Новое поколение блочных контроллеров Mitsubishi Electric: FX5

В современном мире автоматизация процессов стала неотъемлемой частью управления любым производством. Это определяется постоянно растущими требованиями улучшения всех показателей: производительности труда, качества продукции, ее себестоимости, повторяемости процессов, безопасности производства.

Но, несмотря на сугубо промышленное предназначение, ПЛК все больше находят свои применения и в быту. Система "умный дом" для управления вентиляцией и освещением, в загородных домах для контроля уровня воды в емкостях и управления насосами в скважине – уже стала привычной для нашего использования. Отдельные энтузиасты используют контроллеры для воплощения идеи автоматического кормления домашних животных во время отпуска, когда любимый питомец вынужден находиться без постоянного присмотра.

Но все же основным драйвером развития ПЛК является промышленность. Компания Mitsubishi Electric известна как производитель оборудования для автоматизации, которое идеально сочетает в себе производительность и надежность. Mitsubishi Electric всегда отслеживает требования своих заказчиков и предлагает современные эффективные решения, основанные на инновационных технологиях. Новое время, новые рынки требуют адаптации контролеров к существующим реалиям. Технологии сменяют друг друга, и пришло время контроллеру FX3 уступить место новому поколению контроллеров FX5.

Пропуск индекса FX4 является не случайным. С первых поколений контроллера FX в архитектуру ПЛК был заложен существенный запас для модернизации и последовательного развития. В поколении FX3 архитектура достигла своего предела, то есть дальнейшая модернизация стала нецелесообразной. По этой причине инженеры Mitsubishi Electric разработали новую архитектуру, в которой реализовались все положительные свойства и возможности ПЛК предыдущего поколения, но при этом был заложен большой потенциал модернизации на многие годы вперед.

Рисунок 1. ПЛК Mitsubishi Electric нового поколения

Чем же интересен новый контроллер FX5? Основные технические характеристики приведены в таблице 1.

Догнать и перегнать!

Этот короткий слоган эпохи холодной войны как нельзя точно описывает ситуацию на рынке промышленной автоматизации. Каждый производитель с выпуском нового оборудования старается поднять планку ключевых показателей на новый, недосягаемый для конкурентов, уровень, тем самым защитить, а возможно, и расширить, свой сегмент рынка. Осознание этого, умение предугадывать будущие тенденции, долгосрочное планирование и принятие мер заблаговременно до их явной необходимости, четкое следование своему собственному пути, невзирая на конкурентов, но учитывая их действия, – это то, что определяет японскую мудрость. И FX5 является ее воплощением. С одной стороны, этот ПЛК соответствует всем современным требованиям, удовлетворяет всем потребностям своего сегмента рынка ("догнали и перегнали"). С другой стороны, при его создании учитывались такие аспекты, как необходимость снижения времени разработки проекта, упрощение настройки и написания программы, простота диагностики, универсальность, кроссплатформенность решений, что в итоге приводит к существенному снижению совокупной стоимости владения и в полной мере отражает заботу о своем заказчике и защиту его авторских прав.

Ведь в нашем мире мало создать что-то уникальное, необходимо уметь сохранить свою уникальность. Но обо всем подробнее…

Производительность.

Производительность нового ПЛК FX5 по сравнению с предыдущим поколением выросла в 2 раза. Скорость обмена данными внутренней шины расширения увеличена в 100 раз.

Казалось, зачем быстрее? Но современные производства имеют целый ряд жестких требований: поддержание технологического процесса в узких рамках допустимых значений, высокая однородность и воспроизводимость свойств продукта, общая оптимизация процессов. Именно в данном аспекте и необходима скорость вычислений. Ведь чем быстрее будет установлено отклонение, чем больше данных будет участвовать в анализе, тем быстрее оно будет скорректировано, а коррекция будет гораздо точнее и эффективнее. Что касается шины расширения, для быстрого расчета необходимо обеспечить высокоскоростной обмен данными, в противном случае вычислительные мощности будут простаивать. Почему столь избыточное увеличение скорости? Это хороший задел на будущее, на много лет вперед. Это основа будущего развития и гарантия совместимости.

Но непреклонно следуя вперед, нельзя забывать о том, что уже было сделано. А было сделано многое: тысячи исправно работающих систем на базе ПЛК и модулей расширения предыдущих поколений. С ПЛК FX5 модернизация, если она необходима, может быть выполнена с минимальными затратами.

