Реферат на тему современные контроллеры автоматизации

Обновлено: 05.07.2024

Файлы: 1 файл

PLC.doc

Контроллер телемеханических систем автоматизации

Данный класс универсальных контроллеров удобен для создания систем диспетчерского контроля и управления распределёнными на местности объектами. В контроллерах данного класса повышенное внимание уделяется программным и техническим компонентам передачи информации на большие расстояния беспроводными линиями связи. В качестве таких линий часто используются УКВ-радиоканалы с обычными или транковыми радиостанциями. При этом возможна передача информации от каждого контроллера в диспетчерский центр, а также эстафетная передача информации по цепи от одного контроллера к другому до достижения диспетчерского центра.

В настоящее время, в связи с большим скачком в развитии сотовой связи, всё большее распространение получает передача информации через сети GSM. По сравнению с транковыми сетями сети GSM имеют ряд достоинств и недостатков, обсуждение которых выходит за рамки данной статьи. Тем не менее отметим, что всё большее количество производителей контроллеров для телемеханических систем автоматизации предлагают коммуникационные модули со встроенными GSM-модемами.

Открытость архитектуры

По структуре контроллеры подразделяются на два класса: контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных стандартов.

При закрытой фирменной структуре изменения (модификации) контроллера возможны, обычно, только компонентами производителя. Сами изменения достаточно ограничены и заранее оговорены производителем.

При открытой магистрально-модульной структуре, имеющей стандартный интерфейс для связи центрального процессора с другими модулями контроллера, ситуация кардинально меняется:

открытость и широкая доступность стандарта на шину, соединяющую модули разного назначения, даёт возможность выпускать в данном стандарте любые модули разным производителям, а разработчикам контроллеров даёт возможность компоновать свои средства из модулей разных фирм;
возможность любой модификации и перекомпоновки средств путем замены в них отдельных модулей, а не замены самих средств, удешевляет эксплуатацию средств;
сборка контроллеров из готовых модулей позволяет точнее учитывать конкретные технические требования и не иметь в них лишних блоков и элементов, не нужных для данного конкретного применения;
широкая кооперация разных фирм, поддерживающих данный стандарт на шину и работающих в этом стандарте, позволяет пользователям модулей не быть привязанными к конкретному поставщику и иметь широкий выбор необходимой ему продукции.
В качестве примера распространённого стандартного интерфейса для обмена информацией внутри контроллера можно привести интерфейс VME. Эта шина была разработана фирмой Motorola и впоследствии была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987 (отечественный аналог – ГОСТ Р МЭК 821-2000).

PC-совместимость

По этому признаку все контроллеры можно разделить на два класса: PC-совместимые и PC-несовместимые. Каждый из этих классов имеет свои достоинства и недостатки.

PC-совместимые контроллеры можно охарактеризовать следующими особенностями:

они имеют классическую открытую архитектуру IBM PC;
в них используется элементная база, та же, что и у обычных PC;
они работают под управлением тех же операционных систем, которые широко используются в персональных компьютерах, например Windows, Unix, Linux, QNX;
программируются они теми же языками, которые используются для разработки ПО для PC;
на них, как правило, возможна работа программного обеспечения, разработанного для персональных компьютеров, при наличии требуемых для ПО аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые контроллеры можно охарактеризовать так:

архитектура контроллеров закрыта, она, как правило, является ноу-хау разработчика;
элементная база, на которой строятся контроллеры, существенно отличается от используемой в PC, она разная у разных производителей;
операционные системы, под управлением которых работают контроллеры, совершенно другие, нежели те, которые используются в РС, они часто разрабатываются самими производителями именно для данного типа или линейки контроллеров;
так как в таких контроллерах практически не используются стандарты, предлагаемые разработчиками распространённых операционных систем для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается невозможной.

Из рассмотренных выше характеристик можно сделать вывод о сравнительных достоинствах и недостатках РС-совместимых и несовместимых контроллеров. РС-совместимые контроллеры по сравнению с РС- несовместимыми контроллерами в целом обладают большей мощностью, легче стыкуются с различными SCADA, MES, ERP системами, системами управления базами данных, открыты для большинства стандартов в областях коммуникаций и программирования, они в среднем дешевле, проще обслуживаются и ремонтируются.

