НИРС Андреев / 140600.68_СДМ.Ф.4_Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации. ч2

1.Программируемые логические контроллеры и промышленные компьютеры

2.Информационные сети и их компоненты

3.Пульты и терминалы

4.Выбор средств автоматизации

Литература: Учебное пособие, часть2, стр. 178-183.

1. Программируемые логические контроллеры и промышленные

компьютеры

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) являются базовыми компонентами для построения систем автоматического управления различной степени сложности. Широкий спектр центральных процессорных устройств

(ЦПУ). сигнальных, функциональных, коммуникационных и интерфейсных модулей позволяет получать оптимальные решения каждой конкретной задачи.

Основные характеристики ПЛК можно в полном объеме рассмотреть на примере программируемых контроллеров, выпускаемых компанией Omron.

Предлагаемые этой компанией ПЛК предназначены для построения систем автоматизации различного уровня сложности — от компактного ПЛК серии СРМ до высокопроизводительного модульного контроллера СJ1 и ПЛК серии

CS1 на основе базовой панели (см. рис. 1.5). Для программирования контроллеров применяется пакет автоматизации СХ-Programmer, содержащий средства настройки, программирования, запуска, наблюдения и обслуживания для всех контроллеров Оmrоn. При необходимости набор программных средств можно расширить посредством добавления дополнительных программных компонентов. Описание серий ПЛК Omron дано на internet-

сайтах, указанных в приложении.

Промышленные компьютеры могут круглосуточно работать в условиях повышенной влажности, пыли, агрессивных сред, вибрации и тряски.

Промышленные компьютеры в различных исполнениях можно рассмотреть на примере оборудования SIMATIC PC компании Siemens.

Промышленные компьютеры SIMATIC PC имеют следующие особенности: материнскую плату собственной разработки и изготовления;

современную архитектуру, базирующуюся на использовании микропроцессоров Intel; промышленное исполнение, соответствующее современным PC стандартам; мощную встроенную систему диагностики и мониторинга.

Благодаря перечисленным особенностям промышленные компьютеры

SIMATIC PC способны работать в тяжелых температурных режимах, под управлением различных операционных систем и с различной дополнительной аппаратурой.

2. Информационные сети и их компоненты

Информационные сети служат для передачи данных на всех уровнях автоматизации производства, включая сети полевого и заводского уровней,

комплекс сетевых компонентов, программные и аппаратные средства для построения, конфигурации и эксплуатации. Некоторые крупные компании предлагают готовые интегрированные системы, охватывающие все уровни автоматизации производства. В качестве примера рассмотрим информационные сети, входящие в систему автоматизации SIMATIC PCS 7

компании Siemens.

Значительная часть сетевых решений во всем мире создается на основе

Ethernet. Применение Ethernet предоставляет пользователю целый ряд преимуществ: быстрый ввод в эксплуатацию, удобные технологии соединений; гибкие возможности расширения существующих сетей;

неограниченные коммуникационные возможности, использование технологии коммутируемых сетей; организацию обмена данными между различными иерархическими уровнями управления; интеграцию в глобальные сети,

использование функциональных возможностей Internet; надежное вложение инвестиций, возможность поэтапного развития сети. При небольшом числе логических соединений (до восьми) операторские станции подключаются к

сети Industrial Ethernet через интерфейс ВРС (Basic Process Communication).

Для более сложных систем рекомендуется применение станций с коммуникационным процессором СР 1613. Industrial Ethernet обеспечивает получение всех преимуществ высокоэффективной системы промышленной связи: скорость передачи данных 100 Мбит/с, использование технологии коммутируемых сетей, возможность применения резервированных структур на основе дублированных колец.

Системы связи полевого уровня характеризуются интенсивным обменом данными между системами автоматизации и станциями распределенного ввода-вывода и другим оборудованием данного уровня. Опрос входных сигналов и выдача управляющих воздействий производятся циклически.

Передача сигналов тревоги, параметров настройки аппаратуры,

диагностических данных происходит асинхронно. На работу системы связи полевого уровня накладываются жесткие требования работы в реальном масштабе времени.

