Программно-технические средства интегрированных автоматизированных систем .

Применение контроллеров в ИАС

 

К программно-техническим устройствам относятся микропроцессорные контроллерные модули, модули ввода/вывода, операторские панели, коммутационные модули.

Рассмотрим основные технические характеристики котроллеров, по которым можно сделать выбор при проектировании ИАС:

1. производительность, определяемая характеристиками процессора;

2. диапазон обрабатывающих сигналов определяемых характеристиками каналов модулей ввода/вывода, поддерживаемых контроллерами;

3. коммуникация возможности для подключения к сети, к персональному компьютеру и к другим устройствам.

4. набор средств программирования (пакеты программирования, ОРС-серверы, программы собственных протоколов).

5. использование промышленных протоколов для интеграции контроллеров в систему автоматизации.

6. эксплуатационные характеристики.

1. К характеристикам процессора, определяющих производительность контроллеров, относятся:

- разрядность и рабочая частота (16-, 32-битные);

- объем различных видов памяти ОЗУ (RAM), ПЗУ (ROM), ППЗУ (PROM), флеш (Flesh);

- поддержка алгоритмов управления в масштабе реального времени с сетевыми протоколами (от 100 МГц и более).

2. Характеристика контроллера и диапазон обрабатываемых сигналов определяется количеством и уровнем коммутируемых сигналов, по способу подключения к МВВ и количеству вводы/вывода.

3. Коммуникационные возможности контроллеров определяются:

- количеством портов в процессорных модулях;

- количеством модельных модулей;

- поддерживаемым протоколом (скорость обмена данными) и протяженность каналов связи.

4. Программное обеспечение контроллеров.

Для программирования ПЛК используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандартом IEC61131-3

Классификация контроллеров

Классифицируют контроллеры по назначению следующим образом:

- телемеханические контроллеры, передающие сигналы на большие расстояния (десятки и сотни километров);

- противоаварийные контроллеры (резервированные, высоконадежные);

- общепромышленные контроллеры.

- встраиваемые контроллеры;

Телемеханические контроллеры, по определению предназначенные для сбора и передачи информации на большие расстояния, применяются при автоматизации технологических процессов и объектов нефтегазовой отрасли, находящихся на больших расстояниях друг от друга и функционирующих в условиях минусовых температур.

Противоаварийные контроллеры являются высоконадежными и отказоустойчивыми. Например, противоаварийные контроллеры серии Tricon используют тройное модульное резервирование, при котором каждый из трех идентичных каналов независимо обрабатывает сигналы параллельно с двумя другими. Специальные схемы и программное обеспечение мажоритарной выборки «два из трех» проверяют все цифровые входные и выходные сигналы, поступающие с объекта управления. Аналоговые входные сигналы обрабатываются по принципу выбора среднего значения. Поскольку каналы изолированы друг от друга, никакая неисправность в любом из каналов не может повлиять на другие каналы. Если в одном из каналов появляется неисправность, другие каналы заменяют его. Диагностика каждого канала, модуля, функциональной цепи обнаруживает ошибки функционирования и сообщает о них. Вся диагностическая информация об отказах и ошибках доступна оператору.

К особенностям контроллера Tricon, обеспечивающим высокую надежность системы, можно отнести: способность работать с тремя, двумя или одним главным процессором до отключения системы; полное тройное резервирование; «горячее» резервирование модулей ввода/вывода; всеобъемлющая система диагностики. Полный набор модулей ввода/вывода, дистанционный ввод/вывод на расстоянии до 12 км, простая замена модулей в рабочем режиме определяют их востребованность.

Самая широкая группа контроллеров в классификации по назначению -общепромышленные контроллеры. На мировом рынке средств и систем автоматизации представлены многие десятки и даже сотни фирм -производителей общепромышленных контроллеров. Среди семейств общепромышленных контроллеров имеются и малые (сотни вводов/выводов), и средние контроллеры (тысячи поддерживаемых вводов/выводов), и крупные контроллеры, имеющие адресное пространство на десятки и сотни тысяч переменных. Эти контроллеры предназначены для автоматизации промышленных объектов площадного типа. Расстояния от датчиков и исполнительных устройств до мест расположения контроллеров составляют десятки, сотни метров и даже километры. Контроллеры размещаются в отапливаемых помещениях, где гарантирована плюсовая температура. Поэтому требования к общепромышленным контроллерам с точки зрения условий эксплуатации (температуры окружающей среды) гораздо мягче по сравнению с телемеханическими контроллерами (от 0 до 60-70 °С).

