лекции. Лекции (2). 1 программирование и настройка технических средств автоматизации и управления ключевые слова
 Скачать 1.31 Mb.
|
1.5 Классификация ПЛК ПЛК принято подразделять на три группы. Ранее эти группы называли гаммами. Сейчас в русскоязычной литературе используют термин «формат», а в англоязычной эти три группы характеризуют как «Micro PLC», «Mini PLC» и «Power PLC». В табл 1.2 даны количественные и качественные критерии для ПЛК разного формата, принятые 20 лет назад и существующие в настоящее время. Табл1.2. Функции ПЛК разного формата
Д  анные табл11.2 свидетельствуют о том, что порог рентабельности ПЛК сместился. В 1979 г. ПЛК нижней гаммы считались рентабельными, если они заменяли устройство автоматики с общим числом входов/выходов, равным 20 , в настоящее время можно встретить ПЛК с пятьюдесятью входами-выходами (например, контроллеры LOGO и TeleSAFE). Произошло это не потому, что микропроцессорная элементная база стала относительно дешевой. Повысился уровень требований к простым устройствам автоматизации, которые должны обладать более развитым интерфейсом визуализации, а также обеспечивать возможность работы в общей информационно-управляющей сети предприятия. Две последние функции затруднительно реализовать какими-либо другими средствами, кроме микропроцессорных. Одновременно повысилась функциональная сложность всех ПЛК. Раньше ПЛК нижней гаммы выполняли только логические, счетные и временные функции, сейчас примерно половина ПЛК малого формата реализует алгоритмы регулирования.ПЛК верхней гаммы существенно расширили функциональную гибкость. Так, число дискретных входов/выходов, обслуживаемых SIMATIC S7-400, может доходить до 128К, число аналоговых входов — до 8 К. Мощные ПЛК реализуют задачи логического управления, регулирования, в том числе по законам нечеткой логики, выполняют функции работы с таблицами для создания баз данных, оснащены программной поддержкой средств визуализации систем SCADA. Как уже отмечалось, реализация станции оператора с использованием выделенного промышленного компьютера не всегда оправданна, поэтому в ПЛК среднего формата и особенно мощных ПЛК особое внимание уделяется возможности подключения и программной поддержке пультов оператора и устройств визуализации технологического процесса. Практически все фирмы-изготовители ПЛК имеют в номенклатуре продукции ряд текстовых и графических панелей операторов, а также программное продукты для их параметрирования. Диапазон возможностей панелей оператора кратко рассмотрим на примере продукции фирмы Siemens. Текстовые панели OP3/OP7/OPI7 предназначены для простых применений, так, ОРЗ рекомендуются в качестве переносного пульта. Дисплей панелей жидкокристаллический с подсветкой, число строк - от 2 до 4, число символов в строке — от 20 до 40. Максимальное число клавиш панели - 46 для OPI7. Графические панели ОР27/ОР35/ DP37 имеют разрешающую способность до 640x480 точек, число клавиш - до 68. Панели имеют встроенный процессор, что разгружает ПЛК от операций формирования изображения в реальном времени. Построение систем комплексной автоматизации предприятий требует включения практически каждого ПЛК в информационную сеть предприятия, способную работать в сложных промышленных условиях, поэтому одним из основных требований к современному ПЛК любого формата является аппаратная и программная совместимость с одним или несколькими стандартами сетей промышленного назначения. В недалеком прошлом многие фирмы изготовители ПЛК и средств автоматизации разрабатывали собственные протоколы обмена (DH-485 для Allen Bradley, K-sequence для PLC-Direct, Telway для Telemecanique). Это в значительной степени обусловлено иерархической топологией сети для крупных производственных установок, которые требуют использования нескольких децентрализованных систем управления, выполненных, как правило, на ПЛК одной фирмы и подключенных к мощному ПЛК верхнего уровня той же фирмы (рис.1.6). Такой подход был выгоден фирмам производителям, так как вынуждал применять только его оборудование. Однако очевидное усиление интеграции на уровне SCADA требует получения информации в централизованное пользование практически от каждого ПЛК.  