Головна

PC-сумісні контролери

  1. Дисплеї. графічні контролери
  2. Контролери (адаптери) зовнішніх пристроїв.
  3. Контролери і модулі віддаленого вводу-виводу серії I-7000
  4. Контролери на базі персональних комп'ютерів (ПК)
  5. Локальні програмовані контролери.
  6. Мікроконтролери серії PIC16

До останнього часу роль контролерів в АСУ ТП в основному виконували програмовані логічні контролери - ПЛК (PLC - Programmable Logic Controller) зарубіжного і вітчизняного виробництва [15]. Найбільш популярні в нашій країні ПЛК таких зарубіжних виробників, як Allen-Braidly, Siemens, ABB, Modicon, і такі вітчизняні моделі, як «Ломіконт», «Ремиконт», «Мікродата», «Емікон». У зв'язку з бурхливим зростанням виробництва мініатюрних PC-сумісних комп'ютерів останні все частіше стали використовувати в якості контролерів, причому ця тенденція безпосередньо пов'язана з концепцією OMAC (Open Modular Architecture Controls) - відкритої модульної архітектури контролерів.

Такі РС-сумісні контролери отримали назву SofPLC. Ця назва свідчить про те, що більшість функцій звичайних PLC, які вирішувалися на апаратному рівні, в цих контролерах можуть вирішуватися за допомогою програмного забезпечення.

Перша і головна перевага PC-контролерів пов'язано з їх відкритістю, тобто з можливістю застосовувати в АСУ ТП найсучасніше обладнання, тільки-тільки з'явилося на світовому ринку, причому обладнання для PC-контролерів зараз випускають вже не десятки, а сотні виробників, що робить вибір досить широким. Це дуже важливо, якщо врахувати, що модернізація АСУ ТП йде поетапно і займає тривалий час, іноді кілька років. Користувач АСУ ТП вже не знаходиться у владі одного виробника (як у випадку з PLC), який нав'язує йому свою волю і змушує застосовувати тільки його технічні рішення, а сам може зробити вибір, застосовуючи ті підходи, які в даний момент його найбільше влаштовують. Він може тепер застосовувати в своїх системах продукцію різних фірм, стежачи тільки, щоб вона відповідала певним міжнародним чи регіональним стандартам. Друга важлива перевага PC-контролерів полягає в тому, що в силу їх «спорідненості» з комп'ютерами верхнього рівня не потрібні додаткові витрати на підготовку професіоналів, які забезпечують їх експлуатацію. Цю роботу можуть з успіхом виконувати (і це підтверджується на практиці) фахівці, що забезпечують експлуатацію комп'ютерів верхнього рівня. Це дозволяє скоротити терміни впровадження систем управління та спрощує процедури їх експлуатації, що в кінцевому рахунку призводить до загального зниження витрат на створення або модернізацію АСУ ТП.

Контролер на базі персонального комп'ютера - PC-сумісний контролер, крім виконання функцій, характерних для PLC, володіє великими можливостями [16]. Так, наприклад, на нього можна покласти функції роботи з мережами, інтерфейсу людина-машина, підтримку різних баз даних і більш дружнього інтерфейсу користувача. Таким чином, РС-контроллер можна вважати РС-сумісній програмованої PLC-системою, яка виконує строго певну задачу, але з можливістю гнучкого її перепрограмування.

РС-сумісні контролери умовно можна розділити на локальні і розподілені (модулі введення-виведення розташовуються поза корпусом контролера).

