Programovatelné automaty (PLC) OMRON

Programovatelné automaty (PLC) OMRON

Článek stručně představuje současné programovatelné automaty firmy OMRON, které tvoří výkonnostní řadu od kompaktních modelů pro nejjednodušší uplatnění až po velmi výkonné modulární PLC s rozsáhlými komunikačními možnostmi pro obsáhlé aplikace.

OMRON Electronics, s. r. o., zastupuje japonskou firmu OMRON Co. na českém trhu s komponentami pro průmyslovou automatizaci již téměř pět let. Za tuto poměrně krátkou dobu se dostal do povědomí uživatelů jako rovnocenná alternativa k ostatním renomovaným producentům automatizační techniky, z nichž někteří působí v České republice mnohem déle.

V tomto článku však nebudeme porovnávat výkonnost jednotlivých variant programovatelných automatů (Programmable Logic Controller – PLC) firmy OMRON s výkonností PLC obdobných typů jiných výrobců. V současnosti se již totiž považuje za samozřejmé, že zavedený výrobce je schopen nabídnout řešení odpovídající co do potřebného výkonu, robustnosti a spolehlivosti PLC pro každou úlohu. Při rozhodování o budoucím dodavateli bere uživatel v potaz úplně jiné faktory, např. přívětivost vývojového prostředí nebo tradici založenou na již navázaných vztazích apod.

V následujícím textu podám stručný přehled typických technických parametrů podle výkonnosti seřazených PLC firmy OMRON. V jednotlivých výkonnostních skupinách budou představeny pouze ty nejnovější varianty, přestože se stále ještě v nabídce udržují alternativy starší, které se např. používají v některých sériových výrobcích a zůstávají ve starších technologiích. Jako náhradní díly jsou tudíž k dispozici, ale v nových řešeních se jim již snažíme vyhnout.

SYSMAC-C, řady CPM1 a CPM2
Přehled začneme malými kompaktními PLC pro nejjednodušší aplikace.

Řada CPM1 se vyrábí ve variantách s 10, 20, 30 a 40 binárními vstupy/výstupy (input/output – I/O) na základní procesorové jednotce (Central Processing Unit – CPU). CPU lze rozšířit o až tři další moduly po až 20 I/O. Největší konfigurace může tedy mít až 100 binárních I/O. Vstupy jsou obou polarit a po skupinách galvanicky oddělené do 30 V DC (nominálně 24 V DC) s programovatelným filtrem se zpožděním maximálně 128 ms, takže logickým vstupem může být i střídavý signál s kmitočtem 50 Hz. Některé vstupy mají programově přiřaditelnou speciální funkci. CPU obsahuje rychlý čítač s rychlostí 5 kHz jednosměrně a 2,5 kHz obousměrně. Přes první tři vstupy CPU lze připojit inkrementální polohový snímač s výstupy A, B a Z a dva nebo čtyři další vstupy mohou být naprogramovány pro obsluhu přerušení. Výstupy jsou reléové (2 A/250 V AC) nebo tranzistorové (PNP nebo NPN). Na jedné jednotce CPU nebo rozšiřujícího modulu je vždy pouze jeden typ výstupů. Jako rozšiřující moduly lze připojit i jednotky analogových I/O, kombinované moduly pro připojení odporových teploměrů Pt 100 nebo termoelektrických článků. PLC lze připojit k průmyslové sběrnici CompoBus/S prostřednictvím rozšiřujícího modulu řízeného typu (slave) určeného pro tuto sběrnici. Pro programování je k dispozici jedno několikaúčelové rozhraní pro připojení operátorské konzole nebo počítače PC pomocí sériové linky. Signály na konektoru jsou v  úrovních TTL, v příslušenství je však k dispozici převodník na úrovně RS-232 C nebo RS-422. Paměť pro program má kapacitu 2 048 kiloslov a paměť pro data 1 024 kiloslov. Instrukční soubor obsahuje přibližně 100 instrukcí. Doba potřebná k vykonání jedné elementární instrukce je 0,72 ms.

Novější řada CPM2 je výkonnostně lepší. Základní jednotka může mít 20, 30, 40 nebo 60 binárních I/O, má jedno sériové rozhraní RS-232 C již s úrovněmi V24, rychlý čítač zpracuje impulsy s opakovací frekvencí až 20 kHz při jednosměrném čítání a 5 kHz při obousměrném čítání (obr. 1). Paměti pro program i data jsou ve srovnání s CPM1 dvojnásobné. Instrukční soubor obsahuje více než 100 instrukcí, mezi kterými jsou např. instrukce pro PID regulaci, instrukce pro impulsní výstup s  frekvencí do 30 kHz, nebo instrukce pro přenos impulsního vstupu na impulsní výstup se zařazením násobicího faktoru. Elementární instrukce je vykonána za 0,64 ms. Připojit lze také všechny rozšiřující moduly z řady CPM1. Řada CPM2 se kromě kompaktního provedení vyrábí také jako modulární systém s označením CPM2C a dále pod označením CPM2B jako jednodeskové PLC k montáži jako řídicí systém do sériově vyráběných komerčních spotřebičů a podobných zařízení.

