Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии

Подождите немного. Документ загружается.

типовых модуля: модуль центрального процессора СРU (Central Рrocessor

Unit), модуль системной интеграции SIM (System Integration Module),

модуль коммуникационного процессора (CPM–Communication Processor

Module). Структура коммутационного контроллера приведена на рис. 2.38.

Серия коммуникационных контроллеров МС68302, куда входят

контроллеры МС68LС302/302V, МС68ЕN302 и др., используют 16-

разрядный процессор 68ЕСООО и обладают малым энергопотреблением и

невысокой стоимостью, используются в телекоммуникационной

аппаратуре различного назначения. Контроллеры серии МС68360

являются дальнейшим развитием серии МС68302 и обладают более

высокой производительностью и расширенными функциональными

возможностями. Контроллер имеет 32-разрядную шину данных и 32-

разрядную шину адреса. В состав коммуникационного контроллера серии

МС68360 входят 32-разрядный процессор СРU32+ (33 МГц). Модуль

системной интеграции 51М60 реализует интерфейс с системной шиной. В

состав модуля входят генератор тактовых импульсов, контроллер

динамического ОЗУ, блок тестирования и отладки и др., а также

сторожевой таймер (watch-dod timer) и таймер прерываний. В состав моду-

ля СРМ входят RISС-процессор, 2-портовое ОЗУ и большой набор

периферийных устройств.

Рис. 2.38. Структура коммутационного контроллера

В состав периферийных устройств входят 4 связных

последовательных контроллера (SСС), 2 управляющих последовательных

контроллера (SМС), последовательный интерфейс SР1, параллельный порт

Centronics, 3 параллельных порта, обеспечивающих протоколы

квитированного и неквитированного обмена, четыре 16-разрядных

таймера.

Связные контроллеры обеспечивают выполнение различных

протоколов обмена, в том числе 802.3 Еthernet, UARТ, Тransparent и др.

Так, связные контроллеры SСС модели МС68ЕN360 реализуют протокол

обмена по локальным сетям Еthernet со скоростью обмена до 10 Мбит/с, а

также протокол Сentronics.

В коммуникационных контроллерах МРС8хх/82хх в качестве

процессора используется 32-разрядный RISC-процессор Роwег РС со

встроенными блоками кэш-памяти команд и данных. Коммуникационный

процессор СРМ и блок SIМ этих контроллеров обеспечивают повышенную

скорость обмена данными (до 100 Мбит/с по протоколу Fast Ethernet) и

более высокую производительность. Тактовая частота процессора – 80

МГц.

Серия МРС82хх является следующим поколением коммуникационных

контроллеров на базе RISС-процессора Роwег РС, тактовая частота

которого повышена до 200 МГц, увеличено число последовательных

каналов в блоке СРМ, введен контроллер шины РСI.

Коммуникационные контроллеры МС68ЕN360/ЕN360V имеют

интерфейсы RS232, RS-485, Еthernet, Flash-память до 4 Мбайт, SRАМ и др.

Коммуникационные процессоры позволяют организовать обмен данными

по сети между программируемыми контроллерами, станциями ввода-

вывода, рабочими станциями и др. интеллектуальными устройствами.

Связь осуществляется по способу «точка-точка» (РРI – Рoint-to-Point

Interface) для подсоединения одного устройства к другому или связь по

сети, обеспечивающая обмен данными между абонентами сети. Корпус

коммуникационного модуля выполнен из пластмассы или металла и кре-

пится к стойке с помощью винтовых разъемов или специальной системы

соединения, как правило, аналогичной системе крепления других модулей

на стойку контроллера. Модуль также имеет разъем для подключения на

внутреннюю шину контроллера.

Коммуникационный контроллер выполняет все необходимые операции

по формированию прерываний, обмену данными по сети и по внутренней

шине контроллера. Некоторые модули предназначены для соединения

различных сетей, в этом случае контроллер выполняет операции по

преобразованию протоколов. Вид разъема, устанавливаемого на модуле,

зависит от типа сети. Например, стандартный СОМ-порт предназначен для

соединения с помощью последовательных интерфейсов КS232, RS-

422/485. Для соединения с помощью промышленного Еthernet

используется стандартный разъем RJ-45.

