Дорогие читатели, в долгом потоке науки и технологий всегда существует группа людей, которые своим глубоким профессиональным знанием и неустанным духом исследования вносят вклад в процветание и развитие отрасли. Сегодня мы с гордостью приглашаем старого эксперта с богатым опытом и выдающимися достижениями в области электрической автоматизации стать постоянным автором компании Юнионсайенс Технолоджи.
Фанг Юаньбай родился в 1942 году в Хуангане, провинция Хубэй. Он является старшим инженером уровня профессора в Отделе технологии электрической автоматизации Института проектирования и научных исследований цветной металлургии в Куньмине. Он является членом редакционных коллегий журналов, таких как «Автоматизация инструментов», «Весовые инструменты», «Металлургическая автоматизация», «Мир инструментов», «Инструменты и автоматизация» и др. Он является председателем Куньминского общества инструментов и консультантом Технического экспертного комитета Китайской ассоциации весовых инструментов. Он в основном занимается прикладными исследованиями в области приборостроения и систем управления. Он опубликовал шесть монографий, включая «Принципы и применения электронных конвейерных весов» (1994, Издательство металлургической промышленности), «Электронные конвейерные весы» (2007, Издательство металлургической промышленности), «Беспроводная коммуникационная технология и её применение в процессной промышленности» (2015, Издательство химической промышленности), «Автоматизация производственных процессов цветных металлов» (2015, Издательство народных почт и телекоммуникаций), «Контрольно-весовые машины» (2020, Издательство китайских стандартов) и «Металлоискатели» (2023, Издательство химической промышленности), а также опубликовал 380 статей.
Рисунок: Фанг Юаньбай
В ближайшее время профессор Фан поделится с вами своим опытом и знаниями в области промышленной автоматизации через серию статей. Эти статьи не только олицетворяют мудрость и идеи, накопленные за десятилетия работы, но и предоставляют ценную информацию и руководство для большинства специалистов и энтузиастов электрической автоматизации.
В этом выпуске мы рады представить первую работу профессора Фана, «Моя судьба с PLC».
Далее следует оригинальный текст:
01 Обзор истории PLC
Говорят, что в 1969 году компания DEC из США разработала первый в мире программируемый логический контроллер (PLC), который был использован на производственной линии компании General Motors в США. До этого различные типы последовательного управления и временного программного контроля использовали реле, полупроводниковые логические элементы и другие устройства, которые были не только громоздкими и ненадежными, но и требовали жесткой проводки. Кроме того, когда продукция на производственной линии менялась, программы и проводка вышеупомянутых устройств управления должны были быть изменены, что фактически означало начало работы с нуля. Появление PLC изменило всю эту ситуацию. Программа могла быть немного изменена (но ее можно было заранее скомпилировать и загрузить при необходимости), при этом жесткая проводка не требовала изменений, что способствовало быстрой популяризации.
В конце 1970-х годов PLC были введены в Китай в рамках иностранных проектов. В это время несколько проектов первой фазы Шанхайского Баостила импортировали более десятка моделей и около 200 единиц PLC, которые использовались на всей линии производства стали, от сырьевой базы до доменной печи, прокатного производства, стальных труб и т.д., заменив традиционную релейную логическую систему.
Позже, вторая и третья фазы Баостила использовали более 600 единиц PLC от более чем 30 иностранных производителей. Почти 200 единиц PLC от Rockwell Automation также были введены на производственную линию дизельных двигателей на заводе Guangxi Yuchai Machinery. В 1982 году завод Tianjin Automation Instrument Factory первым в Китае начал использовать PLC от Modicon из США. Позже иностранные производители начали активно продвигать PLC в Китае.
Согласно информации, Китай разработал первый PLC в 1974 году, но на самом деле это был просто программируемый последовательный контроллер с использованием 2-битного микропроцессорного чипа, который не был введен в промышленное производство. В 1977 году, после использования американского интегрированного чипа MCI4500, разработанный PLC был массово произведен и внедрен в промышленное производство. Ранние разработчики и научно-исследовательские организации выпустили такие продукты, как LC-0088 из Института автоматизации Китайской академии наук, GK40 из Beijing Lenovo Computer Group, CKY40 из Shanghai Machine Tool Electric Factory и Yz-PC-0001DENG из Suzhou Computer Factory.
