Структурные схемы программируемых контроллеров
Структурные схемы программируемых контроллеровСкачать файл - Структурные схемы программируемых контроллеров
На этом уровне находятся управляющие устройства — программируемые контроллеры ПЛК PLC , промышленные компьютеры ПК IPC , связанные с датчиками и исполнительными механизмами непосредственно линиями связи или через промышленные шины, образуя распределенную систему управления DCS. Они используются для управления объектами технологического процесса. Поэтому должны иметь минимум движущихся частей, а желательно вообще обойтись без них, поэтому в последнее время жёсткие диски активно заменяются на SSD накопители, вентиляторы не применяются, и тепло отводится на наглухо закрытый корпус-радиатор, из-за чего стараются применять процессоры с минимальным TDP thermal design power - предельно потребляемая мощность. Управляющие контроллеры и компьютеры выпускают много таких известных мировых фирм , как SIEMENS, OMRON, MITSUBISHI, ROCWELL AUTOMATION, SNEIDER ELECTRIC, ABB и др. Примеры приведены на Рис. Сигнал с датчика может быть бинарным 0, 1 или цифровым в виде последовательности импульсов. Если сигнал датика аналоговый, то датчик подключают через добавочный модуль или встроенный модуль, преобразующий аналоговый сигнал в цифровой- АЦП. Микропроцессорный модуль CPU- Central Processor Unit состоит из микропроцессора и памяти. Процессор организует и согласует работу всех модулей контроллера, производит логические и арифметические операции над переменными, получаемыми от входного модуля и записанными в память, обеспечивает операции коммуникации контроллера с внешними устройствами через сетевой интерфейс. Память контроллера секционирована, т. К клеммам выходного модуля подключаются исполнительные механизмы реле, контакторы, электро- пневмо- гидроприводы, сигнальные устройства и др. Если для управления ИМ нужен аналоговый сигнал, то применяют цифро- аналоговый преобразователь ЦАП. Блоки расширения подключают в том случае, если нужно увеличить число входов и выходов для управления б о льшим числом параметров. Контроллер работает циклически и его рабочий цикл цикл сканирования разделён на фазы, которые выполняются последовательно. Пройдя все фазы, цикл повторяется и число циклов в секунду зависит от скорости процессора и длины программы. Для разных контроллеров число фаз цикла может быть разным. Цикл сканирования рабочий цикл программируемого контроллера рисунок автора. Чтение входов сигналы с датчиков: PLC копирует состояние физических входов в регистр входов, в памяти входов формируется цифровой образ процесса. Выполнение логики управления в программе пользователя: Новые состояния выходов записываются в регистр выходов. Обработка коммутационннх запросов на обмен данными: Значения, хранящиеся в регистре выходов образа процесса , записываются в физические выходы, обеспечивая передачу управляющих команд на исполнительные механизмы. Длительность цикла сканирования зависит от скорости процессора , количества задействованых входов и выходов , от длины программы. Если смена состояния одного или нескольких входов произойдёт в течении цикла сканирования и длительность импульса с датчика, фиксирующего смену состояния датчика, будет короче цикла, то PLC может не среагировать на него. Если функция 'Регистратор импульсов' активизирована для некоторого входа, то изменение сигнала на этом входе фиксируется и удерживается, пока не произойдет обновление данных в следующем цикле. Методика выбора контроллера по оценочным критериям приведена на Рис. Так как контроллеры непосредственно управляют технологическим процессом, то отказ в их работе может привести к нарушению хода процесса, экономическим потерям, а то и трагическим последствиям, поэтому во избежание этого, должны выполняться определённые требования по технике