В то же время РС-несовместимые контроллеры лучше учитывают требования промышленной автоматики; их операционные системы гарантируют отклик контроллера на внешнее событие через заданное время (операционные системы реального времени). Они в целом более надежны, так как больше используют наработанные в промышленности способы диагностики и горячего резервирования, обеспечивающие отказоустойчивость системы в целом. В них шире используются возможности связи с различными полевыми шинами.

Конструктивное исполнение

По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить на несколько групп, мы их условно назовем так:

встраиваемые;
размещаемые в общий конструктив;
модульного типа;

Встраиваемые контроллеры

Как правило не имеют корпуса, часто конструкция просто крепится на раме. Требований к защитным оболочкам таких контроллеров не предъявляются, поскольку контроллеры встраиваются в общий корпус оборудования и являются неотъемлемой частью этого оборудования. Пример встраиваемого контроллера приведен на рис. 1.

Контроллеры, размещаемые в общий конструктив

Конструктивы таких контроллеров бывают как оригинальными, разрабатываемыми производителями, так и стандартизированными. Одним из примеров стандартизированных конструктивов является конструктив Евромеханика (DIN 41494 / IEC 297-1). Стандарт Евромеханика регламентирует ширину, высоту и глубину рамы контроллера. Пример контроллера в конструктиве Евромеханика приведён на рис. 2.

На рис. 3 приведён пример контроллера в нестандартизированном конструктиве.

Контроллеры модульного типа

Контроллеры модульного типа не используют общего конструктива. Каждый модуль таких контроллеров, будь то процессорный модуль или модуль ввода-вывода, имеет собственный корпус. Так как защитную оболочку для каждого модуля сделать проще, чем для всего контроллера, то именно этот тип контроллеров чаще всего выпускают для жёстких условий эксплуатации в исполнениях IP 67 и выше.

Контроллеры модульного типа очень часто выпускают в корпусе для монтажа на рейку DIN NS 35/7,5. Можно выделить две разновидности контроллеров: с внутренней межмодульной шиной и с внешней шиной.

Модули контроллеров с внутренней межмодульной шиной на боковых поверхностях имеют контакты для подключения соседних модулей. А модули контроллеров с внешней шиной, как правило, используют для связи между модулями какую-нибудь скоростную полевую шину, например CAN.

В качестве примера на рис. 3 показан контроллер с внутренней шиной, а на рис. 4 и рис. 5 показаны модули контроллера с внешней шиной, приспособленные для эксплуатации в жёстких условиях.

Для правильного выбора контроллера применительно к той или иной задаче, конечно, не будет достаточно классифицировать его по тем или иным признакам. Разработчикам АСУ приходится изучать горы литературы и технической документации. Но тем не менее классификация контроллеров позволяет лучше понять их рынок в целом и сократить время на поиск и выбор наиболее подходящей модели.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Контроллер системы автоматизации

1 Техническое задание на разработку проекта

Исходные данные для проектирования

Устройство, разработка которого проводится в данной работе, - контроллер системы автоматизации. В качестве реализуемых на его основе функций можно назвать следующие: получение данных от датчиков состояния объекта управления, формирование управляющих воздействий согласно решаемым задачам, обмен информацией с другими контроллерами и центральной ЭВМ. Также в этот список можно включить и такие внутренние сервисные функции как самодиагностика и контроль хода выполнения программы – выявление ситуаций “зависания”.

В проекте не рассматриваются процессы непосредственного управления объектом. Поэтому основной задачей контроллера будет прием данных от внешнего источника, преобразование их в нужный формат и передача дальше по цепочке. То есть контроллер можно рассматривать как некий “информационный” ретранслятор, снабженный функциями контроля и самодиагностики.

Контроллер принимает данные в виде пакетов в соответствии с протоколом X-Modem, обеспечивающим проверку возникновения ошибок передачи и повторный запрос пакета в случае их возникновения. Реализуемый интерфейс приема – ИРПР-М.

Информация буферизуется и передается дальше по одному байту без контроля ошибок также с использованием интерфейса ИРПР-М. Дополнительно с помощью программируемого таймера контроллер производит проверку состояния ПЗУ (подсчет контрольной суммы) и анализ хода выполнения программы. В случае несовпадения контрольной суммы либо зависания одной из задач выключается индикатор нормальной работы, и процесс останавливается до вмешательства оператора.

