Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программируемые логические контроллеры. Учебное пособие
.pdf
Рис.7. АСУТП на базе ПТК «Турбоком-4000»
Основой технических средств ПТК являются узлы локальной
сети Ethernet (ArcNet, Anylan, Token-Ring), выполняющие в
зависимости от аппаратной комплектности различные системные
функции.
Программно-технический комплекс «Турбоком-4000» может
содержать 1…255 узлов различного назначения: станции управления
-41-
(контроллеры) и оператора, инженерные и архивные станции,
серверы, станции документирования и межсетевой связи, расчетные
и т.д.
На стадии проектирования можно объединять функции,
выполняемые этими станциями в одном или нескольких узлах, в
полном или частичном o6ъеме. Узлы станции оператора могут
объединяться в единую станцию оператора, включающую в себя от
одного до четырех модулей имеющих общие устройства вводавывода информации: клавиатуру оператора-технолога и
стандартную клавиатуру PC AT, а также манипулятор.
На рис.7 дан фрагмент АСУТП, выполненной на базе ПТК
«Турбоком-4000», из этого фрагмента видны основные
функциональные узлы. В системе условно можно выделить узлы,
отвечающие за информационно-вычислительные функции, и узлы,
которые реализуют управляющие функции, однако все они могут
осуществлять в полном или частичном объеме как те, так и другие
функции в зависимости от требований проекта.
Станции информационно-вычислительною контура
выполняются, как правило, на IBM-совместимых ПЭВМ общего или
индустриального исполнения, снабжаемых дополнительно
функциональными клавиатурами, манипуляторами промышленного
исполнения и в случае необходимости - устройствами ввода/вывода
сигналов. В состав таких узлов могут входить процессор Pentium
(ММХ, II) 200...300 МГц, шина PCIbus, ISA, память DRAM не ниже
32 Мбайт, диски Hard и Floppy, электронные диски (Flash, SRAM,
RОМ) емкостью 2…240 Мбайт, видеоадаптеры S3Trio v.64 ,
адаптеры локальной сети (возможно, с Boot ROM), мониторы 15
…21’’. Кроме настольного и приборною в стандарте 19"
конструктивного исполнения допускается агрегатное в блочных
форматах 3U, 6U.
Станции управляющего контура выполняются, как правило, в
агрегатном исполнении и содержат IBM совместимые PС
промышленною исполнения фирм "Корунд" (Россия) и зарубежных
OR, PEP, XYCOM и др., выходящие за внутриблочную магистраль
стандартов VMEbus, PCI-Compact, PC 104, ISA.
Эти PC могут иметь ресурсы (быстродействие, объекты памяти,
состав устройств стандартного ввода/вывода не уступающие
-42-
станциям информационно-вычислительного контура (Pentium II 333
МГц – текущий уровень таких PC) или быть выполнены на дешевом
386-M процессоре. Станции управления содержат также комплект
отечественных или зарубежных модулей устройств связи с объектом
(УСО), совместимых с выбранным магистрально-модульным
стандартом. Станции управления могут содержать также адаптеры
полевых сетей" и адаптеры связи с невычислительными средствами,
например с устройствами телемеханики.
Конструктивное исполнение - промышленное, агрегатное,
число посадочных мест в распоряжении пользователя 4...20, каркасы
и шкафы выполнены в Евростандарте. Число физических каналов
ввода/вывода станции управления определяется числом свободных
мест в каркасе, числом и конфигурацией узлов полевой сети,
подключенной к этой станции, ресурсами вычислительного
комплекта и динамикой управляемого объекта.
Общее количество дискретных и аналоговых переменных
доступных пользователю при программировании станции
управления, включая внутренние переменные и сигналы от
физических каналов ввода/вывода, может достигать 10000.
В состав ПТК "Турбоком-4000" могут входить полевые сети,
обеспечивающие подключение удаленных малоканальных УСО и,
как следствие, экономию кабельных связей и более удобное
размещение оборудования. Полевые сети включают в себя VMEbus,
ISA-совместимые адаптеры полевой сети, линии связи, полевые
УСО, содержащие защищенные от внешних воздействий,
малоканальные (4...32 канала) устройства аналогового и цифрового
ввода/вывода.
