Программное управление технологическим оборудованием

Операторские станции

SCADA

Ethernet SQL Server

Расчетные станции Интеллектуальный контроллер Офисная сеть Ethernet

MnKpoSCADA

Промышленная сеть Контроллеры нижнего уровня

Рис. 4.1. Обобщенная схема системы контроля и управления

Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно-аппаратной платформой.

• Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC - Programming Logical Controller), которые могут выполнять следующие функции:

сбор и обработку информации о параметрах технологического процесса;

управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;

221

решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи.

В качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными технологическими процессами в настоящее время применяются контроллеры как отечественных, так и зарубежных производителей. На рынке представлены сотни типов контроллеров, способных обрабатывать от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч переменных.

Каппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события.

Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с операционными системами реального времени (ОСРВ). Контроллеры под управлением ОСРВ функционируют в режиме жесткого реального времени.

Разработка, отладка и исполнение программ управления локальными контроллерами осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения (ПО), широко представленного на рынке.

Кэтому классу инструментального ПО относятся пакеты типа ISaGRAF (CJ International France), InConrol (Wonderware, USA), Paradym 31 (Intellution, USA), имеющие открытую архитектуру.

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня. В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:

сбор данных с локальных контроллеров;

обработка данных, включая масштабирование;

поддержание единого времени в системе;

синхронизация работы подсистем;

организация архивов по выбранным параметрам;

обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;

работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

резервирование каналов передачи данных и др.

Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает, прежде всего,

одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же могут быть размещены: сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т. д. Часто в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.

222

Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA-системы. SCADA - это специализированное ПО, ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также коммуникацию с внешним миром.

Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления и реализован практически во всех пакетах: автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования; средства исполнения прикладных программ;

сбор первичной информации от устройств нижнего уровня; обработка первичной информации; регистрация алармов и исторических данных;

хранение информации с возможностью ее постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных); визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.; возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как «единое целое» (recipe или «установки»).

Рассматривая обобщенную структуру систем управления, следует ввести и еще одно понятие - Micro-SCADA. Micro-SCADA - это системы, реализующие стандартные (базовые) функции, присущие SCADA-системам верхнего уровня, но ориентированные на решение задач автоматизации в определенной отрасли (узкоспециализированные). В противоположность им SCADA-системы верхнего уровня являются универсальными.

Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи.

Обеспечение взаимодействия SCADA-систем с локальными контроллерами, контроллерами верхнего уровня, офисными и промышленными сетями возложено на так называемое коммуникационное ПО. Это достаточно широкий класс программного обеспечения, выбор которого для конкретной системы управления определяется многими факторами, в том числе и типом применяемых контроллеров, и используемой SCADA-системой.

Большой объем информации, непрерывно поступающий с устройств ввода/вывода систем управления, предопределяет наличие в таких системах баз данных (БД).

Основная задача баз данных - своевременно обеспечить пользователя всех уровней управления требуемой информацией. Но если на верхних уровнях АСУ эта задача решена с помощью традиционных БД, то этого не скажешь об уровне АСУТП. До недавнего времени регистрация информации в реальном времени решалась на базе ПО интеллектуальных контроллеров и SCADA-систем. В последнее время появились новые возможности по обеспечению высокоскоростного хранения информации в БД.

223

II.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ ПЛК

1.1 Общие положения

ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЕТА

1.Титульный лист

2.Название лабораторной работы

3.Цель

4.Задание

5.Структурная схема системы управления

6.Схема подключения

7.Схема алгоритма управляющей программы

8.Листинг программы

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

При эксплуатации контроллера необходимо строго соблюдать требования пожарной безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.004-76, требований электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019-80, а также общие требования безопасности в соответствии с ГОСТ 12.2.003-74.

Перед подключением ПЛК к сети напряжением 220 В, корпуса блоков процессоров, ввода - вывода и пульта программирования и диагностики должны быть соединены с контуром заземления медной шиной или проводом. Сопротивление заземления между болтом заземления и корпусом ПК должно быть не более 0,1 Ом.

К работе с ПЛК допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности на рабочем месте в лаборатории.

Не разрешается включать ПЛК без разрешения преподавателя. Запрещается эксплуатировать ПЛК при отсутствии или неисправности

заземления, при открытых крышках и снятых кожухах.

Не разрешается касаться одновременно корпуса ПЛК и корпусов других электроприборов.

Не следует во время работы ПЛК отключать кабели, соединяющие между собой отдельные составные части.

Студентам запрещается выполнять какие-либо ремонтные работы ПЛК. Выполнение лабораторной работы рекомендуется проводить бригадами в составе 2 - 3 студентов.

224

1.2 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ №1-№17 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Ознакомление с основами программирования ПЛК в пакете FX Trainer

Цель работы

1.Ознакомиться с обучающим пакетом программирования контроллеров на языке релейно-контактных схем (LD) FX Trainer.

