ПЛК Wecon LX3VE-1412MT-A и немного про автоматизацию

На Алиэкспресс можно купить не только любимые нами шнурки usb и нагрузки для их тестирования, но и менее тривиальные вещи. Например, программируемый логический контроллер Wecon LX3VE-1412MT-A

Если не знаете, что такое ПЛК, то скорее всего он вам не нужен. С другой стороны, возможно вам давно необходим ПЛК, просто вы пока не в курсе этого.

Кратко о том, что такое ПЛК

Итак, программируемые логические контроллеры(ПЛК) применяются в автоматизированных системах управления технологическими процессами(АСУ ТП). Если говорить упрощенно, то ПЛК это такой небольшой промышленный компьютер, который работает по введенной в него программе и с помощью выходных сигналов включает и отключает устройства. Например, включает и выключает мотор, освещение, задвижки, клапана и т.д.

ПЛК не может управлять системой, не зная ее состояние, поэтому ПЛК кроме выходных имеет и входные сигналы. Например, кнопки, датчики температуры, концевые выключатели.

Вот пример схемы, где задействованы входы и выходы абстрактного ПЛК

Входы:
DI0, DI1 — кнопки
DI2 — минимальный уровень давления, электромеханический датчик
DI3 — максимальный уровень давления, электромеханический датчик
AI0 — датчик температуры с аналоговым сигналом

Выходы:
DQ0 — включение компрессора
AQ0 — управление скоростью вращения вентилятора через частотный преобразователь

Связь с внешними устройствами:
COM — вывод данных на сенсорную панель оператора HMI через цифровой порт передачи данных

Видим, что входы(I) и выходы(Q) ПЛК бывают разными. А именно, дискретными(DI, DQ) и аналоговыми(AI, AQ).

Разница в том, что дискретный сигнал может иметь только два состояния: включено или отключено.
В приведенной схеме к DI0...3 подключены кнопки и электромеханический датчик давления, который замыкает контакты при достижении минимального и максимального уровня давления. Через DQ0 включается и отключается компрессор.

Аналоговый сигнал имеет более 2-х значений, обычно это величина в диапазоне электрического сигнала 0...10В, 4...20 мА, температура в градусах Цельсия при использовании термопар и т.д.
В приведенной схеме, к AI0 подключен датчик температуры с аналоговым электрическим сигналом, пусть это будет термопара с диапазоном сигнала 0...350 °C.
Через AQ0 идет управление скоростью вращения вентилятора. Для этого на частотный преобразователь подается аналоговый сигнал 4...20 мА.

Для связи с внешними устройствами на ПЛК имеются специальные порты, через которые можно подключить ПЛК к компьютеру оператора, сенсорной панели и т.д. Количество портов на одном ПЛК может быть 2-3 и более. Порты используют промышленные интерфейсы передачи данных(RS-422, RS-485) или интерфейсы общего назначения(RS-232, Ethernet).

Технические характеристики ПЛК Wecon LX3VE-1412MT-A

Wecon LX3VE-1412MT-A выглядит как типичный ПЛК

Снимаем плексигласовые щитки над клеммами и крышки корпуса

Дискретные входы X0...X14

Дискретные выходы Y0...Y12

Слот для подключения модулей расширения

Слот для размещения платы расширения

Порты программирования: микро-USB и RS-422 (Com0, круглый)

Клеммы справа это порты линий связи RS-422(Com1) и RS-485(Com2)

Сбоку наклейка с параметрами модуля

В комплекте идет краткая инструкция на английском языке


Внутри установлен процессор STM32F103VET6 с частотой 72 МГц.
ПЛК имеет дискретные входы и выходы, но не имеет аналоговых входов/выходов. Но можно добавить AI и AQ, подключив к ПЛК модули расширения или плату расширения.

