Питання для самоконтролю

1. Що є централізованим контролем?

2. Для чого призначений централізований контроль?

3. Чому зв’язок між системами централізованого контролю і пристроями централізованого керування в основному здійснюється через оператора-диспетчера?

4. Що входить в комплекс технічних засобів АСУ ТП?

5. За рахунок чого підвищується ефективність і продуктивність виробництва на тваринницьких фермах?

6. З яких пристроїв складається система оперативного центра­лізо­ваного контролю і сигналізації?

7. На які групи розділяються параметри, що характеризують виробничий процес?

8. Які функції виконують СЦК?

9. Для чого використовується SCADA-система?

ТЕСТИ

1. Які рішення приймає людина-оператор за результатами централізованого контролю?

1. Людина-оператор приймає рішення про змінювання ходу виробничого процесу.

2. Людина-оператор приймає рішення про цілеспрямоване коректу­вання ходу виробничого процесу.

3. Людина-оператор приймає рішення про змінювання техноло­гічного процесу.

2. За допомогою чого виконуються рішення обслуговуючого персоналу та оператора?

1. Пристроїв централізованого керування чи автоматично з використанням керуючих машин.

2. Пристроїв централізованого керування.

3. Виконуються автоматично з використанням керуючих машин.

3. Який перехід спостерігається на фермах промислового типу?

1. Перехід від механізації окремих установок до комплексної автоматизації потокових ліній.

2. Перехід від механізації окремих установок до комплексної автоматизації цехів.

3. Перехід від автоматизації окремих установок до комплексної автоматизації потокових ліній і цехів

4. Що дає комплексна автоматизація разом з АСУ ТП?

1. Оптимізує роботу і підвищує продуктивність виробництва

2. Оптимізує роботу тваринницьких ферм і підвищує ефектив­ність виробництва.

3. Оптимізує роботу тваринницьких ферм і підвищує ефективність та продуктивність виробництва

5. Що дозволяє оперативна інформація про технологічні процеси?

1. Приймати необхідні рішення по безліч питань і задач.

2. Приймати необхідні рішення по безліч питань і задач, а також оперативно керувати виробництвом продукції.

3. Приймати необхідні рішення, а також оперативно керувати виробництвом продукції.

6. Що є оперативним керуванням?

1. Щоденний контроль за діяльністю виробництва та забезпе­чення взаємоузгодження і ритмічності, безперервності й оптималь­ності роботи всіх ланок прогресивної технології виробництва продукції.

2. Щоденний контроль за діяльністю виробництва й оптималь­ності роботи всіх ланок прогресивної технології виробництва продукції.

3. Щоденний контроль за діяльністю виробництва.

7. На які групи розділяються параметри, що характери­зують виробничий процес?

1. Постійно відображаються в оператора.

2. Що відображаються через визначені інтервали часу.

3. Постійно відображаються в оператора, і ті що відобра­жа­ються через визначені інтервали часу.

8. Де розташовують основні засоби відображення інформа­ції?

1. На приладових щитах і пультах у виді мнемосхем, що пока­зують і реєструють прилади, світлові і звукові сигналізатори.

2. На приладових щитах, що показують і реєструють прилади, світлові і звукові сигналізатори.

3. На приладових пультах у виді мнемосхем, що показують світлові і звукові сигналізатори.

9.2. РОЗПОДІЛЕНІ СИСТЕМИ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО КОНТРОЛЮ І КЕРУВАННЯ

В процесі збільшення системи керування один або кілька комп’ютерів роблять більш потужнішими, їм надаються додаткові права, створюється система з виділеним сервером. Проблема визна­чення рангів тісно пов’язана з вибором способу організації оброблен­ня інформації. За цією ознакою системи поділяються на центра­лізовані і розподілені із серверами. У розподіленій системі всі вузли виконують функції, причому кожний окремий вузол може використо­вувати ресурси інших вузлів і надавати у спільне використання свої ресурси. Такий підхід забезпечує оптимальність використання ресурсів, стійкість системи до відказів (вихід із ладу одного вузла не призводить до фатальних наслідків – його легко можна замінити), але при цьому постають проблеми забезпечення розподілу ресурсів безпеки і прозорості. Централізовані системи складаються з особливо надійного і потужного центрального вузла та неінтелектуальних терміналів. На центральному вузлі здійснюється обробка даних, виконуються функції керування системою, установлюється зв’язок з іншими системами.