Локальні РС-сумісні контролери складаються з процесорної плати з вбудованими функціями роботи з диском, клавіатурою і монітором, блоку живлення під різні вхідні напруги і плат збору даних, які забезпечують введення-виведення аналогових і цифрових сигналів. По суті, це звичайний комп'ютер в компактному виконанні, що забезпечує всі функції персонального комп'ютера з додаванням специфічних можливостей, які характерні для промислового контролера. Серед них:

- Наявність сторожового таймера для перезапуску системи при збої, з програмованим інтервалом перезапуску;

- Можливість роботи з флеш-пам'яттю (в даний час спостерігається тенденція до зниження вартості Flash-дисків);

- Розширені функції роботи з шиною ISA для збільшення навантажувальної здатності шини, що дозволяє встановлювати в контролері до 20 плат розширення (їх кількість буде обмежена адресним простором комп'ютера);

- Висока інтеграція елементів і відповідно малий розмір плат (наприклад, плата Wafer фірми ICP розміром з 3,5-дюймовий флоппі-диск має всі необхідні функції для роботи з диском, монітором і мережею);

- Наявність додаткової пам'яті розміром в 1 кбіт для зберігання критичних даних, що дозволяє виключити несанкціоновану заміну програмного забезпечення або самої процессорной плати;

- Додаткова шина РС / 104 для різних плат розширення з низьким енергоспоживанням;

- Можливість роботи тільки від одного напруги, деякі плати можуть працювати тільки від напруги +5 В. В основному це плати з процесором Intel 386 і 486.

Відповідно до вимог завдання можна вибирати і тип шини, на якій буде побудований контролер. Це шини ISA (16-розрядна, 8 МГц), PC / 104 (8- і 16-розрядна), PCI (32-розрядна) або CompactPCI. Останнім часом інтенсивно розширюється область використання PC-контролерів, побудованих на основі шини VME. Кожен з цих варіантів забезпечений відповідним набором плат збору даних.

шина ISA широко поширена в задачах автоматизації, оскільки надійна в застосуванні і проста у використанні. Є широкий вибір плат збору даних. Система, побудована на цій шині, в більшості випадків задовольняє вимогам до завдань, що вирішуються в промисловості, оскільки такі завдання не вимагають великих швидкостей обробки даних. У контролерах цієї серії застосовуються процесори від Intel 386 до Intel Pentium.

шина EISA, PCI. При вирішенні завдань, пов'язаних з обробкою високочастотних сигналів, як в лабораторних, так і в промислових умовах правильніше зупинити свій вибір на платах збору даних в стандарті PCI. Сучасні пасивні шини з встановленими активними мостами PCI-PCI дозволяють встановлювати до 17 PCI-плат розширення в комп'ютер. У сукупності з процесорними платами на базі Pentium, Pentium II / III такий контролер зможе вводити і обробляти сигнали частотою більше 100 кГц, наприклад, проводити аналіз спектра високочастотних сигналів в реальному часі. Така платформа найбільш підходить для створення промислових серверів різного рівня і наукових комп'ютерних стендів. Завдяки вдалому технічному рішенню, в даний час набула поширення гібридна шина ISA і PCI - PCISA. Вона дозволяє використовувати в половинному розмірі материнські плати з високопродуктивними процесорами. Таким чином, можна без проблем модернізувати вже існуючі системи з шиною ISA, отримуючи можливість використовувати в тому ж конструктиві новітні процесорні і периферійні плати з шинами ISA і PCI.

шина PC/104 є аналогом 16-бітної шини ISA. Плати в цьому стандарті мають мале споживання і, відповідно, низьку навантажувальну здатність по шині, тому їх кількість в контролері обмежена 4 - 5 платами. Надійний штирьовий роз'єм, що дозволяє з'єднувати плати в етажерку і кріпити їх по кутах, робить конструкцію контролера жорсткої і надійної. Такий контролер не вимагає додаткового охолодження. Хоча в цьому стандарті існують і плати з більш високопродуктивними процесорами, найбільшого поширення набули плати на процесорі 386 і 486. Шину РС / 104 використовують при необхідності установки контролера в малий обсяг, який дозволить застосовувати активну вентиляцію плат, наприклад, коли необхідно вбудувати комп'ютерну систему всередину різної апаратури.