Характеристика и описание информационных сетей, входящих в систему автоматизации SIMATIC PCS 7 компании Siemens, даны на Internet-сайтах,

указанных в приложении.

3. Пульты и терминалы

Приборы оперативного управления и мониторинга включают в свой состав широкую гамму аппаратуры оперативного управления и контроля,

масштабируемую по производительности и стоимости, степени защиты и возможности расширения. Достаточно широкий выбор устройств оперативного управления и контроля предлагает компания Omron.

Программируемые терминалы серии NT Omron используются в качестве панелей оператора, для контроля и управления технологическим оборудованием в режиме реального времени. Эти устройства позволяют отображать информацию как в графическом, так и символьном виде, а также вводить требуемые данные. Терминалы, предназначенные для панельного

монтажа или монтажа в стойку, имеют степень зашиты лицевой панели IP65.

Исполнение их дисплеев может быть основано на одной из трех технологий:

EL, STN LCD, TFT, LCD. Электролюминесцентная технология (EL)

обеспечивает наилучший угол обзора, яркость и контрастность, а

жидкокристаллическая (LCD) — отсутствие мерцания, точную геометрию,

полное отсутствие рентгеновского излучения, продолжительный срок эксплуа-

тации. На Internet-сайтах, указанных в приложении, даны технические харак-

теристики терминалов компании Omron.

4. Выбор средств автоматизации

Выбор программируемых контроллеров. Роль и место ПЛК в автоматизированных системах управления промышленными механизмами и технологическими комплексами подробно рассмотрены в [8]. Однако наличие различных ПЛК ставит вопрос об их выборе для решения поставленных задач.

Большинству потребителей требуется не превосходство одной какой-то характеристики, а некая интегральная оценка, позволяющая сравнить различные ПЛК по совокупности характеристик и свойств.

Программно реализуемые функции системы управления во многом определяют технические характеристики технологического контроллера, а

точнее, технические характеристики микропроцессорных устройств — однокристальных микроконтроллеров (ОМК) или микропроцессоров (ОМП),

на основе которых он реализуется. Основными характеристиками, по которым ведут выбор технологических контроллеров, являются: разрядность процессора, быстродействие, объем адресуемой памяти (ОЗУ и ПЗУ),

особенности системы команд.

Важную роль при выборе технологических контроллеров играют номенклатура встроенных или внешних периферийных устройств (таймеров,

последовательных интерфейсов, параллельных портов ввода-вывода, АЦП,

модулей ШИМ, модулей обработки прерываний и др.), возможность использования режимов пониженного электропотребления, характеристики

питающего напряжения. В некоторых случаях промышленного применения контроллеров важны такие параметры, как диапазон рабочих температур и потребляемая мощность.

Один из самых важных параметров ПЛК — быстродействие — в

каталогах фирм указывается в совершенно разных вариантах: время выполнения бинарных команд, время опроса 1К дискретных входов, время выполнения смешанных команд и т.д.

При выборе технологического контроллера важна также его цена,

которую одни фирмы приводят в американских долларах, а другие — в евро,

при этом курсы иностранных валют очень разные и всегда завышенные. А с учетом многочисленных систем скидок задача выбора еще усложняется.

При выборе контроллера важным является наличие развитого инструментального обеспечения по его программированию:

кросскомпиляторов с языков высокого уровня, программ отладчиков,

операционных систем реального времени, инструментальных сред разработки программного обеспечения с использованием CASE-средств.

Спектр ПЛК, предлагаемых сегодня, чрезвычайно широк. В подразд. 3.4

приведены некоторые сведения о ПЛК наиболее распространенных в России фирм. Кроме параметров CPU указывают параметры для интеллектуальных модулей. Все контроллеры строятся по магистрально-модульному принципу,

монтируются на панель или DIN-рейку, работают от напряжения +24 В,

поддерживают протоколы обмена Fieldbus и имеют широкий набор модулей:

дискретных входов/выходов, коммуникационные, аналогового ввода/вывода,

терморегуляторов, позиционирования, ПИДрегулятора, контроля движения.

