Серия LX — высокоскоростные и надежные ПЛК для АСУ ТП

Введение

Программируемые логические контроллеры практически вытеснили релейные схемы управления из промышленных систем автоматизации технологических процессов. ПЛК применяются в тяжелом и легком машиностроении, металлургии, нефтегазодобыче, химическом и пищевом производстве, на предприятиях НПК, в системах пожаротушения, кондиционирования, дымоудаления и вентиляции.

Современные ПЛК превосходят электромеханические устройства по всем параметрам: высокая скорость работы, компактные размеры, возможность расширения функций и масштабирования, надежность и устойчивость к вибрациям. Обеспечивают интеграцию в САУ и АИС, что соответствует госпрограмме глобальной цифровизации экономики.

Рис. 1. ПЛК серии LX

Российская компания «КЕЛИ ПромКомплект» [1] — официальный дилер KELI Sensing Technology, изготавливает под своим брендом на производственных мощностях WECON [2] промышленные логические контроллеры серии LX (рис. 1). Модельный ряд включает ПЛК моделей LX3V, LX5V, LX5S, LX6V, платы и модули расширения (рис. 2).

Рис. 2. Оборудование для АСУ ТП

Завод WECON расположен на территории КНР в городе Фучжоу (провинция Фуцзянь) и специализируется на производстве электронного оборудования для автоматизации — интерфейсов человек-машина (HMI), программируемых логических контроллеров, шлюзов данных, сервоприводов, PID-инверторов. Часть этой продукции уже знакома российским пользователям.

Программируемые логические контроллеры LX3/5/6 (рис. 3) соответствуют ГОСТ Р 51840-2001, МЭК 61131-1,2,3, IEC 61499, СТБ МЭК 61131-1-2004, СТБ IEC 61131-2-2010. Способны работать при стабилизированном напряжении 24 В или в широком диапазоне переменного тока 85–265 В при температурах 0…+55 °C. Поддерживают современные интерфейсы и протоколы RS-422/485, Modbus RTU/TCP, CanOpen, EtherNET/EtherCAT.

Рис. 3. ПЛК LX, модули и платы расширения

Готовы к масштабированию — присутствует режим Master/Slave, в зависимости от модели имеется до 24/24 входов/выходов с расширением модулями до 256/256 и возможность подключать в кластер до 16 модулей.

Краткие технические характеристики контроллеров приведены в таблице 1.

Маркировка ПЛК показана на рис. 4.

Рис. 4. Маркировка ПЛК серии LX

Программирование LX

Для конфигурирования 3-й и 5-й модели используется бесплатное ПО — WECON PLC Editor [3]. Версия 1.2.0 поддерживает стандартный язык МЭК 61131-3 — LD. Установочный файл имеет размер всего 28 Мбайт. Подключение к портам USB либо Com 1 (RS-422). Штатно присутствует симулятор и дебагер. Старшая модель работает со всеми основными языками программирования — помимо IL и LD, доступны FB и FC.

Те, кто программирует исключительно на ST, SFC или FBD, в младших линейках могут воспользоваться программным обеспечением Mitsubishi Melsoft GX Works 2. В этом случае понадобится кабель-переходник с Mini DIN-8 на DB9F [4]. Основной недостаток — по окончании двухмесячного пробного периода (без ограничений функционала) придется заплатить правообладателю софта приличную сумму для продолжения работы. Впрочем, это ограничение решаемо через реестр.

Базовые модели ПЛК

LX3V (рис. 5) — пользователь получает автоматизацию простых одиночных технологических процессов за минимальную цену — управление ЧПУ, раскроечными и обрезными станками, упаковочным и фасовочным оборудованием, кондиционированием, вентиляцией, освещением, пожарной сигнализацией. В основе архитектуры младшего устройства — популярный ПЛК Mitsubishi FX2N.

Рис. 5. ПЛК LX3

В линейке представлены две модели — LX3VP-1616-M-T-4H-D с питанием от постоянного напряжения 24 В и LX3VP-1616-M-T-4H-A от сети переменного тока 85–265 В. Микрокомпьютеры этой серии имеют 4 высокоскоростных импульсных входа на 200 кГц и транзисторную коммутацию выходов. Ethernet поддерживается только через BD-модуль расширения ETH-BD.

LX5V (рис. 6) используется для автоматизации управления технологическими процессами средней сложности — на производственных линиях полного цикла, трехосевых станках с ЧПУ. Представлен в двух модификациях, приведенных в табл. 2.

Рис. 6. ПЛК LX5

Поддерживает Ethernet для программирования и мониторинга параметров, E-CAM и E-Gear, совместим с ModBus, ПЛК (до 16 шт.) и DB-модулями (до 2 одновременно), обеспечивает пропорциональное интегрально дифференцированное (PID) регулирование, 100-канальный таймер. Порты COM1 — RS-422/485, COM2 — RS-485.

LX6V (рис. 7) — новинка [5] 2023 года, флагман модельного ряда. Является развитием LX5. Способен управлять движением, сложными техпроцессами в конвейерном производстве, четырехкоординатными ЧПУ-станками, САУ, системами технического зрения и развитыми климатическими установками. Поддерживает прерывание и цикличное сканирование. Виброзащита соответствует стандарту JISC 0040.