Jako vývojové prostředí je doporučován program SYSWIN. Ten je pro svou jednoduchost vhodný zejména pro začátečníky, kteří ve svých prvních aplikacích použijí většinou právě malé kompaktní automaty. Program SYSWIN je v současné době k dispozici ve verzi 3.4 a kromě nejnovější řady velkých automatů může být použit pro všechny dále uvedené řady PLC OMRON. Kompaktní PLC řad CPM1 a CPM2 lze navíc bez omezení programovat pomocí volně šiřitelné freeverze. Program SYSWIN je 16bitovou aplikací pro Windows a je použitelný na všech platformách od Windows 3.11. Nevyžaduje příliš výkonný hardware. Na pevném disku zabere pouze 4 MB a pro běh mu stačí 8 MB paměti v PC 486 s grafikou o rozlišení od 800 × 600 obrazových bodů.

SYSMAC-C, řada CQM1, CQM1H
Rodina CQM představuje v uvedeném výčtu první plně modulární variantu PLC, která však pro I/O moduly ještě nevyžaduje základní sběrnicovou desku. Sběrnice je průchozí od CPU přes jednotlivé moduly a je zakončena terminátory v bočnici za posledním modulem I/O. Sestavený celek se montuje na lištu DIN (obr. 2).

Rodina CQM již obsahuje několik verzí procesorových jednotek lišících se jak kapacitami pamětí, tak některými speciálními funkcemi a typy I/O rozhraní přímo integrovaných v CPU. Novější řada CQM1H navíc obsahuje procesory se dvěma zásuvnými sloty pro speciální typy periferií, takže se i při menším počtu CPU nabízí větší variabilita. Ve většině CPU je vedle několikaúčelového komunikačního rozhraní zabudována též sériová linka RS-232 C. Kapacita paměti pro program je od 3,2 do 15,2 kiloslov a paměti pro data od 3 do 13 kiloslov. Základní instrukce vykonává řada CQM1 za dobu od 0,5 do 1,5 µs a řada CQM1H za dobu od 0,375 do 1,125 ms.

Počet binárních I/O je od 192 (CQM1-CPU11,12) do 512 (CQM1H-CPU51,61). Maximální počet modulů je však kvůli výkonu napájecího zdroje omezen na 11.

Škála rozšiřujících modulů je již velmi široká. Binární I/O moduly jsou nabízeny v provedení od 8, 16 a 32 kanálů I/O se vstupy i v provedení 100 až 240 V AC. Výstupy mohou být vedle reléových a tranzistorových (NPN i PNP) také triakové. Existuje řada řídicích (master) i řízených (slave) modulů pro začlenění PLC do několika systémů průmyslových sběrnic nebo připojení vzdálených I/O, a to jak firemní sběrnice OMRON (B7A, SYSMAC-BUS, CompoBus/S) tak otevřené standardy (DeviceNet, AS-Interface), dále moduly 12bitových analogových I/O nebo speciální modul pro lineární senzory s rozlišením 14 bitů. Přídavné speciální vlastnosti nabízí šest variant zmíněných zásuvných modulů do dvou slotů procesorů CQM1H-CPU51 a CPU61. Je k dispozici např. karta rychlých čítačů pro připojení čtyř inkrementálních snímačů až do frekvence 500 kHz při jednosměrném a 250 kHz při obousměrném čítání, karta impulsních I/O pro řízení dvou polohových servosmyček, programovatelná karta se dvěma sériovými linkami (RS-232 a RS-422/485) pro realizaci libovolných komunikačních protokolů aj. Tyto dva nejvýkonnější procesory dále dovolují připojit modul pro začlenění do sítě Controller Link pro rychlou výměnu dat s PLC vyšších řad v rozsáhlých datových sítích.

Jako vývojové prostředí je použitelný opět program SYSWIN verze 3.4 s tím, že pro tuto řadu PLC však musí být již licencovaná verze.