В последние годы основные производители PLC в Китае включают серию GCS G5 среднего и крупного гибридного управления / G3 распределенной системы управления от Zhejiang Zhongkong, XC/XD/XL/XG/XS/CCSD от Wuxi Xinjie Electric, NA600/NA400/NA200 от Nanda Aotuo, а также такие компании, как Hubei Huangshi Kewei, Ankong Technology, Shanghai Zhenghang Electronic Technology, Shenzhen Huichuan Technology, Shenzhen Yingwei Technology, Beijing Hollysys и множество других компаний. В Юньнани также имеются профессиональные производители PLC, такие как Юнионсайенс Технолоджи Групп.
02 Первоначальный взгляд на PLC
В конце 1970-х годов PLC для иностранных инженерных проектов начали поступать в Китай. Я работал в Куньмине, где информация была относительно ограничена. Но в 1982 году Министерство металлургии Китая провело учебный курс по PLC в Пекине, в котором приняли участие инженеры-электрики из нашего института.
В начале 1983 года наш институт пригласил экспертов из Пекинского Института автоматизации Министерства машиностроения, которые представляли программируемые контроллеры фирмы Texas Instruments (TI), для проведения обучения по PLC в Куньмине. В 1984 году при проектировании Куньминского завода по производству коксующего газа, разработанном нашим институтом, мы выбрали средний и крупный программируемый контроллер PM550 и малый программируемый контроллер 5TI от Texas Instruments.
Из них, PM550 не только обладает функцией логического контроля, количество входных точек и выходных точек можно подключить до 256, но и включает функцию PID-регулирования, которая позволяет реализовать до 16 PID-управляющих функций. Несмотря на то, что это было все еще середина 1980-х годов, я уже мог принять концепцию интеграции системы управления. Я был одним из первых в Китае, кто сотрудничал с автоматическим контролем и выбрал PLC для мониторинга электрической и автоматической системы всего коксохимического завода. Электрическая часть отвечала за общие и переключающие сигналы PLC, а я отвечал за аналоговые контуры и аналоговые сигналы.
В 1986 году завод по производству коксующего газа вошел в этап пуско-наладочных работ. Наш институт отвечал за программирование, наладку и запуск программируемого контроллера PM550. Программное устройство того времени было дисплейным программатором VPU200. Информация, поставляемая с программатором и контроллером, была полностью на английском языке. Английский, который я самостоятельно изучал несколько лет назад, также пригодился. Я перевел всю информацию программатора на английском языке. Программная часть включала две специальности — электрическую и автоматическую систему контроля. Программу автоматического контроля также писал я. Эта программа была заполнена поэтапно, то есть заполнялись рабочие листы для программирования контуров, а затем в программе, написанной в виде лестничных диаграмм, размещалась подпрограмма, вызывающая этот рабочий лист (см. Рисунок 1).
Рисунок 1 Рабочий лист ПИД-контура
В то время я также использовал малый программируемый контроллер Texas Instruments 5TI, который был относительно компактным, поэтому я мог учиться программированию в своей комнате, затем программировать в соответствии с процессными требованиями и использовать симулятор для отладки. Оборудование для отладки, показанное на рисунке 2, включает малый программируемый контроллер 5TI, программатор и симулятор.
Рисунок 2: Я запрограммировал и отладил ПЛК Texas Instruments 5TI перед его установкой на объекте (тогда я был еще молод!)
После завершения проекта я опубликовал несколько статей:
Применение программируемого контроллера PM550 в угольной шихте на коксохимическом заводе (Топливо и химическая промышленность, март 1988 г.)
Функции и применение управления контуром программируемого контроллера PM550 (Проектирование цветной металлургии, февраль 1989 г.)
Разработка программного обеспечения для расчета накопления материала (Промышленная автоматизация и оборудование, март 1990 г.)
03 Разработка продукта
Так как у меня была возможность глубже познакомиться с PLC, я приобрел некоторое понимание его функций и программирования, часто размышляя, в каких случаях могут быть использованы эти функции PLC.
В то время я был ответственным за проектирование и отдел автоматического управления на коксохимическом заводе в Куньмине. При проектировании использовались в основном панели приборов серии I от Yokogawa и передатчики Rosemount 1151, поставляемые Сианским приборостроительным заводом, и их использование было успешным. Однако был один тип прибора, который использовался почти в каждом процессе, но имел очень высокий уровень отказов. Это были сигнальные маячки.
