Ardbox Analog HF - iný pohľad na PLC
1. Čo je to PLC?
Čitateľom stránok elektrolab.eu pojem PLC zrejme netreba vysvetľovať. Ale pripomenúť to pár vetami nezaškodí.
PLC je skratka z Programmable Logic Controler. T.j. programovateľný kontrolér, inak nazývaný aj programovateľný automat. V princípe sa jedná o (relatívne) malý priemyselný počítač, ktorý sa dá programovať (často niekoľkými spôsobmi), a je vybavený štandardizovanými vstupmi, výstupmi a sadou komunikačných protokolov. Svoje miesto má najmä pri riadení strojov a liniek, v často zarušenom prostredí. Ich mechanická montáž je zvyčajne na DIN lištu, vodiče sú pripájané skutkovými alebo pružnými svorkami.
Základnou vlastnosťou, ktorá je určujúca, ale nie jediná, pri tvorbe ich cien, je počet vstupov a výstupov. Malé PLC ich majú aj menej ako 10, tie najväčšie, aspoň s ktorými som mal možnosť pracovať, mali vyše 50. A samozrejme, nie je problém použiť viac kusov PLC…
Dôležité je to, že už aj v malých inštaláciách, kde je pár kusov časových relé a niekoľko pomocných relé, majú malé PLC ekonomicky navrch. Nehovoriac o tom, že zmeniť algoritmus či opraviť chyby je nepomerne jednoduchšie a rýchlejšie v prípade virtuálnych "spojov" v programe, ako fyzicky zmeniť zapojenie vodičov.
Viac zaujímavých informácií o PLC napr. aj v článku " Zaujímavosti o programovateľných automatoch PLC".
A hľadísk, ako rozdeliť PLC je mnoho, a keď sa nemusíme striktne držať len technických parametrov či ceny, tak jedným dôležitým hľadiskom je jeho sloboda či otvorenosť. A teda rozdelenie na uzavreté, proprietárne, a otvorené, slobodné (len na okraj: "slobodný" a "otvorený" nie sú identické pojmy, ale kvôli zjednodušeniu budeme tak uvažovať).
Viac o filozofii slobodného, otvoreného PLC bolo spomenuté v minulom článku "Prečo je sloboda dôležitá aj v priemysle".
Len spomeniem, že Industrial Shields nie je jediný výrobca takýchto PLC; v minulosti som pracoval i s Industruino, Controllino, existujú i IONO, NORVI či AUDON.
2. Prečo siahnuť po slobodných PLC?
Každý máme v živote iné priority a samozrejme tie naše sa nám zdajú najlegitímnejšie.
V našom prípade bolo poradie zhruba takéto:
- maximálne možné využitie hotových a odskúšaných slobodných riešení,
- slobodné vývojové nástroje,
- komunitná podpora,
- certifikácia zariadení,
- cena,
- rozšíriteľnosť,
- dlhodobá podpora.
Niekto by mohol byť prekvapený, že cena nie je najdôležitejšia, ba ani nie je uvedená niekde na horných pozíciách. Áno, ak uvažujeme podobne vybavené PLC, ako tie, o ktorých bude dnes a nabudúce reč, tak slobodné riešenia sú lacnejšie. Ale je potrebné si uvedomiť, že v dnešnej dobe je elektronika lacnejšia ako mechanické komponenty, o cene iných komponentov (napr. hydraulické) nehovoriac. A nákladnejšie ako samotné PLC je zväčša jeho programovanie, najmä ak sa nejedná o opakovanú produkciu.
Ak hovoríme o slobodných vývojových nástrojoch, čo môže byť lepšie, ak existuje možnosť použitia nástroja, ktorý nám vyhovuje, je prispôsobiteľný (a prispôsobený) našim požiadavkám a ktorý používame i na iné úkony, nielen v oblasti programovania. Ja osobne používam GNU Emacs, a okrem programovania (C, Wiring, Bash, Lisp) ho používam ako organizér, správcu súborov, čítačku RSS či textový editor a textový procesor. A toto je fantastické - rovnaké prostredie, klávesové skratky, rozšíriteľnosť… Ale to je na iný blog…
3. Slobodné vs proprietárne PLC - reakcie ľudí
Keď sme boli pred dvomi rokmi na výstave AMPER, kde sme mali stánok (nielen) s PLC, stretli sme sa prevažne s dvomi typmi reakcií. Prvá, prevažne pozitívna, bola od ľudí, ktorí mali skúsenosť s Arduinom a podobnými mikrokontrolérmi. Tí dokázali oceniť variabilitu riešenia, out-of-box prevedenie a priemyselnú robustnosť. Kto niekedy aplikoval Arduino či PIC do zarušeného prostredia, vie, že nie je úplne jednoduché zaručiť i jeho prevádzkovú spoľahlivosť.
