Platformă de calcul cu Rock 4C+ și PLC RS PRO

După cum se știe, PLC înseamnă controler logic programabil. Este un sistem de control digital bazat pe computer utilizat în mod obișnuit în automatizarea industrială pentru a monitoriza și controla mașinile sau procesele. Un PLC este proiectat pentru a rezista în medii industriale dure și este, de obicei, folosit pentru a automatiza sarcini care necesită precizie, fiabilitate și flexibilitate. Este alcătuit dintr-un microprocesor programabil, module de intrare și ieșire și diverse interfețe de comunicație. Aplicații care folosesc PLC-uri (controlere logice programabile): fabrici/producție; producerea și distribuția energiei electrice; industria chimică și petrochimică; tratarea apei și a apelor uzate; industria alimentară și a băuturilor; industria auto; industria farmaceutică; ambalare și manipulare a materialelor; industria petrolului și gazelor. În cele ce urmează, vă prezentăm pe scurt concluziile trase de Andrew Back.

Rândurile de față își propun să prezinte cum pot fi aduse împreună un controler logic programabil RS PRO economic cu un computer pe o singură placă Rock 4 C+ (SBC), pentru a crea o platformă puternică de calcul de margine (edge) pentru automatizarea industrială.

Flexibilitate + I/O industriale

Computerele pe o singură placă (SBC) cu Linux au la dispoziție gratuit un ecosistem vast de software open source, dintre care o mare parte poate fi folosit în aplicații precum automatizarea industrială și managementul clădirilor: de la numeroasele limbaje de programare și biblioteci puternice, trecând prin baze de date, platforme de mesagerie și instrumente de securitate, până la viziune artificială și AI. Cu toate acestea, majoritatea SBC-urilor nu au I/O adecvate pentru a realiza interfața cu senzorii și actuatoarele utilizate în industrie. În același timp, PLC-urile simple, care au I/O industriale, au fost omniprezente de mulți ani și au costuri reduse, dar, de obicei, acceptă doar programarea de bază cu logica Ladder. Se poate profita de faptul că astfel de PLC-uri suportă comunicații Modbus, iar acest lucru poate fi utilizat pentru a realiza o interfață cu un computer pe o singură placă, cum ar fi, de exemplu, Rock 4 C+, care poate găzdui aplicații mult mai avansate.

Combinând un SBC și un PLC în acest mod, acesta din urmă devine în esență un dispozitiv de extensie I/O, care asigură un anumit grad de izolare și are grijă de comutarea tensiunilor și curenților mai mari.

Se prezintă în continuare hardware-ul propus și rațiunea acestei alegeri.

Rock 4 C+

La momentul dezvoltării acestui proiect există o varietate de opțiuni disponibile în familia Rock de plăci SBC, de la Rock 3 Model C cu 1GB RAM, până la Rock 5 Model B cu 8GB RAM. Oricare dintre acestea ar oferi o creștere semnificativă a resurselor față de cele furnizate de un simplu PLC și ar fi mai mult decât capabil să ruleze multe aplicații tipice bazate pe Linux.

S-a stabilit utilizarea Rock 4 C+ 0 (nr. stoc RS 249-3158) deoarece sistemul său pe cip RK3399-T SoC (Dual Cortex-A72@1.5GHz + Quad Cortex-A53@1.0GHz CPU) ar trebui să poată oferi performanțele dorite pentru numeroase aplicații, pe când cei 4GB RAM pot permite rularea confortabilă a numeroase aplicații, în același timp. De exemplu, putem dispune de o logică de control, o bază de date pentru înregistrarea datelor istorice, plus o interfață web pentru vizualizarea și analiza datelor.

Acestea fiind spuse, cu o planificare atentă și poate o oarecare optimizare, ar trebui să fie posibil ca numeroase aplicații să coexiste și pe un Rock 3 C cu 1 GB RAM, cu condiția ca niciuna dintre ele să consume în mod deosebit calcul sau memorie.

