Элементы систем автоматики

Рис. 58. Уровневая архитектура распределенной микропроцессорной системы управления

стоит в обеспечении визуализации основных параметров производства, построения отчетов и архивации данных. На этом же уровне производится обмен информации между компьютерами, концентраторами и серверами. Обычно на этом уровне обмен информации происходит по высокоскоростному протоколу Ethernet. На этом же уровне могут быть установлены автоматизированные рабочие места АРМы для специалистов.

Связь этого уровня с нижестоящими уровнями часто производится через концентраторы. Концентратором считается контроллер типа РСУ с высокой вычислительной мощностью, способный обрабатывать десятки тысяч переменных. В SCADA-системах концентраторы применяются для организации обмена данными между контроллерами промышленной сети.

Сети, обеспечивающие обмен информации между контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами, называются

91

промышленными сетями. Они работают по принципу ведущий-ве- домый и составляют уровень управления технологическим процессом. В состав промышленных сетей могут входить контроллеры с локальным и распределенным вводом/выводом.

Под локальным способом ввода/вывода понимают такой способ ввода/вывода сигналов, при котором модули, обеспечивающие этот процесс, размещаются в одном устройстве с центральным процессором. Эти модули через систему слотов связаны с процессором по системной шине типа ISA или PCI. Слот — это стандартный разъем, предназначенный для стыковки модулей с системной шиной и расположенный на слотовом шасси. Так как количество слотов в устройстве всегда ограничено, то в конструкции этих контроллеров предусматриваются технические средства, предусматривающие возможность расширения числа пристыкованных модулей. Один из вариантов структуры локального контроллера со слотовой связью показан на рис 59, а.

Под распределенным способом ввода/вывода понимают такой ввод/вывод информации, при котором модули ввода/вывода приближены к периферийным устройствам (датчикам и исполнительным механизмам), а управляющие контроллеры находятся на более высоком уровне и на значительном удалении от периферийных устройств. При этом типе промышленной сети ведущий контроллер всегда связан с несколькими ведомыми модулями. Ведущий контроллер называется мастером, а ведомые модули — слейвами. Связь типа мастер-слейв осуществляется по двухпроводной линии связи на длину 1200–1500 метров по физическому протоколу RS-485. Если длина этой линии превышает указанный диапазон, то в нее включают повторители интерфейса (усилители сигнала). Структура сети такого типа показана на рис. 59, б.

Для обмена информацией между контроллерами, расположенными на большом расстоянии друг от друга (десятки километров), используют сети удаленного доступа

Системы удаленного ввода/вывода (доступа) строятся из контроллеров или модулей соединенных по принципу ведущий-ведо- мый. При этом ведущий модуль располагается на верхнем уровне сети или в каркасе управляющего контроллера. Ведомый контроллер (или модуль) располагается на удаленном расстоянии и связы-

92

Рис. 59. Типы распределенных сетей управления

вается с ведущим по специальной линии связи. Для того чтобы энергия информационного сигнала не затухала в канале связи, его модулируют (накладывают на несущий сигнал, который обладает значительно большей энергией), а затем его вновь отделяют от несущего сигнала (демодулируют) в ведомом контроллере. Этот процесс происходит в специальных устройствах, которые называются модемами (модуляторы-демодуляторы). По такой схеме ведущий модуль может поддерживать несколько ведомых модулей. Информация в контроллерах удаленного ввода/вывода формируется по принципам асинхронного обмена через порты интерфейса RS-485. Схема сети удаленного ввода/вывода показана на рис. 59, в.

На самом нижнем уровне микропроцессорной системы управления к модулям нижнего уровня подключаются датчики и исполнительные устройства (внешние устройства). Такое подключение может осуществляться двояко: через параллельные или последовательные порты этих модулей. Параллельные порты модулей нижнего уровня обеспечивают непосредственное подключение аналоговых или дискретных внешних устройств. При этом каждый из таких

93

устройств требует, как минимум, пары проводов для подключения. При большом количестве внешних устройств увеличивается не только расход монтажного провода, но и возрастает сложность компоновки и монтажа этих устройств.

Устранение этого недостатка стало возможным при использовании в структуре промышленной сети полевых шин. Полевая шина — это разновидность промышленной сети нижнего уровня, которая позволяет использовать двужильный монтажный кабель специального профиля для подключения через последовательный порт принимающего модуля до 62 внешних устройств. При этом питание, опрос и выдача команд для этих устройств производится по одному и тому же кабелю. Внедрение полевых шин стало возможным только тогда, когда внешние устройства стали интеллектуальными, т. е. в структуру этих устройств были введены микропроцессоры, позволяющие преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые. Это позволило по полевой шине передавать цифровую информацию в последовательном коде. Полевые шины строятся на основе специального протокола AS-интерфейса.

Полевая шина на основе AS-интерфейса может иметь только одно ведущее устройство (мастер) и до 62 ведомых устройств (слейвов). При опросе датчиков или исполнительных устройств ведущий модуль циклически опрашивает каждый из них, при этом на весь опрос затрачивается около 5–10 мс. Вариант организации полевой шины показан на рис. 58.

4.2.2.Программное обеспечение распределенной системы управления

Успешному внедрению промышленных логических контроллеров (ПЛК) способствовало появление программного обеспечения, получившего совместно с ПЛК название SCADA-система. Программно эти системы строятся по двум уровням. На верхнем уровне они содержат программные пакеты, которые управляют потоком информации в промышленной сети, оперируя при этом десятками тысяч имен переменных (тегов). На нижнем уровне эти программы представлены в виде программ-дайверов для устройств нижнего уровня промышленной сети, которые называются ОРС-серверами. Основная задача этих ОРС-серверов состоит в привязке состояния конкретных переменных (тегов) пакетов программ верхнего уровня

94

к параметрам конкретных внешних устройств. SCADA-системы могут работать только в определенной операционной среде, основными из которых считаются версии Windows.

Разработчики SCADA-систем выставили на рынке множество программных пакетов верхнего уровня, среди которых:

InTouch фирмы Wonderware; GENESIS32 фирмы Iconis; WinCC фирмы Simens;

iFIX фирмы Intellution.

Среди программ ОРС-серверов преобладает универсальный пакет Universal OPC фирмы Fastwel. В то же время и другие разработ- чики представили для пользователей подобные продукты. Например, фирма Advantech разработала PCLS-OPC/ADM ОРС-сервер для модулей серии ADAM.

ОРС-серверы позволяют создавать дополнительные программы — драйверы для оборудования, которое не внесено в библиотеки стандартных ОРС-серверов. Для написания этих приложений применяют языки высокого уровня, такие как Visual Basic, Visual C, просто C и C++. Но чаще всего в стандартном ОРС-сервере обновляется его библиотека, в которую с помощью одного из вышеуказанных языков вносится новое оборудование.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мирский, М. И. Рудничная автоматика / М. И. Мирский.— М.: Недра, 1992.— 376 с.

2. Поспелов, Л. П. Рудничная автоматика и телемеханика / Л. П. Поспелов.— М.: Недра, 1983.— 340 с.

3. Системы и устройства автоматики для горных предприятий на основе микроэлектроники и микропроцессорной техники / Л. Г. Мелькумов [и др.].— М.: Недра, 1992.— 452 с.

4. Подлесный, П. И. Элементы систем автоматического управления и контроля / П. И. Подлесный, В. Г. Рубанов.— Киев: Высшая школа, 1982.— 475 с.

95

ОГЛАВЛЕНИЕ

97