безопасности. Требования к аппаратной части. Выдерживать условия эксплуатации температура, влажность, запылённость, механические нагрузки. Наработка на отказ до лет. Возможность полного аппаратного резервирования. Особенно для сложных производсв, где отказоустойчивость критична химия, нефтехимия, металлургия и др. Ошибки во внешних электрических цепях контроллеров, некорректный расчет устройств питания и силовых блоков, некачественное заземление, неправильно выполненная система аварийного отключения, отсутствие защиты механических узлов и прочие нарушения правил монтажа могут привести к тяжелым последствиям. Возможность отключения с блокировкой оборудования и программы. Требования к программному обеспечению. Применять программное обеспение производителя обеспечивающее требования безопасности на данном производстве. Программа управления должна быть составлена грамотным специалистом. Ошибки в прикладном программном обеспечении PLC способны приводить к потере синхронности работы механизмов, что может стать причиной их поломки или привести к травмам обслуживающего персонала. Системы повышенной надежности H-системы - резервированные системы. Суть построения H-системы в принципе горячего резервирования с поддержкой безударного автоматического переключения на резервный базовый блок в случае отказа ведущего базового блока. В случае возникновения отказа все функции управления принимает на себя исправный блок контроллера. Резервированные системы автоматизации H-системы повышают надежность функционирования системы управления и снижают вероятность остановки производства. Эта система обеспечивает повышенную надежность функционирования автоматики безопасности за счёт резервирования; при возникновении отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса. Реализация функций безопасного управления поддерживается программами безопасного управления F- программами центральных процессоров, а также специальными сигнальными модулями F-модулями , позволяющими создавать различные конфигурации систем ввода-вывода. Стандартные функции связи и функции F-связи между программируемым контроллером и станциями распределенного ввода-вывода ET M реализуются через сеть PROFIBUS-DP. Для передачи данных F-систем в сети PROFIBUS используется специальный профиль PROFISafe. Назовите основные функции уровня управления. Особенности промышленных компьютеров IPC по сравнению с обычными. Рабочий цикл контроллера, его составляющие и длительность. Что такое время реакции контроллера. По каким характеристикам выбирается контроллер. Перечислите требования по ТБ к аппаратной части контроллера. Требования по ТБ к программной части контроллера. Что такое Н — системы и F — системы. Задачи решаемые на уровне автоматизации АСУ ТП. Уровень управления оборудованием На этом уровне находятся управляющие устройства — программируемые контроллеры ПЛК PLC , промышленные компьютеры ПК IPC , связанные с датчиками и исполнительными механизмами непосредственно линиями связи или через промышленные шины, образуя распределенную систему управления DCS. Программируемый логический контроллер устройство, предназначенное для выполнения алгоритмов управления, записанных пользователем в виде программы в память контроллера. Структурная схема программируемого контроллера Структурная схема Рис. Цикл сканирования Контроллер работает циклически и его рабочий цикл цикл сканирования разделён на фазы, которые выполняются последовательно. Техника безопасности при работе с PLC Так как контроллеры непосредственно управляют технологическим процессом, то отказ в их работе может привести к нарушению хода процесса, экономическим потерям, а то и трагическим последствиям, поэтому во избежание этого, должны выполняться определённые требования по технике безопасности. Требования к аппаратной части 1. Требования к программному обеспечению 7.
Новый подход к АСУТП в электросетях (на базе контроллеров ДЕКОНТ и микропроцессорных устройств РЗА-33)
Слово 'контроллер' произошло от английского ' control' управление , а не от русского 'контроль' учет, проверка. Контроллером в системах автоматизации называют устройство, выполняющее управление физическими процессами по записанному в него алгоритму, с использованием информации, получаемой от датчиков и выводимой в исполнительные устройства. Первые контроллеры появились на рубеже х и х годов в автомобильной промышленности, где использовались для автоматизации сборочных линий. В то время компьютеры стоили чрезвычайно дорого, поэтому контроллеры строились на жесткой логике программировались аппаратно , что было гораздо дешевле. Однако перенастройка с одной технологической линии на другую требовала фактически изготовления нового контроллера. Поэтому появились контроллеры, алгоритм работы которых мог быть изменен несколько проще - с помощью схемы соединений реле. Такие контроллеры получили название программируемых логических контроллеров ПЛК , и этот термин сохранился до настоящего времени. Везде ниже термины 'контроллер' и 'ПЛК' мы будем употреблять как синонимы. Немного позже появились ПЛК, которые можно было программировать на машинно-ориентированном языке, что было проще конструктивно, но требовало участия специально обученного программиста для внесения даже незначительных изменений в алгоритм управления. С этого момента началась борьба за упрощение процесса программирования ПЛК, которая привела сначала к созданию языков высокого уровня, затем - специализированных языков визуального программирования, похожих на язык релейной логики. В настоящее время этот процесс завершился созданием международного стандарта IEC МЭК \[ Bertocco \], который позже был переименован в МЭК \[ IEC \]. Стандарт МЭК поддерживает пять языков технологического программирования см. В связи с тем, что способ программирования является наиболее существенным классифицирующим признаком контроллера, понятие 'ПЛК' все реже используется для обозначения управляющих контроллеров, которые не поддерживают технологические языки программирования. С появлением мощных и дешевых микроконтроллеров в г. В настоящее время мировой рынок ПЛК продолжает расти, хотя и гораздо меньшими темпами. Однако последнее замечание не относится к России, где события изменяются очень быстро в связи с возрождением экономики, появлением сильных отечественных производителей и системных интеграторов \[ Ицкович \], а также огромными инвестициями международных корпораций в Российскую экономику. ПЛК используются практически во всех сферах человеческой деятельности для автоматизации технологических процессов, в системах противоаварийной защиты и сигнализации, в станках с ЧПУ, для управления дорожным движением, в системах жизнеобеспечения зданий, для сбора и архивирования данных, в системах охраны, в медицинском оборудовании, для управления роботами, в системах связи, при постановке физического эксперимента, для управления космическими кораблями, для автоматизации испытаний продукции и т. Тем не менее, до сих пор остается много отраслей экономики, куда контроллерная автоматизация только начинает проникать. Согласно последнему опросу по Интернет, проведенному журналом Control Engineering совместно с Reed Research, большая часть опрошенных использует ПЛК в задачах управления станками. На втором месте - задачи, связанные с управлением технологическими процессами, далее идет управление перемещениями и задачи диагностики. Контроллеры используются не только как автономные средства локального управления технологическим установками, но и в составе широкомасштабных систем автоматизированного управления целыми предприятиями. В настоящее время на Российском рынке преобладают контроллеры иностранных фирм: Siemens, Mitsubishi, ABB, Schneider Electric, GE Fanuc, однако с течением времени увеличивается доля рынка, занятая отечественной продукцией Российских фирм НИЛ АП, Текон, Фаствел, ДЭП, Овен, Элемер, Эмикон и др. Это объясняется следующими факторами:. Широкому распространению ПЛК в большой степени способствует рост компьютерной грамотности населения, спецкурсы в ВУЗах, множество курсов повышения квалификации, проводимых ведущими системными интеграторами. Жесткие ограничения на стоимость и огромное разнообразие целей автоматизации привели к невозможности создания универсального ПЛК, как это случилось с офисными компьютерами. Область автоматизации выдвигает множество задач, в соответствии с которыми развивается и рынок, содержащий сотни непохожих друг на друга контроллеров, различающихся десятками параметров. Каждый производитель выпускает несколько типов ПЛК разной мощности и стоимости, чтобы увеличить прибыль за счет сегментирования рынка. Выбор оптимального для конкретной задачи контроллера основывается обычно на соответствии функциональных характеристик контроллера решаемой задаче при условии минимальной его стоимости. Учитываются также другие важные характеристики температурный диапазон, надежность, бренд изготовителя, наличие разрешений Ростехнадзора, сертификатов и т. Несмотря на огромное разнообразие контроллеров, в их развитии заметны следующие общие тенденции:. Еще одной тенденцией является появление в контроллерах признаков компьютера наличие мыши, клавиатуры, монитора, ОС Windows, возможности подключения жесткого диска , а в компьютерах - признаков контроллера расширенный температурный диапазон, электронный диск, защита от пыли и влаги, крепление на DIN-рейку, наличие сторожевого таймера, увеличенное количество коммуникационных портов, использование ОС жесткого реального времени, функции самотестирования и диагностики, контроль целостности прикладной программы. Появились компьютеры в конструктивах для жестких условий эксплуатации. Аппаратные различия между компьютером и контроллером постепенно исчезают. Основными отличительными признаками контроллера остаются его назначение и наличие технологического языка программирования. Для классификации огромного разнообразия существующих в настоящее время контроллеров рассмотрим их существенные различия. Основным показателем ПЛК является количество каналов ввода-вывода. По этому признаку ПЛК делятся на следующие группы:. Часто перечисленные конструктивные типы контроллеров комбинируются, например, моноблочный контроллер может иметь несколько съемных плат; моноблочный и модульный контроллеры могут быть дополнены удаленными модулями ввода-вывода, чтобы увеличить общее количество каналов. Многие контроллеры имеют набор сменных процессорных плат разной производительности. Это позволяет расширить круг потенциальных пользователей системы без изменения ее конструктива. По области применения контроллеры делятся на следующие типы: Контроллеры могут содержать в своем составе модули ввода-вывода или не содержать их. Примерами контроллеров без модулей ввода-вывода являются коммуникационные контроллеры, которые выполняют функцию межсетевого шлюза, или контроллеры, получающие данные от контроллеров нижнего уровня иерархии АСУ ТП. Архитектурой контроллера называют набор его основных компонентов и связей между ними. Типовой состав ПЛК включает центральный процессор, память, сетевые интерфейсы и устройства ввода-вывода рис. Иногда эта конфигурация дополняется устройством для программирования и пультом оператора, устройствами индикации, реже - принтером, клавиатурой, мышью или трекболом. Процессорный модуль включает в себя микропроцессор центральное процессорное устройство - ЦПУ , запоминающие устройства, часы реального времени и сторожевой таймер. Термины ' микропроцессор ' и ' процессор ' в настоящее время стали синонимами, поскольку все вновь выпускаемые процессоры выполняются в виде СБИС, то есть являются микропроцессорами. Основными характеристиками микропроцессора являются разрядность в ПЛК используются 8-ми, ти и разрядные микропроцессоры , тактовая частота, архитектура, наличие операций с плавающей точкой, типы поддерживаемых портов ввода-вывода, температурный диапазон работоспособности и потребляемая мощность. Производительность микропроцессоров с одной и той же архитектурой пропорциональна тактовой частоте. Большинство контроллеров используют микропроцессоры с сокращенным набором команд RISC - Reduced Instruction Set Computing , в которых используется небольшое количество команд одинаковой длины и большое количество регистров. Сокращенный набор команд позволяет строить более эффективные компиляторы и конвейер процессора, способный за каждый такт выдавать результат исполнения очередной команды \[ Корнеев \]. Сигнальные процессоры позволяют ускорить выполнение операций свертки или быстрого преобразования Фурье. Емкость памяти определяет количество переменных тегов , которые могут быть обработаны в процессе функционирования ПЛК. В микропроцессорах время доступа к памяти является одним из существенных факторов, ограничивающих быстродействие. Поэтому память делят на несколько уровней иерархии, в зависимости от частоты использования хранящихся в ней данных и быстродействия. Иерархия памяти относится к существенным характеристиками архитектуры процессора, поскольку она позволяет снизить отрицательное влияние медленной памяти на быстродействие микропроцессора. Основными типами памяти является постоянное запоминающее устройство ПЗУ , оперативное запоминающее устройство ОЗУ и набор регистров. Регистры являются самыми быстродействующими элементами памяти, поскольку они используются арифметико-логическим устройством АЛУ для исполнения элементарных команд процессора. ПЗУ используют для хранения редко изменяемой информации, такой, как операционная система, драйверы устройств, загрузчик, исполняемый модуль программы пользователя. ОЗУ используется для хранения данных, которые многократно изменяются в процессе работы контроллера, например, значения тегов, результаты промежуточных вычислений, диагностическая информация, массивы, выводимые на графики, данные для отображения на дисплее. В качестве ПЗУ или ROM - 'Read Only Memory' обычно используется электрически стираемая перепрограммируемая память EEPROM - 'Electrically Erasable Programmable ROM'. Разновидностью EEPROM является флэш-память , принцип действия которой основан на хранении заряда в конденсаторе, образованном плавающим затвором и подложкой МОП-транзистора. Особенностью флэш-памяти является ее энергонезависимость , то есть сохраняемость данных при выключенном питании. Стирание и перезапись во флэш-памяти выполняется не отдельными ячейками, а большими блоками, поэтому она получила название, происходящее от английского 'flash' - 'вспышка'. Недостатком всех ПЗУ является низкое быстродействие. Количество циклов записи информации во флэш-память ограничено и составляет несколько десятков тысяч раз. По конструктивному исполнению и интерфейсам флэш-память подразделяется на Compact Flash CF , Memory Stick , Secure Digital SD , MuliMediaCard MMC , RS-MMC , SmartMedia Card SMC , USB-flash. Флэш-память может быть впаяна в печатную плату или быть съемной. В качестве ОЗУ современные микропроцессоры используют статическую память SRAM - Static Random Access Memory и динамическую DRAM - 'Dynamic Random Access Memory' , SDRAM 'Synchronous DRAM'. SRAM выполняется на триггерах, информация в которых сохраняется неограниченно долго при наличии питания. В динамической памяти информация хранится на конденсаторах и поэтому DRAM требует периодической регенерации перезарядки конденсаторов. К недостаткам триггерной памяти относится ее высокая стоимость, связанная с низкой плотностью компоновки триггеров на кристалле, и малое отношение емкости к цене. Достоинством является высокое быстродействие, достигающее гигагерц, в то время как память на конденсаторах не может работать на частотах выше сотен герц. Оба типа памяти DRAM и SRAM не могут сохранять информацию при отключении питания ПЛК. Поэтому некоторые типы ПЛК используют батарейное питание памяти для сохранения работоспособности системы автоматизации после кратковременного прерывания питания. Моноблочные и модульные контроллеры используют, как правило, параллельную шину для обмена данными с модулями ввода-вывода, что позволяет на порядок повысить быстродействие их опроса по сравнению с последовательной шиной. Последовательная шина контроллера на основе интерфейса RS используется для подключения к нему удаленных распределенных модулей ввода-вывода. Программирование контроллеров малой мощности выполняется с помощью кнопок, расположенных на лицевой панели или с помощью переносного пульта для программирования. В качестве пульта в последнее время используется компьютер формата 'ноутбук'. Программирование мощных контроллеров выполняется с помощью персонального компьютера, на котором устанавливается специальное программное обеспечение, например CoDeSys или ISaGRAF см. Сторожевой таймер Watchdog Timer - WDT представляет собой счетчик, который считает импульсы тактового генератора и в нормальном режиме периодически сбрасывается перезапускается работающим процессором. Если процессор 'зависает', то сигналы сброса не поступают в счетчик, он продолжает считать и при достижении некоторого порога вырабатывает сигнал 'Сброс' для перезапуска 'зависшего' процессора. Часы реального времени РВ представляют собой кварцевые часы, которые питаются от батарейки и поэтому продолжают идти при выключенном ПЛК. Часы РВ используются, например, для управления уличным освещением в зависимости от времени суток, в системах охраны объектов и других случаях, когда необходима привязка данных или событий к астрономическому времени. Процессорный модуль ПЛК выполняет следующие задачи:. Одной из тенденций в развитии ПЛК является использование процессорных модулей разной мощности для одного конструктива контроллера. Это позволяет получить серию контроллеров разной мощности и тем самым покрыть больший сегмент рынка, а также выполнить модернизацию upgrade контроллеров, купленных потребителями, путем замены всего одного модуля. Быстродействие процессорного модуля ПЛК обычно оценивают по времени выполнения логических команд, поскольку они наиболее распространены при реализации алгоритмов управления. Огромное разнообразие задач, возлагаемых на ПЛК, и сильная зависимость цены от мощности контроллера явились причиной большого разнообразия используемых микропроцессоров, от простых и дешевых 8-разрядных Atmel и Microchip до самых высокопроизводительных микропроцессоров серии Intel Pentium, включая двухъядерные и четырехъядерные процессоры. Восьмиразрядные микропроцессоры пользуются большим успехом в автономных ПИД-контроллерах и микро-ПЛК для несложного алгоритмического управления станками, теплицами, небольшими технологическими аппаратами, в качестве межсетевых шлюзов. Их достоинством является высокая надежность, связанная с предельной простотой программного обеспечения. Обычно микропроцессоры, используемые в ПЛК, на несколько поколений отстают от процессоров офисных персональных компьютеров ПК в связи с относительно малым объемом рынка ПЛК, который не обеспечивает окупаемость разработки нового контроллера за период смены поколений микропроцессоров. Стандартными напряжениями питания ПЛК являются напряжения 12 В, 24 и 48 В. Источником электрической энергии обычно является промышленная сеть В, 50 Гц. В случае распределенных систем автоматизации источник питания может быть расположен вдали от ПЛК, поэтому напряжение на клеммах ПЛК или модулей ввода-вывода может сильно отличаться от напряжения источника питания вследствие падения напряжения на сопротивлении кабеля. Для решения этой проблемы каждый ПЛК или каждый модуль удаленного ввода снабжаются встроенным стабилизатором напряжения, который обеспечивает нормальное их функционирование в диапазоне напряжений от 10 до 30 В. Низкое напряжение питания позволяет питать контроллеры от аккумуляторов бортовых сетей транспортных средств или переносных аккумуляторов. В ПЛК иногда используют батарею для питания часов реального времени которые должны функционировать при выключенном ПЛК и для сохранения информации в ПЗУ на время аварийных перерывов питания. Контроллеры для систем автоматизации Слово 'контроллер' произошло от английского ' control' управление , а не от русского 'контроль' учет, проверка. Это объясняется следующими факторами: Программируемые логические контроллеры Жесткие ограничения на стоимость и огромное разнообразие целей автоматизации привели к невозможности создания универсального ПЛК, как это случилось с офисными компьютерами. Несмотря на огромное разнообразие контроллеров, в их развитии заметны следующие общие тенденции: Типы ПЛК Для классификации огромного разнообразия существующих в настоящее время контроллеров рассмотрим их существенные различия. По этому признаку ПЛК делятся на следующие группы: По расположению модулей ввода-вывода ПЛК бывают: Конструктивно контроллер представляет собой единое целое с устройствами ввода-вывода например, одноплатный контроллер. Моноблочный контроллер может иметь, например, 16 каналов дискретного ввода и 8 каналов релейного вывода; модульные - состоящие из общей корзины шасси , в которой располагаются модуль центрального процессора и сменные модули ввода-вывода. Состав модулей выбирается пользователем в зависимости от решаемой задачи. Типовое количество слотов для сменных модулей - от 8 до 32; распределенные с удаленными модулями ввода-вывода - в которых модули ввода-вывода выполнены в отдельных корпусах, соединяются с модулем контроллера по сети обычно на основе интерфейса RS и могут быть расположены на расстоянии до 1,2 км от процессорного модуля. По конструктивному исполнению и способу крепления контроллеры делятся на: По способу программирования контроллеры бывают: Контроллеры могут программироваться на следующих языках: Архитектура Архитектурой контроллера называют набор его основных компонентов и связей между ними. Типовая архитектура ПЛК В качестве ПЗУ или ROM - 'Read Only Memory' обычно используется электрически стираемая перепрограммируемая память EEPROM - 'Electrically Erasable Programmable ROM'. Процессорный модуль Процессорный модуль ПЛК выполняет следующие задачи: К основным характеристикам процессорного модуля относятся: Источник питания Стандартными напряжениями питания ПЛК являются напряжения 12 В, 24 и 48 В.
Это интересно!
Неправильный адрес dns сервера
Структурная схема микропроцессорной системы автоматизации на базе контроллеров DCS-2000 производства ЗАО «ЭМИКОН»
Тест акпп инфинити фх 35 2007 года