RS PRO PLC

RS PRO oferă o gamă de controlere logice programabile ușor de utilizat, compusă din:

• Modul logic cu sau fără ecran LCD
• Module de extensie I/O
• Module de comunicație RS485 (nr. stoc RS 917-6392)
• Cablu USB (nr. stoc RS 917-6395)
• Modul de memorie (nr. stoc RS 917-6399)

Modulele logice de bază sunt disponibile în variante fie cu LED-uri pentru starea intrărilor / ieșirilor sau cu ecran LCD, beneficiind de alimentare de la rețea 110-240VAC sau alimentare de 12-24VDC. Toate modelele au 4 ieșiri de comutație cu releu SPNO cu curenți nominali de 8A @ 240VAC / 30VDC (rezistiv), plus 8 intrări. În funcție de model, intrările sunt fie 8 digitale, fie 6 digitale plus 2 analogice (care pot fi utilizate ca digitale).

Fiecare modul de extensie I/O adaugă încă 4 ieșiri de tip releu, plus 8 intrări. Pot fi configurate până la 3 module de extensie, pentru un total de 16 ieșiri și 32 intrări.

Un modul de comunicații RS485 este disponibil pentru a realiza integrarea ca slave Modbus RTU. În timp ce modulele logice cu ecran LCD pot fi programate direct, în cazul utilizării software-ului de programare de pe un desktop, trebuie utilizat un cablu USB. În plus, acest cablu poate fi folosit și pentru comunicații Modbus, interfața USB apărând computerului gazdă ca un port serial obișnuit.

Modulul de memorie este utilizat pentru transferul de programe logice Ladder de la un PLC la altul. Pentru modulul logic, s-a decis utilizarea modelului care are intrare de curent continuu și un ecran LCD (nr. stoc RS 917-6370). Cu toate acestea, oricare dintre variantele actuale de module logice RS PRO ar fi fost suficientă și este posibil ca o variantă mai simplă, fără ecran LCD, să fi fost mai convenabilă în anumite situații, deoarece LED-urile ar fi furnizat indicarea stării I/O dintr-o singură privire.

Cablul USB va fi utilizat cel puțin inițial, pentru comunicație Modbus.

În cele ce urmează este descris un exemplu de arhitectură Modbus. Organizația Modbus, CC BY-SA 4.0. Modbus este un protocol de comunicații client/server creat pentru a fi utilizat cu PLC-uri și există de peste patruzeci de ani. Poate că nu este cel mai la modă sau cel mai bogat în caracteristici de magistrale de câmp, dar a trecut testul timpului ca mijloc simplu și fiabil de integrare a componentelor de automatizare industrială. Există o serie de versiuni diferite și, de exemplu, Modbus TCP poate rula prin rețele TCP/IP, dar, în cazul de față, ne referim la implementarea clasică Modbus RTU, care utilizează un format binar cu mecanism de verificare a erorilor prin comunicații seriale.

Sursă: https://en.wikipedia.org/wiki/Modbus#/media/File:MODBUS_Network_Architecture.png

Cu Modbus RTU, o singură linie serială poate avea maximum 247 de dispozitive slave, fiecare cu o adresă unică, către 1 master. Modbus funcționează folosind un cod de funcție (FC) care definește ceea ce vrem să facem. De exemplu, FC5 este „write single coil”, pe care o putem folosi pentru a forța o ieșire PLC într-o stare de pornire sau oprire. Codul funcției plus date – de exemplu, adresa de registru pentru ieșirea pe care dorim să o controlăm și starea dorită – sunt combinate cu adresa dispozitivului țintă și o verificare ciclică a redundanței (CRC) pentru detectarea erorilor la capătul de recepție, pentru a crea o unitate de date Modbus serial line protocol (PDU) care este transmis pe magistrală și acționat de către dispozitivul slave.

Se face apel la codul funcției FC5 menționat mai sus, de-a lungul FC2 „citește intrare discretă”, pe care îl putem folosi pentru a seta ieșirile PLC și a citi intrările. Cu toate acestea, există și alte coduri de funcție pe care le-am putea folosi, cum ar fi FC6, care ne permite să scriem într-un „registru de păstrare”, ce ar putea fi folosit pentru a stoca un parametru într-un program PLC, cum ar fi o valoare de cronometru. Prin urmare, o posibilitate suplimentară este de a folosi și un fel de abordare hibridă, prin care un program PLC are grijă de o buclă de control principală și un SBC atașat actualizează valorile temporizatorului după cum este necesar.