Якщо необхідні високі швидкості обробки даних в важких виробничих умовах, краще застосовувати контролери на шині CompactPCI (Це аналог шини PCI). Такий контролер можна встановити в промислову 19-дюймову стійку, причому конструкція корпусу дозволяє мати доступ до керуючих платам як з передньої, так і з задньої панелі комп'ютера, що значно полегшує обслуговування і прискорює заміну плат. Сама шина на відміну від ножової PCI-шини, виконана в більш надійному Штирьовий виконанні. Більш жорстке кріплення плат в корпусі, хороша вентиляція, а також виконання корпусу в настільному, настінному або стоєчном варіантах дозволяють використовувати їх в задачах вимірювання та тестування, промислової автоматики, телекомунікації та комп'ютерної телефонії.

Останнім часом часто використовується розподілена архітектура контролерних рівня АСУ ТП. У великих, просторово рознесених установках зростають витрати на кабельні з'єднання і чутливість до перешкод. Тому контролери, що володіють невеликою кількістю входів-виходів, розташовують у безпосередній близькості від конкретних датчиків і виконавчих механізмів, при цьому кожен контролер управляє своєю ділянкою процесу. Контролери зв'язуються між собою і координуючим майстер-контролером або комп'ютером промислової мережею. При реалізації розподілених АСУ ТП широко використовуються також інтелектуальні модулі вводу-виводу (модулі УСО), які встановлюються в безпосередній близькості до датчиків і виконавчих механізмів. Зв'язок віддалених модулів УСО з керуючим контролером також здійснюється за допомогою промислової мережі.

Гнучкість логічної і фізичної архітектури керуючих контролерів дозволяє організувати гнучку схему управління процесом. Керуючі контролери можуть нести основне навантаження з управління процесом, видаючи на верхній рівень тільки «довідкову» інформацію, а можуть бути лише передавальною ланкою між комп'ютером і конкретними елементами управління технологічним процесом. Сучасні керуючі контролери здатні взяти на себе управління яким завгодно за величиною процесом, з будь-якої необхідної швидкістю і точністю.

1.3.3. Комутатори, концентратори, інтегратори

В сучасних економічних умовах внаслідок фінансових труднощів більшість підприємств не може провести комплексну автоматизацію всього виробництва або його модернізацію. Доводиться вибирати найбільш слабке місце у виробництві і модернізувати саме його, при цьому забезпечуючи сумісність з існуючими працюють підсистемами АСУ.

На цьому етапі доводиться вирішувати такі завдання [17, 18]:

- Узгодження фізичних інтерфейсів і протоколів різних промислових мереж (Profibus, CANbus, Modbus, LonWork і ін.) І локальних мереж з їх базовими протоколами (TCP / IP, IPX / SPX, NetBios і т.д);

- Підтримка роботи модемів і радіомодемів для забезпечення взаємодії з віддаленими контролерами і підсистемами;

- Синхронізація взаємодії різних підсистем, забезпечення єдиного часу і адресації параметрів системи (при необхідності формування бази даних системи);

- Забезпечення взаємодії з SCADA-системами, СУБД і людино-машинними інтерфейсами верхнього рівня.

Ці завдання вирішуються з використанням різного роду комутаторів, концентраторів і інтеграторів [18]. Їх апаратне і програмне оснащення в залежності від виконуваних функцій може варіюватися в широкому діапазоні від недорогого контролера, що виконує роль шлюзу для кількох промислових мереж, до великого сервера з широким набором функцій, що об'єднує велику кількість неоднорідних підсистем.

Мал. 1.6. комунікаційний сервер

комунікаційний сервер (Сервер-шлюз, комутатор). Основні функції серверів цього типу - підтримка різних промислових і локальних мереж і забезпечення транспорту даних з однієї мережі в іншу (рис. 1.6). Як правило, вони використовуються в тих випадках, коли є підсистеми з різними промисловими мережами, де немає необхідності вести додаткову обробку даних, а досить лише організувати взаємодію підсистем за допомогою прозорої передачі даних з однієї підсистеми в іншу.