С развитием Интернет-технологий все чаще в контроллерах

используются интерфейсные модули Еthernet, подсоединенные к web-

серверу, благодаря чему Internet-данные, передаваемые по протоколам

Еthernet, ТСР/IР, преобразуются в форму, понятную контроллеру. Web-

сервер находится либо внутри центрального процессора ПЛК, либо на

отдельной плате, установленной на кросс-панели. Объема памяти

отдельного модуля достаточно для хранения нескольких Web-страниц

повышенной сложности. Таким образом, многие функции становятся

доступными через Internet, в том числе детальная диагностика системы

управления, просмотр данных реального времени, модификация данных

приложения, отображение данных ПЛК в виде мнемосхем, графиков,

таблиц на Web-страницах и пр.

Конфигурирование и программирование коммуникаций контроллера

осуществляется с помощью специального программного обеспечения,

обычно поставляемого фирмой-производителем вместе с контроллером. В

табл. 2.21 представлены данные коммуникационных модулей различных

фирм.

Таблица 2.21

Данные коммуникационных модулей

CP 343-

(Simatic

S7-300

Siemens 1 x Profibus-DP 12 Мбит/с -

1756-DNB

(ControlLogix)

Allen-

Bradley

1 x DeviceNet 125, 250 или 500

Кбит/с

IC697CMM742

(Series 90-70)

GE Fanuc

1x Ethernet 10/

100BaseT

10/100 Мбит/с -

ADAM -5090 Advantech 4xRS-232 50 бит/с…

115,2 Кбит/с

ADAM -5090 Advantech 3xRS-232, 1xRS-485,

1x Ethernet 10/

115,2 Кбит/с,

0/100 Мбит/с

ADAM 8208-

1DP01

Advantech Profibus-DP Master 9600 бит/с… 12

Мбит/с

Тип модуля (ПЛК) Фирма Интерфейс Скорость

обмена

«Шина»

140 NOE 771 00

(TSX Quantim)

Schneider

Electric

1x Ethernet 10/

100BaseT,

1×100BaseFX

10/100 Мбит/с -

140 CRP 811 00

(TSX Quantim)

Schneider

Electric

1xProfibus-DP,

1xRS232C, 1xRS-485

12 Мбит/с;

19,2 Кбит/с

ADAM 8253-

1DP00

Advantech Profibus-DP Slave 9600 бит/с… 12

Мбит/с

ADAM- 4581 Advantech 1xRS-232/RS-485,

GSM-модем

115,2 Кбит/с -

750-815 WAGO Modbus RS-485 115,2 Кбит/с -

FP2-MW Matsushita MEWNET-W 500 Кбит/с

РСМ-3601 Advantech Факс-модем 56 Кбит /с (V.90) РС/104

РА 7200 АDDI-

DATА

1 х САN 1.2,

1 х RS232/RS-485

1Мбит/c;

115,2 Кбит /с

Кбит/с

1SА

EMERALD-

MM/8

Diamond

Systems

4/8 x RS232/RS-485 115,2 Кбит /с РС/104

FВС Fastwell Рrofibus DP, Р

rofibus

FMS;

2 × RS232/ RS

485

12 Мбит/с;

115,2 Кбит/с

РС/104

РС96-АRС-1 Lippert 1хАгсNеt 2,5 Мбит/с АТ96

РС96-САN-1 Lippert 1xСАN 1 Мбит/с АТ96

2.8.2.4. Модули специального назначения

К числу специальных (функциональных) модулей относятся модули

позиционирования, счетчики, модули взвешивания, модули часов

реального времени и памяти, вычислительные, логические и

диагностические модули, модули энкодера, технического зрения, одно- и

двухканальные модули барьеров искробезопасности, модули мезонинных

плат, модули питания и др.

Модуль позиционирования используется при автоматизации

процессов перемещения изделий в различных отраслях промышленности,

будь то упаковка изделий, производство автомобилей, робототехника,

складское хранение или движение товаров от начальной до конечной

позиции. При увеличении степени автоматизации предприятий

критической становится возможность координации работы различных

перемещающих устройств, дистанционное изменение программ движения

и получение информации о состоянии продукции. Оборудование для

управления перемещением должно обеспечивать гибкость и высокую

точность, что возможно только при использовании цифровых

сервоустройств. Для обеспечения быстроты и простоты связи, настройки и

эксплуатации необходима интеграция устройств перемещения с

контроллерами в целом. Устройства для управления серводвижением

включают контроллеры, приводы, двигатели и различную арматуру.

