Реальность и фантастика контроллеров. Часть 1
ХХІ в. отметился двумя знаковыми событиями: появлением смартфонов и признанием их банками в качестве средств платежа. Теперь можно платить на ходу, например, гуляя в парке. Упрощение процесса оплаты предопределяет быстрый рост торговли и услуг самообслуживания. В торговых автоматах не нужны больше монетоприемники. Появятся новые услуги, которые в прошлом веке были невозможны. Это означает, что спрос на промышленные контроллеры (англ. PLC, компьютеры для управления чем-либо) будет быстро расти. И здесь резко обозначится проблема мировой автоматики — отсутствие единого стандарта того, как делать контроллеры. В результате они дорогo стоят. Решить проблему можно, и у России есть шанс заявить о себе как о высокотехнологической державе, не говоря уже о будущей прибыли от продажи как самих устройств, так и программного обеспечения.
Следует помнить, что 30 лет назад американцы внедрили стандарт, как делать персональные компьютеры (ПК), и теперь весь мир платит им дань, покупая лицензии на операционные системы и программы, хотя сами ПК делаются главным образом в Азии. Потенциально рынок контроллеров сопоставим по размеру с рынком ПК. Теперь конкретно о том, как это можно осуществить.
1. КОНТРОЛЛЕР
Первый промышленный контроллер разработала фирма Modicon в конце 70-х гг. прошлого века. Фактически это было начало революции в автоматике. Вместо разработки нового или изменения существующего «шкафа» управления теперь можно было просто поменять программу, без сверления, перепайки или замены элементов.
Идея понравилась и быстро прижилась. Сейчас производством контроллеров занимаются сотни фирм. Однако никаких стандартных решений относительно того, как делать контроллеры, в автоматике пока нет.
В конце ХХ в. был разработан стандартный язык программирования контроллеров IEC 61131-3. Но широкого внедрения данного языка не произошло. Ведущие фирмы предлагают программистам наряду со стандартным программным решением также и свои собственные пакеты, которые обычно лучше, проще, нагляднее и содержат меньше ошибок. Поэтому большинство разработчиков автоматических устройств предпочитают работать с одной фирмой, т. е. покупать у одного продавца и «железо», и программы. В результате цены высокие, выбор ограничен. Изменить ситуацию можно, выполнив несколько шагов.
Во-первых, необходимо разработать универсальный контроллер и опубликовать его данные (механические размеры, электрические параметры и протоколы обмена данными) так, чтобы любая фирма могла при минимальных затратах изготовить если не сам контроллер, то по крайней мере сопрягающие компоненты (например, рутер, счетчик электроэнергии, модем для мобильной связи и т. д.).
Пример возможной реализации контроллера показан на рис. 1. Контроллер состоит из корпуса 1 с размерами 90 х 90 мм (высота х глубина). Ширину корпуса выбирает разработчик. С левой стороны находится разъем 2 типа D-Sub15 (15 штырей) для подключения к источнику питания. С правой стороны — разъем 3 типа D-Sub25 (25 гнезд) для подключения последующих устройств. Разумеется, разъемы могут быть и другими, но они должны быть свободны для копирования. Узел 4 шины связи служит для коммуникации с отдаленными устройствами по стандарту MODBUS RS485 RTU. На нем находятся четыре клеммы (две — для питания на 24 вольта постоянного напряжения, а также непосредственно шина связи). Разъем 5 типа RJ45 служит как для программирования устройства, так и для подключения к сетям Ethernet. Светодиодные индикаторы 6 показывают состояние контроллера.
На рис. 2 показан пример реализации источника питания. Источник питания устанавливается слева от контроллера. С правой стороны подключаются дополнительные устройства, их может быть много и самых разных: входы и выходы (как дискретные, так и аналоговые), переводчики с одного языка роботов на другой (например, для поключения к ProfiBus, CAN, CCLink и т. д.). Каждый, кто захочет, может разработать, изготовить и продавать то, что ему нужно.
На рис. 3 показан возможный вариант исполнения хорошо известного рутера.
На рис. 4 показан сетевой хранитель информации NAS (Network Attached Storage).
И рутер, и хранитель информации пользуются напряжениями от центрального источника питания и сделаны в стандартных корпусах. Кроме того, внутренние платы также должны быть стандартизированы, т. е. иметь одинаковые размеры, отверстия для крепления с уже разведенными шинами питания и передачи информации. Разработчик скачивает полуфабрикат платы и добавляет то, что ему нужно. Если одной платы недостаточно, можно взять несколько, сделать «этажерку» и потом выбрать корпус подходящей ширины. Проще всего использовать уже сложившуюся практику, например использовать Eagle www.cadsoft. de. После окончания работы разработчику требуется только послать по электронной почте файл в формате *.brd какой-нибудь фирме, изготавливающей печатные платы.
Такой подход значительно упростит разработку, сократит сроки внедрения и снизит расходы на производство. Не только фирмы, но даже любители смогут изготавливать высококачественные электронные устройства для автоматики. Помощь инженера-механика им больше не требуется.
Продолжение статьи читайте в июньском номере журнала "Наука и техника" за 2019 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.
На нашем сайте вы можете приобрести уникальные монографии-фотоальбомы Анатолия Верстюка, посвященные эскадренным миноносцам. В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.