Основной способ взаимодействия контроллеров с объектом, между собой и серверами и рабочими станциями - промышленные шины и сети кабельного типа (проводные, оптоволоконные).

Требования к общепромышленным контроллерам с точки зрения памяти, быстродействия, количества поддерживаемых вводов/выводов, интерфейсов могут быть самыми разными и определяются объектом автоматизации. Поэтому производители контроллеров выпускают семейства контроллеров различной мощности.

При разработке ИАС можно руководствоваться двумя подходами при выборе контроллера:

- использовать контроллер одного из специализированных производителей (например, Siemens, Allen Bredley, Omron и т.д.) или взять за основу контроллер с открытой архитектурой. В этом случае программирование контроллера осуществляется строго с использованием специализированного программного обеспечения, поставляемого производителем. Выбор дополнительных аппаратных средств и SCADA системы также ограничен из-за отсутствия совместимости с разработками конкурентов. Практически, это увеличивает затраты на стыковки различных систем, а также зависимость от номенклатуры одного производителя, что в некоторых случаях может привести к невозможности реализации специфичных задач.

- использовать контроллер с открытой (РС-совместимой) архитектурой. Проблемы совместимости становятся решаемыми. Во-первых, появляется возможность разработки любого программного протокола. Во-вторых, при отсутствии необходимого аппаратного модуля, он также может быть разработан, поскольку аппаратная архитектура такого контроллера тоже открыта. В качестве примера такого контроллера можно привести контроллеры фирмы Beckhoff. Использование контроллера с открытой архитектурой предоставляет широкое многообразие способов его программирования, не зависящих от конкретного производителя.

Рассмотрим серию устройств CX1000. Это модульная система, которую можно смонтировать на шину. Ее компоненты соединяются вместе и устанавливаются в шкаф управления или в распределительную коробку, в зависимости от требуемых функций

Рис.15 Модули контроллера серии CX1000

 

Модули серии CX1000 соединяются друг с другом стандартизированной шиной PC104 (16 бит). Некоторые компоненты серии – это модули, которые можно соединять в группы. Базовое устройство состоит из модуля ЦП (CX1000-0000) модуля электроснабжения (CX1100-000x). Дальнейшие системные интерфейсы для последовательного соединения (2x RS 232, и RS422, RS485), так же как и аудио-сигналы доступны отдельно.

Модуль ЦП доступен в нескольких вариантах. Это связано с:

– внутренней конфигурацией памяти: есть 2 варианта – или 16мб флэш/32 ОЗУ или 64мб флэш/128 ОЗУ. Последнее необходимо, если система оснащена Embedded Windows XP.

– конфигурацией системных интерфейсов: как вариант, можно добавить DVI и 2 USB интерфейса к Ethernet и RS 232, которые присутствуют по умолчанию.

– операционной системой: есть выбор между Microsoft Windows CE.NET и Embedded Microsoft Windows XP, – предустановленным программным обеспечением TwinCAT: CX1000 может быть установлен без системы TwinCAT, с TwinCAT CE PLC или с TwinCAT CE NC PTP, или с соответствующей полной версией индивидуального TwinCAT для ПЛК и Motion Control.

Доступны добавочные системные интерфейсы для последовательного соединения (2x RS 232, RS422, RS485).

Номенклатура добавочных модулей полевых интерфейсов для CX1000 добавляется с помощью соединения fieldbus для Profibus, CANopen, DeviceNet, SERCOS интерфейса и Lightbus, в версиях Master/Slave. Доступны следующие интерфейсы Fieldbus: Beckhoff Lightbus (master и slave), Profibus DP (master и slave), CANopen (master и slave), DeviceNet (master и slave) и SERCOS Interface (только master).