Глава 4. УРОВЕНЬ НИЗОВОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ

РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Классификация и аппаратные средства промышленных контроллеров.

Основой уровня низовой автоматизации распределенных систем управления являются промышленные контроллеры и контроллерные сети (Рис. 1.1, 1.2). Контроллером в системах автоматизации называют устройство, выполняющее управление физическими процессами по записанному в него алгоритму с использованием информации, получаемой от датчиков и выводимой в исполнительные устройства. Предметная область автоматизации выдвигает множество задач, в соответствии с которыми развивается и рынок контроллеров при этом выпускаются сотни контроллеров, различающиеся десятками параметров. Обычно каждый производитель выпускает несколько типов контроллеров разной мощности и стоимости, чтобы увеличить прибыль за счет сегментирования рынка. Несмотря на огромное разнообразие выпускаемых контроллеров, в их развитии имеются общие тенденции: уменьшение габаритных размеров, расширение функциональных возможностей; использование идеологии «открытых систем»; переход на РС-совместимые контроллеры (PC-base), которые в настоящее время составляют отдельный класс программируемых контроллеров; наличие встроенных операционных систем на основе Windows (Windows 9x/NT/CE), использование стандартных системных шин; использование стандартного программного обеспечения; использование коммуникационных стандартов; наличие ОРС-сервера; использование языков программирования стандарта МЭК 61131-3; увеличение числа поддерживаемых интерфейсов и сетей; повышение интеллектуальных возможностей контроллеров, увеличение производительности процессора и объема оперативной памяти, использование Flash-памяти, выход в локальные сети Ethernet, Profibus, Canbus и другие, применение многозадачных систем реального времени; возможность простой реконфигурации каналов ввода-вывода; работа в широком диапазоне температур (от -40 ). Еще одной тенденцией является появление в контроллерах признаков компьютера (наличие мыши, клавиатуры, монитора, операционная система Windows, возможность подключения жесткого диска). Аппаратные различия между компьютером и контроллером постоянно исчезают. Основными отличительными признаками контроллера остаются его назначение и наличие технологического языка программирования. Базовые функции промышленных контроллеров представлены на рис. 4.1.

При классификации большого разнообразия промышленных контроллеров рассматриваются существенные различия. В зависимости от функциональных возможностей, технических характеристик, конструктивного исполнения контроллеров, от расположения модулей ввода-вывода можно условно подразделить на моноблочные, модульные и РС-контроллеры (PC-base, РС-совместимые контроллеры).

к локальной сети (к АРМ оператора и другим контроллерам)

Промышленный контроллер

Функции интерфейса с оператором

Функции программирования, отладки и тестирования

Коммуникационные функции

Функции вычисления и памяти

Промышленный контроллер

Функции интерфейса с датчиками и исполнительными механизмами

к датчикам и исполнительным механизмам

Рис. 4.1. Базовые функции промышленного контроллера.

Моноблочный контроллер представляет собой микропроцессорное устройство, в едином конструктиве которого располагаются: источник питания, центральный процессор, память, встроенные порты для выхода в сеть. Конструктивно контроллер представляет единое целое с устройствами ввода-вывода, т.е. устройство ввода-вывода не может быть удалено из контроллера или заменено на другое.

Модульные контроллеры состоят из общей корзины (шасси), в которой располагаются модуль центрального процессора и сменные модули ввода-вывода. Состав модулей выбирается пользователем в зависимости от реальной задачи. Типовое число слотов для сменных модулей – от 8 до 32. В состав контроллера входят также модуль питания, коммуникационные модули, а также удаленные модули ввода-вывода в отдельных корпусах, которые подключаются к контроллеру по сети (обычно на основе интерфейса RS-485) и могут быть расположены на расстоянии до 1,2 км от процессорного модуля.

PC-base или РС-совместимые контроллеры составляют отдельный класс программируемых контроллеров, значение и роль которых с развитием Internet-технологий существенно возрастает, особенно в распределенных системах управления. К основным отличительным особенностям таких контроллеров можно отнести:

¾ наличие встроенной операционной системы (Windows 9x/NT/CE, MS DOS, Linux, Mini OS7, OS-9 и др.);

¾ возможность использования стандартного программного обеспечения SCADA-систем: TRACE MODE, Master SCADA, In Touch, Citect, GENESIS – 32, ISa GRAF, Си, Турбо СИ, Си ++ и др.;

¾ наличие коммуникационных стандартов;

¾ наличие ОРС-серверов и РС-совместимых функций.

