Преимущества и проблемы программируемых логических контроллеров.

Анонс: Преимущества и текущие проблемы разработки цифровых контроллеров для управления оборудованием в силовых сетях.

Применение методов цифрового управления всегда считалось очень интересным, перспективным и в основном из-за нескольких преимуществ, которые демонстрирует цифровой программируемый логический контроллер (ПЛК) по сравнению с аналоговым. Безусловно, наиболее важным из этих преимуществ является возможность реализации сложных законов управления при одновременном обеспечении нелинейности, изменений параметров или допусков конструкции посредством стратегий самоанализа и автонастройки.

Другое очень важное преимущество ПЛК - гибкость, присущая любому цифровому контроллеру, что позволяет разработчику изменять стратегию управления или даже полностью перепрограммировать устройство без необходимости значительных модификаций аппаратного обеспечения. Кроме того, в настоящее время большое разнообразие электронных устройств от бытовой техники до промышленных приборов, агрегатов требует наличия той или иной формы человеко-машинного интерфейса (ЧМИ), а его реализация практически невозможна без наличия какого-либо встроенного микропроцессора.

По этим причинам применение цифровых программируемых логических контроллеров получило все большее распространение и стало единственным эффективным решением для целого ряда областей промышленного электроснабжения (приводы с регулируемой скоростью (ASD), источники бесперебойного питания (UPS), которые в настоящее время полностью контролируются цифровыми средствами).

В то же время, преимущества недорогих, высокопроизводительных микроконтроллеров и цифровых сигнальных процессоров стимулируют распространение ПЛК в тех областях, где стоимость, функциональность, надежность схем управления действительно является критическим вопросом, например, в источниках питания для портативного оборудования, электронных сварочных аппаратах, а также активных фильтрах гармоник и конденсаторных установках коррекции коэффициента мощности, по сути, обеспечивающих оптимальные (по «чистоте» сети и уровню качества электроэнергии) условия для работы всего силового оборудования.

Однако вряд ли стоит ожидать сколь значимых позитивных сдвигов в этом направлении, поскольку пока:

• defacto нет четкого понимания (у руководящих органов и даже профильных министерств) что такое цифровое управление, цифровая электросеть и чем они отличаются от программных приложений, загружаемых на контроллеры, ПК, сервера;
• работы в области цифрового управления сосредоточены на разработке и реализации алгоритмов, а не специализированных интегральных схем, конструктивных элементов, сборок, т.е. пока «телега» поставлена впереди «лошади» - стимулируется IT отрасль, но не производители электронных компонентов и сборщики цифровых контроллеров;
• даже после попытки «облегчить жизнь» инженерам, разрабатывающим или использующим контроллеры на объектах, с помощью стандарта IEC 1131-3 (первая версия вышла в 1993 году, в нашей стране действует рецепция - ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016) «воз и поныне там» - квалификационный уровень большинства ИТР de facto не позволяет строить схемы Ladder diagram (лестничных (или релейных) диаграмм), а программисты абстрагированы от реальной логики физических процессов, управляемых программируемыми логическими контроллерами.

Отечественные стандарты, формализующие разработку и эксплуатацию контроллеров.

Как IEC 1131-3, так и ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016 являются отдельным разделом пакета стандартов по программируемым (логическим) контроллерам (ПЛК - отечественная интерпретация PLC, programmable logic controller), а в России это 8 нормативно-правовых актов (еще не все приняты), определяющими из которых можно считать ГОСТ Р МЭК 61131-1-2016 (общие положения), ГОСТ IEC 61131-2-2012 (требования и испытания), ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016 и ГОСТ Р МЭК 61131-7-2017 (по языкам программирования).

В то же время, предельно важные IEC 61131-4 и IEC 61131-5 (соответственно руководство по применению для конечных пользователей ПЛК и обмен данными между ПЛК и другими электронными системами) пока так и не имеют отечественных рецепций. Наряду с этими «пробелами» в стандартизации, действующие ГОСТ Р МЭК 61131-1-2016, ГОСТ IEC 61131-2-2012, ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016 и ГОСТ Р МЭК 61131-7-2017 вызывают ряд вопросов, буквально сомнений в технической корректности некоторых положений включая формализованную в стандартах терминологию.

Так, базовый:

• ГОСТ Р МЭК 61131-1-2016 уже в п. 3.2 привязывает контроллеры с программируемой логикой только к автоматизированным системам, хотя изначально PLC направлены на формирование автоматических систем, исключающих влияние человеческого фактора на производственно-технологический процесс.
  Спорным выглядит и определение п. 3.4, где под «ladder diagram or relay ladder diagram» разработчики видят релейно-контактную схему или схему релейной цепи с дискретными контактами, но не сам метод релейно-лестничной логики для программирования ПЛК;
• ГОСТ IEC 61131-2-2012 непонятно почему включает все элементы архитектуры программно-логического контроллера за исключением процессора в периферийные устройства, но «творческим пиком» разработчиков можно признать определения:
  - аналогового входа и выхода (пп. 3.1 и 3.2), как устройства, преобразующего «непрерывный сигнал в дискретное мультибитовое двоичное число» (и наоборот для аналогового выхода), хотя defacto это делает аналогово-цифровой преобразователь (или цифро-аналоговый для выхода), а в процессор поступают именно цифровые, а не дискретные сигналы (см. доступно про аналоговые, дискретные, цифровые сигналы здесь);
  - цифрового входа (пп. 3.12, 3.13, 3.14) и выхода (п. 3.15), преобразующими «сигнал с двумя состояниями в однобитовое двоичное число» (и наоборот), что по факту является дискретным входом (или выходом);
• ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016 и ГОСТ Р МЭК 61131-7-2017 явно разработаны представителями IT отрасли (без инженеров) и только для разработчиков программного обеспечения, поскольку предельно сложные для понимания без профильной подготовки и по факту абстрагированы от физико-технических процессов, которыми занимаются инженерно-технические работники.

Т.е. ожидаемого облегчения после выхода отечественных стандартов инженеры, разрабатывающие или включающие ПЛК в АСУ, не получили и defactoдля изготовления, настроек, а часто и эксплуатации программируемых логических контроллеров необходимо привлечение команды из инженера и программиста, хотя возможно пока ожидаемая рецепция IEC 61131-4 сделает действующие стандарты более применимыми на практике.