ПЛК имеет 2 порта для связи с внешними устройствами: комбинированный Com0/1(одновременно может работать или RS-422 Com0 или RS-485 Com1) и Com2. Но из них только Com2 поддерживает самый распространенный протокол передачи данных Modbus и может работать в режиме slave и master.
Порт Com0/1 поддерживает лишь протоколы Wecon LX3VE и Mitsubishi FX2N. Com0/1 будет работать только с сенсорной панелью HMI, которая так же поддерживает указанные протоколы.

Загружать программу в ПЛК лучше всего через порт USB, это и быстрее и проще- используется стандартный кабель, как для мобилок. Для загрузки программы через Com0, нужно купить специальный кабель или сделать его самому.

Имеются часы реального времени (RTC), которые питаются от стандартной батарейки CR2032, которые так же используются в компьютерах для питания биоса.

К ПЛК можно подключить модули и платы расширения и тем самым увеличить общее количество входов и выходов(в том числе аналоговых) до 256, добавить 2 порта RS-485 или установить порт Ethernet.

Программу для ПЛК можно писать либо в родной среде программирования Wecon PLC Editor, либо в Melsoft GX Works2 компании Mitsubishi.
При работе в Wecon PLC Editor доступны языки IL и LD.
При работе в Melsoft GX Works2 доступны так же языки FBD, ST и SFC. Но загружать программу из Melsoft GX Works2 в ПЛК можно только через Com0.

Применение ПЛК

В основном, ПЛК применяются в промышленности для управления установками, агрегатами и станками.
В быту применяется реже, обычно возможности ПЛК тут избыточны. Здесь чаще используются более простые элементы автоматизации: таймеры, фотореле, регуляторы и т.д.

В бытовых целях ПЛК ставят для создания систем типа «Умный дом». Лично мне доводилось делать на ПЛК «Умный бассейн» для дома шефа на Черном море. Другие автоматизируют теплицы, грибные производства; делают куриные фермы, работающие почти без участия человека.

Но и производство производству рознь. Бывает, нужно автоматизировать управление каскадом электрофильтров на градообразующем заводе. А иногда фирмочки на 3-4 человека или фрилансеры, вроде меня, делают небольшие проекты по созданию противопожарных систем, где ПЛК управляет несколькими насосами.

Самые безумные применения промышленных ПЛК, о которых я слышал, это беспилотный ЗАЗ Lanos на ПЛК Сименс и 155мм самоходка ВСУ «Богдана»


Все, кто в теме, в полном восторге разглядели на фото «Богданы» пульт управления на основе сенсорной панели и кнопочек Сименс, а следовательно подключено все это к промышленному ПЛК.

Что касается рассматриваемого ПЛК Wecon, предназначен он для проектов малой и средней сложности. Но при случае тоже справится с автоматизацией какой-нибудь мортиры.

Программирование

Внутренняя память ПЛК делится на память программ и память данных.

Размер программы измеряется в «шагах» и составляет для этой модели 32000 шагов( в документации принято писать 32К).
Каждая инструкция(команда в программе) занимает разное количество шагов, от 1 до 12. В среднем, в реальной программе на 1 инструкцию приходится 3-4 шага.

Память данных делится на регистры общего назначения без сохранения в постоянной памяти, регистры сохраняемые в постоянной памяти и регистры специального назначения. В регистрах спецназа хранится сервисная информация: настройки портов связи и т.д.

Память данных без учета специальных регистров:

• 3072 меркеров М (бит)
• 8000 слов D (16-битное слово, 2 байта)
• 900 реле состояний S
• 234 счетчика С
• 256 таймеров Т

Для программирования ПЛК есть специальные языки, наиболее распространенные из которых это LD и ST.
ST имеет вид классического текстового языка программирования, похож на Си и Паскаль.
LD, он же Ladder, он же язык релейной логики, более специфичен и является графическим языком программирования.

Программа на LD похожа на электрическую схему

Если знать, что здесь «X» это вход, а «Y» это выход ПЛК, то программу можно прочитать «интуитивно-понятно» даже не зная LD:
Когда X0 замкнут, Y0 включен.
Когда X0 и X1 замкнуты, Y1 включен.
Когда X1 отключен, Y5 включен.

