Dobór właściwego sprzętu do określonej aplikacji jest podstawą, jednak w procesie doboru potencjalni użytkownicy muszą również wziąć pod uwagę narzędzia (oprogramowanie) do programowania i obsługi danego sterownika.

Podczas doboru sterownika automatyki dla zakładu przemysłowego czy konkretnych aplikacji procesowych w takim zakładzie, nie chodzi tylko o określenie, czy sterownikiem tym będzie programowalny sterownik logiczny (PLC), programowalny sterownik automatyki (PAC), czy przemysłowy komputer osobisty (IPC). Należy także ustalić wymagania danej aplikacji, w tym podstawowe parametry sterowania oraz skalowalność systemu w perspektywie kolejnych lat funkcjonowania.

Dlatego też dobór właściwej platformy do programowania sterownika może być tak samo ważny jak dobór samego sterownika i powinien odgrywać istotną rolę w procesie podejmowania decyzji o wyborze konkretnych rozwiązań i technologii.

Zarówno w przypadku sterowania maszynami, jak i procesami technologicznymi/produkcji zwykle wykorzystywane są sterowniki PLC i PAC oraz komputery przemysłowe IPC. Pomiędzy tymi typami sterowników istnieje wiele różnic, jednak ich możliwości i realizowane funkcje w coraz większym stopniu zaczynają się łączyć.

Sterowniki PLC były pierwszymi sterownikami, które zastąpiły układy oparte na przekaźnikach, i zasadniczo nadal pozostają one najlepszą opcją wyboru do małych i średnich aplikacji. Możliwości sterowników PLC rosną w miarę adaptowania w nich nowych technologii. Wiele prostych i tanich modeli może być programowanych w języku drabinkowym, co jest wystarczające dla większości aplikacji. Bardziej skomplikowane i droższe sterowniki PLC mogą być programowane przy wykorzystaniu bloków funkcyjnych oraz innych języków programowania opisanych w normie PN-EN IEC 61131-3.

Sterowniki PAC w porównaniu z PLC oferują dodatkowe możliwości, takie jak sterowanie ruchem i elementami systemów wizji maszynowej oraz realizacja funkcji sterowników bezpieczeństwa. Dostępne są także jako podzbiór tej klasy sterowników, urządzenia PAC zbudowane na bazie PLC. Mają one jednocześnie możliwości sterowników PAC oraz łatwość obsługi sterowników PLC. Natomiast komputery przemysłowe IPC są idealnymi urządzeniami sterowania i zarządzania sieciowymi modułami sterowania dla bardziej złożonych aplikacji. Decyduje o tym dostępność znacznie bardziej zaawansowanych funkcji, większe możliwości obliczeniowe i przetwarzania danych oraz możliwość programowania aplikacji w innych językach, już wyższego poziomu, takich jak wersje języka C.

Warto jednak zaznaczyć, że niezależnie od tego, która rodzina sterowników zostanie wybrana, ich producenci oferują możliwości ich wykorzystania w zasadzie w każdych warunkach, m.in. poprzez szeroką gamę obudów – małych, średnich lub dużych.

Dla każdej rodziny sterowników istnieje wiele opcji konfiguracyjnych oraz różnych kombinacji wbudowanych oraz zewnętrznych układów We/Wy. Dostępne są także różnorodne opcje komunikacyjne, od prostych portów szeregowych do interfejsów Ethernet. Konfiguracje sprzętowe mogą także obejmować samodzielne sterowniki z wbudowanymi układami We/Wy, często zwanymi „cegłami” (bricks), które mogą być rozbudowane o We/Wy, z możliwością układania w stos (stackable I/O) lub opcje do montażu w szafach typu rack.

Rozważania przy doborze sterownika

O ile zrozumienie i ocena danych technicznych sterowników jest sprawą kluczową, to nie bez znaczenia pozostają umiejętności personelu fabrycznego oraz przyszłe koncepcje rozwojowe podłączeń do sterowników, które także są ważnymi aspektami w procesie podejmowania decyzji. Oto kluczowe punkty, które należy przeanalizować przy doborze sterownika:

→ doświadczenie personelu fabrycznego w automatyce,

→ liczba i typ układów We/Wy,

→ wymagane funkcje sterowania/regulacji, takie jak: regulacja proporcjonalno-różniczkująco-całkująca (PID), regulacja prędkości obrotowej oraz sterowanie ruchem,

→ opcje komunikacyjne,

→ wymagania dotyczące zbierania danych,

→ wymagane funkcje specjalne.

