PC-совместимые контроллеры

До последнего времени роль контроллеров в АСУ ТП в основном выполняли программируемые ло­гические контроллеры - ПЛК (PLC - ProgrammableLogicController) зарубежного и отечественного производства [15]. Наиболее популярны в нашей стране ПЛК таких зарубежных производителей, как Allen-Braidly, Siemens, ABB, Modicon, и такие отечественные модели, как «Ломиконт», «Ремиконт», «Микродат», «Эмикон». В связи с бурным ростом производства миниатюрных PC-совместимых компьютеров последние все чаще стали использовать в качестве контроллеров, причем эта тенденция напрямую связана с концепцией OMAC (OpenModularArchitectureControls) - открытой модульной архитектуры контроллеров.

Такие РС-совместимые контроллеры получили название SofPLC. Это название свидетельствует о том, что большинство функций обычных PLC, которые решались на аппаратном уровне, в этих кон­троллерах могут решаться с помощью программного обеспечения.

Первое и главное преимущество PC-контроллеров связано с их открытостью, т.е. с возможностью применять в АСУ ТП самое современное оборудование, только-только появившееся на мировом рынке, причем оборудование для PC-контроллеров сейчас выпускают уже не десятки, а сотни производителей, что делает выбор достаточно широким. Это очень важно, если учесть, что модернизация АСУ ТП идет поэтапно и занимает длительное время, иногда несколько лет. Пользователь АСУ ТП уже не находится во власти одного производителя (как в случае с PLC), который навязывает ему свою волю и заставляет применять только его технические решения, а сам может сделать выбор, применяя те подходы, которые в данный момент его больше всего устраивают. Он может теперь применять в своих системах продук­цию разных фирм, следя только, чтобы она соответствовала определенным международным или регио­нальным стандартам. Второе важное преимущество PC-контроллеров заключается в том, что в силу их «родственности» с компьютерами верхнего уровня не требуются дополнительные затраты на подготов­ку профессионалов, обеспечивающих их эксплуатацию. Эту работу могут с успехом выполнять (и это подтверждается на практике) специалисты, обеспечивающие эксплуатацию компьютеров верхнего уровня. Это позволяет сократить сроки внедрения систем управления и упрощает процедуры их экс­плуатации, что в конечном счете приводит к общему снижению затрат на создание или модернизацию АСУ ТП.

Контроллер на базе персонального компьютера - PC-совместимый контроллер, кроме выполнения функций, характерных для PLC, обладает большими возможностями [16]. Так, например, на него можно возложить функции работы с сетями, интерфейса человек-машина, поддержку различных баз данных и более дружественного интерфейса пользователя. Таким образом, РС-контроллер можно считать РС- совместимой программируемой PLC-системой, которая выполняет строго определенную задачу, но с возможностью гибкого ее перепрограммирования.

РС-совместимые контроллеры условно можно разделить на локальные и распределенные (модули ввода-вывода располагаются вне корпуса контроллера).

Локальные РС-совместимые контроллеры состоят из процессорной платы со встроенными функ­циями работы с диском, клавиатурой и монитором, блока питания под различные входные напряжения и плат сбора данных, обеспечивающих ввод-вывод аналоговых и цифровых сигналов. По сути, это обычный компьютер в компактном исполнении, обеспечивающий все функции персонального компью­тера с добавлением специфических возможностей, которые характерны для промышленного контролле­ра. Среди них:

• наличие сторожевого таймера для перезапуска системы при сбое, с программируемым интерва­лом перезапуска;

• возможность работы с флэш-памятью (в настоящее время наблюдается тенденция к снижению стоимости Flash-дисков);

• расширенные функции работы с шиной ISA для увеличения нагрузочной способности шины, что позволяет устанавливать в контроллере до 20 плат расширения (их количество будет ограничено адрес­ным пространством компьютера);

• высокая интеграция элементов и соответственно малый размер плат (например, плата Wafer фирмы ICP размером с 3,5-дюймовый флоппи-диск имеет все необходимые функции для работы с дис­ком, монитором и сетью);

• наличие дополнительной памяти размером в 1 кбит для хранения критических данных, что по­зволяет исключить несанкционированную замену программного обеспечения или самой процессорной платы;

• дополнительная шина РС/104 для различных плат расширения с низким энергопотреблением;

• возможность работы только от одного напряжения, некоторые платы могут работать только от напряжения +5 В. В основном это платы с процессором Intel 386 и 486.

В соответствии с требованиями задачи можно выбирать и тип шины, на которой будет построен контроллер. Это шины ISA (16-разрядная, 8 МГц), PC/104 (8- и 16-разрядная), PCI (32-разрядная) или CompactPCI. В последнее время интенсивно расширяется область использования PC-контроллеров, по­строенных на основе шины VME. Каждый их этих вариантов обеспечен соответствующим набором плат сбора данных.

Шина ISA широко распространена в задачах автоматизации, поскольку надежна в применении и проста в использовании. Имеется широкий выбор плат сбора данных. Система, построенная на этой шине, в большинстве случаев удовлетворяет требованиям к задачам, решаемым в промышленности, по­скольку такие задачи не требуют больших скоростей обработки данных. В контроллерах этой серии применяются процессоры от Intel 386 до IntelPentium.