1.1.2 Характеристики интерфейса ИРПР-М

Интерфейс ИРПР-М является унифицированной системой связей и сигналов и обеспечивает единые способы обмена информацией при соединении корреспондентов посредством кабеля. Интерфейс ИРПР-М может быть использован при построении сосредоточенных модульных систем обработки данных. По классификационным признакам интерфейс ИРПР-М является межблочным, асинхронным, параллельным, однонаправленным, радиальным интерфейсом. Единицей обмена данными для интерфейса является байт или слово. Максимальное удаление двух взаимодействующих компонент – 15 метров. Максимальное число линий связи – 40. Минимальный набор линий связи приведен в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Сигналы интерфейса ИРПР-М

Запрос очередного байта данных

Высокий уровень на линии сигнализирует о неготовности приемника к обмену

Восемь (шестнадцать) линий данных

Временные диаграммы, объясняющие обмен информацией по линиям интерфейса, представлены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Временные диаграммы интерфейса ИРПР-М

Прием данных осуществляется в соответствии с протоколом X-Modem. Пакет информации представляет собой последовательность из 132 байт. Структура пакета:

Заголовок пакета. В качестве заголовка выступает код 01h (SOH).

Два байта – номер пакета. Первый байт – собственно номер, а второй его дополнение (для контроля ошибок).

Тело пакета – 128 байт.

Байт контрольной суммы. Контрольная сумма охватывает номер пакета и тело пакета.

Для сопровождения обмена используются служебные символы, представленные в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Служебные символы протокола X-Modem

Символ начала пакета

Аварийное завершение обмена

Процесс обмена осуществляется следующим образом: Приемник посылает передатчику подряд два сигнала NAK. В ответ передатчик начинает посылку пакетов. После приема каждого пакета приемник анализирует правильность передачи и посылает передатчику символ ACK – подтверждение приема. Если при подсчете контрольной суммы обнаружена ошибка, то вместо сигнала ACK передается NAK – запрос на повторную передачу пакета. Последовательность пакетов передатчик завершает символов EOT, который приемник подтверждает сигналом ACK. Если при установке связи передатчик не ответил на запрос информации (два сигнала NAK), то приемник продолжает посылать запрос NAK с интервалом 10 секунд. Может быть послано до десяти запросов NAK.

Передача информации производится посимвольно. Причем данные посылаются блоками по 256 байт. В начале каждого блока располагается четыре байта, несущие информацию о текущем времени контроллера. Данные блоки формируются в отдельном участке памяти – буфере передатчика и посылаются п мере готовности. За формированием информационных блоков следит специальная задача.

Структура и алгоритм функционирования контроллера.

1.2.1 Структурная схема контроллера

Структурная схема контроллера представлена на рисунке 1.2.

Элементы, входящие в схему:

СГ – системный генератор.

ЦП – центральный процессор.

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство.

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

ПКП – программируемый контроллер прерываний.

ПТ – программируемый таймер.

ИГ – индикатор готовности.

ПВВ – порт ввода-вывода.

Рисунок 1.2 - Структурная схема контроллера

Системная шина контроллера состоит из трех составляющих: шины адреса (AB), шины данных (DB), шины управления (CB).

Индикатор готовности информирует о нормальной работе устройства – в случае возникновения ошибок индикатор гасится.

Диаграммы состояний основных процессов

Диаграмма состояний процесса приема, показанная на рисунке 1.3, наглядно иллюстрирует работу контроллера при приеме данных от внешнего устройства.

Так как прием информации осуществляется пакетами, то в основе схемы лежит диаграмма состояний при использовании протокола X-Modem.

Рисунок 1.3 - Диаграмма состояний процесса приема данных

Более подробно состав блока “Послать символ” представлен на рисунке 1.4.

Рисунок 1.5 – Состав блока “Послать символ”.

На рисунке 1.6 показана диаграмма процесса передачи информации. Передача ведется по одному байту без контроля ошибок.

На рисунке событие “Прошло 500 нс” означает выдержку необходимой паузы для формирования сигнала. Включение передатчика происходит при наличии флага готовности буфера передачи. Поэтому проверка буфера включает в себя и проверку состояния флага.