Рис. 7. ПЛК LX6

Поддерживает E-CAM/E-Gear, EtherNET, EtherCAT. За счет последнего имеется возможность обслуживать до 256 исполнительных устройств. Работает с протоколом ModBus ASCII в режиме как Master, так и Slave.

Совместим с ПЛК-модулями ввода/вывода (до 16 шт.) и DB-платой расширения, есть функция ПИД-регулирования. Имеет встроенный RTC, порты LAN, USB и два последовательных разъема RS-485, программную (EMMC) и теговую память по 5 Мбайт, локальную — 512 кбайт, регистровую — 100 кбайт.

Вход на 4 канала / 100 кГц (AB-фаза) позволяет работать с двухкратным или четырехкратным умножением частоты, присутствует фильтр входных данных. Четырехканальный высокоскоростной импульсный выход 200 кГц организован на транзисторах.

Процессор последнего поколения Cortex M7 с архитектурой ARM обеспечивает тактовую частоту 1,8 ГГц. Это обусловливает время выполнения цикла на уровне лучших мировых образцов до 0,01–0,02 мкс, что позволяет обрабатывать до 170 инструкций приложений и до 29 базовых.

Периферийные устройства к ПЛК LX

Помимо программируемых логических контроллеров, производится периферийное оборудование для масштабирования функций ПЛК — модули (PLC expansion module) и платы расширения (BD boards). Это повышает гибкость АСУ ТП и позволяет избежать излишних затрат на оборудование.

Модули расширения для ПЛК LX

В отличие от плат, взаимодействующих с основным устройством, модули (рис. 8) принимают всю вычислительную работу на себя, тем самым снижая загруженность ПЛК.

Рис. 8. Модуль расширения для ПЛК LX

Серия LX3V — наиболее эффективный способ расширить возможности ПЛК без дополнительной нагрузки на процессор. Модули расширения предназначены для обработки информации от различных датчиков (табл. 3).

Модули аналоговых сигналов предназначены для их сбора и передачи через цифровое преобразование (рис. 9). Устанавливаются на входную/выходную группу. В зависимости от задач выбирается любой канал передачи с независимой поканальной настройкой типа сигнала.

Рис. 9. Схема формирования сигнала модулем и платой расширения LX

Преобразование рассчитывается по масштабированию шкал через формулу

Линейка представлена модулями ЦАП и АЦП (табл. 4).

Выходные модули ШИМ-сигнала 4PG используются для одно-, двух- и переменно-скоростного управления шаговыми и коллекторными электродвигателями методом импульсной модуляции — ускорением, торможением, скоростью вращения, а также контролируют параметры электро­моторов. Имеется две версии — базовая (4PGA) и расширенная (4PGB).

Устройства работают по принципу генератора импульсов — получают цифровые данные от ПЛК и формируют на их основе команды скорости и направления, которые далее преобразовываются в ШИМ-сигнал для управления двигателями. По необходимости используется прерывание и выполнение запрограммированной функции.

Модули дискретного сигнала применяются для создания условий и реагирования на них устройств, имеющих только два состояния (вкл./выкл.), — кнопок, датчиков, световой и звуковой сигнализации и т. д. Работают по бинарной логике TRUE/FALSE (1/0 — есть сигнал/отсутствует). Входные сигналы замыкают затвор транзистора, который формирует цифровой сигнал одного из двух возможных состояний (открыт/закрыт).

• На дискретном входе используются модели LX3V 8EX, LX3V 16EX, LCM 16EX.
• Для дискретных выходов предназначены модели LX3V 8EYR, 8EYT, 16EYR, 16EYT, LCM 16EYR.

Выход организован на реле или транзисторах. Принцип действия, преимущества и недостатки этих схем указаны в таблице 5.

Модули сигнала тензодатчика WT (табл. 6) применяются в весовых системах. Измеряют сигналы с весовых датчиков путем аналого-цифрового преобразования показаний напряжения тензорезисторного моста. Работают с 6- и 4-проводными (требуются перемычки) сенсорами.

Модули термопреобразователя представлены термосопротивлением LX3V4PT и термопарами LX3V4TC, 4LTC, 8iTC и LCM 4TC (рис. 10, 11). Применяются для контроля температуры агрегатов и процессов, в холодильном и отопительном оборудовании, в системах кондиционирования. Модули терсмосопротивления (термо­резисторы) измеряют изменение сопротивления пропорционально температуре объекта. Модули термопары измеряют изменение термо-ЭДС биметаллического проводника.

Рис. 10. Схема термопары

Рис. 11. Схема терморезисторов

Преимущества и недостатки способов термоконтроля приведены в таблице 7.

