К1»
Рис. 3. Внешний вид контроллера «Колибри-К1» с модулями ввода/вывода Beckhoff
ПЛК «Колибри-К1» (рис. 3) содержит исполнительную систему ISaGRAF 6 Fiord Target под ОС Linux и является одним из элементов программно-аппаратного комплекса «Колибри» для информационно-управляющих систем. Программное обеспечение контроллера может включать разные наборы драйверов в зависимости от задачи: Modbus TCP/RTU Master/Slave, DCON, FDA, МЭК 60870-5-104 Master/Slave, драйвер цифровых входов и цифровых выходов. По быстродействию и ресурсам ПЛК «Колибри-К1» можно сопоставить с контроллером LinPAC компании ICP DAS, но по цене он значительно дешевле как LinPAC, так и контроллеров этой «весовой категории» других производителей. Немаловажно, что он предназначен для работы в расширенном температурном диапазоне (от –40 до +85 °C).
«Колибри-К1» — законченное решение на базе высокоинтегрированного процессора Freescale iMX28 с ядром семейства ARM9. Устройство находит применение в системах сбора данных, в качестве преобразователя интерфейсов и управляющего контроллера. Порты ввода/вывода общего назначения данного компьютера могут использоваться для управления внешними устройствами. Корпус устройства предназначен для крепления на DIN-рейку. Коммуникационные порты: три порта RS-485, порт RS-232, Ethernet 10/100 Мбит, последовательный порт консоли, порт USB 2.0, два цифровых входа; два цифровых выхода, SPI, I2C, UART, GPIO. Система: процессор Freescale iMX287 454 МГц ARM9, ОЗУ 128 Мбит DDR2, NAND Flash 256 Мбит (возможно увеличение до 1 Гбит), RTC с автономным питанием; настройка и управление: последовательная консоль, ssh-консоль. Эксплуатационные характеристики: питание 5 В, рабочий диапазон температур от –40 до +85 °С, корпус на DIN-рейку. В зависимости от задачи можно применять дополнительные модули ввода/вывода с креплением на DIN-рейку с соединением по RS-485 или Ethernet из номенклатуры таких компаний, как «ОВЕН», ICP DAS (i7xxx), Beckhoff, и других предприятий.
Панельный контроллер Segnetics SMH 2Gi
Рис. 4. Внешний вид ПЛК Segnetics SMH 2Gi
Петербургская компания «Сегнетикс» — крупный отечественный разработчик современных ПЛК серии SMH. Мощный панельный ПЛК Segnetics SMH 2Gi (рис. 4) со встроенной операционной системой Linux и средой программирования ISaGRAF ACP 6.4. ПЛК Segnetics SMH 2Gi предназначен для автоматизации инженерных систем зданий и технологических процессов в промышленности. Устройство обладает следующими важными особенностями:
Высокая степень модульности: кроме встроенных COM-портов RS-485 и RS-232, можно выбрать сетевой модуль Ethernet или LON (технология NETcard).
При добавлении новых модулей расширения нет необходимости демонтировать контроллер или разбирать его. Это значительно упрощает работу в процессе расширения системы и ее наладки.
Возможность работы в сетях, построенных на Modbus и Ethernet (Modbus TCP/IP), в роли ведомого (Slave) или ведущего (Master) устройства.
Монохромный графический дисплей, позволяющий выводить различные объекты визуализации и графики процессов и текст различного размера.
На контроллер портирована целевая система ISaGRAF с поддержкой драйверов для модулей компании «Сегнетикс» серии MR и MC. Для среды разработки АСР выполнен плагин, позволяющий сконфигурировать в проекте модули, загрузить целевую систему на контроллер и лицензировать ее. Также в целевую систему включена система текстового отображения ISaTUI на экране контроллера, что дает возможность создания текста в любой области экрана с различными атрибутами (мигание, подчеркивание, изменение шрифта и оттенка фона для цветных дисплеев). Кроме того, надстройка расширена за счет виртуальных экранов, позволяющих формировать сразу всю необходимую информацию и затем переключаться между ними. На реальный экран выводится один из выбранных виртуальных экранов, причем изображение на нем уже сформировано, что положительно влияет на скорость отображения и обновления информации на реальном экране. Помимо организации вывода, ISaTUI предоставляет коды нажатых клавиш контролера, что позволило реализовать перелистывание экранов и активировать режим «Тест». В целевой системе предусмотрен и драйвер Imx27 для работы с дискретным входом/выводом, расположенным на борту контроллера, и поддержка управления всеми четырьмя индикаторами контроллера, что предоставляет возможность дополнительно сигнализировать о той или иной ситуации, кроме вывода информации на экран контроллера.