Рисунок 1.6 - Диаграмма состояний процесса передачи данных.

Диаграмма состояний процесса самодиагностики показана на рисунке 1.7.

Подсчет контрольной суммы ПЗУ (КС) ведется в цикле. В случае несовпадения рассчитанного значения с контрольными данными происходит останов процессора. Блок “Подсчет КС” обозначает циклический процесс по суммированию по модулю 256 содержимого ячеек ПЗУ.

Рисунок 1.7 - Диаграмма состояний процесса самодиагностики

Диаграмма состояний процесса “службы времени” представлена на рисунке 1.8.

Служба времени решает две задачи. Это контроль зависания задач и формирование переменной, содержащей текущее время от начала работы контроллера. Конторль зависания осуществляется следующим образом. Перед началом каждого цикла прохода подпрограмм диспетчер запускает таймер, работающий в роли одновибратора. Время срабатывания таймера заведомо больше времени одного цикла работы диспетчера. Поэтому, если все задачи отработали успешно, таймер не успеет сработать до следующего перезапуска. Если таймер сработает и вызовет прерывание, то это сигнализирует о “зависании” одной из задач. В данной ситуации требуется немедленно остановить работу процессора. При подсчете времени таймер генерирует импульсы определенной частоты, по которым контроллер прерываний формирует запросы на прерывание для процессора. Обработчик этих прерываний каждый раз наращивает на единицу переменную-счетчик времени.

Рисунок 1.8 - Диаграмма состояний процесса “службы времени”

Разработка аппаратной части контроллера

Обоснование выбора микропроцессора

К наиболее важным аппаратурным особенностям К1810ВМ86 относятся: развитая регистровая структура, существенно уменьшающая число обращений к памяти; конвейерный принцип выполнения команд с предварительной выборкой, обеспечивающий максимальную пропускную способность системной магистрали; распределенное микропрограммное устройство управления; мультиплексированная шина адреса-данных; многофункциональное использование выводов, позволяющее адаптировать МП к уровню сложности разрабатываемой системы; способность координировать взаимодействие нескольких процессоров.

Распределение адресного пространства

Микропроцессор К1810ВМ86 позволяет адресовать до 1Мбайт памяти. Так как основной задачей разрабатываемого контроллера является прием информации, преобразование в другой формат и передача ее следующему корреспонденту, то распределение память становится важной задачей. Особенности процессора заставляют выбирать такую структуру памяти, при которой младшие адреса занимает ОЗУ, а старшие – ПЗУ. Поставленная задача не требует реализации полного объема возможной памяти, поэтому используется следующая структура памяти:

адреса 0000 – 3FFFh соответствуют ОЗУ;

адреса 4000 – 7FFFh соответствуют ПЗУ.

Порты ввода-вывода, регистры управления таймера и программируемого контроллера прерывания также имеют фиксированные адреса:

адреса 0000-0006 соответствуют порту ввода-вывода, предназначенному для приема данных;

адреса 0010-0016h соответствуют управляющим регистрам программируемого таймера;

Функциональная схема контроллера

Функциональная схема контроллера приведена в приложении.

Параллельный порт ввода-вывода PPI (DD15) предназначен для обеспечения приема информации в соответствии с протоколом X-Modem. Поэтому необходима двунаправленная связь. Фактически на микросхеме реализовано два интерфейса ИРПР-М. Один из них, для приема байтов информации, имеет следующую организацию:

сигналы BUSY_IN и ACKNLG_IN – выводы Р_С0 и Р_С1 соответственно.

При приеме байта, он поступает на линии порта А (сигналы D_IN 0 – D_IN 7). Для передачи управляющих символов используется порт В. При этом служебные сигналы подключаются к следующим линиям:

сигнал STROBE_OUT – вывод Р_С2;

сигналы BUSY_OUT и ACKNLG_OUT – выводы Р_С5 и Р_С6 соответственно.