Система в якій клієнт і сервер працюють спільно і розпо­діля­ють завантаження (звідси і термін “розподілена система”), така система може забезпечити більшу продуктивність порівняно з сервер­ною. До того ж вона працює не повністю, а з невеликим набором даних, що забезпечує паралельність роботи користувачів і мінімальний системний трафік. Перевагами таких систем є також гнучкість, адаптованість, до вимог додатків, оптимальне використання ресурсів, нарощуваність.

Для розподіленої системи вибір адаптера інтерфейсу залежить від типу інтерфейсу приладів, що підключаються. До одного СОМ-порту можливо підключити тільки один адаптер інтерфейсу.

При необхідності збільшення кількості каналів, що відобра­жаються, на ПК необхідно встановити додаткові СОМ-порти. Макси­мальна кількість СОМ-портів визначається характеристиками ПК.

Інтерфейс – це стандартизоване середовище або спосіб обміну інформацією між двома або більш одиницями обладнання: приладами, контролерами, персональним комп’ютером та ін.

Інтерфейси інформаційного обміну між приладами, що вико­ристо­вуються в промисловості, можуть бути двох типів:

• які з’єднують два прилади між собою;

• мультиприладний, що дозволяє підключати більше двох приладів на одну лінію передачі даних.

Основна характеристика інтерфейсу – пропускна спромож­ність, яка показує, скільки біт інформації передається по інтерфейсу за 1 секунду і вимірюється в bit per second (bps, Mbps), або біт в секунду (бит/с, Мбит/с). Необхідно враховувати, що ця пропускна спромож­ність включає “накладні витрати”, пов’язані із способом передачі даних. Для різних інтерфейсів і протоколів частка корисної інформації, переданої в секунду, може бути від 30 % до 90 % від загальної пропускної спроможності.

Протокол – це стандартизований набір правил передачі інфор­мації по якому-небудь інтерфейсу.

Для складних протоколів прийнята практика розділення їх на декілька рівнів (шарів). При цьому кожен рівень реалізується окремо і додатково стандартизується обмін між рівнями. Це також дозволяє замінювати якісь рівнів (наприклад для адаптації до різних інтер­фейсів), залишаючи незмінними інші.

Сумісність приладів – це їх здатність здійснювати інформаційний обмін між собою. Кожний з приладів, що беруть участь у інформаційному обміні, повинен мати певний інтерфейс і розуміти певний протокол. І навіть в цьому випадку не гарантується можливість обміну, оскільки один прилад може виявитися нездатним передавати ту інформацію, яку вимагається одержувати іншому. Але що робити, якщо прилади готові до передачі потрібної інформації, але мають різні інтерфейси або розуміють різні протоколи? В цьому випадку потрібне застосування перетворювачів інтерфейсів або шлюзів.

Перетворювач інтерфейсів – це пристрій, що має два або більше різних інтерфейсів, які ретранслюють інформацію з одного інтерфейсу в іншій (інші). При цьому передача інформації здійсню­ється без її перетворення. Тому до перетворювача інтерфейсів має сенс підключати тільки ті пристрої, які здатні працювати по одному протоколу.

Шлюз (або міст) – це інтелектуальний пристрій, здатний до перетворення даних з одного протоколу в іншій. При цьому шлюз може виступати також і як перетворювач інтерфейсів. Шлюз, на відміну від перетворювача інтерфейсу, вимагає додаткової настройки, оскільки йому вимагається вказати, які дані по яких протоколах треба приймати і передавати.

При проектуванні промислових систем автоматизації найбільше поширення набули інформаційні мережі, засновані на інтерфейсі стандарту EIA RS-485. Це високошвидкісний і перешкодостійкий послідовний інтерфейс, який дозволяє створювати мережі шляхом паралельного підключення багатьох пристроїв до однієї фізичної лінії.

У звичному персональному комп’ютері (не промислового виконання) цей інтерфейс відсутній, тому для підключення до ПК промислової мережі RS-485 необхідний спеціальний адаптер – пере­творювач інтерфейсу RS-485/RS-232 або RS-485/USB.

По інтерфейсу RS-485 дані передаються за допомогою “симетричного” (диференціального) сигналу по двох лініях (А і В).

Максимальна довжина лінії зв’язку між крайніми пристроями може складати до 1200 м (і більш з використанням повторювачів). При довжині лінії зв’язку більше 100 м в максимально віддалених один від одного точках мережі рекомендується встановлювати крайові резис­тори, що погоджуються, номіналом від 100 до 250 Ом, які дозволяють компенсувати хвильовий опір кабелю і мінімізувати амплітуду відображеного сигналу. Кількості приладів в мережі не повинне перевищувати 32 (без використовування повторювачів).