Мал. 1.7. концентратор

концентратор (Сервер даних) включає в себе функції комунікаційного сервера, виконуючи при цьому такі додаткові функції, як збір і первинна обробка даних від групи контролерів нижнього рівня, а також забезпечує інформаційний канал до систем верхнього рівня (архівування та візуалізація даних) (рис. 1.7) .

інтеграційний сервер забезпечує інтеграцію різних підсистем в єдину АСУ ТП. Це повнофункціональні сервери, найбільш потужні серед всіх типів серверів по апаратному та програмному оснащенню. Вони включають в себе функції комунікаційного сервера і концентратора. Крім того виконують широкий набір спеціальних функцій з обробки даних, реалізують комплексні алгоритми управління, забезпечують синхронізацію роботи підсистем і підтримку єдиного часу в системі та ін. (Рис. 1.8).

 Мал. 1.8. інтеграційний сервер

1.3.4. Програмне забезпечення ПТК

Програмне забезпечення ПТК розділяється на системне і прикладне.

Системне програмне забезпечення складають операційні системи реального часу (ОС РВ) контролерів і робочих станцій (пультів оператора). На відміну від звичайних (офісних) операційних систем операційні системи реального часу забезпечують гарантоване час доступу до комп'ютерних ресурсів і реакції системи на незаплановані зовнішні події і здатні підтримувати швидкоплинні технологічні процеси (близько мілі і мікросекунд). Найбільш широко поширені ОС РВ - OS9 / OS9000, QNX, VxWorks, LinxOS, VRTX, pDOS, pSOS +, RTOS-32. Останнім часом розширюється сфера застосування в якості систем реального часу операційних систем Windows NT з промислової надбудовою, Windows CE.

Прикладне програмне забезпечення (ППО) підрозділяється на [6]:

- ППО контролерів: непроцедурного технологічні мови, що дозволяють легко реалізовувати логічні операції; конфігуратор і бібліотека програмних модулів (модулі математичних функцій, первинної обробки інформації, регулювання). Особливостями ППО контролерів є: простота використання технологічних мов; наявність в бібліотеці модулів сучасних досконалих алгоритмів (алгоритми самонастроювання регуляторів, адаптивного управління, нечіткого регулятора і ін.). Деякі контролери можуть виконувати програми, написані на мовах високого рівня (C, Pascal, VB).

- ППО пультів операторів.

- Що включаються в ПТК за бажанням замовника пакети прикладних програм як загального призначення (статистична обробка інформації, експертна система підтримки прийняття управлінських рішень і т.п.), так і об'єктного (раціональне, а іноді оптимальне управління типовими процесами).

Розробка прикладного програмного забезпечення пультів оператора може здійснюватися двома шляхами: з використанням традиційних мов програмування (С ++, Pascal і ін.) Або з використанням існуючих готових інструментальних проблемно-орієнтованих засобів.

Процес створення ППО з нуля з використанням традиційних мов програмування для складних розподілених систем управління є неприпустимо тривалим, вимагає величезних витрат праці висококваліфікованих програмістів. Такий підхід з безпосереднім програмуванням щодо привабливий лише для простих систем або невеликих фрагментів великий системи, для яких немає стандартних рішень (наприклад, відсутня відповідний драйвер).

В даний час великого поширення при створенні програмно-технічних комплексів отримали пакети програм візуалізації вимірювальної інформації на дисплейних пультах операторів, які називаються конфігураторами пультів оператора, або SСАDА-програмами. SCADA - Це абревіатура терміну Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерське управління і збір даних. Останнім часом ці системи мають більш точну назву: MMI / SСАDА, де MMI (Man Machine Interface) визначає наявність людино-машинного інтерфейсу. Ці пакети дозволяють створювати повне високоякісне програмне забезпечення пультів оператора, що реалізуються на різних різновидах персональних комп'ютерів і робочих станцій комп'ютерних мереж [19 - 22]. До середини 80-х років фірми, що випускають мікропроцесорні системи управління, розробляли свої власні, закриті SСАDА-програми, призначені тільки для середовища даної системи. Cо другої половини 80-х років ряд зарубіжних фірм, а з 90-х років і багато вітчизняних фірм стали розробляти універсальні і відкриті SСАDА-програми, які мають сукупність інтерфейсів, протоколів, драйверів, які можна використовувати для широкого класу різноманітних мікропроцесорних систем.