Для передачи информации используется параллельный порт ввода-вывода PPI (DD16) На нем также реализован интерфейс ИРПР-М. Данные выдаются через порт А. Сигнал STROBE поступает в линию связи через нулевой разряд порта В. Сигналы готовности приемника BUSY и ACKNLG поступают в порт С (разряды 1 и 0 соответственно). Так как импульс ACKNLG имеет длительность около 5 мкс, то его программная фиксация в режиме параллельной обработки нескольких задач затруднена. Предусмотрена аппаратная защелка этого сигнала с помощью триггера. После получения сигнала ACKNLG триггер программно сбрасывается. Аналогичная схема присутствует и в блоке приема данных.

Индикатор готовности выполнен на дешифраторе DD28. Его адресные входы подсоединены к линиям 4, 5, 6 порта С микросхемы DD16. Регистр в нормальном рабочем режиме управляет индикатором готовности системы, а в случае конфликтной ситуации отображает номер “зависшей” задачи.

Программируемый таймер используется для отсчета интервалов времени для контроля выполнения задач и вызова прерываний для самопроверки контроллера – подсчета контрольной суммы ПЗУ. В качестве счетных импульсов к таймеру подведен сигнал с выхода PCLK системного генератора, имеющий частоту, в два раза меньшую, чем тактовая частота процессора. При частоте процессора 5 МГц таймер отсчитывает импульсы с частотой 2,5 МГц. При этом максимальная задержка, обеспечиваемая таймером равна 26 мс.

Программируемый контроллер прерываний служит для упорядочения запросов на прерывание по приоритету и во времени. В данной схеме обслуживается два прерывания: контроль прохождения контрольной точки задачами и самодиагностика. Запросы на прерывание поступают от таймера и подаются на входы IRQ0, IRQ1 и IRQ2.

Для выбора нужной микросхемы при выполнении операций ввода-вывода используется дешифратор DD29, преобразующий два разряда адресной шины AB2 и AB3 в сигналы выбора CS. Сигналы выбора кристалла CS формируются только если один из сигналов IOR и IOW находится в активном состоянии. Необходимым условием выбора внешних по отношению к процессору устройств является равенство нулю младшего адресного разряда AB0. Для хранения адреса в течение всего цикла шины используются регистры-защелки DD11 и DD12, управляемые сигналов ALE процессора. Шина данных умощняется за счет подключения шинных формирователей.

Память контроллера организована на четырех микросхемах; две из них образуют ПЗУ (DD2 и DD3) и две другие – ОЗУ (DD7 и DD8). Память выполнена в виде двух банков с целью передачи как двухбайтовых слов, так и отдельных байтов. Для выбора соответствующего банка используются сигнал BHE (разрешение старшего банка) и младший разряд адресной шины AB0. Разряд шины адреса AB14 служит для выбора ПЗУ или ОЗУ. Также в качестве управляющих сигналов, задающих направление передачи применяются MEMR и MEMW.

Шина управления состоит из четырех сигналов MEMR, MEMW, IOR, IOW, которые формируются на основе сигналов процессора RD, WR, M/IO.

В таблице 2.1 показано соответствие основных элементов структурной схемы контроллера используемым микросхемам.

Выбор адекватной решаемым задачам архитектуры системы автоматизации является актуальной проблемой. Ошибочные решения, принятые на этом этапе проектирования систем автоматизации, могут стать причиной провала всего проекта. Актуальность этой проблемы существенно возрастает, когда речь идет об автоматизации крупных промышленных объектов, например энергоблоков ТЭС.

Требования к системам автоматизации крупных неоднородных объектов

Многоуровневость функционально-технологической структуры объекта

Известно, что для решения крупной и сложной задачи, часто ее разбивают на совокупность более мелких и простых задач. Сложный объект автоматизации представляется совокупностью технологических подсистем, которые, в свою очередь, состоят из более мелких технологических функциональных узлов, а те из совокупности агрегатов и т.д. Определение количества уровней и их границ является несколько условным. Тем ни менее, можно сослаться на сложившуюся практику классификации объектов с точки зрения технологии и опыт разделения реальных объектов на технологические уровни [1]. Выделяют пять основных технологических уровней:

I. уровень предприятия (например, ТЭС);

II. уровень технологического объекта (энергоблоки ТЭС);

III. уровень технологических подсистем (котел, турбина, генератор и т.д.);

IV. уровень технологических функциональных узлов (пылесистемы, пароперегреватели и т.д.)

V. уровень технологического оборудования внутри функционального узла (задвижки, механизмы, датчики и т.д.)

Нас интересует деление технологического объекта, внутри которого выделено три основных уровня. Например, на пылеугольном энергоблоке 200 МВт выделяют всего несколько технологических подсистем, около 100 функциональных узлов (далее ФУ) и несколько тысяч датчиков и исполнительных механизмов. Количество каналов на таком объекте составляет порядка шести тысяч. В таблице 1 показано усредненное число каналов в элементе для каждого из уровней на примере конкретной системы управления энергоблоком 200 МВт [2].