Коммуникационный ПЛК ЭнИ-750
Рис. 5. Внешний вид ПЛК ЭнИ-750
Приборостроительная компания «Энергия-Источник» (Челябинск) разработала коммуникационный ПЛК ЭнИ-750 (рис. 5) нового поколения с RISC-процессором и поддержкой ISaGRAF с драйверами для Modbus TCP/RTU и дискретных линий ввода/вывода. Коммуникационный ПЛК ЭнИ-750 имеет следующее назначение:
построение распределенных систем управления и диспетчеризации с использованием как проводных, так и беспроводных технологий;
объединение устройств с различными интерфейсами/протоколами (физически реализуемыми в этих интерфейсах) связи в единую сеть обмена данными;
создание устройства сбора, обработки и передачи данных;
построение автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов.
Коммуникационный ПЛК ЭнИ-750 поддерживает возможность работы в проводных и в беспроводных сетях и программируется с помощью ISaGRAF в среде операционной системы Linux с ядром 2.6.x.
Основные технические характеристики ПЛК ЭнИ-750:
Центральный процессор — 32-разрядный RISC-процессор 200 МГц на базе ядра ARM9.
Объем оперативной памяти — 64 Мбит, объем энергонезависимой памяти — 4 Мбит + 256 Мбит.
Потребляемая мощность: не более 5 Вт (при отсутствии подключения периферии) и не более 12 Вт (при подключении полного набора периферии), напряжение питания — от 10 до 48 B постоянного тока.
Встроенные устройства: считыватель карт памяти SD, сторожевой таймер (WD Timer), энергонезависимые часы реального времени, звуковой зуммер.
Интерфейсы связи: Ethernet 10/100 Мбит/с (есть гальваническая развязка), 4?RS-232/RS-485 (без гальванической развязки), RS-232 полный; три RS-232 (RxD, TxD, GND, RTS, CTS), все RS-485 (A (Data+), B (Data–), GND). Любой из четырех портов может работать либо в режиме RS-232, либо RS-485. Режим выбирает пользователь.
Порты контроллера (без гальванической развязки): USB-host (стандарт USB2.0 1,5/12/480 Мбит/с, S ? 1,8 м). Ограничение по току ? 500 мА.
Внешние модули расширения подключаются к одному из коммуникационных портов или портов ввода/вывода.
Исполнение корпуса: унифицированный пластмассовый корпус для крепления на DIN-рейку. Степень защиты корпуса — IP20.
Индикация передней панели: светодиодная индикация питания, состояния приема/передачи последовательных портов, cостояния Ethernet-интерфейса (в разъем Ethernet встроены два светодиода).
ПЛК3000
Рис. 6. Внешний вид ПЛК3000
НПО «Вымпел» (Саратов), ведущий отечественный разработчик и производитель средств автоматизации объектов добычи, транспорта и распределения в нефтегазовой отрасли, разработал и успешно использует ПЛК3000 (рис. 6) с поддержкой ISaGRAF. Комплексное решение ISaGRAF+ПЛК3000 внедрено в системе автоматического управления технологическими скважинами 1Т и 2Т Калининградского УПХГ ООО «Газпром ПХГ» и контролируемом пункте кранового узла № 91 системы линейной телемеханики магистрального газопровода Бухара — Урал (Челябинское ЛПУМГ ООО «Газпром Трансгаз Екатеринбург»). Результат сотрудничества НПО «Вымпел» и компании «ФИОРД» — это возможность применения данного устройства в проектах высокой степени сложности и ответственности. ПЛК3000 выполняет функции контроля и управления локальным оборудованием, связи с уровнем диспетчерского управления и с другими функциональными узлами.
Основные преимущества ПЛК3000:
Сверхнизкое потребление электроэнергии, возможность гибкого управления питанием компонентов системы.
Модульная конструкция, максимальная адаптация аппаратуры для создания систем автоматизации различной сложности.
Использование инструментальной системы программирования ISAGRAF с поддержкой языков стандарта МЭК 61131-3.