W niektórych zakładach pracują fachowcy, którzy potrafią obsługiwać szeroki zakres sterowników i sprzętu, w innych zaś pracownicy mają ograniczoną znajomość nowszych technologii. Sterowniki PLC wciąż pozostają podstawowym narzędziem automatyki dla wielu gałęzi przemysłu i aplikacji, ponieważ są zarówno dokładne, niezawodne oraz modyfikowalne w działaniu, jak i łatwe w obsłudze ze względu na powszechność ich wykorzystywania i znajomość w przemyśle.

Jeśli personel fabryki nie pracował jeszcze ze sterownikami PLC, to należy rozważyć wybór małego i prostego PLC. Takie sterowniki są zaprojektowane pod kątem łatwej rozbudowy, a jednocześnie oferują wiele możliwości, które są dostępne w większych sterownikach PLC.

Fot. Programowalne sterowniki automatyki firmy AutomationDirect są oferowane jako różne grupy produktowe. Źródło: AutomationDirect

Dobór i aplikacje sterownika PLC

Następnym etapem jest przeanalizowanie wymagań dotyczących aplikacji sterownika. Dobrym punktem startowym jest tu oszacowanie liczby wejść/wyjść cyfrowych i analogowych. Sporządzenie listy głównych komponentów, takich jak serwomechanizmy i siłowniki pneumatyczne – wraz z czujnikami położenia i obecności – pomoże w wyznaczeniu dokładnej liczby wejść/wyjść.

Poza realizacją cyfrowego sterowania maszynami oraz analogowego procesami, w konstrukcji niektórych sterowników PLC dokonano ewolucji w kierunku możliwości wykonywania złożonych zadań, jak sterowanie ruchem i regulacja PID. Taka rodzina sterowników potrafi obsługiwać złożone aplikacje, jak sterowanie pracą szybkiej linii pakującej przy wykorzystaniu technologii nakładania obrazów (image registration/alignment) lub synchronizowanego sterowania prędkością posuwu za pomocą enkodera, wykorzystującego sygnał sprzężenia zwrotnego.

Serwonapędy oraz napędy o zmiennej częstotliwości (VFD), stosowane do realizacji pewnych funkcji sterowania ruchem, nie zawsze wymagają koordynacji, jednak mimo to zwykle są dość złożone pod względem dostępnych interfejsów komunikacji oraz innych wymagań. Wiele sterowników potrafi jednocześnie komunikować się z wieloma napędami, regulując położenie, prędkość obrotową albo moment obrotowy. Opcje standardów komunikacji z napędami obejmują między innymi porty RS-232, RS-485 i Ethernet. Wybór cyfrowego protokołu komunikacyjnego jest lepszą opcją w porównaniu z dyskretnymi układami We/Wy, ponieważ upraszcza on oprzewodowanie, umożliwia monitorowanie i sterowanie większą ilością parametrów oraz zapewnia większą elastyczność architektury systemu w przypadku konieczności dokonania zmian.

Należy także rozważyć wymagania dotyczące możliwości zbierania danych. Na szczęście wiele sterowników, w tym nawet nowe małe sterowniki PLC, ma wbudowane układy komunikacyjne, moduły rejestracji danych, dostęp do serwera WWW oraz obsługę e-maili. Możliwość zapisu danych na kartach micro SD jest kolejną istotną cechą, wraz z funkcjonalnością serwera WWW i zdalnego dostępu.

Niektóre aplikacje wymagają od sterowników posiadania odpowiedniego certyfikatu bezpieczeństwa, tak aby spełniały wymagania określone przepisami. Tu warto zwrócić uwagę, że nawet gdy analiza uwarunkowań dla danej aplikacji może sugerować wybór sterownika PLC z certyfikatem bezpieczeństwa, to jednak wykorzystanie sterownika niemającego takiego certyfikatu wraz z jednym lub większą liczbą dodatkowych, programowalnych przekaźników bezpieczeństwa, może okazać się korzystniejszą opcją, zmniejszyć koszty, jednocześnie zapewniając wymaganą funkcjonalność i poziom bezpieczeństwa.