PC-base контроллеры могут использовать программное обеспечение

независимых производителей, имеют большой объем памяти. Имеют возможность расширения и модернизации и применения лучшего диагностирования.

По числу каналов ввода-вывода контроллеры делятся на следующие группы [72]:

¾ нано-контроллеры, менее 16-ти каналов;

¾ микроконтроллеры, от 16-ти до 100 каналов;

¾ средние контроллеры, от 100 до 500 каналов;

¾ большие контроллеры, более 500 каналов.

По конструктивному исполнению и способу крепления контроллеры делятся:

¾ панельные, для монтажа на панель или дверцу шкафа;

¾ для монтажа на DIN-рейку внутри шкафа;

¾ для крепления на стене;

¾ стоечные, для монтажа в стойке;

¾ бескорпусные (обычно одноплатные) для применения в специализированных конструктивах производителей оборудования (ОЕМ-контроллеры).

По области применения контроллеры делятся:

¾ универсальные общепромышленные;

¾ для управления роботами;

¾ для управления позиционированием и перемещением;

¾ коммуникационные;

¾ ПИД-контроллеры;

¾ специализированные.

По способу программирования контроллеры делятся:

¾ программируемые с лицевой панели контроллера;

¾ программируемые переносным программатором;

¾ программируемые с помощью дисплея, мышки и клавиатуры;

¾ программируемые с помощью персонального компьютера.

Контроллеры могут программироваться на языках МЭК 61131-3,

используются также языки С, С++, Visual Basic.

Аппаратные средства промышленных контроллеров включают (Рис. 4.2): блок питания, процессорный модуль, сетевые интерфейсы, модули ввода-вывода, специальные модули, коммуникационные модули.

Блок питания

Внутренняя шина контроллера

Рис. 4.2. Аппаратные средства промышленных контроллеров.

Аппаратные средства промышленных контроллеров включают принтеры, клавиатуру, мыши, устройства индикации, устройства для программирования. Примером такого современного контроллера является последнее поколение промышленных контроллеров производства компании ICP DAS (Тайвань) серии Win Con-8000, Lin Con-8000, Win Con/Win PAC [25]. Вобрав в себя все лучшие характеристики серий I-7000 и I-8000, сохранив преемственность от них, Win Con-8000 приобрел новые возможности благодаря использованию высокопроизводительного процессора Intel Strong ARM с тактовой частотой 206 МГц и оперативной памяти 64 Мб. Win Con-8000 выполнен в виде отдельного блока из несгораемого пластика (Рис. 4.3.), который содержит центральный процессор, источник питания, панель управления, коммуникационные порты и объединительную плату для установки модулей ввода-вывода. Контроллер устанавливается на DIN-рейку или панель, при этом не требуется никаких дополнительных конструктивных элементов, при обеспечении открытого и удобного доступа к панели управления, слотам для установки или замены модулей ввода-вывода и коммуникационным разъемам. На Рис. 4.3. сделаны следующие обзначения: 1 – процессор; 2 - память (EEPROM/Flash/SDRAM); 3 – сторожевой таймер; 4 – часы реального времени; 5 – кнопка сброса; 6 – жидкокристаллический индикатор; 7 – порт Ethernet (интерфейс); 8 – разъем питания; 9 – USB (интерфейс для подключения монитора); 10 – разъем клавиатуры(порт RS/2); 11 – разъем мыши (порт RS/2); 12 – VGA (интерфейс для подключения монитора); 13 – разъем для карты памяти (Compact Flash); 14 – 18 – слоты модулей ввода-вывода информации (ввод-вывод аналоговых сигналов; ввод-вывод дискретных сигналов; токовая петля; выходные зажимы реле; выход с открытым коллектором; датчик (частота); 19-22 последовательные порты(COM 0 – внутреннее использование; 20 – COM 1 – интерфейс локальной шины; COM 2 – интерфейс RS-232; COM 3 – интерфейс RS-485).