Высокая информационная емкость.
Конструкция контроллера обеспечивает естественное охлаждение элементов модулей.
Широкий температурный диапазон работы: от –60 до +60 °C.
Защита от аварий.
Поддержка защищенного обмена данными через промышленные сети и Интернет.
Один крейт ПЛК3000 позволяет использовать до 592 линий дискретного ввода/вывода, до 288 линий аналогового ввода/вывода, до 100 линий последовательных интерфейсов RS-232/RS-485, до 74 Ethernet-каналов типа «витая пара», до 24 оптоволоконных каналов Ethernet. Крейт ПЛК3000 соответствует стандарту «Евромеханика». Высота поддерживаемых модулей — 6U (233,35 мм). Ширина поддерживаемых модулей достигает 6ТН (30,48 мм). Ширина поддерживаемых базовых модулей соответствует двойному шагу (60,96 мм). Можно проектировать контроллеры, имеющие в своем составе до трех крейтов.
Обновление программного обеспечения ПЛК3000 осуществляется с помощью набора отладочных интерфейсов, содержащего отладочный RS-232, Ethernet, Wi-Fi (режим ad-hoc). Контроллер ПЛК3000 поддерживает следующие информационные протоколы для различных коммуникационных интерфейсов: TCP, UDP, IP, PPP, NTP, DHCP, Modbus RTU, МЭК 60870-5-101/104.
Все модули поддерживают режим «блокировка», при котором все выходы модулей принимают заранее определенное состояние в случае подачи определенного сигнала блокировки. Изделие обеспечивает различные режимы энергосбережения: отключение незадействованных компонентов, уменьшение производительности с целью снижения энергопотребления, режимы сна.
Промышленный контроллер «Бук»
Рис. 7. Внешний вид сборки контроллера на базе модулей ПЛК «Бук»
ПЛК «Бук» (рис. 7) разработан петербургской компанией «КОНТИНЕНТ» и предназначен для управления технологическими и производственными процессами, системами обеспечения жизнедеятельности человека и системами безопасности. ООО «КОНТИНЕНТ» является одним из ведущих предприятий-разработчиков, изготовителей и поставщиков радиоэлектронного оборудования в отраслях транспортного машиностроения и промышленной автоматизации. ПЛК «Бук» имеет модульную структуру. На DIN-рейку устанавливается центральный процессор с широким набором коммуникационных интерфейсов (Ethernet, RS-485, CAN), к нему по внутренней шине, расположенной прямо в DIN-рейке, присоединяются модули расширения. Ширина типового модуля расширения на 8 каналов составляет всего 35 мм. Данная сборка может быть установлена как в шкаф с электрооборудованием, так и на отдельное основание для произвольного размещения. Другие возможности ПЛК «Бук»: транспортное исполнение, произвольная аппаратная конфигурация, цифровые входы 24 В, релейные выходы, аналоговые входы напряжения и тока, аналоговые выходы напряжения, обработка термосопротивлений, встроенная SD-карта для журнала, часы/календарь с ионистором, универсальный пульт управления по RS-485.
Пользователь ПЛК «Бук» программирует свои задачи с помощью ISaGRAF 6 Workbench. Исполнительная система — ISaGRAF 6 Fiord Target версии 5.41 с поддержкой Modbus RTU/TCP Master/Slave. Системный уровень ПО контроллера — Digi Embedded Linux на основе ядра Linux 2.6.35 для ARM-процессоров.
ПЛК Simbol-100 для жестких условий эксплуатации
ПЛК «Simbol-100» (рис. 8) разработан компанией «НПЦ «Европрибор» (Витебск, Белоруссия) и предназначен для управления технологическими процессами в промышленности. НПЦ «Европрибор» является одним из лидеров среди поставщиков комплексных решений в области промышленной контрольно-измерительной аппаратуры на белорусском рынке и в странах СНГ. ПЛК Simbol-100 используется совместно с модулями ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов, которые подключаются к ПЛК с помощью промышленной сети на основе интерфейса RS-485 и протоколов Modbus RTU. Модуль центрального процессора S-100-CPU управляет вводом сигналов, принимаемых от датчиков посредством модулей расширения, обрабатывает полученные данные в соответствии с пользовательской программой и выдает информацию и управляющие сигналы. Ввод и вывод сигналов выполняется с помощью модулей расширения, которые могут быть подключены к ПЛК через три последовательных порта с интерфейсом RS-485 и по-разному комбинироваться в количестве до 128 штук на порт. Для связи с персональным компьютером или локальной сетью компьютеров ПЛК имеет стандартный интерфейс Ethernet (Modbus TCP и OPC-сервер), оснащен памятью SDRAM и флэш-картой стандарта SDHC, сторожевым таймером (watchdog) и энергонезависимыми часами реального времени (RTC). На флэш-карте хранятся пользовательские программы и другая необходимая информация. В энергонезависимой памяти хранится информация, которую необходимо сохранить при сбоях питания. Все настраиваемые параметры ПЛК также хранятся в энергонезависимой памяти.
