Структурная схема сетевой АСУТП

Внедрение АСУ является наиболее прогрессивным направлением в области автоматизации. При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразно применять электрические средства автоматизации. Химические производства относятся к числу взрывопожароопасных и автоматизация осуществляется на основе использования взрывозащищенных средств автоматизации с использованием ЭВМ.

При использовании электрических приборов, ЭВМ применяется во-первых, для облегчения работы оператора, т.к. за короткий промежуток времени обрабатывает большое количество информации; во-вторых может выполнять роль «советчика», при котором ЭВМ рекомендует оператору оптимальные знания режимных параметров процесса и, в третьих, сравнивая текущие знания с заданными, выдает корректирующий сигнал на регулятор или непосредственно на исполнительный механизм. Кроме того, работая в качестве управляющей системы по заданной программе, ЭВМ характеризуется гибкостью управления, т.е. появляется возможность перенастроить производство за короткое время на выпуск продукции другого качества, тем самым быстро среагировать на рынок.

В общем, система управления организована в виде двухуровневой структуры: верхний уровень и нижний уровень.

Верхний уровень реализован на базе станций оператора-технолога и оператора-инженера. Станции оснащены современными ПК. Верхний уровень обеспечивает ведение базы данных, визуализацию состояния технологического оборудования, обработку данных формирование и печать отчетных документов, ручное дистанционное управление технологическим оборудованием.

Нижний уровень системы обеспечивает реализацию следующих функций:

- контроль технологических параметров;

- первичная обработка и расчет параметров;

- функционирование контуров регулирования;

-контроль безопасности и аварийную защиту технологического оборудования.

Нижний уровень системы управления является дублирующим (локальным) при выходе ЭВМ из строя. Он реализован в виде двух подсистем: подсистема РСУ (распределенная система управления) – собирает информацию, вырабатывает регулирующие воздействия; подсистема ПАЗ (подсистема противоаварийной защиты) – контролирует нарушения входе технологического процесса, осуществляет защиту и блокировку аппаратов (вырабатывает защитные воздействия).

Функции РСУ выполняет программируемые контроллеры.

Контроллеры выполняют следующие функции:

-воспринимают аналоговые, дискретные электрические унифицированные сигналы;

-измеряют и нормируют принятые сигналы;

-выполняют программную обработку сигналов с первичных преобразователей и формируют аналоговые и дискретные управляющие сигналы;

-отображают информацию на экране;

-управляются при помощи стандартной клавиатуры.

При выборе контроллера решающими факторами являются:

-надежность модулей ввода/вывода;

-скорость обработки и передачи информации;

-широкий ассортимент модулей;

-простота программирования;

-распространенность интерфейса связи с ЭВМ.

 

В верхнем уровне использована сеть Ethernet.

 Сеть Ethernet принята комитетом 802 IEEЕ (Institute of Electrical and Electronic Engineers – институт инженеров по электротехнике и электронике) ECMA (European Computer Manufacturers Association) в 1985 году в качестве международного стандарта IEЕЕ 802.3 («eight oh two dot three»). Он определяет множественный доступ к моноканалу типа «шина» с обнаружением конфликтов и контролем передачи (CSMA / CD - Carrier-Seuse Multiple Access / Collision Detection -децентрализованный метод доступа к сети с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Распространение имеют две версии - Ethernet (протокол 802.3) и Fast Ethernet (протокол 802. 3 u).

В классической сети Ethernet применяется стандартный 50-омный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время все большее распространение получает версия Ethernet на витой паре, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. Доступ к моноканалу осуществляется по методу CSMA / CD. Передача идет пакетами переменной длины. Предусмотрена индивидуальная, групповая и широковещательная адресация.

Помимо стандартной топологии типов «шина» (рис. 2, а) применяется также топология типа «пассивная звезда» и «дерево». При этом используются репитеры (повторители) и пассивные (репитерные) концентраторы, соединяющие между собой различные части (сегменты) сети (рис. 2, б).