Полевые сети и их характеристики
- Lightbus – пластиковое/стеклянное оптоволокно
диаметром 2,2 мм, длина сети до 76 км, скорость передачи
данных 2,5 Мбит/с;
- Canbus – двухпроводная линия связи, скорость
передачи данных до 1 Мбит/с;
- Profibus - двухпроводная линия связи (оптоволокно),
скорость передачи данных до 2 Мбит/с;
-43-
- Interbus–S – двухпроводная линия связи
(оптоволокно), длина сети до 12 км, скорость передачи данных
1,5 Мбит/c;
Функциональные возможности ПТК
Функции ПТК поддерживаются соответствующими
аппаратными средствами и пакетом программных средств TurboSoft
0.1, разработанным на базе сетевой распределенной ОС QNX и
ориентированным на выполнение следующих задач:
- сбора и предварительной обработки информации от
управляемого объекта;
- формирования управляющих воздействий в реальном
времени, автоматическое логическое управление, автоматическое
регулирование);
- ручного управления исполнительными механизмами с
клавиатуры оператора-технолога и/или экранов мониторов
(дистанционное управление);
- динамического отображения информации о состоянии объекта
управления в графической форме;
- контроля нарушений технологического процесса (отклонений,
аварий), выработки сигналов предупредительной и аварийной
сигнализации;
- автоматического документирования хронологии аварийных н
любых других событий в системе управления (на бумажных и
электронных носителях);
- ведения истории технологического процесса; архивирования
технологической информации на электронных носителях;
- расчета ТЭП и генерации отчетных технологических
документов;
- непрерывной диагностики всех средств ПТК, индикации и
архивирования неисправности системы;
- автоматического восстановления работоспособности
отдельных узлов при программно устраняемых неисправностях и
сбоях;
-44-
- конфигурирования системы и поддержки программ
пользователя всех перечисленных задач на "технологическом
языке";
- отладки системы и программ пользователя, а также анализа
работы системы по архивным данным с помощью интерактивных
отладочных средств.
Поскольку ПТК - локальная сеть, вопрос обмена информацией
в нем, а следовательно, решение коммуникационных задач передачи
информации является чрезвычайно важным. Любые узлы локальной
сети могут быть соединены между собой либо магистралью Ethernet,
либо Token-Ring (Arcnet), либо той и другой сразу. При этом могут
быть одновременно установлены до пяти магистралей Ethernet и до
двух магистралей Token-Ring. Параллельно работающие в ПТК
сетевые магистрали делятся на основные, дублирующие и резервные. Назначение основной магистрали ясно из ее названия,
дублирующие служат для повышения надежности обмена
информацией, что обеспечивается посылкой в них той же
информации, что и в основную магистраль; резервные магистрали
предназначены для увеличения пропускной способности сети, что
достигается передачей в них информации, выстраивающейся в очередь при переполнении буферов других магистралей. Основная
магистраль всегда одна. Остальные могут быть резервными или
дублирующими в любых сочетаниях. Назначение типа магистрали
(основная, дублирующая, резервная) находится в распоряжении
пользователя.
В качестве базовой единицы обмена информацией в системе
введено понятие "сигнал". Сигналы могут быть либо физического
происхождения, т.е. поступать в ПТК от физических устройств через
систему драйверов, либо порождаться внутри управляющих или информационных задач, но все сигналы, участвующие в обмене,
получают свои уникальные глобальные имена и становятся
доступны пользователю любою узла. По глобальному сетевому
идентификатору сигнала (имя, номер) можно запросить вес данные
по этому сигналу (тип сигнала, значение, состояние, время
последнего изменения и др.).
Средства сетевой поддержки и администратор обмена данными
в ПТК обеспечивают ведение в реальном времени (РВ) глобальной
-45-
виртуальной текущей БД, которая содержит текущие значения всех
сигналов, объявленных в системе глобальными. Таким образом, для
пользователя-проектировщика система представляется как единая
БД текущих значений, которые доступны со стороны всех задач
(процессов в терминологии QNX), создаваемых пользователем.
