Промышленные контроллеры

Промышленные программируемые контроллеры

Промышленные embedded-контроллеры предназначены для автономного выполнения пользовательских программ управления, сбора и обработки данных и коммуникационных задач непосредственно рядом с технологическим оборудованием.

В отличие от обычного компьютера такие устройства создаются как специализированные embedded-платформы для промышленной эксплуатации и могут иметь встроенные последовательные интерфейсы, Ethernet, дискретные I/O, watchdog и шину локального расширения.

Embedded-контроллеры для автоматизации

Embedded controller объединяет процессор, память, операционную среду и промышленные интерфейсы в компактном автономном устройстве.

Пользовательская программа выполняется непосредственно на контроллере, поэтому после разработки и загрузки приложения для основной работы системы обычно не требуется постоянно подключённый внешний компьютер.

Программирование промышленных контроллеров

Среда разработки зависит от архитектуры конкретного контроллера. Для embedded-контроллеров могут использоваться C/C++, библиотеки и SDK производителя, а также специализированные средства загрузки и отладки программ.

При выборе необходимо проверять поддерживаемые языки программирования, компилятор, API, библиотеки и актуальность средств разработки для конкретной аппаратной платформы.

Embedded-операционная система

Промышленные контроллеры могут использовать компактную embedded-операционную систему или специализированный runtime производителя.

Такая архитектура позволяет выполнять пользовательскую программу непосредственно на устройстве и обычно предъявляет значительно меньшие требования к вычислительным ресурсам, чем универсальная настольная операционная система.

Возможности различных embedded-ОС существенно отличаются, поэтому совместимость программного обеспечения необходимо проверять для конкретной серии контроллера.

MiniOS7

В ряде промышленных контроллеров ICP DAS используется embedded-операционная система MiniOS7, предназначенная для компактных контроллеров реального времени.

Для разработки пользовательских приложений производитель предоставляет собственные библиотеки и инструменты. Поддерживаемые API и функции зависят от конкретного семейства устройства.

Ethernet

Ethernet может использоваться для связи контроллера с SCADA, HMI, промышленными компьютерами, другими контроллерами и сетевыми устройствами.

Наличие Ethernet-порта само по себе не означает поддержку конкретного промышленного или IoT-протокола. Необходимо отдельно проверять доступные protocol libraries и функции firmware или пользовательского приложения.

RS-232, RS-422 и RS-485

Последовательные интерфейсы позволяют подключать измерительное оборудование, преобразователи, приводы, Remote I/O и другие промышленные устройства.

В зависимости от модели контроллер может иметь один или несколько встроенных COM-портов с различными электрическими интерфейсами.

При выборе необходимо учитывать количество портов и их тип. Наличие физического RS-485 не означает автоматическую поддержку Modbus RTU или другого прикладного протокола.

Modbus

Промышленные embedded-контроллеры могут использовать Modbus RTU и Modbus TCP для обмена данными с оборудованием автоматизации.

При подборе важно различать Modbus Client/Master и Server/Slave и проверять, реализуется ли требуемая функция штатной библиотекой производителя, firmware или пользовательской программой.

CAN и промышленные сети

Отдельные промышленные контроллеры могут иметь встроенный CAN-интерфейс или возможность его добавления через модуль расширения.

Наличие CAN-контроллера не означает автоматическую поддержку CANopen, DeviceNet или другого протокола верхнего уровня. Соответствующий protocol stack должен поддерживаться программной платформой устройства.

Встроенные дискретные входы и выходы

Некоторые embedded-контроллеры имеют небольшое количество встроенных DI и DO для локальных сигналов управления, состояния оборудования или сервисных функций.

Наличие нескольких встроенных I/O не превращает промышленный контроллер в Remote I/O, если основной функцией устройства остаётся выполнение пользовательской программы.

Локальное расширение I/O

Компактные контроллеры могут поддерживать установку специализированной платы расширения, позволяющей добавить аналоговые или дискретные I/O, дополнительные последовательные интерфейсы, память и другие функции.

При подборе необходимо проверять совместимость конкретного expansion board с моделью и аппаратной ревизией контроллера.

Watchdog

Аппаратный или программный watchdog используется для контроля выполнения пользовательского приложения и восстановления работы устройства при определённых программных сбоях.

Наличие watchdog является полезной функцией промышленной embedded-платформы, но его режимы работы и доступность из пользовательского приложения необходимо проверять по документации конкретной модели.