Рис. 2. Топология сети Ethernet.

  В качестве сегмента может выступать единичный абонент. Главное – чтобы в полученной топологии не было замкнутых путей (петель). Таким образом, абоненты подсоединены к «шине» так, что сигнал от каждого из них распространяется во все стороны и не возвращаются назад. Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км.

Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет 4 основных типа среды передачи:

· 10 BASE 5 (толстый коаксиальный кабель);

· 10 BASE 2 (тонкий коаксиальный кабель);

· 10 BASE - T (витая пара);

· 10 BASE - F (оптоволоконный кабель).

Подходит для любых задач: ПЛК для стоечного монтажа с номенклатурой модулей ввода/вывода, насчитывающей свыше 200 моделей

 

 

Контроллер OMRON CS1G/H

 

Контроллер.

CS1 - это наиболее обширное семейство программируемых контроллеров компании Omron, максимальная емкость ввода/вывода у которого составляет 5120 "локальных" дискретных входов/выходов. К одной стойке центрального процессора может быть подсоединено до семи стоек расширения, что позволяет довести общее количество модулей ввода/вывода в системе до 80. На выбор представлено свыше 200 моделей разнообразных модулей дискретных и аналоговых входов/входов, модулей регулирования и модулей связи, которые могут устанавливаться в стойки в любом сочетании и в любом порядке. Обширный набор команд и библиотека функциональных блоков позволяют создавать очень компактные программы, допускающие смешанное использование структурированного текста и "лестничных диаграмм" - языков стандарта IEC 61131-3.

-Быстрые ЦПУ с большим объемом памяти программ

-Программирование на языке структурированного текста в соответствии с IEC 61131-3, обширная библиотека функциональных блоков

-Гнездо для компактной карты памяти CompactFlash, предназначенной для хранения данных и обмена программами

-Простой переход от систем C200H с возможностью использования имеющихся модулей ввода/вывода

 -Дублированная система ПЛК для отказоустойчивого управления.

 

CS1D дополняет хорошо проявившую себя архитектуру CS1 функциями дублирования, обеспечивающими абсолютно безотказное функционирование системы и исключающими даже самые минимальные простои. Сдвоенные центральные процессоры, с функциями управления циклом или без них, непрерывно следят друг за другом на предмет возникновения сбоев, что освобождает пользователя от написания специальных программ. Другим, еще более простым способом повышения надежности системы является применение сдвоенных источников питания. Возможность "горячей" замены модулей ЦПУ, источников питания и модулей ввода/вывода позволяет производить обслуживание системы практически без прерывания технологического процесса

CS1: Модули центрального процессора

 

 

Компания Omron выпускает две модели модулей центрального процессора серии CS1, отличающиеся скоростью выполнения операций, каждая из которых имеет несколько исполнений с различным объемом памяти. Помимо базовых моделей ЦПУ в состав серии входят модели, предназначенные для создания дублированных систем, поддерживающие "горячую" замену модулей ввода/вывода. Во всех моделях ЦПУ предусмотрено гнездо для установки специальной платы с непосредственным подключением к шине ЦПУ. В это гнездо может быть вставлена плата последовательного интерфейса или плата циклического управления. Все модули ЦПУ поддерживают программирование на языке структурированного текста и на языке релейно-контактной логики ("лестничных диаграмм"), предусмотренных стандартом IEC61131-3.

 

Обширная библиотека функциональных блоков компании Omron уменьшает трудоемкость программирования, кроме того, имеется возможность создания собственных функциональных блоков под конкретные требования.

Расширение системы - может быть подключено до 7 стоек расширения

CS1: Источники питания, Стойки расширения

 

Система CS1 может питаться от источника постоянного напряжения 24 В= или от электросети переменного тока с напряжением от 100 до 240 В~. Для небольших систем с преимущественно дискретными входами/выходами можно использовать недорогой источник питания небольшой мощности. Для систем, содержащих множество аналоговых входов/выходов и различные модули управления/связи, может потребоваться более мощный модуль источника питания.

