Solucions PLC obertes

Treball de Final de Carrera d'Enginyeria Tècnica d'Informàtica de Sistemes

Universitat Oberta de Catalunya

Juny 2006

Alumne: Oriol López LlauradóDirector del projecte: Roger Baig Viñas

Introducció:

En aquest treball:● S'exposa la necessitat de l'ús de solucions PLC

obertes i s'especifiquen els requisits que ha de complir una solució PLC per a què es pugui considerar veritablement oberta.

● Es presenten tres projectes de PLC obert, un d'ells, el que considerem més viable, amb una mica més de detall.

● S'exposen alguns factors claus dels quals depèn la implantació dels PLC oberts.

Objectius del treball

● Definir el concepte de PLC obert.

● Conèixer les principals iniciatives en aquest sentit.

● Posar aquesta informació a disposició dels professionals automatistes.

Abast● Només s'han tractat solucions per a sistema

operatiu GNU/Linux.

● La menció al maquinari és molt breu.

● Només es mencionen les xarxes de tipus Ethernet (notablemet sobre dimesionades per evitar col·lisions i no violar les condicions de RT).

● L'apartat sobre llenguatges de programació dels PLC remet a l'estàndard IEC-61131-3.

Motivació personal● He treballat durant anys com a formador en

programació de PLCs, on he pogut observar les dificultats per a:– Integrar sistemes propietaris de diferents fabricants.– Migrar projectes d'automatització d'un fabricant d'un

PLC propietari a un altre.– Reutilitzar el “know-how” entre PLCs propietaris de

diferents fabricants.● A través de la UOC he conegut el programari

obert, la qual cosa m'ha interessat en l'aplicació d'aquest programari en el món dels PLC per tal de resoldre els problemes esmentats.

Concepte previ: Què és un PLC

● Un PLC (Programmable Logic Controller) és un ordinador especialment dissenyat per al control de màquines i processos seqüencials, en temps real, i en un entorn industrial.

● No sol a disposar de disc dur (“embedded”). ● Disposa de perifèrics especials per a la

captació de senyals d'estat del procés i per a l'enviament de senyals de control del procés.

● Utilitza llenguatges de programació específics per a control de processos.

Necessitat:

Els fabricants de PLCs coneixen la necessitat que tenen els seus clients de sistemes oberts i presenten els seus productes propietaris com a sistemes oberts. Això fa necessari:– Clarificar què és un PLC obert i què no ho és. – Presentar alguns projectes de PLC oberts

actualment disponibles i comparar-los.

Definició de PLC obert● Té un maquinari estandarditzat, amb

connexions i fixacions estàndard.

● Utilitza protocols de comunicació estandarditzats.

● El seu sistema operatiu i el seu programari és de codi obert, independent del fabricant.

● El programa de control es pot introduir utilitzant llenguatges de programació estandarditzats.

El sistema operatiu per al PLC obert

GNU/Linux és una bona opció:● Per les seves prestacions, la seva àmplia difusió i

disponibilitat de documentació.● Per l'existència d'extensions RTLinux o RTAI per al

suport al temps real i per la seva provada capacitat com a sistema operatiu “embedded”.

● Per la disponibilitat de drivers per als perifèrics específics dels PLC (projecte Comedi) i pel suport als protocols de comunicacions més emprats en automatització.

● Per l'existència de projectes de PLC obert que ja l'utilitzen.

La xarxa per al PLC obert

Seguint la tendència actual en el món de l'automatització:

● A nivell físic i d'enllaç, Ethernet, amb adaptacions per al suport del temps real.

● A nivell de xarxa, IP.● A nivell de transport, TCP-UDP.● A nivell d'aplicació: Modbus/TCP, Ethernet/IP,

Profinet, etc.

El llenguatge de programació per al PLC obert

● Estàndard IEC 61131-3 de IEC, any 1992● Estandarditza els llenguatges de programació:

– Gràfics:● LD (Ladder Diagram, llenguatge de contactes).● SFC (Sequential Function Chart, similar a GRAFCET).● FBD (Function Block Diagram, diagrama de blocs

funcionals).– Textuals:

● IL (Instructions List, llista d'instruccions, similar a assembler).