Вживані в приладах протоколи використовують технологію; ведучий (master) – підлеглий або відомий (slave), при якій тільки один пристрій (ведучий) може ініціювати передачу, тобто зробити запит. Інші пристрої (підлеглі) передають тому, що веде запрошувані дані або виробляють запрошувані дії. Майстром мережі може бути ПК, програмований контролер або прилад, який здатний виконувати цю функцію.

Більшість приладів підтримує протоколи Modbus і DCON.

Протокол Modbus (ASCII, RTU). Modbus – стандартний відкритий протокол, який широко застосовується для організації зв’язку промислового електронного устаткування. Розроблений компа­нією ModiCoh, зараз підтримується незалежною організацією Modbus-IDA (www.modbus.org). Використовує для передачі даних послідовні лінії зв’язку RS-485, RS-422, RS-232, а також мережі TCP/IP.

Можливі два режими передачі: ASCII і RTU, які відрізняються способом упаковки повідомлень.

Протокол Modbus найбільш зручний для обміну оперативними даними.

Протокол DCON. DCON – відкритий протокол обміну по мережі RS-485, достатньо простий в реалізації. Розроблений компа­нією Advantech, застосовується для обміну даними з модулями введення/виводу ADAM, модулями компанії ICP DAS і деякими іншими.

Протокол DCON підходить для організації обміну декількома оперативними параметрами, але при великому об’ємі різних даних незручний через відсутність стандартизації.

Інтерфейс USB. Стандарт USB розроблений як альтернатива “повільнішим” комп’ютерним стандартам RS-232 і LPT. В даний час пристрої з інтерфейсом USB 2.0 дозволяють передавати дані з швидкістю до 480 Мбит/с.

Інтерфейс USB, як і RS-485, є симетричним і дозволяє переда­вати дані по двох проводах (D+ і D-), при цьому логічні рівні аналогічні відповідним рівням стандарту RS-485. Інтерфейс USB має лінії живлення Vcc і GND для живлення підключеного пристрою (за умови, що споживаний їм струм не перевищує 500 мА).

Після установки драйвера операційна система розпізнає пристрій, що підключається, як СОМ-порт і використовує стандартний асинхронний режим передачі даних, вживаний для роботи з апаратним СОМ-портом.

Універсальним пристроєм мікропроцесорної техніки, призна­ченим для управління різними установками і обладнанням, служить мікроконтролер, що є аналогом спеціалізованого комп’ютера з розви­неним інтерфейсом введення/виводу електричних сигналів. Конструк­тивно мікроконтролер виконаний з урахуванням забезпечення надійної роботи в складних виробничих умовах (вологість, пил, загазованість, вібрації, електромагнітні перешкоди і ін.). Пристрій введення/виводу мікроконтролера має розвинений інтерфейс введення (входи електрич­них сигналів), що дозволяє просто вводити інформацію з різних датчиків, кнопок, контактів, реле та ін. До того ж за допомогою мікроконтролера легко включати/відключати різні виконавчі механіз­ми: реле, пускачі, клапани, заслінки, електродвигуни, електронагрівачі тощо. Мікроконтролери працюють у реальному часі, тобто прийом і передача управляючих сигналів відбуваються з швидкодією реального ОУ.

Таким чином, мікроконтролер є універсальним пристроєм управління, який одержує інформацію про стан ОУ (у вигляді електричних сигналів від різних датчиків) і на основі спеціальної (прикладної) програми формує електричні сигнали, які за допомогою виконавчих механізмів цілеспрямовано впливають на ОУ.

Основні причини широкого впровадження мікропроцесорів:

• можливість програмування послідовності і різноманіття виконуваних функцій, тобто здатність до роботи за заданою програ­мою (це основна відмінність мікропроцесора від класичних елементів напівпровідникової “жорсткої” логіки);

• використовування в мікропроцесорних системах цифрового способу представлення інформації, дозволяючого істотно (в порівнянні з аналоговим способом) підвищити перешкодостійкість створюваних на їх базі пристроїв, а також забезпечити простоту передачі, перетворення інформації і довготривале її зберігання;

• застосування програмного способу обробки інформації, дозволяючого створювати уніфіковані технічні засоби, відмінні практично лише вмістом пристрою, що запам’ятовує, і специфічними пристроями введення/виводу інформації;

• компактність, висока надійність і низька споживана потуж­ність мікропроцесорних засобів, забезпечуючи можливість розташу­вання управляючих (контролюючих) пристроїв, створених на їх основі, в безпосередній близькості від керованого устаткування;

• низька вартість мікропроцесорних засобів і високий ступінь їх ефективності.