Усредненное кол-во каналов

Уровень функциональных узлов

Уровень технологического оборудования

Из приведенной количественной оценки видно, что уровень функциональных узлов наиболее адекватен уровню контроллеров или контроллерных модулей в системе управления.

Разбиение объекта на функциональные узлы основано на выделении отдельной технологической задачи, либо нескольких тесно связанных задач в единый узел. Следствием этого является то, что каждый функциональный узел достаточно автономен. Интенсивность его взаимодействия с остальной системой или другими узлами на порядки ниже, чем внутри его. Этот тезис хорошо подтверждается структурой систем управления на традиционных средствах (релейные схемы и автономные регуляторы), где каждая логическая схема, регулятор и т.д. в объеме технологического узла автономны, а взаимодействие всех этих элементов осуществляется через оператора. Таким образом, практика эксплуатации старых АСУ ТП на традиционных локальных средствах подтверждает, что обычный человек со стандартными рефлекторными возможностями справляется с управлением таким объектом как, например, энергоблок ТЭС.

Можно ожидать, что структура микропроцессорной системы управления образованная связанными сетью автономными контроллерами, каждый из которых обслуживает свой функциональный узел будет наиболее адекватной функционально-технологической структуре объекта и иметь минимальную интенсивность взаимосвязей между образующими ее элементами.

Повышенные требования по надежности

Для крупных объектов автоматизации традиционные меры по повышению надежности, связанные с применением качественных технических средств с большим временем наработки на отказ (более 100 тыс.часов), являются недостаточными. Характеристика времени наработки на отказ является статистической вероятностной величиной, поэтому при разработке архитектурных решений, повышающих надежность системы, необходимо исходить из того, что такой отказ всегда возможен.

Основные принципы, продиктованные самой задачей автоматизации крупных объектов, из которых целесообразно исходить при проектировании архитектуры системы следующие [3]:

никакой единичный отказ в системе не должен приводить к потере ее функциональности;

никакой единичный отказ не должен приводить к потере объема техпроцессов, при котором невозможно функционирование объекта;

Также существуют общие принципы, вытекающие из методов повышения надежности любых систем [4]:

Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

В отличие отмикроконтроллера (однокристального компьютера), микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия; компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый 'машинный' ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированого на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.); встраиваемых систем — ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее.

Первый в мире ПЛК — MOdular DIgital CONtroller (Modicon) 084, имеющий память 4 кБ, произведен в 1968 году.

В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 бит), получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

Siemens — SIMATIC S5 и S7;

Segnetics — Pixel 2511 и SMH 2Gi;

Mitsubishi — серия Melsec (FX, Q);

Modicon TSX Quantum;

Toshiba — серии V и nV;

ПЛК в своём составе не имеют интерфейса для человека, типа клавиатуры и дисплея. Их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами — специальными устройствами или устройствами на базе более современных технологий — персонального компьютера или ноутбука, со специальными интерфейсами и со специальным программным обеспечением (например, SIMATIC STEP 7 в случае ПЛК SIMATIC S7-300 или SIMATIC S7-400). В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с различными компонентами систем человеко-машинного интерфейса (например операторскими панелями) или рабочими местами операторов на базе ПК, часто промышленных, обычно через промышленную сеть.

Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК:

централизованно: в корзину ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода и датчики и исполнительные устройства подключаются отдельными проводами непосредственно, либо при помощи согласовательных модулей, к входам/выходам сигнальных модулей;

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) уже давно и прочно заняли свою нишу на рынке средств автоматизации. Развитие полупроводниковой элементной базы, разработка новых средств информационного обмена, развитие алгоритмов правления способствует тому, что линейка ПЛК непрерывно расширяется. Многообразие ПЛК с различными функциональными и техническими, конструктивными характеристиками настолько велико, что разработчики систем автоматизации зачастую оказываются перед нелегким выбором: какой контроллер наилучшим образом подойдет для решения той или иной задачи.