 

Выпускаются стойки ПЛК различной ширины, с количеством установочных мест от 2 до 10. Для дублированных систем требуются специальные объединительные панели (стойки). В зависимости от типа ЦПУ, к стойке ЦПУ может быть подключено до семи стоек расширения, что позволяет расширить систему до 80 модулей ввода/вывода. Общая протяженность кабелей расширения в одной системе может достигать 12 м.

До 96 точек ввода/вывода в одном модуле - модули входов, модули выходов, комбинированные модули входов/выходов

CS1: Модули дискретных входов/выходов

 

Модули дискретных входов/выходов представляют интерфейс взаимодействия ПЛК с внешним миром, позволяя реализовать быстрое и надежное последовательное управление. Широкий ассортимент модулей, от скоростных входов постоянного напряжения до релейных выходов, позволяет гибко конфигурировать ПЛК CS1 под конкретную задачу управления.

 

Семейство CS1 включает модули с различной плотностью входов/выходов и различными способами подключения. До 16 входных/выходных цепей можно подключать к модулю с помощью отсоединяемых блоков винтовых клемм диаметра M3. Модули с высокой плотностью входов/выходов на 32 и 64 точки ввода/вывода снабжены стандартными разъемами на 40 выводов. Для простого подключения цепей к модулям с высокой плотностью входов/выходов предлагаются готовые кабели и клеммы.

 

От простого ввода/вывода аналоговых сигналов до управления процессами CS1: Модули входов/выходов для аналоговых сигналов

и сигналов процесса

 

 

Cерия CS1 объединяет большое количество модулей аналогового ввода, позволяя решать широкий круг задач, от многоканального измерения температуры с невысокой скоростью опроса до скоростного высокоточного измерения и сбора данных. Аналоговые выходы можно использовать для точного контроля или сигнализации.

 

В модулях уже предусмотрены такие функции, как масштабирование, фильтрация или сигнализация аварий, поэтому отпадает необходимость в написании сложных программ для ПЛК. Высокоточные модули ввода/вывода сигналов процесса допускают подключение разнообразных датчиков и обеспечивают быстрый и точный сбор измеряемых данных. Во всех модулях ввода/вывода температурных и процессных сигналов каждый канал гальванически развязан от всех остальных каналов.

 

Дополните любой ПЛК CS1 функцией многоосного управления перемещениями

       Модули счетчиков получают информацию о положении от датчиков положения с последовательным интерфейсом (SSI) или от инкрементных датчиков положения. Фактическое положение объекта сравнивается с внутренним заданным значением.

Модули позиционного управления служат для координатного (поточечного) позиционирования с применением сервоприводов или шаговых двигателей. Задания и профили разгона/замедления можно корректировать "на лету".

Модули позиционирования и многоосного управления перемещениями снабжены интерфейсом MechatroLink-II и могут управлять одновременно несколькими приводами, связанными единым высокоскоростным каналом связи. Возможность маршрутизации сообщений через несколько сетевых уровней позволяет конфигурировать участвующие в работе приводы из любой точки сети управления.

Модули счетчиков получают информацию о положении от датчиков положения с последовательным интерфейсом (SSI) или от инкрементных датчиков положения. Фактическое положение объекта сравнивается с внутренним заданным значением.

Модули позиционного управления служат для координатного (поточечного) позиционирования с применением сервоприводов или шаговых двигателей. Задания и профили разгона/замедления можно корректировать "на лету".

Модули позиционирования и многоосного управления перемещениями снабжены интерфейсом MechatroLink-II и могут управлять одновременно несколькими приводами, связанными единым высокоскоростным каналом связи. Возможность маршрутизации сообщений через несколько сетевых уровней позволяет конфигурировать участвующие в работе приводы из любой точки сети управления.

 

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

 

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.