Платы расширения (BD Board) для ПЛК WECON

Платы расширения выполняют такие же функции, как и модули расширения, но менее эффективно. В частности, для обработки данных задействуют вычислительные мощности ПЛК, а не собственный процессор. Также есть ограничения по масштабированию (максимум возможно подключить только две платы), по взаимо­заменяемости — совместимость только с аналогичным индексом контроллера (LX3V-//-BD -> LX3V; LX5V-//-BD -> LX5V) и по ассортименту (отсутствуют BD-Board для ШИМ-сигналов и тензодатчиков).

Поэтому ПР (BD Boards) применяются в случаях, когда функции модулей избыточны для решения инженерных задач, а бюджет ограничен.

Модельный ряд плат расширения для ПЛК LX представлен следующими устройствами:

• для полевых (аналоговых) сигналов — 4ADV-BD, 4ADI-BD, 2DAV-BD, 2DAI-BD, 2ADV2DAV-BD;
• для расширения коммуникационного интерфейса — 2RS-485-BD, LX3VP-ETH-BD, LX5-ETH-BD;
• для обработки данных с температурных датчиков (термопар, терморезисторов) — 2TC-BD, 2PTS-DB.

Платы аналогового сигнала (рис. 12) выпускаются в двух модификациях (DAC/ADC) и с различным количеством (1/2/4) входов/выходов: 4ADV(I)-BD — 4 входа, 2DAV(I)-BD — 2 выхода, 2ADV(I)2DAV(I)-BD 2 входа/2 выхода.

Рис. 12. Плата аналогового сигнала LX

• АD — для получения входящего сигнала (0–10 В или 4–20 мА) от аналоговых датчиков (давления, влажности, силы, уровня и т. д.) и передачи в ПЛК по внутренней шине.
• DA — для преобразования из «цифры» и передачи аналоговых команд на исполнительное оборудование, управляемое по сигналам в диапазоне 4–20 мА/0–10 В.

Рис. 13. Плата расширения интерфейса ETH-BD

Плата расширения интерфейса ETH-BD (рис. 13) представлены в двух вариантах — для программируемых логических контроллеров LX3 (LX3VP-ETH-BD) и LX5 (LX5-ETH-BD).

• Добавляет интерфейс коммуникации с ПЛК по Ethernet.
• Устанавливается в верхнюю панель ПЛК.
• Поддерживает только протокол MODBUS-TCP.
• Максимальное количество подключений: 8 (независимо от Master/Slave).
• 2RS485-BD (рис. 14) расширяет интерфейс коммуникации с ПЛК по RS-485.
• Передает данные без протокола (по адресу регистра RS) либо по собственному протоколу, который прописывается в ПЛК.
• Имеет два независимых канала.
• Выпускается в двух модификациях — для LX3 и LX5.

Рис. 14. Плата расширения интерфейса 2RS485-BD

Плата дискретного сигнала LX5V-8Bxx-BD (рис. 15) предназначена для работы с дискретными сигналами по входу или выходу. В зависимости от модификации включает/выключает реле либо формирует выходящие сигналы замыканием затвора транзистора (в цифровой форме он принимает одно из двух состояний: открыт или закрыт). Используется для включения/выключения оборудования (на выходе) с кнопки «старт/стоп» либо датчика O/I (на входе) и аварийной сигнализации.

Рис. 15. Плата расширения дискретного сигнала LX5

Маркировка расшифровываетсяследующим образом (рис. 16):

Рис. 16. Маркировка платы LX5V

В моделях с выходом реле первичная цепь включает силовую коммутацию высокой мощности при замыкании первичной. Преимущества такой схемы — в возможности напрямую подключать значительную нагрузку. Недостатки — в сравнительно низком быстродействии и надежности.

С транзисторным выходом первичная цепь коммутации замыкается закорачиванием затвора вторичной. Эта реализация дает высокое быстродействие и надежность, однако проигрывает в мощности подключаемой нагрузки.

Использование плк серии LX

Программируемые логические контроллеры серии LX зарекомендовали себя как быстрые, надежные и удобные в работе ПЛК по доступной цене (20 000– 50 000 руб. по состоянию на июль 2023 года) для автоматизированных систем управления технологическими процессами. Эти микрокомпьютеры успешно работают в металлургии, сельском хозяйстве, автомобильной, пищевой и фармацевтической промышленности.

Достаточный выбор периферии расширения дает возможность построить развитую систему цифрового управления процессами (АСУ), SCADA и мониторинга, интегрированную в единое информационное пространство объекта.

Доступное конфигурирование как в штатной среде PLC editor, так и стандартными языками программирования позволяет обойтись в настройке собственными силами без привлечения сторонних специалистов.

Для тех, кто пишет программы для ПЛК самостоятельно, программисты КЕЛИ ПромКомплект создали обучающее видео по программированию ПЛК серии LX.

Вместе с тем инженеры компании предлагают не только компоненты, но и поддержку своего продукта — монтаж, шефмонтаж, настройку оборудования и обучение персонала клиентов.

Таким образом, практика показала, что использование программируемых логических контроллеров LX не только решает проблему замены электронного оборудования ушедших с российского рынка зарубежных производителей благодаря полной совместимости, но и существенно сокращает бюджет на закупку ПЛК для вводимых в эксплуатацию объектов.