» » » Реалізація програмовного логічного контролера на базі одноплатного комп'ютера Raspberry Pi та вбудованого ПЗ zenon Logic

Реалізація програмовного логічного контролера на базі одноплатного комп'ютера Raspberry Pi та вбудованого ПЗ zenon Logic

03.06.2015

image

Мета статті

Розглянути процес налаштування програмного забезпечення одноплатного комп'ютера Raspberry Pi для використання його як програмовного логічного контролера (ПЛК) при навчанні студентів напрямів підготовки “Системна та комп'ютерна інженерія”, а також продемонструвати взаємодію даного ПЛК із SCADA системою zenon.

Стаття буде цікава вищим навчальним закладам, які мають ліцензію на SCADA систему zenon.

Термінологія

zenon Logic — це вбудована підсистема написання програмної логіки, розроблена компанією COPALP, яка входить до складу COPA-DATA. Ця термінологія прийнята після реорганізації та уніфікації продуктової лінійки SCADA zenon. Оригінальна назва – Straton. Під нею це програмне забезпечення розповсюджується розробником. Тому в статті zenon Logic буде згадуватися як Straton.

Постановка задачі

У 2014 році було випущено спеціальну версію ПЗ Straton для встановлення в одноплатний комп'ютер Raspberry Pi. З його допомогою цей міні-комп'ютер може використовуватися як повноцінний програмовний логічний контролер, що володіє дискретними і аналоговими портами вводу/виводу. Розробка програми під нього виконується однією з мов стандарту МЕК 61131-3 (ST, IL, LD, SFC, FBD). У тестовому режимі середовище виконання Straton безперервно працює 15 хвилин, що цілком достатньо для повної перевірки функціонування програмного забезпечення створеного студентом. Розробка програмного забезпечення для реалізації програмовного ПЛК (Soft PLC) виконується в середовищі zenon Logic Workbench, яке є інтегрованим компонентом SCADA системи zenon. За наявності ліцензії “Education and Training” середовище розробки zenon Logic Workbench ліцензується як “Unlimited” та не має обмежень на час роботи. Крім того, SCADA zenon може використовуватись для розробки людино-машинного інтерфейсу системи керування для перевірки роботи створеного ПЛК.

Виходячи з вищеописаного, основним завданням, яке необхідно вирішити для повноцінної роботи з Raspberry Pi, є налаштування програмного забезпечення таким чином, щоб ПЛК, реалізований на Straton, автоматично перезапускався кожні 15 хвилин.

Одноплатний комп'ютер Raspberry Pi

Raspberry Pi — це бюджетний одноплатний комп'ютер вартістю 35 $, призначений для навчання інформатики. На момент написання статті було випущено п'ять версій: Raspberry Pi Model A, Raspberry Pi Model A+, Raspberry Pi Model B+, Raspberry Pi Model B+ та Raspberry Pi Model 2B. Straton підтримує версії A і B, однак у зв'язку з тим, що версія A не має вбудованого Ethernet інтерфейсу, буде розглянута тільки версія B.

image

Технічні характеристики Raspberry Pi

Параметр Опис
1 SoC Broadcom BCM2835 (CPU, GPU, DSP, SDRAM і один USB порт)
2 CPU ARM1176JZF-S 700 МГц
3 GPU Broadcom VideoCore IV @ 250 МГц, OpenGL ES 2.0, MPEG-2, VC-1, 1080p30 h.264/MPEG-4 AVC
4 SDRAM 512 Мбайт
5 USB 2.0 порти 2
6 Відео вхід 15-контактний інтерфейс MIPI для підключення камери
7 Відео вихід Композитний RCA, HDMI (1.3 та 1.4) підтримує 14 варіантів роздільної здатності від 640 x 350 до 1920 x 1200, DSI
8 Аудіо вихід 3.5 мм jack, HDMI, I2S аудіо
9 Накопичувач SD/MMC/SDIO (+3,3 В)
10 Мережа Порт Ethernet 10/100 Мбіт з роз'ємом 8P8C
11 Низькорівнева периферія 17 портів вводу/виводу, 5 не конфігурованих, інші можуть бути використані як I2C, UART, 2 x SPI, I2S, CLK
12 Споживання 700 мА
13 Джерело живлення +5 В підключається через роз'єм Micro-USB
14 Розмір 85,60 x 56 мм
15 Вага 45 г

Одноплатний комп'ютер Raspberry Pi може працювати під керуванням операційних систем Linux (Raspbian, Debian GNU/Linux, Open ELEC, Fedora, Arch Linux ARM, Gentoo), RISC OS, FreeBSD, NetBSD, Plan 9, Inferno, Openwrt. Програмовний ПЛК Straton може працювати під керуванням більшості операційних систем Linux, проте для Raspberry Pi компанія COPALP рекомендує використовувати Raspbian.

Відмінною особливістю одноплатних комп'ютерів, таких як Raspberry Pi, є наявність у них низькорівневої периферії. Саме Raspberry Pi Model B для програмовного ПЛК Straton доступні 17 портів вводу/виводу (GPIO). Два з них SDA1 і SCL1 можуть бути використані для підключення пристроїв, що підтримують послідовну шину даних I2C, у зв'язку з чим вони підтягнуті до напруги +3.3 В. Тому вважатимемо, що фактично доступно 15 портів вводу/виводу.

image

Слід зазначити, що порти вводу/виводу одноплатного комп'ютера Raspberry Pi є малопотужними і не захищеними. У зв'язку з цим надалі буде описано розробку інтерфейсного модуля, призначеного для узгодження та захисту портів одноплатного комп'ютера Raspberry Pi із загальнопромисловими органами апаратного керування та індикації, датчиками та виконавчими механізмами з напругою живлення +24 В.

Апаратне забезпечення, необхідне для створення та використання ПЛК на базі одноплатного комп'ютера Raspberry Pi

Для створення ПЛК на базі одноплатного комп'ютера Raspberry Pi Model B знадобиться сам одноплатний комп'ютер, блок живлення з роз'ємом Micro-USB, напругою на виході +5 В і максимальним струмом навантаження не менше 700 мА. SD карта пам'яті об'ємом 4 Гбайти. Пристрій візуалізації з інтерфейсом HDMI та відповідний кабель HDMI – HDMI. Клавіатура з інтерфейсом USB. Персональний комп'ютер з пристроєм для читання карток пам'яті SD, Ethernet-адаптером і відповідний кабель UTP з роз'ємами 8P8C.

Для роботи з ПЛК на базі одноплатного комп'ютера Raspberry Pi з перерахованого вище не знадобиться пристрій візуалізації, клавіатура, пристрій для читання SD карт пам'яті.

Повна версія статті