В данной работе мы попытаемся всё множество контроллеров классифицировать по ряду признаков, которые, как нам кажется, наиболее важны для потребителя. Определение для каждого контроллера его классификационных особенностей, его места среди прочих контроллеров позволит с большей точностью сказать, подходит ПЛК для решения данной конкретной задачи или нет.

На что действительно следует обратить внимание, так это на то, учтена ли при разработке контроллера российская специфика его эксплуатации. К российской специфике можно отнести:

высокий уровень промышленных помех;

широкий диапазон изменения параметров атмосферной и промышленной сред;

возможность информационной связи с рядом морально устаревших, но ещё находящихся в эксплуатации средств автоматизации выпуска российских предприятий 80-х годов;

низкую культуру оперативного персонала в части общения с вычислительными системами и дисплейными рабочими станциями.

Вывод: страну производитель, как серьезный фактор классификации рассматривать не стоит.

наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие до 15 входов/выходов;

малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов;

средние контроллеры, рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов;

большие контроллеры, рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов;

сверхбольшие контроллеры, имеющие примерно от 2000 и более входов/выходов.

Очень важно отметить, что с ростом мощности контроллера растёт его цена. Причем при переходе разница по цене между различными классами контроллеров очень значительна. Одна из задач при разработке системы управления – это чётко зафиксировать число входных и выходных сигналов объекта управления, чтобы избежать лишних затрат при выборе контроллера.

Область применения – один из наиболее важных признаков классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

Специализированный контроллер со встроенными функциями

Обычно им является минимальный по мощности контроллер, программа действия которого заранее прошита в его памяти, а изменению при эксплуатации подлежат только параметры программы. Число и набор модулей ввода/вывода определяется реализуемыми в нем функциями. Часто такие контроллеры реализуют различные варианты функций регулирования. Основные области применения: локальное управление какой-либо малой технологической установкой или механизмом.

Так, например, управление нагревом муфельной печи имеет смысл осуществить при помощи отдельного температурного контроллера. Во-первых, контроллер можно будет расположить возле самой печи, что избавит от необходимости далеко вести провода от датчиков, а во-вторых, температурные контроллеры, как правило, имеют органы индикации, которые позволят видеть текущее значение температуры.

Контроллер для реализации логических зависимостей (коммандоаппарат)

Главные сферы применения такого контроллера: станкостроение, машиностроение, замена релейно-контактных шкафов во всех отраслях промышленности. Он характеризуется прошитой в его памяти развитой библиотекой логических функций и функций блокировки типовых исполнительных механизмов. Для его программирования используются специализированные языки типа релейно-контактных схем. Набор модулей ввода/вывода у такого контроллера рассчитан, в основном, на разнообразные дискретные каналы. Наиболее простыми представителями данного класса контроллеров являются интеллектуальные реле.

Контроллер, реализующий любые вычислительные и логические функции

Наиболее распространённый универсальный контроллер, не имеющий ограничений по области применения. Центральный процессор контроллера имеет достаточную мощность, разрядность, память, чтобы выполнять как логические, так и математические функции. Иногда, для усиления его вычислительной мощности, он снабжается ещё и математическим сопроцессором (во многих современных процессорах математический сопроцессор интегрирован в сам кристалл). Инструментальные средства для программирования таких контроллеров, как правило, поддерживают несколько языков программирования, таких как язык релейно-контактных схем, функционально-блоковых диаграмм, язык С, Basic, Pascal и тому подобные. Как правило, также предоставляется большая библиотека уже реализованных логических, математических и коммуникационных функций. В состав модулей ввода/вывода входят модули на всевозможные виды и характеристики каналов (аналоговых, дискретных, импульсных и т. д.).