Модули позиционирования имеют возможность простой связи с

программируемым контроллером для согласования работы

инструментального и транспортного оборудования, обеспечивая высокую

производительность при автоматизации предприятий.

Модули позиционирования работают в следующих режимах:

— установка скорости движения и торможения;

— абсолютный пошаговый режим: координаты точек позиционирования

задаются в виде абсолютных координат, сохраняемых в памяти в

табличной форме;

— относительный пошаговый режим: перемещение определяется

пройденным путем;

— режим контрольных точек: выполнение операций синхронизации при

прохождении контрольных точек.

Дополнительные функции: смещение нуля, установка контрольных

точек, удаление информации о пройденном пути.

2.8.3. Программное обеспечение АСУ ТП

2.8.3.1. Языки программирования ПЛК по стандарту IЕС 61131-3

Языки программирования микроконтроллеров описаны в стандарте

Международной электротехнической комиссии IЕС 61131-3. Причинами

разработки стандарта послужили два основных фактора: большое

количество разнородных языков программирования (каждый изготовитель

в комплекте с ПЛК поставлял свои программные средства его

программирования) и сложность получаемых программ для чтения и

редактирования (зачастую в случае обнаружения неточности в программе

или необходимости ее корректировки разобраться в ней и изменить ее мог

только автор). В этом стандарте описаны два текстовых языка (IL – Список

инструкций и SТ – Структурированный текст), два графических языка (LD

– Язык диаграмм лестничной логики и FBD – Язык диаграмм

функциональных блоков), а также язык графических схем SFС (Язык

последовательных функциональных схем).

Стандарт IЕС 61131-3 не устанавливает правил взаимодействия

программного обеспечения, поставляемого изготовителем, что позволяет

повысить гибкость представления и сделать программирование более

удобным для пользователя.

2.8.3.2. Объекты адресации языков программирования ПЛК

Прежде чем приступить к более или менее детальному описанию

языков программирования, устанавливаемых стандартом IЕС 61131-3,

следует рассмотреть основные логические объекты, которыми оперируют

эти языки и соответствующие им физические переменные.

В предыдущих разделах было подробно рассмотрено назначение и

устройство ПЛК как основного управляющего элемента в составе АСУТП.

Из ранее изложенного следует вывод, что направленность ПЛК на

управление технологическими процессами, выражающаяся прежде всего в

наличии в его комплектации множества разнообразных

коммуникационных модулей, требует специфического программного

обеспечения, предназначенного для разработки управляющих программ.

Поскольку большинство задач управления реальными промышленными

объектами требует не столько большого объема математических

вычислений, сколько значительного количества логических операций,

совершаемых над информационными сигналами, получаемыми по

различным каналам от датчиков технологических параметров, основное

внимание в программном обеспечении ПЛК уделяется организации опроса

модулей ввода дискретных и аналоговых информационных сигналов, их

логической обработке и формированию управляющих решений с выдачей

последних на соответствующие модули вывода.

Основные объекты адресации языков программирования ПЛК

представляют собой либо биты, соответствующие дискретным логическим

переменным, либо слова того или иного формата, соответствующие

числовым данным.

Объекты-биты имеют длину, соответствующую одному разряду,

принимают значения 0 или 1 и соответствуют либо дискретным сигналам

ввода/вывода, либо результатам выполнения тех или иных логических

операций (0 соответствует понятию «ложь», 1 - понятию «истина»).

— Биты ввода/вывода. Эти биты являются «логическими

отображениями» электрического состояния ввода-вывода. Они хранятся в

памяти данных и обновляются на каждом сканировании задачи, в которой

они сконфигурированы.

— Внутренние биты. Внутренние биты %Мi используются для

хранения промежуточных состояний во время выполнения программы.

— Системные биты. Системные биты с %S0 до %S127 следят за

корректностью операции ПЛК в процессе работы программы приложения.

— Биты функциональных блоков. Биты функциональных блоков

соответствуют выходам специальных программных блоков, разработанных

программистом. Эти выходы могут быть подсоединенными

непосредственно (физически) либо использоваться как объекты.

— Биты, выделяемые из слова. Используя программное обеспечение,

можно выделять один из 16 битов из объекта типа «слово» (WORD).

Объекты-слова имеют различную длину и позволяют описывать

числовые данные.

— Байт. Этот формат имеет длину 8 бит и используется исключительно

для операций над символьными строками.