6 7

Рис. 4.3. Аппаратные средства промышленного контроллера Win Con-8000.

Контроллер поддерживает все модули ввода-вывода сигналов, как с параллельным, так и с последовательным интерфейсом семейства I-8000 и, кроме того, может работать с удаленными модулями ввода-вывода серии I-7000. Все модули обладают удобными съемными клеммными соединителями с винтовой фиксацией внешних проводов.

В отличие от контроллеров I-8000контроллеры серии Win Con-8000 имеют не только интерфейсы RS-232 и RS-485, но и интерфейсы USB и Ethernet, а также интерфейсы VGA PS/2 для подключения клавиатуры, мыши и монитора. Контроллер приобрел функциональность персонального компьютера, что значительно облегчает его программирование и расширяет сферу применения. Отладку и редактирование управляющей программы можно осуществлять непосредственно на контроллере. Кроме того, за счет наличия интерфейсов клавиатуры и монитора, Win Con может совмещать в себе функции контроллера и операторской станции. Достаточно лишь установить SCADA-систему, например TRACE MODE, и контроллер может взять на себя функции современного операторского интерфейса. Контроллер имеет встроенную операционную систему Microsoft Windows CE. NET, которая характеризуется операционной системой реального времени. Интерфейс операционной системы позволяет воспользоваться любыми средствами, предназначенными для создания программы в этой среде, например Visual Basic NET, Visual C#, Embeddtl Visual C++. Контроллер имеет библиотеку программ, в которой реализованы функции работы со всеми внутренними и внешними устройствами контроллера (внутренняя шина, таймер, внешние интерфейсы, модули ввода-вывода и прочее). Имеется подробная инструкция по программированию, имеются примеры программ, написанных на различных языках программирования. Контроллер имеет слот для установки карты памяти формата Compact Flash, на которой сохраняются пользовательские программы. Это значительно упрощает работу. Пользователь может подобрать карту памяти, исходя из своих потребностей в объеме накопителя.

Конфигурация сети на базе промышленного контроллера Win Con-8000 (WinРАС) представлена на рис. 4.4.

Промышленный контроллер Winkon – 8000 (WinРАС).

Модем/радиомодем

USB RS-232

Монитор

RS-485

Модули ввода-

вывода I – 8000

Маршрутизатор

Intranet

…

Ethernet TSP/IP

Модули удаленного Компьютер Маршрутизатор ввода-вывода I – 7000

Internet

Компьютер

Маршрутизатор

Рис. 4.4. Конфигурация сети на базе промышленного контроллера Win Con – 8000 (WinРАС).

Кроме контроллеров с операционной системой Windows CE. NET в серию контроллеров с процессором Intel Strong ARM входят и контроллеры со встроенной операционной системой Linux – Lin Con-8000. Эта операционная система открывает новые возможности для программирования контроллеров. Появилась возможность вносить изменения непосредственно в операционную систему, что является одним из основных преимуществ операционной системы, Linux Lin Con-8000 поставляется со следующими программными пакетами:

¾ пакет для работы с модулями ввода-вывода;

¾ кроссплатформенный пакет для разработки программ на компьютерах с платформой Windows;

¾ графический интерфейс Х- Windows для Linux;

¾ библиотека Java;

¾ поддержка Modbus TCP/IP;

¾ программа разработки лестничных диаграмм;

¾ встроенные серверы HTTP, FTP, Teinet, SSH, SFTP;

¾ библиотека MySQL.

Контроллеры Win Con-8000 и Lin Con-8000 применяются для решения самых разнообразных задач автоматизации во многих отраслях промышленности. К ним можно подключить не только модули удаленного ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, но и любые другие устройства: принтеры, модемы, POS-терминалы, другие контроллеры и компьютеры, все, что может обмениваться данными через последовательный или USB-порт. При этом система или отдельный ее сегмент могут иметь довольно сложную конфигурацию и топологию, оставаясь надежной и простой в настройке и управлении.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 809; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 19 20 21 22 23 242526 27 28 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!