Uvítali, že zariadenie majú príslušné certifikáty pre prácu v priemyselnom prostredí.
Druhý typ reakcií, nie vyslovene negatívny, ale skôr skeptický, bol od ľudí, ktorí boli dlhodobo previazaní s nejakou zavedenou značkou (nemá zmysel menovať), kde reakcie boli: "toto a toto má táto značka spravené inak…"
Týchto ľudí filozofický a etický rozmer nezaujímal.
Ale príjemné boli stretnutia i so zástupcami spomínaných značiek, ktorí naopak vyjadrili podporu a videli priestor pri ich vlastných riešeniach.
4. Ale k veci: tentokrát ARDBOX ANALOG HF
O filozofických aspektoch a etike by bolo možné rozprávať a písať dlho, ale nechcem unavovať čitateľa, ktorý prišiel až sem. Preto k veci:
Najpredávanejšie PLC z rady 20 I/O je bezpochyby Arduino ARDBOX 20 I/Os Analog HF Modbus.
4.1. Technické údaje
Technické údaje
| Vstupy / výstupy | Hodnota |
|---|---|
| Napájacie napätie | 12 / 24 VDC |
| Príkon zariadenia | 30 W |
| Počet vstupov spolu | 10 |
| Z toho môžu pracovať ako analógový vstup | 6 |
| Vstupy / výstupy | Hodnota |
|---|---|
| Počet vstupov prerušenia | 1 |
| Počet výstupov spolu | 10 |
| Z toho môže pracovať ako analógový 0 - 10 VDC | 7 |
| Z toho môže pracovať ako PWM výstup | 7 |
Všetky digitálne vstupy môžu byť zapojené ako izolované, t.j. nezdieľajú spoločnú zem s napájaním PLC.
| Komunikačné protokoly | Z - základ / D - doplnok |
|---|---|
| I2C | Z |
| SPI | Z |
| RS232 | Z |
| RS485 | Z |
| LoRa | D |
| WiFi | D |
| Bluetooth | D |
| DALI | D |
| GSM | D |
| Ethernet | D |
V útrobách je originálne Arduino Leonardo (ako si ukážeme neskôr, v iných zariadeniach môže byť Arduino Mega, ESP32 či Raspberry Pi). Využitím originálneho kusu, vyrobeného v Taliansku, prezentuje výrobca uznanie za enormné množstvo práce, ktoré Arduino Srl. spravilo. Nezabúdajme, že Arduino je vydané pod licenciou Creative Commons, ktorá prikazuje jej využitie i v odvodených prácach. Súčasne je copyleftovou licenciou, čo zaručuje ochranu do budúcnosti, ak by si nepoctivý výrobca vzal akúkoľvek časť kódu a potom ju použil v proprietárnom softvére, pričom by nezverejnil zdrojový kód a nedodržal základné softvérové slobody.
4.2 Spôsob programovania
Najjednoduchšie je programovanie PLC v Arduino IDE. Programovacím jazykom je Wiring, čo je rozšírenie C/C++ o knižnice, ktoré zjednodušujú vstupné a výstupné operácie. Programovanie je intuitívne, ale treba priznať, že ak niekto vyšiel z elektrotechnického prostredia a je zvyknutý na reléové schémy, tak bude potrebovať čas na aklimatizáciu. Našťastie existuje mnoho dobre napísaných kníh, fór a špecializovaných stránok.
Znalosti alebo prostriedky na učenie sú kľúčom k vymaneniu sa z vlastných nedostatkov. Nikdy nerobte výhovorky, ktoré bránia vášmu potenciálu naučiť sa niečo nové.
Ľudia sú mimoriadne dobrí v racionalizácii ich vlastného stavu a dokážu prísť s hodnovernými vysvetleniami, prečo robiť veci tak, ako ich robia, a prečo sa nenaučiť niečo nové. Je to zrejme blízke ľudskej povahe.
Ale je dôležité nenechať sa chytiť do pasce vyjadrením - "Nie je iná alternatíva." Alternatívy existujú - hoci niekedy je potrebné zmeniť svoje myslenie.
Je potrebné byť trpezlivý, vytrvalý. Prečítajte si dokumentáciu. Nemajte nereálne očakávania o tom, že to obsiahnete za 5 minút. A postupujte pomaly - od základov k pokročilejším problémom.
Namiesto Arduino IDE je možné použiť i iné vývojové prostredie (napr. GNU Emacs, Eclipse, VS Code, Vi(m), Atom, Geany), či len obyčajný textový editor. A tu sa ukazuje sila slobodného prístupu - nemusíme používať prostredie, ktoré nám nanútil výrobca zariadenia. Nie sme viazaní na operačný systém. Nie sme viazaní na konkrétnu verziu operačného systému. Takáto sloboda sa nedá ničím nahradiť.