Тогда мы использовали отечественные сигнальные маячки на восьми цепях с транзисторными схемами и интегральными схемами. Обычно через три-пять месяцев использования выходила из строя одна или две цепи, а через год маячок приходил в негодность. Меня это сильно беспокоило, и я постоянно размышлял, что с этим делать. Когда в проектировании возникала проблема, необходимо было читать документацию, думать и глубоко изучать вопрос.
Тогда я отправил письма производителям сигнальных маячков, и получил более 20 ответов и информационных материалов от различных производителей. Затем я успокоился, проверил и систематизировал информацию и написал статью: "Текущее состояние и развитие сигнальных маячков" (Автоматизация инструментов, январь 1991 г.). В статье был представлен обзор текущего состояния, указаны различные функции сигнализации отечественных сигнальных маячков, функции и блок-схемы программ для импортных сигнальных маячков Rochester (США), а также рекомендации по разработке продукции сигнальных маячков. На рисунках 3 и 4 показаны функции обычных и высококлассных программируемых сигнализаций SA F3A соответственно. Если посмотреть на рисунок 4, станет ясно, что программируемая сигнализация SA F3A имеет сложные функции и может идентифицировать первый сигнал тревоги (так называемый сигнал "первый выход") из множества сигналов тревоги, которые почти одновременно срабатывают.
Рисунок 3. Функция общей тревоги
Рисунок 4. Функция программной сигнализации SA F3A
После выполнения этой работы в моей голове возникла идея: программа сигнальной тревоги в сигнальном маячке — это логическая проверка состояния переключающих сигналов. Она проверяет, соответствует ли сигнал входного переключателя условиям тревоги. Если условие выполняется, то сигнализация выводит световой и звуковой сигналы. Подумав о PLC, я понял, что он прекрасно справляется с логическими проверками переключающих сигналов, поэтому не будет проблем с написанием программы тревоги. Остался вопрос экономичности. Использовать PLC только для сигнализации — это пустая трата ресурсов. Будет ли это экономично? Конечно, это не будет экономично, если использовать импортные или ранее введенные в эксплуатацию PLC, которые можно было найти на рынке того времени.
На техническом обмене, который проходил в Куньмине, я увидел небольшой PLC-модуль YZ-PC-001A, производимый Сучжоуским компьютерным заводом, который в то время был первым китайским производителем PLC. Мы заключили контракт на покупку их продукции, и они оставили у нас физический PLC (с процессорной платой и 48 входами DI и 16 выходами DO), чтобы мы могли его протестировать. Они также оставили программатор и сигнальный симулятор (с рядом кнопочных выключателей и светодиодов, имитирующих входные и выходные сигналы).
Имея PLC и симулятор, я почувствовал себя как дома и мог серьезно изучить этот PLC. Сначала я учил каждую его функцию по образцам и программным руководствам, которые шли в комплекте, и выполнял функциональные примеры, приведенные в инструкции, чтобы на практике разобраться в различных функциях этого небольшого PLC.
После недели базового обучения я приступил к реализации программы для сигнальной тревоги с использованием PLC. Работа по программированию заключалась в том, чтобы сначала скомпилировать программу для 4 входных точек тревоги, а затем, если необходимо использовать 8, 16, 24, 32 или 48 точек тревоги, программа на 4 точки могла быть повторно использована.
После того как я скомпилировал все 10 существующих программ для тревоги, которые я обобщил, я продемонстрировал их по очереди на симуляторе, чтобы подтвердить правильность составления программ. Этот новый сигнальный маячок не только надежен (он обладает надежностью PLC, и пользователь может выбрать, какую программу тревоги использовать, а также при необходимости в будущем переключиться на другую программу), но и его цена намного ниже, чем у импортных продуктов, и сравнима с ценой отечественных 8-точечных сигнальных маячков.
После разработки продукта он был передан на производство в завод осциллографов "Юнцин" в Гуйяне и в Куньминский завод по производству комплектных электрических установок "Цзиньдин". Продукт был признан новинкой провинциального уровня в провинции Юньнань, и десятки единиц были использованы в проектировании второй фазы Куньминского коксохимического завода и других инженерных проектах.