Вот этот пример чуть сложнее

Но если знать, что «Т» это таймер, а шаг отсчета времени T0 у LX3VE-1412MT-A составляет 0.1 секунды, то все тоже становиться наглядным: выход Y0 включается через 5 секунд после замыкания входа X0. Так работает таймер с задержкой включения.

Добавим сюда еще одну линию и получим полезную для реального применения часть программы

Это запуск механизма с предупредительной сигнализацией
Оператор нажимает кнопку, подключенную к X0.
Через выход Y1 включается сирена, работает она пока кнопка нажата и не включен механизм, подключенный к Y0.
При нажатой кнопке, таймер Т0 отсчитывает 5 секунд.
По истечении отсчета 5 секунд таймера, отключается сирена и включается механизм, подключенный к выходу Y0.
Механизм работает, пока оператор держит кнопку нажатой и вышло время таймера.

Таким образом, когда рабочий слышит, что звучит сирена, то отходит от механизма подальше, что бы не зашибло.

LD неспроста похож на электросхему. Изначально предполагалось, что программы для контроллеров будут писать электрики, киповцы и прочие люди, которые создавали АСУ ТП на релюшках еще до появления ПЛК.
Но, как и в случае с SQL(он изначально был придуман для менеджеров), язык LD изрядно развился. Сейчас программы на LD создают, в основном, программисты. Но простенькие программки по-прежнему в состоянии написать электрики.

Я считаю, что для сферы автоматизации язык LD лучше ST.
Программа на LD читается легче, сопровождение идет проще. Многие программисты с этим сейчас не согласятся и начнут агитировать за ST. Когда-то я тоже был таким и презирал графические языки. Первую свою серьезную программу для ПЛК Vipa, клона Simatic S7, я целиком написал на ассемблероподобном IL, что бы не связываться с LD. Но это все от непонимания и малого опыта. Иногда программисты, окрепшие на Си, вообще не могут писать программы на LD, ибо не в состоянии перестроить свое восприятие и понять концепции этого языка. Сам «стиль мышления» различается в текстовых и графических языках программирования.

Поэтому, если вы собираетесь научиться программировать ПЛК на LD, но ничего не знаете о программировании, то вам сильно повезло- процесс пойдет гораздо быстрее.

Система команд у ПЛК Wecon серии LX3V совместима с ПЛК Mitsubihi FX2N, поэтому программировать ПЛК Wecon можно не только в родной среде с помощью Wecon PLC Editor, но и в Mitsubishi Melsoft GX Works 2. В первом случае доступны для программирования лишь языки IL и LD, во втором случае дополнительно доступны языки FBD, ST, SFC.

Лично я программы для Wecon пишу на языке LD, потому предпочитаю использовать более легкую программу Wecon PLC Editor.

Документация по программированию Wecon LX3V есть только на английском, но можно смело изучать программирование Wecon по русской документации на Mitsubishi FX2N. Я делал именно так.

В Wecon PLC Editor есть эмулятор ПЛК, который позволяет увидеть, как будет работать в нем программа. При этом сам контроллер иметь не обязательно.

Вот так работают некоторые простые команды в ПЛК Wecon

Arduino vs ПЛК

Обязательно зададут вопрос, а зачем нужен ПЛК когда есть Arduino? Ведь за цену промышленного контроллера можно купить много ардуин с шилдами?

Почему в промышленности, от малой до великой, не используют Ардуино, надеюсь, и так понятно. А для дома, признаю, Ардуино прекрасный выбор, я сам с ним играюсь. Проблема только в том, что многие ардуинщики, имея целью реализовать вполне конкретный проект по автоматизации чего-либо, часто не идут дальше моргания светодиодом. Просто потому, что успешный ардуинщик должен совмещать в себе программиста, конструктора и электронщика. У кого-то хватает на это сил, у кого-то нет.

Поэтому, если ваши грандиозные идеи по автоматизации споткнулись об Ардуино и груду транзисторов, бросайте это дело и покупайте ПЛК.

Субъективное мнение

Работаю с ПЛК Wecon около 2 лет, все ok.