Несмотря на то что для модулей расширения FX5 была разработана совершенно новая высокоскоростная шина обмена данными, использование модулей предыдущего поколения совместно с ПЛК FX5 возможно. Для этого необходим только конвертер шины. Конечно, это не даст преимущества в скорости обмена данными, так как она ограничена спецификацией шины предыдущего поколения, но позволит существенно сэкономить на модулях расширения. Если характеристик модулей, используемых в модернизируемой системе, достаточно и нет нареканий к их работе, зачем приобретать новые? Именно для реализации возможности использования модулей предыдущего поколения и был разработан конвертер шины модулей расширения. Память. Максимальный размер программы составляет 64000 шагов. На первый взгляд никаких изменений, но теперь весь этот объем доступен для программы (ни шагом меньше), комментарии, файлы регистров хранятся отдельно, что позволило освободить примерно 10–15% и без того внушительного для ПЛК этого сегмента объема памяти. SD Карты. Контроллер FX5 оборудован слотом для SD карт. Использование разнообразно, от стандартного накопления и хранения данных до обновления проекта или параметров работы ПЛК. Файл проекта или параметров записывается на SD карту, которая впоследствии устанавливается в ПЛК. При запуске ПЛК считывает эти данные и производит их обновление во внутренней памяти контроллера. Согласитесь, удобная функция, позволяющая выполнить корректировки без необходимости специального обучения работе с ПЛК персонала на месте, что существенно сокращает влияние человеческого фактора.

Рис. 2. Высокоскоростные импульсные выходы для управления сервоприводами

Встроенные дискретные модули ввода/вывода.

Как и ранее, в новой линейке контроллеров FX5 есть несколько версий, отличающихся количеством встроенных дискретных каналов ввода/вывода: 32, 64 и 80. В процентном соотношении распределение каналов по вводу/выводу составляет 50/50, то есть по 16, 32 и 40 каналов ввода и столько же каналов вывода на контроллер. У младшего ПЛК максимальная частота срабатывания составляет 10 кГц. Но есть шесть высокоскоростных каналов ввода, у которых максимальная частота составляет 200 кГц. У старших моделей распределение скоростных характеристик более сложное: восемь каналов с частотой 200 Гц, восемь каналов с частотой 10 кГц остальные с максимальной частотой 100 Гц. Поддерживаются следующие типы дискретных сигналов: сухой контакт или 24 В пост. тока (Sink или Source). Выходы в зависимости от модели могут быть как транзисторными, так и релейными. У контроллера с релейными выходами все просто: максимальное коммутируемое напряжение составляет 30 В для постоянного тока или 240 В для переменного; максимальный коммутируемый ток 2 А на канал или 8 А на общую точку. С транзисторными выходами несколько сложнее. Существуют две версии контроллера с транзисторными выходами: Sink или Source (определить легко по наименованию: в конце MT/ ES, или MT/ESS соответственно). Но остальные технические характеристики транзисторных выходов одинаковые: первые четыре выхода на напряжение 5–24 В пост. тока с временем отклика 2.5 мкс, остальные выходы на напряжение 24 В пост. тока с временем отклика 200 мкс. Такие характеристики позволяет осуществлять импульсное управление 4 сервоосями.

При этом возможна линейная интерполяция двух осей. Кроме стандартного импульсного сигнала высокоскоростные выходы могут генерировать ШИМ сигнал. Все это позволяет реализовать достаточно сложные механизмы, например линию укладки продукции (рис. 2).

Встроенные аналоговые входы/выходы.

Анализ применений контроллеров FX показал, что аналоговые сигналы хоть в минимальном количестве, но используются почти во всех системах, что подтвердило обязательность наличия встроенных аналоговых каналов ввода/вывода (рис. 3). ПЛК FX5 оборудован двумя аналоговыми входами с градуировкой 0–10 В (12 бит) и одним аналоговым выходом с аналогичной градуировкой 0–10 В (12 бит).

Рис. 3. Встроенные функции

Встроенные сетевые интерфейсы.

Один в поле не воин. Вернее, настоящий воин всегда остается воином вне зависимости от обстоятельств (тем более самурай!), но... Современная структура производства требует интеграции каждой единицы в единую систему с целью как минимум мониторинга и оперативного реагирования на возникающие проблемы (а по закону Мерфи проблемы обязательно возникнут), как максимум для анализа и предотвращения возникновения проблем до момента их развития. Новый контроллер FX предоставляет широкие коммуникационные возможности без дополнительных затрат.