Prostredie GNU Emacs. Ale stále je to Arduino! Takže možno použiť i iné nástroje, ktoré sú vytvorené na programovanie tohto mikrokontroléra (Soap, Ardu-block).
Osobne tieto nástroje bližšie nepoznám, aj keď som niektoré odskúšal v čase ich vzniku. "Klasické" programovanie mi je najbližšie.
5. Oblasť použitia
…je tam, kde by ste použili aj iné PLC. Riadenie strojov či procesov. Nejaké obmedzenia pochopiteľne existujú - a sú definované rizikom zlyhania zariadenia - takže použitie je nemožné v medicíne, aviatike, riadení elektrární, a pod., kde sa vyžaduje iný stupeň redundancie.
Samozrejme, ak pomocou PLC riadime nejaký stroj, tak v elektroinštalácii stroja musia byť bezpečnostné prvky napojené na certifikované bezpečnostné zariadenia (napr. bezpečnostné relé), nadradené PLC. Ale to je myslím zrejmé, a týka sa to všetkých výrobcov analogických zariadení.
5.1. A kde sme to použili my?
PLC takejto veľkosti sme využili pri riadení jednoduchších spracovateľských liniek, ako nadradené zariadenie, ktoré monitorovalo stav produktu v jej jednotlivých častiach a podľa toho upravovalo tok produktu.
Ďalej v riadení baliacich strojov, dávkovacích zásobníkov, výklopníkov bední a pod. V princípe všade tam, kde počet vstupov a výstupov postačoval. Snímače na vstupe boli rôznych typov, od bežných digitálnych indukčných snímačov po analógové ultrazvukové či uhlové. Výstupy boli pripojené napr. na bežné stýkače, frekvenčné meniče (štart/stop i riadenie frekvencie), pneumatické ventily i proporčne riadené hydraulické ventily.
6. Rozšírenia
ARBOX Analog HF je len jedna verzia PLC založená na Arduino Leonardo. Existujú verzie, ktoré majú napr. reléové výstupy, GSM modul alebo podporu LoRa alebo DALI. Už prítomnosť protokolov v základe (I2C, SPI,…) umožňuje pripojenie snímačov, displejov, či prevodníkov, tak, ako to poznajú fanúšikovia Arduina. Takže ak 10-bitový analógovo/číslicový prevodník na vstupe Arduina nám nepostačuje, môžeme siahnuť po viac-bitových prevodníkoch pripojiteľných cez SPI. A v prípade, že počet vstupov či výstupov nedostatočný, a súčasne väčšie PLC by bolo zbytočne drahé a predimenzované, je možné jednoducho cez I2C pripojiť ďalší(-ie) PLC.
7. Cena
Ako bolo spomínané, cena nie je najdôležitejším aspektom, ale je príjemné, že je priaznivá. Konkurent Controllino sa dávnejšie chválil na svojom webe, že neexistuje lacnejšie riešenie s podobným počtom vstupov a výstupov. Podobne to platí aj pri Industrial Shields.
Záujemcovia o zariadenie nás môžu kontaktovať, na webe sú zverejnené e-maily či telefónne čísla. Vlastný e-shop stále pripravujeme, a budú v ňom nielen zariadenia od Industrial Shields.
Samozrejme, zariadenia sa dajú kúpiť i priamo v e-shope výrobcu, ale darí sa umiestňovať zariadenia i nám; dokážeme často vybojovať nejaké zľavy či lepšiu cenu dopravy.
8. Epilóg
Verím, že po tomto úvodnom článku prídu ďalšie, kde budú opísané iné zariadenia, nejaké postupy, hádam vznikne priestor i na úvahy, ako a kde možno posunúť hranice slobody a nezávislosti v náš prospech.
FOSS (Free- and Open Source/software) komunita je veľká, a vďaka nej existujú dostupné (cenovo i aplikovaním) zariadenia. Stojí za popularizáciou mikroelektroniky s obrovským dosahom - od škôl až k profesionálnemu životu. Mnohé veci, ktoré boli určené len pre skutočných elektrošpecialistov, sa takto dostali i nadšencom, ktorí by inak boli odradení náročnosťou hardvérovou či softvérovou.
Mnohí užívatelia ani nevnímajú aspekt slobody (ktorý je samozrejme výraznejší v oblasti softvéru), alebo nad ním neuvažujú. Pravdepodobne zlyháva osveta na úrovni škôl, a najmä budovanie motivácie venovať tejto problematike pozornosť. Mali by sme to zmeniť.