● ST (Structured List, llista d'instruccions estructurada, similar a C).

El paquet de programació per al PLC obert.

● Cal que es tracti de programari obert.

● Cal que funcioni sobre GNU/Linux.

● Cal que permeti la introducció del programa de control en almenys algun dels llenguatges normalitzats per IEC 61131-3.

Alguns projectes interessants de PLC obert

● Projectes actualment sense suport per a temps real veritable:– OpenController– MatPLC

● Projecte amb suport per a temps real veritable:– ClassicLadder

Pel seu suport per a temps real veritable, actualment, ClassicLadder és, dels esmentats, el projecte més viable com a substitut dels PLC propietaris.

El projecte ClassicLadder● Iniciat el 2001 per Marc Le Dourain.● Hostatjat a:

http://www.sourceforge.net/projects/classicladder ● Llicència GPL.● Funciona sobre GNU/Linux.● Possibilitat de funcionament en temps real a

través de RTLinux o RTAI.● Suport per a sistemes “embedded”.● Suport de drivers Comedi.● Llenguatges de programació LD i SFC.

Algunes aplicacions interessants de ClassicLadder

● Aplicació a l'ensenyament amb el nom SimuladorPLC en el programari Linuxedu per a la distribució gnuLinex.

● Aplicació en el projecte SmartControl de la Universitat de Victoria del Canadà (un PC corrent ClassicLadder i unitats d'E/S distribuïdes de baix cost de disseny propi).

● Aplicació en el projecte MatPLC per dotar-lo d'editor gràfic del programa de control en llenguatges LD i SFC.

● Aplicació en el projecte EMC (Enhanced Machine Controller), un programari de codi obert per al control de màquines-eina, iniciat pel govern dels Estats Units, amb el patrocini de General Motors.

El futur del PLC obert● És probable que les solucions propietàries

comparteixin mercat amb les solucions obertes.

● És fonamental la difusió que es faci dels avantatges dels sistemes oberts i de la seva disponibilitat actual.

● Cal continuar treballant en la millora constant de projectes com ClassicLadder, sobretot en aspectes com:– Seguiment encara més fidel de l'IEC 61131-3.– Inclusió de nous drivers i protocols de xarxa.– Millora i ampliació de la documentació.

Conclusions● És avantatjós l'ús de solucions PLC obertes.● Aquestes utilitzen programari obert amb llicència GPL

o similar, sobre sistemes operatius oberts com GNU/Linux, suporten protocols de xarxa basats en Ethernet, i permeten la programació del PLC en llenguatges que segueixen l'estàndard IEC 61131-3.

● Un dels projectes més interessants i amb més possibilitats és ClassicLadder.

● La implantació del PLC obert ja és possible i dependrà de factors com la difusió de les solucions obertes i els seus avantatges entre els professionals automatistes.

Obertura de línies de treball per a futurs projectes en el camp dels

PLC oberts● Millora de l'adaptació de ClassicLadder a IEC-61131-

3, ampliació de drivers i protocols suportats, i millora i ampliació de la documentació.

● Elaboració de llibreries amb funcions usuals, projectes d'automatització basats en ClassicLadder, aplicacions en domòtica, disseny de panells d'operació oberts, projectes d'aplicacions distribuïdes, etc.

● Elaboració d'un portal del PLC obert de referència per als professionals del sector, amb informació sobre projectes, fabricants, distribuïdors, documentació, aplicacions, fòrums, etc.

Treballs futurs

Seguint la línia oberta per aquest TFC, seria interessant continuar l'exploració de l'aplicació de les solucions obertes en altres àmbits del món industrial:● Control de màquines-eina amb programari

lliure: el projecte EMC (Enhanced Machine Controller)

● Control de robots amb programari lliure: el projecte OROCOS (Open Robot Control Software)