Для организации передачи данных могут быть использованы встроенные порты Ethernet и RS-485. Функциональность встроенного Ethernet порта нового контроллера существенно расширена. Скорость соединения стандартна, 100 Мбит/с, но число одновременно поддерживаемых соединений увеличено до 15. Появилась поддержка протокола Modbus TCP, что упростит и расширит использование ПЛК в системах управления различных назначений. Принимая во внимание, что панели оператора Mitsubishi Electric нового поколения в превалирующем большинстве своем оборудованы Ethernet портом, данный способ связи становится основным, снижая значение стандартного порта контроллеров предыдущих поколений RS-422. Но, несмотря на это, порт последовательной связи RS-485/422 остался, но при этом больше нет необходимости искать специальный провод для подключения, так как для этого используется разъем с зажимными клеммами. В обычном режиме в сети RS-485 может находиться до 32 станций различных назначений: ПЛК, панели оператора, различные щитовые приборы и т. д. При использовании ПЛК FX5 с инверторами Mitsubishi Electric в сеть по RS-485 шине можно будет объединить до 16 устройств (рис. 4).

Рис. 4. Использование интерфейса RS-485

Прошивки.

Еще одно революционное изменение в FX – возможность обновлять прошивку ПЛК. Как Вы, наверное, смогли убедиться, с технической точки зрения контроллер выполнен на высоком уровне. Но это лишь часть необходимых для успеха ПЛК свойств. Не менее важно и программное обеспечение самого контроллера. До сегодняшнего дня микропрограмма ПЛК устанавливалась только в процессе производства. Это означает, что при выходе новой программной функции, например, поддержке нового протокола связи, появлялась новая версия контроллера. Для пользователя или системного инженера это означало проблему, заключающуюся в необходимости проверки того, насколько новым является ПЛК, полученный со склада, соответствует ли его серийный номер диапазону ПЛК с новым функционалом или нет. Теперь об этом можно не беспокоиться и быть уверенным, что обновленный функционал будет доступен на каждом FX5, правда, после обновления микропрограммы. Управление прошивками осуществляется с помощью среды разработки GX Works3, дополнительные утилиты или программаторы не требуются. Для обновления достаточно подтвердить обновление, все остальное программа выполнит за вас.

Защита авторских прав.

Как уже отмечалось, современные системы становятся все сложнее, для их создания затрачивается огромное количество человеко-часов, a многие из решений можно отнести к ноу-хау. И естественным для многих производителей таких систем является желание защитить свои инвестиции в инжиниринг и предотвратить незаконное копирование и использование разработок сторонними лицами или организациями. Для предотвращения нежелательного использования интеллектуальной собственности Mitsubishi Electric в рамках нового ПЛК FX5 может предложить несколько механизмов защиты. Использование защиты на основе пароля на сегодняшний день является общепринятым методом. Паролем защищается код функциональных блоков или программы в целом. Это предотвращает возможность получения доступа к коду и его адаптации даже при чтении проекта программы из ПЛК. Но на этом арсенал защиты авторских прав не заканчивается. Инженеры компании Mitsubishi Electric разработали новый механизм защиты на основе привязки проекта к конкретному ПЛК. При создании проекта в него заносятся данные ПЛК, на котором этот проект будет выполняться. При несовпадении данных ПЛК в проекте с ПЛК, на котором пытаются запустить проект, работа последнего будет заблокирована. Это гарантирует бесперспективность копирования проекта с целью размножения копии программы на аналогичные системы.

GX Works3.

Выше уже упоминалась среда разработки GX Works3. В порядковом номере поколения универсальной для ПЛК Mitsubishi Electric программы ошибки нет. Для новых поколений ПЛК, в том числе и для FX5, было разработано новое поколение среды разработки для ПЛК. В первую очередь изменилась концепция среды разработки. Основная цель: максимальное снижение совокупной стоимости владения ПЛК на всех его стадиях жизненного цикла. На стадии разработки проекта новая среда позволяет уменьшить необходимое для этого время за счет оптимизации интерфейса, за счет перехода от программирования к параметрированию, за счет интеллектуального поиска необходимых компонентов и функциональных блоков, а также использования горячих функциональных клавиш. Для упрощения отладки среда разработки имеет встроенный симулятор ПЛК и различные модули online-мониторинга. При эксплуатации системы среда разработки предоставляет мощные инструменты диагностики состояния ПЛК, что помогает оперативно локализовать, идентифицировать и устранить причины сбоя (рис. 5).

Рис. 5. Среда разработки GX Works 3

Новый программно-аппаратный комплекс автоматизации на базе контроллера нового поколения FX5 и среды разработки GX Works3 уже доступен к продаже.

Мы уверены, что новое оборудование упростит жизнь не только разработчикам, но и эксплуатирующему персоналу, ведь основная задача любой системы автоматизации – снижение использования ручного труда и улучшение основных показателей производства.

А.П. Почуев, координатор по развитию
бизнеса (ПЛК, HMI, SCADA),
ООО "Мицубиси Электрик (РУС)"

Фото и материалы предоставлены Mitsubishi