7.1. Птк для асутп

Все выпускаемые универсальные микропроцессорные ПТК подразделяются на классы, каждый из которых выполняет опре­деленный набор функций, начиная с простейшего класса, соот­ветствующего управлению различными объектами производства, и заканчивая классом, который охватывает задачи планирования и управления всем предприятием.

1. Контроллер на базе ПК

Это направление бурно развивается в последнее время в плане повышения надежности ПК, наличия их модификаций, открытой архитектуры, доступности включения в них любых блоков вво­да/вывода; возможности использования широкой номенклатуры ПО (например, ОС, РВ, БД, ППП контроля и управления).

Сферы применения контроллеров на базе ПК — специализиро­ванные системы автоматизации в научных лабораториях, средствах коммуникации, для небольших замкнутых объектов в промышлен­ности. Количество входов/выходов такого контроллера — несколь­ко десятков, а функции позволяют осуществить достаточно слож­ную обработку измерительной информации с последующим расче­том управляющих воздействий. Область применения контроллеров на базе ПК определяют исходя из следующих условий:

• При наличии нескольких входов и выходов объекта необхо­димо осуществить большой объем вычислений за достаточно ма­лый интервал времени, т. е. необходима большая вычислительная мощность;

• Средства автоматики обычно работают в условиях окружаю­щей среды, не слишком отличающихся от условий работы обыч­ных ПК.

• Нет необходимости в использовании контроллера.

• Реализуемые контроллером функции целесообразно програм­мировать не на одном из специальных технологических языков, а на языке программирования высокого уровня типа Си++, Pascal.

• Требуется мощная поддержка работы операторов, такая же, как в обычных контроллерах: диагностика, устранение неисправ­ности без остановки работы контроллера, модификация ПО во время работы системы автоматизации.

На рынке контроллеров на базе ПК в России успешно работа­ют: Advantech, Analog Devices, Octagon и др. Многие российские фирмы закупают компьютерные платы и платы ввода/вывода этих фирм и собирают из них контроллеры (например, Прософт).

2. Локальный ПЛК

В настоящее время нашли применение несколько типов ПЛК:

• встраиваемый в оборудование и являющийся его неотъемле­мой частью (например, станки с ЧПУ, современные поточные ли­нии в хлебопекарной, кондитерской и других отраслях пищевой промышленности, современные аналитические приборы и др.);

• автономный, реализующий функции контроля и управления небольшим, в основном, изолированным технологическим объектом.

Разработаны встраиваемые контроллеры без специального ко­жуха, которые монтируются в общий корпус оборудования, а ав­тономные контроллеры помещаются в защитные корпуса, рас­считанные на различные условия эксплуатации. В основном эти контроллеры имеют порты, соединяющие их в режиме «точ­ка-точка» с другой аппаратурой, и интерфейсы, которые через сеть связывают их с другими средствами автоматизации (диспет­черскими системами, РСУ, пультами операторов и т. п.). В такой контроллер также встраивается или подключается панель ЧМИ, состоящая из дисплея и функциональной клавиатуры.

Выпускаются специальные типы контроллеров для аварийной защиты процессов и оборудования, которые отличаются высокой надежностью, быстродействием и живучестью. В них предусмот­рены различные варианты полной диагностики и резервирования как отдельных компонентов, так и всего контроллера в целом. Отметим следующие распространенные варианты резервирования:

• горячий резерв всех компонентов и/или контроллера в це­лом (при непрохождении теста в рабочем контроллере управле­ние безударно переходит ко второму контроллеру);

• троирование основных компонентов и/или контроллера в целом с «голосованием» результатов обработки сигналов всех контроллеров (за выходной сигнал принимается тот, который дало большинство, а контроллер, выдавший другой результат, объявляется неисправным);

• работа по принципу «пара и резерв»; параллельно работает пара контроллеров с голосованием результатов, а аналогичная пара находится в горячем резерве; при выявлении разности ре­зультатов работы первой пары управление переходит ко второй; первая пара тестируется, и, если выявляется наличие случайного сбоя, тогда управление возвращается к ней, либо выявляется не­исправность, и управление остается у второй.

Контроллеры данной группы рассчитаны на десятки вхо­дов/выходов от датчиков и ИМ; их вычислительная мощность невелика; они реализуют простейшие типовые функции обработ­ки измерительной информации, логического управления, регули­рования.

Зарубежные фирмы работают в настоящее время в секторах рынка:

• Siemens — с контроллерами сер. С7-620;

• General Electric Fanuc Automation — с контроллерами сер. 90 Micro;

• Schneider Automation — с контроллерами серии Micrologic 1000.

3. Сетевой комплекс контроллеров

Этот класс ПТК является наиболее широко внедряемым сред­ством управления ТП во всех отраслях промышленности.

Минимальный состав ПТК включает ряд контроллеров, не­сколько дисплейных пультов операторов, промышленную сеть, соединяющую контроллеры и пульты между собой.

Контроллеры определенного сетевого комплекса обычно со­держат ряд модификаций, отличающихся друг от друга мощно­стью, быстродействием, объемом памяти, возможностями резер­вирования, приспособлением к разным условиям окружающей среды, максимальным числом каналов входов/выходов.

Это облегчает использование сетевого комплекса для разнооб­разных технологических объектов, так как позволяет достаточно точно подобрать контроллеры требуемых характеристик под от­дельные узлы автоматизируемого агрегата и разные функции контроля и управления.