Рис. 8. Пример системы на основе ПЛК Simbol-100
ПЛК Simbol-100 действует под управлением операционной системы Linux. Пользовательская программа на одном или нескольких языках стандарта МЭК 61131-3 работает в среде ISaGRAF 6. Конфигурирование модулей выполняется с помощью программы S100Configurator.
Характеристики ПЛК «Simbol-100»:
Сквозное резервированное питание постоянным током 24 В (АВР реализован в модуле ЦПУ).
Питание модулей расширения от резервированного питания 24 В и аналоговых и дискретных датчиков от соответствующих модулей ввода/вывода.
Возможность заказать модули аналогового и дискретного ввода/вывода с любой конфигурацией и любым набором входов (ток — активный/пассивный; напряжение; питание внутреннее/внешнее). Например, модуль S-100-AI6-2А.3Р.1V с входами 1, 2 — ток 4–20 мА активный (питание датчиков от модуля); 3, 4, 5 — ток 4–20 мА пассивный (питание от внешнего источника питания); 6 — напряжение 0–10 В.
Время опроса: дискретного входа — от 0,1 мс; режим счетчика — до 4 кГц; аналогового входа — <18 мс; температурного входа — <160 мс.
Возможность одновременного функционирования в модуле ЦПУ различных ресурсов: Modbus TCP Server/Client, Modbus RTU Server/Client, сервер ОРС.
На борту модуля ЦПУ S-100-CPU предусмотрены один порт Ethernet 10/100 Мбит и три порта RS-485. Одновременно по Ethernet подсоединяется до шести клиентов. Скорость обмена по шине RS-485 — до 230 400 бит/с, подключение до 128 устройств на один порт RS-485.
Предусмотрена возможность программного конфигурирования количества каналов в модуле (можно программно отключать каналы) и, таким образом, получение более высокого быстродействия аналоговых или дискретных модулей.
Соответствие международным и белорусским стандартам IEC 61131-1(2,3), IEC 61499,СТБ МЭК 61131-1-2004, СТБ IEC 61131-2-2010. Сертификат СИ Республики Беларусь, сертификат собственного производства, сертификат технического регламента Таможенного союза.
Для жестких условий эксплуатации обеспечивается защита от переполюсовки, электростатических разрядов, короткого замыкания, электромагнитных помех; температурный рабочий диапазон от –10 до +60 °С (класс А
по ЭМС).
Расширенная индикация: перегрузка канала, авария канала, отсутствие связи по шине RS-485, включение/выключение канала, наличие питания/переполюсовка, обмен данными, выполнение пользовательской программы. Горячая замена модулей расширения.
***
Использование отечественными производителями среды разработки ISaGRAF Workbench вместе с исполнительной системой ISaGRAF 6 Fiord Target — это значительный шаг вперед с точки зрения расширения функциональных возможностей ПЛК и удобства работы пользователей, ориентация на лучший в своем классе продукт в области SoftPLC. Как показано в этом кратком обзоре, технология ISaGRAF успешно применяется российскими производителями в контроллерах различного исполнения, информационной емкости и функционального назначения. В настоящее время специалистами компании «ФИОРД» исполнительная система ISaGRAF 6 портируется на контроллеры еще нескольких компаний (об этом можно будет рассказать после завершения работ). Немаловажным фактором, который реально влияет на выбор ISaGRAF в качестве инструмента программирования ПЛК отечественными компаниями, является не только возможность получать высококвалифицированную техническую поддержку компании «ФИОРД» и в случае необходимости оперативно добавлять в исполнительную систему требуемые драйверы и функции, но и достаточно гибкая бизнес-модель приобретения и распространения ISaGRAF в России.