Из обзора контроллеров видно, что все они имеют равные функциональ-

ные возможности, близкие технические и эксплуатационные характеристики и даже почти одинаковые габаритные размеры и массу. В такой ситуации необходимо определить критерии оценки и выбора ПЛК, удовлетворяющего конкретной поставленной задаче.

Учитывая специфику данных устройств, критерии оценки можно разде-

лить на три группы: технические характеристики, эксплуатационные характеристики, потребительские свойства. При этом критерием выбора следует считать потребительские свойства, т.е. соотношение затрат,

производительности и надежности, а технические и эксплуатационные характеристики — ограничениями для процедуры выбора.

Выбор ПЛК производится в четыре этапа.

1.Определение соответствия технических характеристик предъявленным требованиям.

2.Определение соответствия эксплуатационных характеристик предъявленным требованиям.

3.Оценка потребительских свойств выбираемой аппаратуры.

4.Ранжирование изделий.

На первом этапе каждая техническая характеристика анализируемого ПЛК сравнивается с предъявленными к проектируемой системе требованиями,

и если данная характеристика не удовлетворяет этим требованиям, ПЛК снимается с рассмотрения.

На втором этапе проводят анализ эксплуатационных характеристик. И

только если технические и эксплуатационные характеристики соответствуют поставленной задаче и предъявленным требованиям, оценивают потребительские свойства ПЛК, используя различные методы, например аддитивный (ГОСТ 15467-79).

Определение весовых коэффициентов характеристик ПЛК является ответственной задачей, так как от их правильного расчета зависит достоверность результатов анализа. Для этого составляют таблицу эксперт-

коэффициентов, в которой проставляют полученные от каждого эксперта оценки коэффициентов по определенной шкале (например, от 0 до 10).

Ранжирование изделий, т.е. расположение их в порядке возрастания (или убывания) соотношения показателей производительность/надежность/затраты,

целесообразно проводить по формуле Р = П + Н + З, где П — производи-

тельность; Н — надежность; З — затраты.

Отдельными фирмами (например, EMERSON Process Management)

разработан опросный лист для выбора технологического контроллера, в

котором необходимо ответить на следующие вопросы:

наименование системы (объекта управления);

назначение контроллера (только сбор данных, дискретное управление,

непрерывное управление и т.д.);

число сигналов ввода/вывода (аналоговый вход, аналоговый выход, вход

«сухой контакт», дискретный вход 24 В, дискретный выход 24 В, дискретный выход релейный, импульсный вход и т.п.);

число и тип коммуникационных портов (RS232 до 15 м, RS485 до 1500 м

и др.);

поддерживаемые коммуникационные протоколы (Profibus, Modbus, Hart

и др.);

условия размещения контроллера (в отапливаемом помещении, в

неотапливаемом помещении, вне помещения и др.);

защитный кожух (не требуется, требуется (IP66), для монтажа на открытой площадке, для монтажа на стене/трубе и т.д.);

внешний жидкокристаллический дисплей (не требуется, требуется);

температура окружающей среды;

напряжение питания на объекте (220 В переменного тока, 24 В

постоянного тока, 12 В постоянного тока, отсутствует);

комплект программного обеспечения (для сбора и отображения данных

— SCADA, ОРС-сервер, DDE-сервер и др.).

Выбор датчиков. При выборе датчиков учитываются следующие показатели: линейность и однозначность статической характеристики; высокие чувствительность (крутизна) и разрешающая способность; стабильность харак-

теристик во времени; отсутствие влияния нагрузки на статические характе-

ристики; минимальная инерционность; минимальное влияние внешних факторов (температуры, вибраций и т.д.); устойчивость к химическим воз-

действиям контролируемой и окружающей среды; простота и технологичность конструкции; взаимозаменяемость (повторяемость характеристик); удобство монтажа и обслуживания. Выбор типа датчика определяется требованиями по точности системы, ее назначением и условиями эксплуатации (см. подразд.

3.1.10).

Лекция №10. Программные средства систем автоматизации

1.Программные средства промышленных компьютеров, контроллеров, терминалов и интеллектуальных модулей

2.Программирование контроллеров для реализации алгоритмов управления оборудованием

3.Программирование контроллеров для решения задач повышения надежности систем управления

Литература: Учебное пособие, часть2, стр. 183-192.

1. Программные средства промышленных компьютеров,

контроллеров, терминалов и интеллектуальных модулей

Программное обеспечение средств автоматизации. Все фирмы — производители средств автоматизации разрабатывают и программное обеспечение этих средств. Программное обеспечение имеет общие признаки построения интерфейса проектировщика, системы команд и функций.

Рассмотрим программное обеспечение для настройки и программирования различных средств автоматизации фирмы Omron.

Программные продукты фирмы объединены в серию СХ, основанную на коммуникационной платформе CX-Server (СХ-Programmer, СХ-Simulator, СХ-

Supervisor, СХ-Motion, CX-Positbion, CX-Protocol), которая включает в себя драйверы сетевой связи для всех программных протоколов Омron, сетей

Ethernet, Controller Link и последовательной связи.

Широкий набор программных средств серий СХ обеспечивает одновременный доступ к различным программируемым логическим устройствам и сетям через CX-Server. Это повышает удобство и простоту обращения с оборудованием фирмы Омron.

Данные программные средства выполняют функции драйвера Windows

для обмена данными между системами ПЛК Омron и Microsoft Office, а также функции VBA: программирование для всех типов ПЛК, тестирование пользовательских программ SCADA, настройку параметров модулей динамического управления CS1W-MC*** и С200Н-МС221, настройку параметров модулей позиционирования CS1W-NC и CJ1W-NC и

программирования коммуникационных модулей поддерживающих макропротокол.

Среда СХ-Programmer обеспечивает единую платформу программного обеспечения для ПЛК Omron всех типов: от микроконтроллеров до двухпроцессорных систем. Программатор упрощает преобразование и повторное использование управляющих программ, созданных с помощью программного обеспечения для ПЛК предыдущих поколений.

Усовершенствованная функция «сравнение проектов» позволяет детально сравнить программу ПЛК и персонального компьютера. За счет интеграции CX-Programmer с другими программными средствами и совместного использования комментариев повышается скорость разработки и упрощается эксплуатация ПЛК.

Главной особенностью среды CX-Programmer является наличие в ней (по аналогии со средствами для разработки программ для персональных компьютеров) функции компиляции программы. Фактически эту функцию выполняет мощный анализатор текста программы, который производит проверку исходного текста и сигнализирует о фактических ошибках и фрагментах кода, выполнение которых может происходить неверно (например,

использование одного и того же выхода в более чем одной цепочке). Благодаря функции компиляции удается резко сократить количество ошибок, оставшихся

на момент отладки программы, а также сократить время ее написания.

Сэкономленное время можно использовать для более тонкой настройки характеристик оборудования, а также сокращения длительности и оптимизации рабочего цикла программы.

В состав функциональных устройств ПЛК, как правило, входят различные устройства ввода и отображения информации, позволяющие осуществлять контроль за ходом технологического процесса, — средства человекомашинного интерфейса MM1 (Man Machine Interface).

С помощью программной среды разработки экранов терминалов

(панелей оператора) NT-Shell решаются следующие задачи (для всех без исключения NT-терминалов фирмы Omron):

создание и редактирование экранов, таблиц данных, строковых и цифро-

вых таблиц;

управление обменом данных между ПЛК и NT; ведение хронологии аварийных сообщений и вызовов экранов NT. СХ-Supervisor—SCADA — это пакет фирмы Omron, с помощью которого можно создавать приложения верхнего уровня управления. Простые приложения быстро создаются с помощью большого числа готовых функций и библиотек. За счет ясной структуры программы сокращается время на ознакомление с ней. С помощью ОРС возможна установка связи с ОРС-серверами второй версии. Поддержка баз данных SQL, ODBC, MS Access, dBase, CSV и MS Excel, а также импорт компонентов ActiveX позволяет создавать гибкие приложения с широкими функциональными возможностями.

Программирование промышленных компьютеров и программируемых контроллеров

Простые компьютерные средства автоматизации работают по жестким программам, заложенным в них при изготовлении. Их программирование для конкретных приложений заключается в записи необходимой для управления информации: кодов режима, управляющих слов, бит разрешения или запрета,