2.Рассмотреть предложенные примеры использования ПЛК в различных отраслях народного хозяйства.

Краткий обзор обучающего пакета FX Trainer

Пакет FX Trainer разработан фирмой Mitsubishi Electric с целью быстрого и эффективного обучения программированию ПЛК на языке LD. В процессе инсталляции программного обеспечения устанавливаются все необходимые для изучения составляющие:

инструменты программирования;

виртуальный PLC;

имитатор оборудования;

экранные переключатели входов-выходов и лампы индикации Пакет состоит из ряда упражнений, сгруппированных по 6-ти уровням

сложности (см. Рис. 1.1). Упражнения описывают применение контроллеров в различных сферах деятельности. Например, сортировка деталей по размерам, управление конвейером, сверление, управление светофором, параметрами сцены, устройством оповещения в ресторане и т.д. Первые вводные упражнения содержат подробные комментарии по работе с пакетом, а также основные инструкции и приемы, применяемые при программировании.

Главное достоинство пакета – 3D графическая имитация, которая моделирует работу оборудования в соответствии с созданной программой в режиме off-line. Кроме того, структура экрана обучения включает в себя панель управления, посредством которой осуществляется имитация управления переключателями, таблицу состояния входов-выходов и световое табло. Все это позволяет ускорить процесс отладки программы. Начиная с 4-й лабораторной работы, в задачу студента входит самостоятельная разработка программы в строгом соответствии с заданной ситуацией. Упражнения содержат подсказки и советы по подтверждению соответствия созданной программы заданным условиям.

225

Рис. 1.1. FX Trainer. Структура Главного меню

1. Упражнение А-1 – Представление типичной последовательности операций и структуры обучающего программного обеспечения.

Для первоначального ознакомления со структурой обучающего пакета FX Trainer достаточно изучить структуру Главного меню, и затем схему Упражнения, структурную схему Урока и структуру Экрана обучения.

Доступ к их подробным описаниям осуществляется нажатием соответствующих кнопок Главного меню (см. Рис. 1.1). Подробные пошаговые инструкции по работе с пакетом, записи программы и тестирования ее работы посредством 3D

графической имитации приводятся в Окне навигатора (см. Рис. 1.2).

Задание

1.1Изучить структуру обучающей программы FX Trainer.

1.2Разобраться с последовательностью функционирования СУ автоматическим открытием-закрытием двери, приведенной в упражнении А-1.

226

Рис. 1.2. FX Trainer. Окно навигатора

2. Упражнение А-2 – Примеры использования ПЛК.

Задание

Рассмотреть примеры использования ПЛК в различных отраслях народного хозяйства, приведенные в упражнении А-2. Более подробные сведения о назначении ПЛК, их структуре и классификации приводятся в разделе 1 «Общие сведения. Введение в ПЛК» первой части учебно-методического пособия «Программируемые логические контроллеры для управления технологическими процессами».

3. Упражнение А-3 – Управление конвейером.

На рисунке 1.3 показана Панель управления с индикаторами состояния входов-выходов ПЛК, кнопками и тумблерами, с помощью которых задаются сигналы управления виртуальным оборудованием.

Кнопка РВ1 (вход Х20 контроллера) на Панели управления задает для робота с выхода Y0 управляющий сигнал подачи детали на конвейер. Тумблер SW1 (вход Х24 контроллера) управляет пуском-остановом конвейера (выход Y1) в положениях ON/OFF соответственно. Датчик (вход Х0) фиксирует прохождение детали и останавливает конвейер, чтобы деталь не упала на пол. Кнопка РВ2 (вход Х21 контроллера) задает управляющий сигнал с выхода Y2 контроллера «Столкнуть деталь в поддон» для толкателя.

Для реализации поставленной задачи управления конвейером предлагается система управления, структурная схема которой показана на рисунке 1.4.

227

Рис. 1.3. Панель управления и виртуальное оборудование к упражнению А-3

Основным управляющим элементом системы является ПЛК, который по сигналам датчика реализует управление технологическим оборудованием. Выходные сигналы датчика поступают на входы контроллера. Обработка сигналов датчика осуществляется программно.

Конвейер приводится в движение трехфазным асинхронным двигателем с релейно-контактной СУ. С выходов контроллер инициирует запуск и остановку конвейера. Срабатывание пневмоцилиндра толкателя обеспечивается подачей напряжения с выхода контроллера на электромагнитный клапан управления пневмоцилиндром. Запуск программы промышленного робота осуществляется с выхода контроллера сигналом, поступающим на вход системы управления роботом. Дальнейшая работа ПР осуществляется по составленной для него программе. По окончании цикла загрузки и возврату в исходную позицию с СУ ПР выдается сигнал “Конец цикла”, поступающий на вход ПЛК.

Схемы подключения оборудования и входов-выходов ПЛК приведены на рисунках 1.5, 1.6.

228

Рис. 1.5. Схема подключения оборудования (упражнение А-3)

230