Analiza narzędzi do programowania sterowników

Trzeba pamiętać, że programowanie sterownika stanowi około połowę prac nad typowym projektem automatyki, jednakże zarówno ten czas wymagany do zaprogramowania sterownika, jak i konieczne umiejętności pracowników mogą się zmieniać w bardzo szerokich granicach, w zależności od wykorzystywanego oprogramowania. Dlatego też czynniki brane pod uwagę przy wyborze narzędzi do programowania sterownika są bardzo istotne i obejmują:

→ łatwość programowania,

→ preferencje i strefę komfortu użytkownika,

→ wymagany czas i nakłady finansowe,

→ dostępne zasoby szkoleniowe,

→ możliwość rejestracji danych oraz zdalnego dostępu.

Proste i czasami darmowe narzędzia, z ograniczonymi instrukcjami programowymi, są wystarczające dla większości aplikacji i małych sterowników. Niektóre sterowniki mogą mieć tylko około 20 instrukcji, takich jak obsługujące styki, cewki, układy czasowe i liczniki, co jest często wystarczające dla niewielkich i prostych aplikacji. Do zabudowania systemów sterowania większych i bardziej skomplikowanych maszyn wykorzystuje się średnie i duże sterowniki PLC. Większość z nich posiada dedykowane platformy programistyczne, które wymagają większych umiejętności niż te wystarczające przy programowaniu prostszych sterowników PLC.

Wybór narzędzia do programowania sterownika często związany jest z preferencjami i strefą komfortu użytkownika. Podczas gdy o doborze wymaganego sprzętu decydują wymagania aplikacji, to dobór oprogramowania jest zwykle decyzją subiektywną. Wielu programistów ma swoją własną opinię na temat tego, które oprogramowania działają najlepiej, jednak zaleca się, by większość firm przemysłowych starała się wdrożyć ujednoliconą, standardową platformę programistyczną do swoich sterowników, wraz z konsekwentnie wprowadzanymi zasadami i metodami programowania.

Użytkownicy powinni przeanalizować zasoby szkoleniowe dostępne podczas wyboru narzędzi do programowania sterowników. Internet oraz powszechność wykorzystania multimediów zmieniły sposób, w jaki programiści uczą się i tworzą aplikacje. W sieci istnieją ogromne biblioteki informacji technicznych oraz instrukcji dla użytkowników. Niektórzy dostawcy sprzętu i oprogramowania dla automatyki przemysłowej oferują rozległą dokumentację dostępną online wraz z instruktażowymi filmami wideo na platformie deweloperskiej oprogramowania. Dzięki temu użytkownicy mogą szybko opanować obsługę narzędzi do programowania sterowników i osiągnąć wymaganą biegłość w tym zakresie. Jednak nie wszyscy dostawcy mają jednakowe podejście do zasobów szkoleniowych, dlatego przed wyborem i zakupem sterowników zasoby te powinny być starannie ocenione.

Ponadto należy przeanalizować dostępność i koszty wsparcia technicznego. Niektórzy dostawcy oferują darmowe wsparcie, natomiast inni żądają opłat za takie usługi, przy ograniczonej wersji darmowej, która w zależności od sytuacji może okazać się niedostatecznie pomocna.

Po napisaniu programu sterującego musi on być przetestowany. Warto zatem zwrócić uwagę, czy narzędzie do programowania sterowników umożliwia podgląd odpowiedzi pętli PID oraz profili ruchu, a także symulację innych funkcji oprogramowania i tworzonej aplikacji. Wbudowane symulatory projektu mogą w znaczącym stopniu przyczynić się do oszczędności czasu, umożliwiając przetestowanie kodu bez obecności sprzętu lub przed wgraniem go do istniejącego systemu.

Ze względu na fakt, że istnieje wiele tematów i zagadnień koniecznych do przeanalizowania przy doborze właściwego sterownika i narzędzi do jego programowania, z pewnością nie można mówić o jakimś uniwersalnym podejściu do tego procesu. Uwzględniając czynniki i kwestie przedstawione w niniejszym artykule, każde przedsiębiorstwo i firma ma jednak szansę na wybór takiej rodziny sterowników, która będzie w stanie spełnić wymagania niezbędne do efektywnej obsługi ich aplikacji i procesów.

Jeff Payne jest menedżerem produktu i specjalistą ds. układów automatyki i sterowania w firmie AutomationDirect