Așadar, după ce combinăm dispozitive hardware cu scopul de a forma o platformă de calcul edge (de margine) pentru o automatizare inteligentă, ne mai rămâne de făcut partea de programare. De aceea, la adresa https://www.rs-online.com/designspark/edge-enabling-a-plc-with-rock-part-2-software este prezentată instalarea software pentru Rock 4 C+ precum și configurarea PLC-ului, cu demonstrarea citirii intrărilor și scrierii ieșirilor utilizând Node-RED. Se completează astfel construcția unui demonstrator de concept, la care trebuie avut, însă, grijă în cazul unor particularizări, fiind responsabilitatea celor ce implementează soluția.

Aurocon COMPEC vă oferă o bogată selecție de PLC-uri de la cei mai cunoscuți producători, printre care amintim: Siemens, Mitsubishi, Omron, Schneider Electric, Industrial Shields, Crouzet, Eaton, Alen Bradley, ABB, Rockwell Automation, Bosch Rexroth, precum și marca proprie RS PRO. Pentru oferta completă, precum și toate accesoriile necesare vă rugăm să consultați https://ro.rsdelivers.com/

Modul logic RS PRO, alimentare 110 → 240Vac, ieșire releu, 8 intrări

Din punct de vedere al caracteristicilor generale, acest modul poate asigura suport a până la 48 I/O (32 intrări digitale și 16 ieșiri de tip releu). Pot fi utilizate 250 de linii de program Ladder. Dispozitivul poate asigura 16 mesaje text și dispune de comutatoare în funcție de timp, numărătoare cu comparare, temporizatoare și numărătoare. Ecranul dispune de iluminare de fond și asigură afișarea sau modificarea unor parametri prestabiliți sau a unor funcții bloc, afișarea stării I/O și programarea software-ului pentru PC, simulare online-offline. Modulul a fost proiectat pentru utilizare în automatizare în sectoarele comercial/industrial.

Nr. stoc RS: 917-6361 – Producător: RS PRO

Caracteristici tehnice

Controler logic programabil RS PRO pentru utilizare cu module de extensie RS PRO, alimentare 24Vdc, ieșire tip releu, 12 intrări DC

În funcție de tensiunea de alimentare, de numărul de intrări și ieșiri, tipul de ieșire tranzistor sau releu, există mai multe opțiuni. Cel de față este cu rol de exemplu.

Câteva caracteristici generale ale acestor tipuri de PLC-uri sunt:

• programare ușoară
• viteză de execuție mare: 0,01µS – 0,03µS
• memorie mare: capacitate program de 48000 pași
• viteză mare de transfer de date (cea mai mare 921600)
• numărătoare și întreruperi rapide
• suportă autoreglare PID și CCPID
• suportă E-CAM
• flexibilitate prin module de extensie de I/O
• adaptabilitate prin module de extensie funcții
• software de programare gratuit

Nr. stoc RS: 266-5074 – Producător: RS PRO

Caracteristici tehnice

Accesorii PLC

Accesoriile PLC-urilor sunt dispozitive necesare pentru a asigura performanța optimă a unui controler logic programabil. Aceste accesorii includ cutii de distribuție de interfață, casete de comunicație și conectori frontali. Tipul de PLC pe care îl utilizați va determina accesoriile necesare. În mod firesc, accesoriile pentru PLC-uri pot fi alese în funcție de aplicația pentru care aveți nevoie de ele. Gama de accesorii include baterii, cabluri, conectori și adaptoare.

O baterie de rezervă este folosită de unii pentru a proteja memoria și datele valoroase în cazul unei întreruperi de curent. În cele ce urmează sunt prezentate câteva exemple de astfel de accesorii pentru PLC-uri RS PRO.

Module Ethernet și RS485 RS PRO pentru utilizare cu PLC-uri RS PRO

Nr. stoc RS: 266-5118 – Producător: RS PRO

Caracteristici tehnice

Module de extensie analogic și digital RS PRO pentru utilizare cu PLC-uri RS PRO

Nr. stoc RS: 266-5063 – Producător: RS PRO

Caracteristici tehnice

Modul de extensie RS PRO termocuplu analogic

pentru utilizare cu PLC-uri RS PRO

Nr. stoc RS: 266-5065 – Producător: RS PRO

Caracteristici tehnice

Sursă: https://www.rs-online.com/designspark/content-types/nodeArticle/29684

Autor: Bogdan Grămescu
Aurocon Compec – https://www.compec.ro