Каждый процесс-задача имеет технологический смысл и создается
пользователем с помощью инструментальных средств, находящихся
в его распоряжении. Каждый процесс может читать и изменять
данные в текущей БД и сообщать об изменении всем задачам,
использующим эти данные. Пользователь имеет возможность размешать созданные им задачи в различных узлах системы и дублировать
задачи, запуская их в нескольких узлах одновременно. В одном узле
ПТК можно запускать до 150 задач пользователя; они не ограничены
по объему и выполняемым функциям и могут быть небольшими,
например содержать один контур регулирования или все программы
узла, например выполняющего функции станции управления.
Кроме текущей глобальной БД в распоряжении пользователя
находятся также создаваемые системными средствами оперативная
БД (ОВД) истории процесса и архивная БД процесса.
Для программирования ПТК под задачи конкретного объекта
внедрения пользователю предоставляется ряд средств, облегчающих
и ускоряющих процедуры программирования и обеспечивающих
программирование ПТК технологическим персоналом и
проектировщиками, не знакомыми с программированием. К этим
средствам относятся "Конфигуратор", "Графический редактор",
алгоритмический язык Микром с библиотекой/ встроенных
функции. Конфигуратор предназначен для создания БД
конфигурации системы с использованием оболочки, создающей
"дружественный" по отношению к человеку интерфейс.
Конфигуратор позволяет:
- описывать конфигурацию сети, устанавливать и исключать
узлы сети, описывать параметры узла в сети;
- создавать, описывать (задавать имена, адреса, опции и другие
признаки) и редактировать всю БД сигнален в системе;
- определять порядок межузлового обмена сигналами по
локальной сети (через буфер, прямо в сеть, без обмена);
- создавать ОБД исторических данных;
-46-
- выбирать драйверы физических устройств, устанавливать
узлы загрузки, стартовые имена и параметры этих драйверов;
- вводить и редактировать тексты пользовательских программ
на языке Микром, создавать исполняемые модули, устанавливать
узлы загрузки, стартовые имена и параметры этих программ;
- создавать и редактировать архивы различных версии Микромпрограмм к библиотеки функций языка Микром, написанных
пользователем;
- устанавливать узлы загрузки видеокадров из библиотек
видеокадров;
- создавать стартовые загрузочные модули каждого узла,
содержащие всю информацию о конфигурации узла в системе, и
рассылать их по узлам и т. д.
Графический редактор предназначен для программирования
динамических видеокадров и позволяет:
- создавать графические многооконные изображения
видеокадров в среде Q-Windows, состоящие из графических,
текстовых видеоэлементов и элементов виде окон";
- использовать имеющиеся и создавать новые библиотеки
алфавитов, фонтов, видеоэлементов и кадров;
- вести иерархию вызова видеокадров и окон в многооконной
среде видеокадра;
- устанавливать связь между видеоэлементами и сигналами в
текущей и архивной БД;
- налаживать прямую и обратную связь между визуальными
признаками (цветом, опциями), видом и положением любого
элемента в видеокадре, значением и состоянием любого сигнала в
текущей и архивной БД (программировать отображение на экране
данных в системе и программировать ручное управление данными с
экрана);
- организовывать связь между клавишами манипуляторов
(мыши, джойстика, трекбола) с состоянием сигналов в текущей БД
(программировать вызов и ж данных в систему) и т.д.;
Используя графический редактор и язык Микром создания
программ поддержки отображения и ручного управления данными с
экрана, можно запрограммировать любую гипотетическую задачу
отображения данных по системе и процессу управления,
-47-
возникающую в АСУТП. Язык Микром предназначен для
программирования задач логического и непрерывного управления
объектом, а также всех вспомогательных задач, которые возникают в
процессе автоматизации объектов. Он обладает всеми
возможностями и гибкостью языка высокого уровня Си, но
значительно проще и не требует специальных знаний в области
программирования, оперирует с русскими терминами и понятиями,
имеет простой синтаксис; рекомендуется для использования
проектировщиками, пусконаладочным персоналом и персоналом
служб эксплуатации оборудования объектов внедрения: службы
КИП и А и др.; по классификации стандарта МЭК 1131-3 он
относится к языку (ST - структурированного текста).
Язык Микром и средства его компиляции (средства создания
исполняемых модулей пользовательских программ управления)
позволяют:
- получать для Микром-программы значения и состояния
любого заказного сигнала из текущей БД любого узла системы;
- вводить в Микром-программу любые аналоговые и
дискретные переменные, доступные только в этой программе;
- осуществлять арифметические и логические операции с
переменными и сигналами, заказанными в программе;
- вводить измененные значения и состояния сигналов в глобальную текущую БД системы (т.е. в текущие БД всех узлов, где
этот сигнал используется);
- выполнять всю программу или ее часть циклически или по
событию (на основании арифметического и/или логического анализа
изменения сигналов);
- использовать для обработки сигналов и переменных
встроенные функции (подпрограммы) языка, выполняющие сложные
математические и логические операции с сигналами (например,
тригонометрические функции, функции ПИД-регулятора, широтноимпульсных модуляторов, дифференцирования, интегрирования и
др.);
- создавать локальные функции любой сложности, которые
могут использоваться в данной программе, неоднократное число раз
простым к ним обращением;
-48-
- создавать и заносить в библиотеку глобальные функции
любой сложности, которые могут неоднократно использоваться в
любой программе (например, функцию управления задвижкой,
электромотором, расчета ТЭП и др.);
- включать в библиотеку глобальных функций и использовать в
Микром-программе функции, написанные на языке Си, и др.
Программный пакет включает в себя библиотеку драйверов для
устройств ввода/вывода информации, библиотеку пользовательских
функций таких, как ПИД регулятор, функции управления задвижкой
и т п., а также интерактивные средства отладки пользовательских
программ, "просмотрщики" архивов, тестовые и диагностические
программы и другие инструментальные средства.
Рассмотренные в статье средства позволяют полностью
запрограммировать ПТК под выполнение любых задач АСУТП [3].
7. ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС "ДИРИЖЕР"
ОАО “Электромеханика” с 1997 г. производит ПТК “Дирижер”
на базе ПК типа ПКЭМ-3.
Контроллер построен по принципу "открытые технологии и
стандартные средства". Опыт работы предприятия показывает, что
выпускать ПК с набором аппаратных и программных средств,
необходимых для большинства потребителей, экономически
невыгодно.
Другое дело — изготовлять "джентльменский набор" средств,
при этом, оперативно реагируя на запросы потребителей,
доукомплектовывать контроллер нужными программноаппаратными средствами, выпускаемыми ведущими фирмами мира.
Анализируя мировой опыт развития средств автоматизации, в
основу контроллера положили наиболее перспективные достижения
в аппаратно-программных средствах;
- VME-архитектуру;
- операционную систему OS-9;
- средства технологического программирования контроллеров
ISaGRAF;
- мезонинные технологии;
-49-
- стандартные коррозионно-стойкие конструктивы;
- промышленные сети Profibus, Modbus, Ethernet
Набор этих средств и встроенная диагностика позволяют
организовывать многопроцессорный принцип построения систем
управления с возможностью создания отказоустойчивой системы на
основе дублирования "горячего резервирования" или
мажорирования.
Условия эксплуатации контроллера
Температура воздуха, °С………..1…55
Относительная влажность, %……….5…95
Атмосферное давление, кПа…………….84…107
Частота вибраций, Гц............... 10...55 (с амплитудой 0.35 мм)
Электропитание контроллера осуществляется однофазным
напряжением переменного тока 220/110В (частотой 50 Гц) либо от
нестабилизированного источника питания +24В постоянного тока
(система питания оговаривается при заказе контроллера).
По желанию заказчика контроллер может быть изготовлен с
расширенным температурным диапазоном от –40…+85 °С.
Конструктивно контроллер выполнен в классическом каркасномодульном исполнении. Высокие требования к жесткости
конструкции определили формат модулей 3U с размерами печатных
плат 100x160 и шириной модулей 4.
Каркас имеет пять вариантов исполнения: на 7; 9; 12; 15; 21
модульное место, причем одно из этих мест занимает процессорный
модуль. Блок питания располагается в каркасе, но в счет платомест
не входит. Контроллер комплектуется зарубежными процессорными
модулями различной конфигурации. Базовым процессорным
модулем выбран оптимальный по функциональным возможностям и
цене модуль VIUC производства фирмы PEP Modular Computers
Германия).
Основные технические характеристики модуля VIUC
Тактовая частота, МГц....................................20
Память, Кбайт:
SRAM энергонезависимая...............................512
-50-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]