— Слово одинарной длины. 16-битные слова могут содержать

алгебраическую величину в диапазоне от -32 768 до 32 767.

— Слово двойной длины. 32-битные слова могут содержать

алгебраическую величину в диапазоне от -2 147 483 648 до 2 147 483 647.

Эти слова хранятся в памяти в виде двух последовательных слов

одинарной длины.

— Слова с плавающей точкой используются при выполнении

некоторых математических операций.

Адресация переменной величины в стандарте IЕС 61131-3

осуществляется следующим образом. Сначала записывается символ

стандарта %, затем тип объекта (ввод, вывод или др.), затем формат

объекта (бит или слово), после чего адрес (номер корзины, номер модуля,

номер канала – для величин ввода/вывода или номер регистра – для

внутренних переменных ПЛК).

2.8.3.3. Язык Ladder Diagram (LD)

Язык LD представляет собой графическую интерпретацию процесса

разработки релейно-контакторных схем управления. Первоначально на

языке LD программировались контроллеры производства компании Аllen

Bradley. Ввиду его удобства и значительного количества пользователей,

обладающих навыками проектирования логических систем на базе реле и

контакторов, язык LD был введен в стандарт IЕС 61131-3 и в настоящее

время является одним из наиболее распространенных языков

программирования ПЛК. Этот язык наиболее удобен для

программирования небольших задач дискретной логики, поэтому многие

контроллеры младших классов имеют язык LD в качестве основного для

разработки программ управления.

Программы, написанные на языке LD, состоят из последовательности

ступеней, которые выполняются ПЛК последовательно, слева направо.

2.8.4. SCADA-системы в распределенных системах управления

Современные распределенные системы управления (РСУ)

характеризуются территориальной и функциональной распределенностью

систем сбора данных и управления. Контроль хода технологического

процесса и управление низовой автоматикой осуществляется оператором с

автоматизированного рабочего места оператора (АРМ-оператора) или

операторской станции, состоящей, как правило, из цветного графического

дисплея с клавиатурой, установленных в операторском помещении. При

необходимости установки АРМ-оператора в цеху используются

промышленные рабочие станции со встроенной клавиатурой или

выполненной в пыле-, влагозащищенном исполнении.

Представление данных в реальном масштабе времени о ходе

технологического процесса, визуализация процесса в виде мнемосхем,

составление отчетов и графиков, сигнализация отклонений параметров и

другие функции осуществляются с помощью специального программного

обеспечения SCADA-систем. SCADA-система (Supervisory Control And

Date Acquisition – система сбора данных и оперативного диспетчерского

управления) разрабатывалась как универсальное многофункциональное

программное обеспечение систем верхнего уровня, позволяющее опера-

тивному персоналу наиболее эффективно управлять технологическим

процессом. По мере развития программных и аппаратных средств

наблюдается применение SCADA-систем на нижнем, контроллерном

уровне, о чем будет сказано ниже.

Основные функции, выполняемые практически любой из многих

представленных на рынке промышленной автоматизации SCADA- систем:

Сбор данных о параметрах процесса, поступающих от контроллеров

или непосредственно от датчиков и исполнительных устройств (значения

температуры, давления и др. параметров, положение клапана или вала

исполнительного механизма).

Обработка и хранение (архивирование) полученной информации. Под

обработкой информации понимается выполнение функций фильтрации,

нормализации, масштабирования, линеаризации и др. для приведения

данных к нужному формату.

3. Графическое представление в цифровой, символьной или иной

форме информации о ходе технологического процесса. Это может быть

динамизация значений переменных, представление значений переменных в

виде графиков в функции времени (трендов), гистограмм и др.

4. Сигнализация изменений хода технологического процесса,

особенно в предаварийных и аварийных ситуациях в виде системы

алармов. При этом может осуществляться регистрация действий

обслуживающего персонала в аварийных ситуациях.

5. Формирование сводок, журналов и др. отчетных документов о

ходе технологического процесса на основе информации, собранной в

архивах.

6. Формирование команд оператора по изменению параметров

настройки и режима работы контроллеров, исполнительных устройств

(пуск-останов, открытие-закрытие и др. функции).

7. Автоматическое управление ходом технологического процесса в

соответствии с имеющимися в SCADA-системах алгоритмами управления

(ПИ-, ПИД-регулирование, позиционное, нечеткое регулирование и др.).

Данные функции рекомендуется использовать для решения задач

невысокого быстродействия.