На російському ринку набули поширення кілька десятків SСАDА-програм, серед яких SIMATIC WinCC (Siemens, Німеччина), InTouch (Wonderware, США), CitectSCADA (Schneider Electric), Genesis (Iconics, США), iFIX (Intellution, США), Trace Mode (AdAstra, Росія), КРУГ-2000, DataRate (НПФ «КОЛО», Росія), MasterScada (InSAT, Росія).

Основні функції SСАDА-програм в частині розробки дисплейного пульта (інструментальний комплекс SСАDА) і в частині роботи пульта в реальному масштабі часу (виконавчий комплекс SСАDА) наступні [19, 23]:

- Збір поточної інформації від контролерів або інших приладів та пристроїв, пов'язаних безпосередньо або через мережу з пультом оператора (в тому числі на основі стандартних протоколів DDE, OPC);

- Первинна (обчислювальна та логічна) обробка вимірювальної інформації;

- Архівування та зберігання поточної інформації і її подальша необхідна обробка;

- Уявлення поточної і історичної інформації на дисплеї (реалізація динамізувати мнемосхем, гістограм, анімаційних зображень, таблиць, графіків, трендів);

- Виділення аварійних і передаварійних ситуацій з автоматичною генерацією сигналів тривоги;

- Створити й надіслати команд і повідомлень оператора в контролери та інші пристрої системи;

- Реєстрація всіх дій оператора (ручний запуск процесу, аварійний останов, зміна настроювальних параметрів системи
 і т.д.);

- Реєстрація всіх помилок і подій всередині системи управління (апаратні тривоги, помилки роботи мережі і т.д.);

- Захист від несанкціонованого доступу та надання різних прав користувачам під час роботи з системою;

- Друк звітів і протоколів довільної форми в задані моменти часу, уявлення і запис аварійних ситуацій в моменти їх виникнення;

- Рішення прикладних програм користувача і їх взаємозв'язок з поточної вимірюваної інформацією і управлінськими рішеннями;

- Інформаційні зв'язку з серверами і іншими робочими станціями через різні мережеві структури.

Використання SCADA-систем дозволяє істотно підвищити ефективність виробничого процесу за рахунок:

- Більш точного дотримання технологічних нормативів і регламенту, і як наслідок, зменшення відсотку браку і стабілізації якості продукції;

- Мінімізації рутинних дій диспетчера або оператора, концентрації його уваги на формулюванні точних і ефективних рішень з управління процесом;

- Усунення або мінімізації помилок, що допускаються операторами за рахунок додаткового програмного контролю правильності формування команд дистанційного керування;

- Автоматичного виявлення аварійних і передаварійних ситуацій, гарантованого оповіщення про них;

- Зниження простоїв обладнання, викликаних нерівномірним завантаженням виробничих потужностей;

- Своєчасної генерацією звітів і надання повної необхідної інформації керівному персоналу;

- Аналізу факторів, що впливають на якість готової продукції.

технологія ОРС

На сучасних виробничих підприємствах, поряд зі збільшенням ступеня автоматизації технологічних процесів, збільшується кількість електронних систем обробки даних верхнього рівня ієрархії [24].