Промышленный контроллер и PLC/PAC

Программируемые логические контроллеры PLC/PAC ориентированы на выполнение программ автоматизации в специализированной PLC-среде и могут поддерживать IEC 61131-3, CODESYS, ISaGRAF или другую SoftPLC-платформу.

В данном разделе представлены прежде всего embedded programmable controllers, где пользователь разрабатывает собственное приложение с помощью языка программирования и SDK или runtime производителя.

Поэтому одинаковый процессор, корпус или набор интерфейсов не означает принадлежность устройств к одному классу — определяющее значение имеет программная архитектура контроллера.

Промышленный контроллер и Remote I/O

Remote I/O предназначен прежде всего для получения физических сигналов от датчиков и оборудования и передачи этих данных PLC, SCADA или другой системе управления.

Промышленный embedded-контроллер самостоятельно выполняет пользовательскую программу. Наличие локальной логики IF-THEN-ELSE в Remote I/O также не обязательно превращает его в программируемый embedded-контроллер.

Промышленный контроллер и IIoT-шлюз

IIoT-шлюз предназначен прежде всего для агрегации, предварительной обработки и передачи данных между OT-оборудованием и SCADA, Edge, IT или облачными системами.

Embedded controller является более универсальной программируемой платформой. Наличие Ethernet, MQTT или OPC UA само по себе не является основанием классифицировать контроллер как IIoT Gateway.

Промышленный контроллер и промышленный компьютер

Промышленный компьютер является универсальной вычислительной платформой, обычно рассчитанной на запуск полноценной операционной системы и широкого набора пользовательского программного обеспечения.

Embedded controller представляет собой специализированную компактную платформу управления с определённой средой разработки, runtime и набором промышленных интерфейсов.

Промышленный контроллер и шлюз протоколов

Шлюз промышленных протоколов выполняет прежде всего преобразование данных между различными промышленными интерфейсами или протоколами.

Промышленный контроллер может программно реализовывать функции обмена и преобразования данных, но его основным назначением остаётся выполнение пользовательского приложения.

Промышленный контроллер и платы промышленной связи

Платы промышленной связи устанавливаются в host-систему и добавляют ей RS-232/422/485, CAN, CANopen, PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT или другие коммуникационные интерфейсы.

Промышленный контроллер является самостоятельным вычислительным устройством и не требует внешнего host-компьютера для выполнения загруженного пользовательского приложения.

Память контроллера

При выборе embedded-контроллера необходимо учитывать объём оперативной и энергонезависимой памяти, доступное пространство для пользовательской программы и данных, а также наличие дополнительных накопителей или карт памяти.

Указанные производителем объёмы Flash, SRAM, EEPROM и других типов памяти имеют различное назначение и не должны суммироваться как единый объём пользовательской памяти.

Работа в промышленном диапазоне температур

Промышленные контроллеры рассчитаны на эксплуатацию в шкафах автоматизации и распределённых системах управления. Допустимый диапазон рабочих температур, требования к питанию и условия монтажа зависят от конкретной модели.

Перед применением устройства в расширенном температурном диапазоне необходимо проверить спецификацию конкретного артикула, включая возможные различия между модификациями одной серии.

Как выбрать промышленный контроллер

Подбор начинается с определения задач, которые должна выполнять пользовательская программа, и выбора подходящей программной платформы. Затем определяются необходимые Ethernet и последовательные интерфейсы, протоколы, локальные I/O и возможности расширения.

Также необходимо учитывать объём памяти, производительность процессора, требования к времени выполнения программы, watchdog, питание, монтаж и температурный диапазон.

Основные параметры при подборе

• тип и архитектура контроллера;
• процессор;
• embedded-операционная система или runtime;
• язык и среда программирования;
• SDK и API;
• объём SRAM/RAM;
• объём Flash;
• EEPROM и энергонезависимая память;
• Ethernet;
• RS-232;
• RS-422;
• RS-485;
• CAN;
• Modbus RTU;
• Modbus TCP;
• количество встроенных DI и DO;
• возможность локального расширения I/O;
• watchdog;
• поддержка карт памяти;
• напряжение питания;
• монтаж;
• рабочая температура.

Подбор промышленного контроллера под проект

Для подбора желательно предоставить описание алгоритма управления, требования к программной среде, перечень подключаемого оборудования, необходимые интерфейсы и протоколы, количество локальных I/O и условия эксплуатации.

HPI Networks поможет подобрать промышленный контроллер и совместимые модули расширения, проверить интерфейсы, программную среду, SDK, библиотеки протоколов и аппаратную совместимость компонентов по документации производителя.