Технические средства автоматизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

^1,2КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г.Калуга 248000

Технические средства автоматизации

Е.А. Кудряшов¹, С.Ю. Орехов²

¹jeksonklg@gmail.com , ²Serg31057@mail.ru.

В настоящее время активно развивается направления автоматизации производства с использованием промышленных контроллеров, которые в России получили название программно-технических комплексов (ПТК). Контроллеры в системах автоматизации становятся все более усложненными и независимыми от операторов верхнего уровня в сборе, анализе информации и передаче инструкций к датчикам и управляющим устройствам [1]. автоматизация промышленный контроллер сетевой

Все универсальные микропроцессорные ПТК подразделяются на классы, каждый из которых рассчитан на определенный набор выполняемых функций и соответствующий объем получаемой и обрабатываемой информации об объекте управления [2].

1. Контроллер на базе персонального компьютера (ПК).

Это направление существенно развилось в последнее время, что объясняется, в первую очередь, следующими причинами:

* повышением надежности ПК;

* наличием множества модификаций персональных компьютеров в

Обычном и промышленном исполнении;

* использовании открытой архитектуры;

* легкости подключения любых блоков ввода/вывода

Контроллеры на базе ПК, как правило, используют для управления небольшими замкнутыми объектами в промышленности, в специализированных системах автоматизации в медицине, научных лабораториях. Общее число входов/выходов такого контроллера обычно не превосходит нескольких десятков, а набор функций предусматривает сложную обработку измерительной информации с расчетом нескольких управляющих воздействий.

2. Локальный программируемый контроллер (ЛПК)

В настоящее время в промышленности используется несколько типов локальных контроллеров.

a) Встраиваемый в оборудование и являющийся его неотъемлемой частью. Такой контроллер может управлять станком с ЧПУ, современным интеллектуальным аналитическим прибором, автомашинистом и другим оборудованием.

б) Автономный, реализующий функции контроля и управления небольшим достаточно изолированным технологическим объектом, как, например, районные котельные, электрические подстанции. Автономные контроллеры помещаются в защитные корпуса, рассчитанные на разные условия окружающей среды. Почти всегда эти контроллеры имеют порты для соединения в режиме «точка-точка» с другой аппаратурой и интерфейсы, которые могут через сеть связывать их с другими средствами автоматизации. В контроллер встраивается или подключается к нему специальная панель интерфейса с оператором, состоящая из алфавитно-цифрового дисплея и набора функциональных клавиш. Контроллеры данного класса, как правило, имеют небольшую или среднюю вычислительную мощность. Локальные контроллеры чаще всего имеют десятки входов/выходов. Контроллеры реализуют простейшие типовые функции обработки измерительной информации, блокировок, регулирования и программнологического управления.

3. Сетевой комплекс контроллеров.

Сетевые ПТК наиболее широко применяются для управления производственными процессами во всех отраслях промышленности. Минимальный состав данного класса ПТК подразумевает наличие следующих компонентов:

* набор контроллеров;

* несколько дисплейных рабочих станций операторов;

* системную (промышленную) сеть, соединяющую контроллеры между собою и контроллеры с рабочими станциями.

Контроллеры каждого сетевого комплекса, как правило, имеют ряд модификаций, отличающихся друг от друга быстродействием, объемом памяти, способностью работать в разных условиях окружающей среды, числом каналов ввода/вывода. Это облегчает использование сетевого комплекса для разнообразных технологических объектов, поскольку позволяет наиболее точно подобрать контроллеры под отдельные элементы автоматизируемого объекта и разные функции контроля и управления. В качестве дисплейных рабочих станций (пультов оператора) почти всегда используются персональные компьютеры в обычном или промышленном исполнении. Промышленная сеть может иметь различную структуру: шину, кольцо, звезду; она часто подразделяется на сегменты, связанные между собой повторителями и маршрутизаторами. Чаще всего сетевые комплексы применяются на уровне цехов машиностроительных заводов.

4. Распределенные маломасштабные системы управления.

Этот класс микропроцессорных ПТК превосходит большинство сетевых комплексов контроллеров по мощности и сложности выполняемых функций. В целом, этот класс еще имеет ряд ограничений по объему автоматизируемого производства (порядка десятка тысяч контролируемых параметров) и набору реализуемых функций. Основные отличия от предшествующего класса заключаются в несколько большем разнообразии модификаций контроллеров, блоков ввода/вывода, большей мощности центральных процессоров, более развитой и гибкой сетевой структуре. Как правило, ПТК этого класс имеет развитую многоуровневую сетевую структуру. Так нижний уровень может выполнять связь контроллеров и рабочей станции компактно расположенного технологического узла, а верхний уровень поддерживать взаимодействие нескольких узлов друг с другом и с рабочей станцией диспетчера всего автоматизируемого участка производства. Мощность контроллеров, применяемых в этом классе средств, позволяет в дополнение к типовым функциям контроля и управления, реализовывать более сложные и объемные алгоритмы управления (самонастройку алгоритмов регулирования, адаптивное управление). Маломасштабные распределенные системы управления используются для автоматизации отдельных средних и крупных технологических объектов предприятий непрерывных отраслей промышленности.

5. Полномасштабные распределенные системы управления

Это наиболее мощный по возможностям и охвату производства класс контроллерных средств, практически не имеющий границ ни по выполняемым на производстве функциям, ни по объему автоматизируемого производственного объекта. Одна такая система может использоваться для автоматизации производственной деятельности целого крупномасштабного предприятия. Описываемая группа ПТК включает все особенности перечисленных контроллерных средств и дополнительно имеет ряд свойств, влияющих на возможности их использования:

* наличие развитой многоуровневой сетевой структуры, предусматривающей выделение трех уровней: информационного, системного и полевого, причем для организации отдельных уровней могут использоваться разные варианты построения сетей;

* выход на корпоративную сеть предприятия, систему управления

Бизнес-процессами, глобальную сеть интернет, а также на уровень интеллектуальных приборов;

* широкий модельный ряд применяемых контроллеров, различающихся по числу входов/выходов, быстродействию, объему памяти разного типа, возможностям по резервированию, наличию встроенных и

Удаленных интеллектуальных блоков ввода/вывода на все виды аналоговых и дискретных сигналов;

* широкий диапазон рабочих станций;

* наличие мощного современного программного обеспечения.

Обмен информацией между устройствами, входящими в состав автоматизированной системы (компьютерами, контроллерами, датчиками, исполнительными устройствами), происходит в общем случае через промышленную сеть [3].

Основные сетевые топологии. Сетевая топология описывает способ сетевого объединения различных устройств. Существует несколько видов топологий, отличающихся по следующим критериям:

· Режим доступа к сети

· Средства контроля и передачи данных

· Возможность изменения числа узлов сетей

Основные топологии использующиеся на производстве: кольцо, звезда, шина. Сравнительная характеристика данных топологий представлена в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительная характеристика сетевых топологий

Интерфейсы промышленных сетей. Соединение промышленной сети с ее компонентами выполняется с помощью интерфейсов. Сетевым интерфейсом называют логическую и физическую границу между устройством и средой передачи информации [4].

Наиболее важными параметрами интерфейса являются пропускная способность и максимальная длина подключаемого кабеля. Промышленные интерфейсы обычно обеспечивают гальваническую развязку между соединяемыми устройствами. Наиболее распространены в промышленной автоматизации последовательные интерфейсы RS-485, RS-232, RS-422, Ethernet [5].

Интерфейс RS-232. Этот широко используемый стандартный интерфейс обеспечивает работу стандартного оборудования передачи данных между модемами, терминалами и компьютерами. Электрически система основана на импульсах 12В, кодирующих последовательности "О" и "1". Механически этот стандарт определяет 9- и 25-контактные разъемы. Основные сигналы передаются по линиям "Передача/Прием" данных. Скорость передачи выбирается из диапазона от 50 до 38400 бод.

Интерфейс RS-422. Симметричный интерфейс RS-422 использует дифференциальные сигнальные линии. На приемном конце используются две информационные линии и линия заземления. В основе кодирования передаваемых/принимаемых данных лежит принцип изменения напряжения на сигнальных линиях. Реализованный принцип кодирования делает этот стандарт устойчивым к внешним возмущениям. Использование этого стандарта позволяет значительно увеличивать линии передачи данных и их скорость передачи.

Интерфейс RS-485. Этот тип интерфейса соответствует спецификации симметричной передачи данных, описанной в американском стандарте IEA RS-485. Этот интерфейс пригоден для высокоскоростной передачи данных. Максимальная длина варьируется от 1,2 км на скорости до 90 кбод и до 200 м - на скорости до 500 кбод.

Выводы

В представленной работе были рассмотрены различные типы современных технических средств автоматизации, исследованы их основные преимущества и недостатки. Проведен сравнительный анализ методов связи компонентов промышленных комплексов.

Список литературы

[1] И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе, С.В. Фролов. Технические средства автоматизации. Москва, «Машиностроение-1», 2004, с. 9-30.

[2] Митин Г.П., Хазанова О.В. Системы автоматизации с использованием программируемых логических контроллеров. Москва, 2005 , № 1, с.11.

[3] А. Н. Любашин, Электронные журнал "Мир компьютерной автоматизации", Первое знакомство с промышленными сетями. URL: http://www.mka.ru/?p=40453

[4] Денисенко В.В. Аппаратное резервирование в промышленной автоматизации. Часть 1. - "Современные технологии автоматизации", № 2, 2008. с. 90-99

[5] Третьяков С. А. CAN - локальная сеть контроллеров. - "Электроника", Минск, 1998. №9, с.14-16 и №10, с. 16-20.

Размещено на Allbest.ru