Для дисплейных пультов почти всегда используются разнооб­разные ПК в обычном или промышленном исполнении с кла­виатурами — обычный алфавитно-цифровой и специальный функциональный с одним или несколькими мониторами, имею­щими большой экран.

Промышленная сеть может иметь различную структуру: шину, кольцо, звезду; она часто подразделяется на сегменты, связанные между собой маршрутизаторами. Информация, передаваемая по сети, достаточно специфична — это ряд как периодических, так и случайных во времени коротких сообщений. К их передаче предъявляются определенные требования: сообщения не могут быть потеряны (должна быть гарантия их доставки адресату); для сообщений высшего приоритета (например, относительно дан­ных) должен быть гарантирован интервал времени их передачи.

В меньшей степени этим требованиям соответствует метод случайного доступа к сети, при котором в случае возникновения случайной ситуации и, как ее следствия, одновременно резкого увеличения числа экстренных сообщений, которые должны прой­ти через сеть, может возникнуть затор в сети. Это приведет к потере отдельных сообщений, а не только к задержке их достав­ки адресату.

Сетевые комплексы контроллеров имеют верхние ограничения как по сложности выполняемых ими функций (измерение, кон­троль, учет, регулирование, блокировка), так и по объему самого автоматизируемого объекта в пределах тысяч измеряемых и кон­тролируемых величин (отдельный технологический агрегат). Большинство зарубежных фирм поставляет сетевые комплексы контроллеров (порядка сотен входов/выходов): DL205, DL305 фирмы Коуо Electronics; TSX Micro фирмы Scheneider Automation; SLS-500 фирмы Rockwell Automation; COM1 фирмы Omron.

4. РСУ малого масштаба

Этот класс микропроцессорных средств превосходит боль­шинство сетевых комплексов контроллеров по мощности и слож­ности выполняемых функций, но имеет ряд ограничений по объ­ему автоматизируемого производства. Основные отличия этих средств от сетевых комплексов контроллеров заключаются в не­сколько большем разнообразии модификаций контроллеров, бло­ков ввода/вывода, панелей оператора; большей мощности цен­тральных процессоров, позволяющих им обрабатывать более 10 000 вводных/выводных сигналов; выделении удаленных блоков ввода/вывода, рассчитанных для применения в различных усло­виях окружающей среды; более развитой и гибкой сетевой струк­туре. В основном они имеют несколько уровней промышленных сетей, соединяющих контроллеры между собой и с пультами опе­раторов (например, нижний уровень, используемый для связи контроллеров пультом отдельного компактно расположенного технологического узла, и высший уровень, реализующий связи средств управления отдельных узлов друг с другом и с пультом оператора).

Сетевая структура традиционно развивается в направлении создания полевых сетей, соединяющих отдельные контроллеры с удаленными от них блоками ввода/вывода и интеллектуальными приборами (датчиками и ИУ). Такие достаточно простые и деше­вые сети позволяют передавать информацию между контроллера­ми и полевыми приборами в цифровом виде по одной витой паре, что значительно сокращает длину кабельных сетей и уменьшает влияние помех.

Маломасштабные РСУ охватывают отдельные цеха и участки производства и в дополнение к обычным функциям контроля и управления часто могут реализовывать более сложные и объем­ные алгоритмы управления (статическую и динамическую опти­мизацию объекта). Эти алгоритмы в зависимости от объема и динамики реализуются либо в самих контроллерах, либо в вы­числительных мощностях пультов операторов.

Примеры маломасштабных РСУ: Control Logic фирмы Rock­well Automation; Simatic S7-400 фирмы Siemens; TSX Quantum фирмы Schneider Automation.

4. Полномасштабные РСУ

Это наиболее мощный класс микропроцессорных ПТК, прак­тически не имеющий границ по выполняемым функциям и по объему автоматизируемого объекта. Одна такая система может использоваться для автоматизации производственной деятельно­сти крупномасштабного предприятия.

Данный класс ПТК включает все особенности перечисленных микропроцессорных средств управления и дополнительно имеет ряд средств, влияющих на возможности их использования:

• наличие промышленных сетей, позволяющих подсоединять к одной шине сотни узлов (контроллеров и пультов) и распреде­лять их на значительные расстояния;

• существование модификаций контроллеров, наиболее мощ­ных по вычислительным возможностям, что позволяет кроме обычных функций реализовать в них сложные и объемные алго­ритмы контроля, диагностики и управления;

• широкое использование информационных сетей (Ethernet) для связи пультов операторов друг с другом, с сервером БД, для взаимодействия ПТК с сетью предприятия и построения управ­ляющих центров (планирования, диспетчеризации, оперативного управления);

• взаимодействие пультов управления в режиме клиент — сервер;

• в составе пакетов прикладных программ, реализующих функции управления отдельными агрегатами (многосвязного ре­гулирования, оптимизации и т. д.), диспетчерского управления участками производства, учета и планирования производства в целом.

Примеры фирм: АББ — Symphony; Honeywell — ТРС и Plant Scape; Valmet — Damatic XDi; Yocogava — Centrum CS, Foxboro — 1/A Series, Fischer — Rosemount — Delta-V и др.

Следует учесть, что эта классификация носит приближенный характер. Четких границ между классами ПТК не существует, а в последнее время они еще более размываются, так как открытость и стандартность отдельных компонентов этих комплексов позво­ляет компоновать их из разных средств, соединять различными типовыми сетями и создавать систему управления из отдельных компонентов, выпускаемых различными фирмами и относящихся к различным классам.