Ниже приведены программы лестничных диаграмм (см. рисунок 5), которые заменяют функции обычных сигнальных маячков (с функциями памяти сигнала и автоматического сброса), и программы лестничных диаграмм (см. рисунок 6), которые заменяют функции наиболее сложных сигнальных маячков (с функциями памяти сигнала, первого выхода, сброса первого выхода и автоматического сброса).
Рисунок 5. Программа лестничной диаграммы для обычных функций сигнализации
Рисунок 6. Программа лестничной диаграммы для функции тревоги программы SA F3A
После завершения работы я опубликовал несколько статей о сигнальных маячках:
Микрокомпьютерный многофункциональный сигнальный маячок (Проектирование цветной металлургии, апрель 1991 г.)
Развитие функций сигнализации для сигнальных маячков (Промышленная автоматизация и оборудование, июнь 1992 г.)
Программирование ПК для функции сложной сигнализации маячка (Журнал Куньминского института технологий, июнь 1993 г.)
04 Встреча с OPLC снова
В 2003 году компания Kunming Kandel приобрела партию OPLC (операторская панель и программируемый логический контроллер, PLC с операторской панелью) у компании Unitronics из Израиля. Это компактный PLC, который интегрирует человеко-машинный интерфейс (HMI) с полным устройством PLC (включая CPU и карты I/O) (см. рисунок 7).
Рисунок 7. M90/M91 компании Unitronics
Это карманное устройство, которое можно поместить в ладонь, интегрирует микро PLC с 14-24 точками I/O и операционную панель с клавиатурой, поэтому его называют All-in-One. На операционной панели отображается ЖК-дисплей (LCD), который является текстовым и может показывать до 1 или 2 строк по 16 символов (с подсветкой). Под операционной панелью расположены 15 герметичных кнопок, и клавиатура используется для обмена информацией с M90/M91 и для изменения существующих данных.
Сам хост может поддерживать от 14 до 24 точек I/O; после добавления модулей расширения I/O можно подключить до 8 модулей I/O, что позволяет расширить систему до 64 точек I/O. Через шину можно подключить до 63 устройств M90/M91 в сеть. Некоторые модели могут принимать 1-2 аналоговых входных сигнала и 1 аналоговый выходной сигнал, что позволяет реализовать PID-контроль. Также имеется порт RS232 и поддержка функции GSM.
Программирование с использованием лестничной диаграммы и программирование операционной панели выполняются на ПК. OPLC — это маленькое, недорогое и многофункциональное устройство. Оно особенно подходит для использования в PLC, которые работают с небольшими устройствами. Особенно актуальной является функция беспроводной отправки и приема SMS-сообщений с фиксированным текстом и переменными данными. С одной стороны, я считаю, что это дешевле и более подходяще для использования в качестве хоста для сигнальной тревоги. С другой стороны, меня особенно интересует функция беспроводной передачи SMS-сообщений.
В процессе изучения OPLC были опубликованы следующие статьи:
M90/91 микро OPLC (PLC&FA, февраль 2004 г.);
Разработка микро программируемого контроллера с HMI (World Instrumentation and Automation, август 2004 г.);
Служба коротких сообщений мобильного телефона и система удаленного мониторинга (Automation Expo, апрель 2004 г.);
Интегрированный PLC серии Siemens C7 (Промышленная автоматизация, март 2005 г.);
PLC или интеллектуальное реле (Control Engineering-China, апрель 2007 г.);
Применение ультра-микро интегрированного PLC (PLC&FA, декабрь 2010 г.).
Поскольку я впервые столкнулся с функцией беспроводной отправки и получения SMS-сообщений, когда в 2007 году появились технологии беспроводной связи WirelessHART и ISA100.11a для процессной промышленности, я быстро принял эту технологию и начал новое исследовательское направление: беспроводные технологии для процессной промышленности.
05 Заключение
Как профессиональный разработчик систем автоматического управления, хотя PLC не является моей основной деятельностью, я сталкивался с ним и изучал его время от времени на протяжении многих лет, и также очень внимательно отношусь к этому вопросу при чтении материалов. Подумав, я осознал, что на протяжении сорока лет я был тесно связан с PLC. С быстрым развитием технологий PLC я также продолжал расти и делать некоторые успехи.
Этот процесс можно выразить одной фразой: Я, старик, имею связь с PLC!
中文
Global
