Структура и функции АСУТП

Рис.2. Структура АСУТП.

На рисунке 2 приведена примерная структура современной АСУТП.

1. Объект управления представляет собой комплекс технологического оборудования.

2. Датчики и исполнительные механизмы – устройства, предназначенные для преобразования технологических параметров в информационные показатели и обратно.

Датчик – устройство для преобразования физической величины технологического процесса в стандартный электрический сигнал, передаваемый далее в контроллер.

Исполнительный механизм – устройство для преобразования электрического сигнала, поступающего от контроллера, в то или иное физическое воздействие (например: изменение положения заслонки, открывание - закрывание клапана и т.д.).

Существует огромное множество типов датчиков и исполнительных механизмов.

3. Контроллер. Данное понятие широко распространено в вычислительной технике. Вообще, контроллер (от англ. to control - управлять) – это некое устройство, выполняющее функцию связи между ЭВМ и каким-либо внешним или периферийным объектом.

Применительно к АСУТП, контроллер – это электронное устройство с программным управлением и расширенными аппаратными возможностями измерения, управления и связи. Иначе говоря, контроллер представляет собой электронную схему, управляющую технологическим оборудованием, собирающую и анализирующую данные, на основе которых принимаются те или иные решения. Основное назначение контроллера – связь между уровнем датчиков и исполнительных механизмов и уровнем управляющих ЭВМ (серверов).

Конструктивно контроллер представляет собой отдельное устройство, имеющее собственное питание. Контроллер может, как правило, функционировать автономно. При этом контроллер выполняется защищенным от пыли, влаги, электромагнитных излучений.

В качестве локальных программируемых логических контроллеров (ПЛК) в настоящее время применяется большое количество устройств как отечественных, так и зарубежных производителей. Примерная структура ПЛК приведена на рисунке 3.

Блок согласования сигналов осуществляет электрическое согласование датчиков и исполнительных механизмов с входом блока преобразования сигналов.

Блок преобразования сигналов преобразует аналоговый электрический сигнал, поступающий от датчиков, в цифровую форму и передает его центральному процессору, а также преобразует

Рис. 3. Примерная структура ПЛК.

управляющие сигналы процессора в форму, необходимую для управления исполнительными механизмами.

Процессор осуществляет управление всеми блоками контроллера, математическую обработку измеренных технологических параметров, организует хранение данных в блоке памяти, а также осуществляет передачу данных через интерфейс в локальную вычислительную сеть (ЛВС). В данном случае роль ЛВС играет промышленная локальная сеть.

Основные задачи, решаемые контроллером:

- измерение, опрос и управление оборудованием;

- первичное преобразование результатов измерений;

- хранение локального архива данных;

- быстрая и надежная доставка информации на следующий уровень автоматизации;

- обеспечение автономной и бесперебойной работы управляемого узла объекта автоматизации;

- автоматическое управление локальным узлом автоматизации.

Информация с локальных контроллеров может направляться в промышленную сеть непосредственно, либо через контроллеры верхнего уровня – концентраторы (см. рис 4).

Концентраторы – это коммуникационные контроллеры; они выполняют функции вторичной обработки информации (преобразование, накопление, сжатие), а также выполняют функции локального управления небольшими группами контроллеров, разгружая тем самым системы верхнего уровня.

Рис. 4. Способы подключения контроллеров к локальной сети.

Перечислим задачи, решаемые концентраторами:

- сбор данных с локальных контроллеров;

- обработка данных;

- поддержание единого времени во всей системе (синхронизация);

- локальная синхронизация работы контроллеров;

- хранение технологических данных;

- организация взаимодействия между локальными контроллерами;

- обмен информацией с верхним уровнем;

- работа в автономном режиме при нарушении связи с верхним уровнем;

- обеспечение резервирования каналов передачи данных.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на поступающие сигналы и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта за время, определенное для каждого события. Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с операционными системами реального времени (ОС РВ). Контроллеры под управлением ОС РВ функционируют в режиме жесткого реального времени.