Шина EISA, PCI. При решении задач, связанных с обработкой высокочастотных сигналов, как в ла­бораторных, так и в промышленных условиях правильнее остановить свой выбор на платах сбора дан­ных в стандарте PCI. Современные пассивные шины с установленными активными мостами PCI-PCI позволяют устанавливать до 17 PCI-плат расширения в компьютер. В совокупности с процессорными платами на базе Pentium, PentiumII/III такой контроллер сможет вводить и обрабатывать сигналы час­тотой более 100 кГц, например, производить анализ спектра высокочастотных сигналов в реальном времени. Такая платформа наиболее подходит для создания промышленных серверов различного уров­ня и научных компьютерных стендов. Благодаря удачному техническому решению, в настоящее время получила распространение гибридная шина ISA и PCI - PCISA. Она позволяет использовать в половин­ном размере материнские платы с высокопроизводительными процессорами. Таким образом, можно без проблем модернизировать уже существующие системы с шиной ISA, получая возможность использо­вать в том же конструктиве новейшие процессорные и периферийные платы с шинами ISA и PCI.

Шина PC/104 является аналогом 16-битной шины ISA. Платы в этом стандарте имеют малое по­требление и, соответственно, низкую нагрузочную способность по шине, поэтому их количество в кон­троллере ограничено 4 - 5 платами. Надежный штыревой разъем, позволяющий соединять платы в эта­жерку и крепить их по углам, делает конструкцию контроллера жесткой и надежной. Такой контроллер не требует дополнительного охлаждения. Хотя в этом стандарте существуют и платы с более высоко­производительными процессорами, наибольшее распространение получили платы на процессоре 386 и 486. Шину РС/104 используют при необходимости установки контроллера в малый объем, не позво­ляющий применять активную вентиляцию плат, например, когда необходимо встроить компьютерную систему внутрь различной аппаратуры.

Если необходимы высокие скорости обработки данных в тяжелых производственных условиях, лучше применять контроллеры на шине CompactPCI (это аналог шины PCI). Такой контроллер можно установить в промышленную 19-дюймовую стойку, причем конструкция корпуса позволяет иметь дос­туп к управляющим платам как с передней, так и с задней панели компьютера, что значительно облег­чает обслуживание и ускоряет замену плат. Сама шина в отличие от ножевойPCI-шины, выполнена в более надежном штыревом исполнении. Более жесткое крепление плат в корпусе, хорошая вентиляция, а также исполнение корпуса в настольном, настенном или стоечном вариантах позволяют использовать их в задачах измерения и тестирования, промышленной автоматики, телекоммуникации и компьютер­ной телефонии.

В последнее время часто используется распределенная архитектура контроллерного уровня АСУ ТП. В больших, пространственно разнесенных установках возрастают затраты на кабельные соединения и чувствительность к помехам. Поэтому контроллеры, обладающие небольшим количеством входов- выходов, располагают в непосредственной близости от конкретных датчиков и исполнительных меха­низмов, при этом каждый контроллер управляет своим участком процесса. Контроллеры связываются между собой и координирующим мастер-контроллером или компьютером промышленной сетью. При реализации распределенных АСУ ТП широко используются также интеллектуальные модули ввода- вывода (модули УСО), которые устанавливаются в непосредственной близости к датчикам и исполни­тельным механизмам. Связь удаленных модулей УСО с управляющим контроллером также осуществ­ляется посредством промышленной сети.

Гибкость логической и физической архитектуры управляющих контроллеров позволяет организо­вать гибкую схему управления процессом. Управляющие контроллеры могут нести основную нагрузку по управлению процессом, выдавая на верхний уровень только «справочную» информацию, а могут быть лишь передаточным звеном между компьютером и конкретными элементами управления техноло­гическим процессом. Современные управляющие контроллеры способны взять на себя управление ка­ким угодно по величине процессом, с любой необходимой скоростью и точностью.

74. Функции АСУ ТП: информационные, управляющие, вспомогательные.

Функции АСУ ТП довольно обширны и зависят от конкретного объекта автоматизации. Однако все эти функции принято делить на три категории: информационные, управляющие и вспомогательные функции АСУ ТП.

К информационным относят функции, главным содержанием которых является сбор, предварительная обработка, хранение, передача и представление информации пользователям в удобном для них виде. Пользователями могут быть люди, а также различные функциональные задачи.

Информационныефункции – это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации о состоянии ТОУ оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки.

• Централизованный контроль параметров объекта сигнализация отклонений от нормы;

• Косвенное измерение;

• Вычисление параметров процесса (технико-экономических, внутренних переменных);

• Формирование и выдача данных оперативному персоналу;

• Подготовка и передача информации в смежные системы управления;

• Запоминание, хранение и печать различных протоколов событий, а также отчетной информации.

К управляющим функциям АСУ ТП относятся функции, результатами которых является выработка и реализация управляющих воздействий на объект управления.

управляющие функции – функции, результатами которых является выработка и реализация управляющих воздействий.

Ø Регулирование (стабилизация);

Ø Логическое управление операциями или аппаратами, в том числе технологические защиты;

Ø Программное логическое управление группой оборудования;

Ø Оптимальное управление динамическими режимами или оптимизация статических режимов;

Ø Адаптивное управление, нечеткое управление.

Вспомогательные функции АСУ ТП состоят в контроле функционирования технических и программных средств самой системы автоматизации. Контроллеры, станции распределенной периферии, панели оператора, инженерные станции, SCADA системы имеют в своем составе развитые средства диагностики.