Контроллер противоаварийной защиты

Он должен отличаться от контроллеров других классов:

особенно высокой надежностью, достигаемой различными вариантами диагностики и резервирования (например, диагностикой работы отдельных компонентов контроллера в режиме реального времени, наличием основного и резервного контроллеров с одинаковым аппаратным и программным обеспечениями и с модулем синхронизации работы контроллеров, резервированием блоков питания и коммуникационных шин);

высокой готовностью, т. е. высокой вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме (например, не только идентификацией, но и компенсацией неисправных элементов; не просто резервированием, но и восстановлением ошибок программы без прерывания работы контроллеров);

отказоустойчивостью, когда при любом отказе автоматизируемый процесс переводится в безопасный режим функционирования.

Контроллер цепи противоаварийной защиты должен иметь сертификат, подтверждающий безопасность его работы в цепях противоаварийной защиты.

Контроллер телемеханических систем автоматизации

открытость и широкая доступность стандарта на шину, соединяющую модули разного назначения, даёт возможность выпускать в данном стандарте любые модули разным производителям, а разработчикам контроллеров даёт возможность компоновать свои средства из модулей разных фирм;

возможность любой модификации и перекомпоновки средств путем замены в них отдельных модулей, а не замены самих средств, удешевляет эксплуатацию средств;

сборка контроллеров из готовых модулей позволяет точнее учитывать конкретные технические требования и не иметь в них лишних блоков и элементов, не нужных для данного конкретного применения;

широкая кооперация разных фирм, поддерживающих данный стандарт на шину и работающих в этом стандарте, позволяет пользователям модулей не быть привязанными к конкретному поставщику и иметь широкий выбор необходимой ему продукции.

В качестве примера распространённого стандартного интерфейса для обмена информацией внутри контроллера можно привести интерфейс VME. Эта шина была разработана фирмой Motorola и впоследствии была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987 (отечественный аналог – ГОСТ Р МЭК 821-2000).

PC-совместимые контроллеры можно охарактеризовать следующими особенностями:

они имеют классическую открытую архитектуру IBM PC;

в них используется элементная база, та же, что и у обычных PC;

они работают под управлением тех же операционных систем, которые широко используются в персональных компьютерах, например Windows, Unix, Linux, QNX;

программируются они теми же языками, которые используются для разработки ПО для PC;

на них, как правило, возможна работа программного обеспечения, разработанного для персональных компьютеров, при наличии требуемых для ПО аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые контроллеры можно охарактеризовать так:

архитектура контроллеров закрыта, она, как правило, является ноу-хау разработчика;

элементная база, на которой строятся контроллеры, существенно отличается от используемой в PC, она разная у разных производителей;

операционные системы, под управлением которых работают контроллеры, совершенно другие, нежели те, которые используются в РС, они часто разрабатываются самими производителями именно для данного типа или линейки контроллеров;

так как в таких контроллерах практически не используются стандарты, предлагаемые разработчиками распространённых операционных систем для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается невозможной.

По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить на несколько групп, мы их условно назовем так:

размещаемые в общий конструктив;

Контроллеры, размещаемые в общий конструктив

На рис. 3 приведён пример контроллера в нестандартизированном конструктиве.

Контроллеры модульного типа

Современные направления электроники

. переменного тока В контрольной работе приведена классификация современных структур силовых трехфазных преобразователей переменного . гармоники [10]. Вычисления производятся DSP - контроллером в течение каждого периода и затем сформированный .

Современные материальные носители документированной информации, их классификация и характеристик

. информации, их классификация и характеристика Современные материальные носители стр. 5 Классификация современных материальных носителей стр . электронная плата, которая расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость .

Контроллеры для автоматизации крупных промышленных объектов

. , можно сослаться на сложившуюся практику классификации объектов с точки зрения технологии и опыт . системные свойства контроллеров: Во-первых, обеспечение надежной среды передачи данных. В современных локальных .

Современные средства мультимедиа

. такое средства мультимедиа? Какова классификация и характеристика средств мультимедиа? . Мультимедиа (multimedia) - это современная компьютерная информационная технология, позволяющая . его воспроизведения можно воспользоваться Контроллером (controller). Для .

Современный финансовый кризис причины и формы проявления в разных странах

. Глава 1. Причины современного финансового кризиса 1.1 Современная мировая финансовая система . и новый продуманный вариант классификации финансовых инструментов. Эти меры . роль центральных банков, регуляторов, контроллеров, и фискальных органов власти .

Читайте также: