Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Институт информационных технологий и управления

Кафедра «Прикладная информатика»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тенденция развития промышленных контроллеров

Выполнил:

Осовецкий Артёи Ильич

студент гр.13506/3 Осовецкий.А.И

Руководитель

Санкт-Петербург - 2014

1. О контроллерах в общем

Промышленный контроллер --управляющее устройство, применяемое в промышленности и других отраслях. Промышленный контроллер является одно из введений научно-технического прогресса. Роль микроэлектроники в развитии производства становиться решением абсолютно разных задач, также она играет важную роль в развитии быта человека. Основное требование к промышленным контроллерам это надежность использования в абсолютно разных условиях. Если сравнивать промышленный контроллер с ПК, то в первую очередь у контроллеров выступает их автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека, именно по этой причине я выбрал данную тему курсовой. Иногда промышленные контроллеры используют для автоматизации инженерных систем промышленных зданий таких как системы отопления, вентиляции, освещения и др.

2. Промышленные контроллеры

2.1 История Создания

Первый пример решения задач управления производственным процессам, по зарубежным источникам, относится к 1959 г. США. Процесс связан с управлением техническими задачами на нефтехимической базе “Texaco” (г. Порт-Артур, штат Техас). ЭВМ RW300 выполняла некий функционал контроллера: управляла давлением, температурой и расходом энергии производстве. И что самое важное обрабатывала результаты, полученные физическими измерениями в реальном времени (время сложения - 1 мс). Затем машина регулировала установки аналоговых регуляторов, либо сообщала о необходимости, поменять настройки вручную.

В 1977 году учёные США создали первый в мире ПЛК с микропроцессором Intel 8080.С дополнительными платами он мгновенно решал логические битовые операции. Это обосновывается тенденцией к автоматизации именно логических операций.

Появление контроллера в СССР. История промышленных контроллеров началась в инженерно-исследовательском институте реле-строения в городе Чебоксары. Были утверждены все технические условия отечественного контроллера и в 1978 году в журнале “Электротехника” была написана статья “Универсальные устройства с программируемой логистикой”, так появился на свет отечественный контроллер.

2.2 Архитектура строения

Базовая архитектура ПЛК состоит из основных компонентов-модуля процессора, блока питания и модулей ввода / вывода. Процессорный модуль состоит из центрального процессора (CPU) и памяти. В дополнение к микропроцессору, процессор также содержит по меньшей мере один интерфейс для устройства программирования и могут содержать интерфейсы для удаленного ввода / вывода и других коммуникационных сетей. Источник питания обычно отдельный модуль, а модули ввода / вывода отдельно от процессора. Типы модулей ввода / вывода включают в себя дискретные (вкл / выкл), аналоговый (непрерывная переменная), а также специальные модули, как управление движением или высокоскоростных счетчиков. Полевые устройства подключаются к модулям ввода / вывода.

2.3 Характеристики и Функции

Различные входы/выходы

В том числе промышленный контроллер отличается от ПК тем, что имеет развитую систему работы с машинами. И также имеет ввод-вывод сигналов датчиков.

Разновидности входа:

1) Дискретный

Один бинарный электрический сигнал (включен -выключен).

Уровень сигналов 24В (постоянный ток).

2) Аналоговый

Отражает уровень напряжения или тока в каждый момент времени. По причине, что ПЛК это электронно-вычислительная машина её сигналы подвергаются АЦП. Создается дискретная переменная, обычно применяются 8 - 12 разрядные преобразователи, что в частности по нынешним параметрам является достаточным. Кроме этого АЦП более высокой разрядности не оправдывают себя так, как происходит слишком много помех в вычислениях, что характерно для условий работы контроллеров. Практически все аналоговые входы являются многоканальными и подключаются к входу АЦП и непосредственно к входу в определённый модуль.

Обычные аналоговые и дискретные входы практически полностью удовлетворяют всю нынешнею производственную автоматику.

3) Специализированные

Редко на практики применяются специализированные входы. Их используют часто в случае, когда вход или программная обработка сигнала затруднена или слишком длительная. В основном контроллеры оснащают специализированным входом для обработки импульса.

Следующим распространённым типом специализированного входа является вход-прерывания. Он позволяет многогенно выполняться любые вычисления с прерыванием других.

Сами ПЛК тоже делятся на:

1) Моноблочные.

2) Модульные

3) Распределенные

Они отличаются только по количеству входов и выходов, фиксировано количество или нет, возможно ли модернизация в зависимости от предстоящей задачей или нет

.

Модули удаленного управления

Частая проблема системного администратора в автоматизации работы контроллера решается системой модульного строения ПЛК.

Этот принцип строения ПЛК дает возможность модернизации, обновления и расширения функционала. Чаще всего ПЛК нового поколения уже имеют модуль УУ, и работа с контроллером реализуется подачей команд на удалённую консоль. Связь между контроллером и удалённым рабочем место реализуется по-разному, чаще всего команды подаются на локальную консоль через интернет, которая уже непосредственно сама реализует передачу данных на консоль.

Счет позиционирование

В связи с созданием гибких производственных комплексов, связанных с механическим резанием, особое место стали занимать станки с ЧПУ.

ЧПУ означает компьютеризированную систему управления, читающая специализированный язык программирования к примеру: G-код. ЧПУ управляет различными станками, связанными с обработкой дерева, пластами. Программное управление реализуется на системе управления построенное на основе микропроцессоров, ПЛК или Промышленных компьютеров.

Любой станок имеет как минимум два направления движения, которые называются осями. Раньше таким станком управлял специальный человек станочник. Станки, оснащенные ЧПУ, имеют свой сервомотор, которым быстро и причем точно управляет программа, подающая команды ЧПУ В результате можно запрограммировать скорость движения, давление, направление, вес и количество абсолютно на всех системах с ЧПУ. На рисунке описано линейное движения на станке с ЧПУ.

Особое место на рынке сейчас занимает система ЧПУ оснащенная ПЛК. Цены на такие полностью оснащенные станки очень велики и данная система полностью окупает себя на крупных производствах, за счет экономия рабочей силы и точности работы. В такую систему входят быстро действенный вход-выход, программное обеспечение, которое само может определять язык программирования. Один из которых является популярным стандартом G-код компании Electronic Industries Alliance созданным в начале 60-х годов, полное название языка RS274D

Связь

ПЛК имеют встроенные порты связи, как правило, 9-контактный RS-232 , но необязательно EIA-485 или Ethernet . Modbus , BACnet или DF1 , как правило, подключается один в качестве коммуникационного . Другие варианты включают в себя различные шины, такие как DeviceNet или Profibus. логический контроллер программирование модуль

Большинство современных ПЛК могут обмениваться данными по сети с другой системой, например, на компьютере под управлением SCADA (диспетчерское управление и сбор данных) система или веб-браузер.

Метод прямого доступа к памяти

Прямой доступ к памяти (ПДП) является чертой современных компьютеров и микропроцессоров , что позволяет сделать некоторые аппаратные подсистемы в компьютере с доступом к системе памяти для чтения и/или записи , независимо от центрального процессора . Многие аппаратные системы используют ПДП в том числе жестких дисков контроллеров, видеокарт, сетевых карт и звуковые ПДП также используется для передачи данных внутри чипа в процессорах, особенно в многопроцессорной системе на чипах. Точно так же процессорный элемент внутри многоядерного процессора в может передавать данные от и до локальной памяти, не занимая время процессора и позволяет вычисления и передачу данных параллельно.

2.4 Программное обеспечение

Языки программирования управляющих программ

Программы ПЛК, как правило, создаются в специальном приложении на персональном компьютере, а затем загружаются с помощью кабеля с прямым соединения или по сети на ПЛК. Программа сохраняется в ПЛК, ОЗУ или какой-либо другой энергонезависимой памяти. В то время как релейная логика является наиболее часто используемым языком программирования ПЛК, но существует ещё много разных языков. В следующей таблице перечислены е языки, которые используются для программирования ПЛК.

Графический язык релейной логики. Первоначально запрограммирован с помощью простых контактов, которые моделировали открытие и закрытие реле, релейная логика программирования была расширена, чтобы включить такие функции, как счетчики, таймеры, регистры сдвига и математические операции.

Структурированный текст - текстовый язык высокого уровня, который поощряет структурное программирование. Он имеет структуру языка (синтаксис), что сильно напоминает Паскаль и поддерживает широкий диапазон стандартных функций и операторов

Функциональная блок-схема-графический язык для изображения сигнала и потоков данных через многоразовые функциональные блоки.

Например:

Если SPEED1> 100,0 затем

Flow_Rate: = 50,0 + Offset_A1;

Остальное

Flow_Rate: = 100,0; Пар: = ON

end_if;

Список команд: Низкий уровень "ассемблера" как язык. Язык сборкой IL создает переносимый исполняемый файл (PE) файла из промежуточного языка (IL).

LD

MPC

LD

ST

RESET:

ST

R1

СБРОС

PRESS_1

MAX_PRESS

Язык диаграмм состояний - это одна из составных частей стандарта IEC61131-3 хоть и именуется языком программирования промышленных контроллеров, по сути своей является вспомогательным средством структурирования программ. Особое распространение SFC получил в пакетах SCADA - программ.

Последовательные функциональные схемы (SFC) представляют собой графический инструмент стандарта МЭК 61131, для структурирования последовательности выполнения действий, связанных с конкретными моментами времени или событиями. Основными элементами SFC являются такие понятия как состояние и переход. Ежели задаться целью описать все базовые элементы языка программирования SFC, то выглядеть он будет следующим образом:

-Состояние. В этом блоке описывают некие действия.

-Переход. Каждый из подобных блоков обладает логическим выражением выполнения.

-Альтернативное ветвление. При наличии различных условий алгоритм можно разветвлять.

-Параллельное ветвление. Имеет общее условие на переход.

-Останов алгоритма

LD 0

A_X43

ПЛК в больших системах ввода / вывода могут использовать одно ранговую связь между процессорами. Это позволяет индивидуально контролировать отдельными частями сложного процесса, позволяя подсистеме координироваться по каналу связи. Эти линии связи также часто используются для HMI устройств, таких как клавиатур или PC -типа рабочих станций.

Вывод

Следовательно, из всего вышесказанного можем сделать вывод, что сфера применения промышленных котроллеров огромна, и охватывает почти всю промышленную автоматику. Также существует различные виды контроллеров по сфере задач и их решения, возможности модернизации и управления ими, различные языки программирования программ, которые управляют ПЛК и т д. На самом наверняка многие не знают, что у каждого в компьютере стоит контроллер памяти, который помогает оптимизировать работу процессора и ОЗУ, или контроллер USB устройств или контроллеры IDE. Контролеры в какой-то степени играют роль в жизни, быту абсолютно любого человека, причем многие даже не подозревают о их существование.

Список терминов и аббревиатуры

ПЛК - программируемый логический контроллер.

ОМЭВМ - микроконтроллер.

УУ - удалённое управление.

ПК-персональный компьютер.

ТРФ-протокол связи.

АЦП -аналого-цифровое преобразование.

АЦП -аналоговое-цифровое преобразование.

ЧПУ - числовое программированное управление.

ПДП - режим прямого доступа к памяти.

ВУ - внешнее устройство.

CPU - центральный процессор.

SCADA - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.

HMI - человеко-машинный интерфейс.

SFC - язык программирования стандарта IEC61131-3. Предназначен. для программирования промышленных контроллеров. Широко используется в SCADA/HMI пакетах.

Размещено на Allbest.ru