Перераховані переваги мікропроцесорної техніки зумовили її широке застосування в побутових установках і фермерському устаткуванні.

Програмований логічний контролер (ПЛК) – це закінчений виріб, що має фізичні входи, виходи, інтерфейси і людино-машинний інтерфейс.

Відмінність ПЛК від контрольно-вимірювальних приладів полягає у відсутності жорстко прописаного алгоритму роботи. За рахунок цього на ПЛК можна реалізовувати практично будь-які алгоритми управління, але сам алгоритм управління повинен створити безпосередньо користувач контролера. Для створення алгоритму, його тестування і запису в контролер використовується середовище програмування.

Для програмування контролерів ПЛК використовується середо­вище програмування CoDeSys v.2.3.

Середовище CoDeSys розроблене німецькою компанією 3S-Software для програмування контролерів різних виробників. Так, за допомогою цього ж середовища програмуються контролери Wago, Beckhoff, ABB.

CoDeSys включає наступні основні компоненти:

• система виконання;

• середовище програмування.

Середовище програмування – це графічна оболонка, що встановлюється на ПК. Служить для створення проекту, його відладки, і перекладу в машинну мову (компіляція). Середовище програмування включає:

• редактор, компілятор і відладчик МЕК-проектів;

• підтримку всіх 5 мов програмування МЕК;

• засоби побудови і конфігурації периферійних модулів введення/виводу ПЛК (PLC Configuration);

• засоби створення візуалізації;

• засоби комунікацій (мережеві змінні, ОРС-сервер, DDE-сервер).

Target-файли (набір файлів цільової платформи) необхідні для того, щоб вказати середовищу програмування, для якого типу контролера пишеться проект. Target-файли містять в собі системну інформацію про той, що підключається ПЛК:

• наявність і тип фізичних входів і виходів контролера;

• опис ресурсів контролера;

• розташування даних в МЕК-пам’яті.

Дана інформація використовується середовищем програмування CoDeSys при створенні проекту і завантаженні його в ПЛК. Кожна модель ПЛК має відповідний набір Target-файлів. Перед створенням проекту необхідно встановити Target-файл, відповідний типу контролера і прошивці.

Для інсталяції Target-файлів в середовище програмування CoDeSys використовується програма InstallTarget, яка встановлюється на ПК разом із середовищем програмування CoDeSys.

Програми, написані для виконання на ПК і ПЛК, розрізняються. Виконання програми в ПЛК відбувається циклічно. Це означає, що протягом заданого інтервалу часу (часу циклу ПЛК) система виконання:

• прочитує значення з області входів;

• викликає і один раз виконує необхідну програму (PLC_PRG за умовчанням);

• пройшовши алгоритм від початку і до кінця, записує резуль­тати його роботи в пам’ять виходів.

Потім ці операції повторюються знову.

Час циклу ПЛК залежить від об’єму і складності програми ПЛК. Для простої програми час циклу ПЛК складає 1 мс, для складніших програм він може збільшитися. Реальну тривалість циклу можна взнати, підключивши модуль Statistic у вікні PLC Configuration.

Час опитування датчиків або підключених мережевих прис­троїв, а також час зміни стану виходів не зв’язані напряму з часом циклу ПЛК. Робота з інтерфейсами, входами і виходами і виконання циклу ПЛК здійснюється паралельно.

Пам’ять входів-виходів (МЕК-пам’ять) призначена для зберігання даних, що надходять з фізичних (мережевих) входів або передаються на фізичні (мережеві) виходи контролера.

На початку кожного циклу своєї роботи ПЛК прочитує значення з пам’яті входів (позначається %1) і використовує відповідно до призначеного для користувача алгоритму. В кінці циклу набуті (обчислені) значення записуються в пам’ять виходів (позначається %Q).

Запис значень, одержаних з фізичних входів в область входів, і передача значень з області виходів на фізичні виходи здійснюється паралельно виконанню циклу ПЛК за допомогою спеціальних внутрішніх драйверів.

Залежно від типу ліцензії ПЛК, розмір цієї області пам’яті може бути обмежений 360 байтами або не обмежений.