У системах управління технологічними процесами сьогодні широко застосовуються численні програмні рішення (наприклад, SCADA) самих різних виробників, причому робота цих програмних систем базується на постійному обміні даними з компонентами системи автоматизації (контролерами, модулями УСО
 і т.д.). Можливість такої взаємодії забезпечується виробниками цих програмних рішень шляхом самостійної розробки ними драйверів, які інтегруються в вищеназвані програмні пакети. Такий підхід, як правило, веде до наступних проблем:

- Збільшення витрат: повинні розроблятися окремі драйвери для кожного підтримуваного пристрою.

- Обмежена функціональність драйверів: розробником драйверів підтримуються не всі функції відповідного пристрою.

- Обмежені можливості розширення і зміни складу компонент системи автоматизації: внаслідок модернізації апаратної платформи драйвер або взагалі не може більше використовуватися, або може працювати нестабільно.

- Конфлікти доступу: різні програми не можуть одночасно здійснювати доступ до одних і тих же компонентів системи автоматизації, тому що звернення до даних здійснюється через власні драйвери, робота одного з яких в кожен момент часу блокує можливість роботи всіх інших.

Вирішити ці проблеми можуть виробники апаратних компонентів, розробивши власні драйвери, забезпечивши їх спеціальними стандартизованими інтерфейсами, щоб програми різних виробників програмного забезпечення могли їх без проблем використовувати.

Велика кількість програм в галузі промислової обробки даних реалізуються в даний час на базі персональних комп'ютерів під управлінням операційних систем сімейства Windows (Windows 95/98 / NT / 2000 / XP) фірми Microsoft. Для вирішення комунікаційних проблем фірмою Microsoft була запропонована технологія ОРС, що стала в даний час промисловим стандартом.

OPC (OLE for Process Control) - це стандарт взаємодії між програмними компонентами системи збору даних і управління (SCADA), заснований на об'єктної моделі COM / DCOM [25]. Технологія ОРС призначена для забезпечення:

- Універсального механізму обміну даними між датчиками, виконавчими механізмами, контролерами, пристроями зв'язку з об'єктом і системами уявлення технологічної інформації;

- Оперативного диспетчерського управління;

- Архівації даних системами управління базами даних.

Через інтерфейси ОРС одні додатки можуть читати або записувати дані в інші програми, обмінюватися подіями, повідомляти одна одну про нештатні ситуації (тривогах), здійснювати доступ до даних, зареєстрованих в архівах («історичні» дані). Ці додатки можуть розташовуватися як на одному комп'ютері, так і бути розподіленими по мережі. При цьому незалежно від фірми-постачальника стандарт ОРС, визнаний і підтриманий усіма провідними фірмами-виробниками SCADA-систем і устаткування, забезпечить їх спільне функціонування. Особливий клас ОРС-додатків є ОРС-сервери конкретних апаратних пристроїв - вони поставляються багатьма виробниками апаратних засобів. ОРС-сервер створює свого роду абстракцію апаратури, дозволяючи будь-якому ОРС-клієнту записувати і зчитувати дані з пристрою. Пристрій, для якого є ОРС-сервер, може використовуватися разом з будь-якої сучасної SCADA-системою.

Тепер розробників програмного забезпечення відпадає необхідність написання нових драйверів, якщо внаслідок модернізації деякої апаратної компоненти змінюється набір функцій доступу до її даними. Замовники отримують більшу свободу вибору при конфігуруванні і підборі апаратних засобів вирішення їх завдань автоматизації.

промислові мережі | Методи підвищення надійності ПТК


Глава 1 | Класифікація | Функціональний склад програмно-технічних комплексів | Основні особливості ПТК | Рівні ієрархії ПТК. Система управління на базі ПТК може складатися, в загальному випадку, з наступних ієрархічних рівнів. | Клієнт-сервер і резервуванням виділених серверів | Основні технічні характеристики ПТК | Технічне забезпечення ПТК | Пульти управління. Важливою ланкою в АСУ ТП на базі ПТК «КОЛО-2000» є оператор-технолог (машиніст, диспетчер і т.п.), робочим місцем якого є пульт управління (ПУ). | Системи і засоби передачі інформації |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати