Промышленные контроллеры в системах автоматизации

Размещено на http://allbest.ru

Реферат

Тема: Промышленные контроллеры в системах автоматизации

Подготовил: Патраков Павел Александрович

1. Что такое промышленный контроллер - описание, применение, виды

Среди разнообразных отраслей отечественной промышленности наиболее востребована сфера промышленной автоматики. Практически любой вид производства требует огромного количества компонентов, позволяющих автоматизировать те или иные производственные процессы. В конечном итоге каждое производственное предприятие заинтересовано в том, чтобы процесс управления технологическими процессами осуществлялся оперативно и автоматически.

Рис. 1. «Промышленный контроллер ПЛК 150»

Сердцем любой автоматической системы управления (АСУ) служит промышленный контроллер.

1.1 Историческая справка

Первый промышленный контроллер появился в 1969 году в США. Его создание инициировала автомобильная корпорация General Motors Company, а разработала компания Bedford Associates. В те годы АСУ строились на жесткой логике (аппаратное программирование), что делало невозможным процесс их перенастройки.

Поэтому каждая технологическая линия требовала наличия индивидуальной АСУ. Затем в архитектуре АСУ стали использовать устройства, алгоритм которых можно было менять с помощью схем соединений реле. Такие устройства получили название "промышленные логические контроллеры" (ПЛК). Однако АСУ, реализованные с использованием электромагнитных реле, отличались сложностью и большими размерами. Для размещения и технического обслуживания одной системы требовалось отдельное помещение.

Разработанный инженерами компании Bedford Associates (США) микропроцессорный ПЛК позволил использовать информационные технологии в процессах автоматизации производственных процессов, сведя при этом человеческий фактор к минимуму.

1.2 Современный промышленный контроллер

В общем виде ПЛК представляет собой микропроцессорное устройство, с помощью которого осуществляется коммутация подключенных сигнальных проводов. Необходимые комбинации их подключения задаются программой управления на экране компьютера и затем заносятся в память контроллера. Программирование осуществляется как на классических алгоритмических языках, так и на языках, оговоренных стандартов МЭК 61131-3. Таким образом на предприятиях появилась возможность реализации различных АСУ, используя одно микропроцессорное устройство.

Со временем разработчики систем промышленной автоматики перешли на элементную базу, совместимую с компьютерами IBM (ПК). Существует два направления в развитии аппаратных средств ПК-совместимых с ПЛК, в которых максимально сохраняется архитектура и конструктивные решения:

· ПЛК - с одновременной заменой его процессорного модуля на ПК-совместимый модуль с открытым программным обеспечением (серия контроллеров ADAM5000).

· IBM PC - в малогабаритных встраиваемых системах (модульные контроллеры стандартов РС104 и micro PC).

Поэтому современные ПЛК - это ПК-совместимый модульный контроллер, предназначенный для решения задач локального управления. Их развитие в конечном итоге должно привести к:

· уменьшению габаритных размеров;

· расширению функциональных возможностей;

· использованию единого языка программирования (МЭК 61131-3) и идеологии "открытые системы".

1.3 Принцип действия и область применения ПЛК

Любой вид ПЛК представляет собой электронное устройство, предназначенное для исполнения алгоритмов управления. Принцип действия всех ПЛК одинаков - сбор и обработка данных и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

В промышленности ПЛК применяются очень широко. Этим и объясняется существование большого количества их разновидностей, среди которых можно выделить контроллеры:

· Общепромышленные (универсальные).

· Коммуникационные.

· Предназначенные для управления позиционированием и перемещением, в том числе роботами.

· С обратной связью (ПИД-регуляторы).

1.4 Классификация ПЛК

Существует большое количество параметров, по которым классифицируют ПЛК:

· Конструктивное исполнение:

· моноблочные;

· модульные;

· распределенные;

· универсальные.

· Количество каналов "ввод-вывод":

· нано-ПЛК, с числом каналов менее 16;

· микро-ПЛК (16...100 каналов);

· средние (100...500 каналов);

· большие, с числом каналов более 500.

· Способы программирования.

ПЛК могут программироваться с:

· лицевой панели устройства;

· помощью переносного программатора;

· использованием компьютера.

· Виды монтажа.

· стоечный;

· настенный;

· панельный (устанавливаются на дверку шкафа или специальную панель);

· на DIN-рейке (установка внутри шкафа).

2. Scada - системы

SCADA - (аббревиатура. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition -- диспетчерское управление и сбор данных)

Это программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC/DDE серверы. Программный код может быть, как написан на одном из языков программирования, так и сгенерирован в среде проектирования.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Термин «SCADA» имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия. автоматизация контроллер программирование

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных в реальном времени. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

2.1 Основные задачи, решаемые SCADA-системами

SCADA-системы решают следующие задачи:

· Обмен данными с «устройствами связи с объектом» (то есть с промышленными контроллерами и платами ввода-вывода) в реальном времени через драйверы.

· Обработка информации в реальном времени.

· Логическое управление.

· Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

· Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

· Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

· Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

· Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

· Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).

В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП как автономные приложения, а также в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.

2.2 Требования, предъявляемые к SCADA-системам

· надёжность системы (технологическая и функциональная);

· безопасность управления;

· точность обработки и представления данных;

· простота расширения системы.

SCADA-системы предназначены для:

· более точного ведения технологического процесса, стабилизации качества продукции и уменьшения процента брака;

· уменьшения действий оператора, с целью концентрации его внимания на выработке более эффективных решений по управлению процессом;

· программного контроля правильности выработки команд дистанционного управления и, следовательно, минимизации количества ошибок, допускаемых операторами;

· автоматического выявления и оповещения об аварийных и предаварийных ситуациях;

· предоставления полной необходимой информации персоналу в виде различных отчётов;

· анализа факторов, влияющих на качество готовой продукции.

2.3 Основные компоненты SCADA

SCADA-система обычно содержит следующие подсистемы:

· Драйверы или серверы ввода-вывода -- программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.

· Система реального времени -- программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учётом приоритетов.

· Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface) -- инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им.

· Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.

· Система логического управления -- программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.

· База данных реального времени -- программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.

· Система управления тревогами -- программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.

· Генератор отчетов -- программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.

· Внешние интерфейсы -- стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т. д.

2.4 Архитектура SCADA-систем

В зависимости от сложности управляемого технологического процесса, а также требований к надёжности, SCADA-системы строятся по одной из следующих архитектур:

Автономные. При использовании данной архитектуры система состоит из одной или нескольких рабочих станций оператора, которые не "знают" друг о друге. Все функции системы выполняются на единственной (нескольких независимых) станции(ях).

Преимущества:

· простота.

Недостатки:

· низкая отказоустойчивость;

· не обеспечивается истинность данных (исторические данные могут отличаться между разными станциями),

Клиент-Серверные. В данном случае система выполняется на сервере, а операторы используют клиентские станции для мониторинга и управления процессом. Высоконадёжные системы строятся на базе двойного либо тройного резервирования серверов и дублирования клиентских станций оператора, дублирования сетевых подключений сервер-сервер и клиент-сервер. При данной архитектуре уже возможно разделение функций SCADA-системы между серверами. Например, сбор данных и управление ПЛК выполняется на одном сервере, архивирование данных - на втором, а взаимодействие с клиентами - на третьем.

Распределенные. При использовании архитектуры распределенной системы управления (РСУ) вычисления осуществляются на нескольких взаимосвязанных вычислительных устройствах, часто с функцией взаимного резервирования. Распределенные SCADA-системы с взаимным резервированием отличаются повышенной надежностью.

Заключение

Первое и главное преимущество ПЛК, обусловившее их широкое распространении, заключается в том, что одно компактное электронное устройство может заменить десятки и сотни электромеханических реле. Второе преимущество в том, что функции логических контроллеров реализуются не аппаратно, а программно, что позволяет постоянно адаптировать их к работе в новых условиях с минимальными усилиями и затратами.

Применение ПЛК обеспечивает высокую надёжность, простое тиражирование и обслуживание систем управления, ускоряет монтаж и наладку оборудования, обеспечивает возможность быстрого обновления алгоритмов управления (в том числе и на работающем оборудовании).

Размещено на Allbest.ru