SYSMAC-C C200H,C200HS, SYSMAC-a
V této kategorii jde o tři řady středních automatů, které jsou vlastně řadou jednou. Sjednocuje je společná sada modulů I/O (historicky nejrozmanitější ze všech typů PLC OMRON). Liší se výkonností procesorů. Rozvoji PLC střední výkonnostní kategorie, který již obsahuje desku základové sběrnice, bylo v posledních letech věnovalo největší úsilí. Tah dlouhodobě udržované zpětné hardwarové kompatibility modulů I/O se ukázal obchodně tak úspěšný, že se stal základem i pro zatím nejvýkonnější řadu PLC, jež bude popsána v dalším textu. Zde si povšimneme pouze poslední uvedené řady procesorů SYSMAC, ve které je ve třech skupinách (C200HE, C200HG a C200HX) celkem 24 CPU, z nichž si uživatel může vybrat variantu co nejbližší jeho potřebám (obr. 3). Podskupiny se navzájem liší dobou potřebnou k vykonání základních instrukcí (procesory C200HE za 0,3 ms, C200HG za 0,15 ms a C200HX za 0,1 ms). Nejmenší procesorová jednotka, C200HE-CPU11, má 3,2 kiloslov paměti pro program a 4 kiloslova paměti pro data, připojit k ní lze 640 binárních I/O a zasahuje výkonem i cenou hluboko do středu již popsané řady SYSMAC-CQM1H. Nejvýkonnější jednotka C200HX-CPU85-ZE svými 63,2 kiloslov paměti pro program, 102 kiloslov paměti pro data a 1 184 binárními I/O na až čtyřech základových deskách po deseti pozicích pro moduly I/O zasahuje do třídy velkých automatů. Instrukční soubor nejvýkonnějších procesorů obsahuje více než 450 funkcí a I/O prostor lze dále rozšířit použitím distribuovaných I/O na průmyslových sběrnicích DeviceNet, Profibus-DP, OMRON-SysBus, CompoBus/S apod. až na ekvivalent více než 6 000 binárních I/O.

Rozsah tohoto přehledového článku nedovoluje uvést podrobný výčet všech modulů v této řadě PLC. Je však třeba se zmínit o vynikající schopnosti této rodiny komunikovat s okolním světem. U procesorů SYSMAC-a se poprvé objevila zásuvná programovatelná karta do CPU s až dvěma rozhraními pro sériovou komunikaci (RS-232 C nebo RS-422/485), která se mohou naučit komunikovat s téměř libovolným komunikačním protokolem a ušetřit tak mnoho instrukcí ve vlastním programu, kde se v praxi komunikační protokoly nerealizují bez krůpějí potu na čele programátora. Celá komunikace sestávající z několika vět rozhovoru dvou nebo více zařízení se pak může realizovat zavoláním jedné instrukce PMCR (Protokol Macro). Vedle již zmíněných připojení k průmyslovým sběrnicím (jak otevřených, tak specifických pouze pro OMRON) se od této řady může PLC začlenit do všech typů rychlých datových sítí OMRON. Jsou to již zmíněná síť Controller Link (zde kromě kroucené dvojlinky realizovaná i optickými vlákny), dále jsou to starší sítě SYSMAC-LINK a SYSMAC-NET (typu s předáváním pověření – token-ring), a v poslední době též Ethernet s protokolem TCP/IP.

Vývojovým prostředím může být i zde program SYSWIN verze 3.4.

SYSMAC CS1
V tomto přehledu není možné se nezmínit o této zatím nejvýkonnější řadě PLC, která je na trhu zhruba jeden rok, nicméně přehledový charakter článku nedovoluje příliš se o těchto PLC rozepsat. Pro to uvedeme základní rysy pouze v bodech:

• základní instrukce se provede za 40 ns, paměti pojmou až 250 000 kroků programu a do 448 kiloslov dat, zásuvná paměťová karta flash pojme až 48 MB dat, základní I/O prostor je až 5 120 I/O plus další prostor na průmyslových sběrnicích mapovatelných do paměti dat;

• několikaúlohové zpracování (multitasking), duální sběrnice na až osmi základových deskách dovoluje připojit nové rychlejší moduly I/O, a také, až na pár výjimek, všechny moduly z řad C200H, C200HS a SYSMAC-a až 34 sériových linek s funkcí Protokol Macro a až po čtyřech modulech pro komunikaci po sítích Ethernet, SYSMAC-LINK a Controller Link;

• server FTP a funkce elektronické pošty v modulu pro síť Ethernet pro přenos dat po internetu;

• nové 32bitové vývojové prostředí CX-Programmer, které je součástí komplexního balíku nástrojů CX-Suite a je použitelné pro všechny, tedy i shora uvedené, PLC OMRON.

Ačkoliv je tato řada zpětně hardwarově kompatibilní až po řadu C200H, předstihuje svými výkony i rodinu velkých automatů SYSMAC CV, na kterou v tomto stručném přehledu již nezbylo místo. Zmínka o řadě CV je zde jenom proto, že obsahuje duplexní zálohované systémy CVM1D, které v řadě CS1 zatím chybějí.

OMRON Electronics, s. r. o.
Šrobárova 6
101 00 Praha 10
tel.: 67 31 12 54, 71 73 13 19, 71 73 74 52, 71 73 46 87
fax: 71 73 56 13
web: http://tech.omron.cz