Таким образом, SCADA-системы являются мощным инструментом

для разработки ПО верхнего уровня АСУ ТП. При этом от разработчика не

требуется больших знаний в области программирования на языках

высокого уровня.

Наиболее распространенные на сегодняшний день SCADA-системы

для РСУ представлены в табл. 2.22.

Таблица 2.22

SCADA-системы

№ п/п Наименование Фирма-производитель

1 2 3

1 InTouch «Wonderware», США

2 Genesis32 «Iconics», США

3 iFIX «Intellution», США

4 Trase Mode «AdAstra», Россия

5 Real Flex «BJ Software Systems (BJSS)», США

Окончание табл. 2.22

1 2 3

6 Cimplicity «GE Fanuc», США-Япония

7 WinCC «Siemens», Германия

8 Citect «CI Technology», Австралия

9 IMAGE «Numpha Soft», Финляндия - Россия

10 MasterSCADA «ИнСАТ», Россия

11 VNS «ИнСАТ», Россия

12 КРУГ 2000 «КРУГ», Россия

13 WizFactory «PC Soft International Inc.», США-Израиль

14 Elipse Windows «Elipse Software LTDA», Бразилия

15 Genie 3.0 «Advantech»,Тайвань

16 MOSCAD «Motorola», США

17 СКАТ-М «Центрпрограммсистем», Россия

18 КАСКАД АО «Элара», Россия

19 VIORD

microSCADA

«ФИОРД», Россия

20 Phocus «Jade Software», Россия

21 МИКСИС

(MIKSys)

«МИФИ», Россия

Рассмотрим кратко характеристики SCADA-систем, используемых в

распределенных системах управления.

SCADA-система InTouch («Wonderware», США). Программное

обеспечение InTouch является объектно-ориентированным

человекомашинным интерфейсом (НМI – Нuman Machine Interface) для

процессов сбора данных и управления. НМI позволяет контролировать и

управлять объектами и системами, используя графические объекты.

Основные функции НМI: отображение параметров объекта управления;

отображение текущих и исторических трендов; отображение и регистрация

аварийных сигналов. Средства объектно-ориентированного

проектирования позволяют создавать динамические изображения,

поддерживают их вращение, дублирование, копирование, вставку,

стирание и др. операции. Анимационные связи поддерживают работу с

дискретными, аналоговыми и строковыми переменными, горизонтальными

и вертикальными движками и кнопками, а также связаны с размером и

цветом текста, его местоположением, вращением и мерцанием.

InTouch содержит полную библиотеку мастер-объектов (Wizard),

включающую предварительно сконфигурированные вспомогательные

средства – переключатели, ползунковые регуляторы, счетчики (рис. 2.29).

Возможно создание собственных мастер-объектов применительно к

конкретной системе. Приложение Productivity текста (SТ) по стандарту IЕС

61131-3. Поддерживается технология АctiveХ (ПИ-, ПИД-регуляторы,

нечеткая логика и др.). Также допускается программирование с

использованием традиционных языков программирования. Встроенный

менеджер проектов позволяет организовать приложения по проектам,

редактировать все программы в рамках одного проекта, присваивать

приоритеты на управление разным задачам. InControl поддерживает

различные промышленные интерфейсы и сети – Profibus, DeviceNet,

Interbus, DDЕ, SDS, Internet и др. Подобно другим компонентам, Factory

Suite In Control через набор мастер-объектов интегрируется с InTouch.

Пакет InTrack – система управления производственными процессами:

от закупки сырья, материалов и комплектующих до выпуска готовой

продукции. Различные схемы производственных процессов создаются в

специальном графическом редакторе и включают мастер-объекты, среди

которых есть производственные цепочки, материальные ресурсы,

продукты и пр. Таким образом, в рамках одной прикладной программы

совмещаются функции SCADA-системы и МЕS-системы (Мanufacturing

Execution System – производственная исполнительная система). Ис-

пользование DDЕ-обмена и ОLE-технологии позволяют организовать связь

с устройствами ввода-вывода, а также с системами верхнего уровня МRР

(Мanagement and material Resource Planning – система планирования

ресурсов предприятия). InTrack включает в себя, подобно InTouch, тэги,

текущие и исторические тренды, алармы, сценарные функции и мастер-

объекты. За счет встроенных функций открывается возможность

автоматизации задач учета, планирования и диспетчеризации произ-

водства.