Рис.1.6 Иерархическая сеть на основе ПЛК В связи с этим конкурентоспособными останутся те ПЛК, которые обеспечивают сопряжение с открытыми промышленными сетями, такими как MODBUS, PROFIHUS, ETHERNET. Именно адаптацией к различным промышленным сетям обусловлено чрезвычайное разнообразие WG современных мощных ПЛК. 1.5.1 Мощный ПЛК Рассматривая современное состояние вычислительной техники, легко поддаться искушению, переложить функции интерпретатора на программные средства разработки прикладного программного обеспечения, оригинальные пакеты которых, работающие в среде Windows, имеет каждая фирма. Такое решение предполагает замену специализированного модуля ЦП универсальным программируемымконтроллером с открытым программным обеспечением. Это направление сейчас активно развивается, и получило название«Soft PLC». Однако производители ПЛК не спешат полностью отказываться от специализированных ЦП. Весьма показательно, что разработчики самого мощного на сего дня ПЛК S1MAT1C S7-400 с целью повышения быстродействия пошли на выполнение ЦП мультипроцессорным, но не стали отходить от рассмотренного выше принципа построения ОС ПЛК. Достигнутое таким образом быстродействие(см. табл11.I)сравнимо с быстродействием программ управления промышленных контроллеров, написанных на языке СИ. Рассмотренная упрощенная ОС ПЛК является однозадачной. Если ПЛК заменяет несколько независимых релейных схем, программные модули, реализующие каждую из схем, расположены в памяти последовательно. В связи с этим время реакции ПЛК на из-менение входных сигналов определяется суммарным временем выполнения всех программных модулей. Если среди обслуживаемых устройств окажется такое, которое требует более быстрой реакции, то рассматриваемая однозадачная ОС этого сделать не позволит. Очевидно, мультипроцессорный путь повышения быстродействия применим только для мощных ПЛК (но для них он, конечно, не единственный). Другой способ повышения быстродействия ПЛК — переход к многозадачным ОС. Ранее многозадачные ОС были характерны только для мощных ПЛК. в настоящее время такая ОС — не редкость даже для ПЛК малого формата. Так, двухзадачную ОС имеет ПЛК среднего формата Telemecanique TSX 47-10/20. Программа управления, записываемая в этот ПЛК, должна быть разделена на две задачи. Инициализация выполнения «быстрой» задачи выполняется периодически с регулируемым разработчиком интервалом между обращениям (от 5 до 10 мс). Программа «медленной» задачи запускается на выполнение по сигналу сторожевого таймера каждые 150 мс. Отдельные части это программы выполняются с разделением по времени после окончания очередного цикла обработки «быстрой» задачи. В ПЛК малого формата Modicon TSXMicro реализована многозадачная ОС. Для создания многозадачных ОС используют механизм, прерывания по сигналам внешних устройств, которыми управляет ПЛК. Такой механизм используют все ПЛК фирмы Siemens (см. рис11.5). Придание ПЛК регулирующих функций неминуемо потребовало введения в состав языков программирования ПЛК команд работы с двоичными словами. ПЛК стали выполнять сложные вычисления, причем арифметики в формате с фиксированной запятой оказалось недостаточно — сейчас многие ПЛК имеют в системе команд библиотеки для работы с числами в формате с плавающей запятой. В первую очередь арифметические команды используются для реализации алгоритмов ПИД-регуляторов, причем не просто регуляторов, а с алгоритмами самонастройки и оптимизации переходных процессов. Несмотря на такое существенное усложнение базового программного обеспечения, разработчики ПЛК не спешат уходить от проверенных временем принципов построения ПЛК. Так, алгоритм функционирования всех ПЛК фирмы Siemens (законодателя в области ПЛК), вплоть до мощного S7-400, выполнен по схеме, показанной на рис11.5, а не в виде системы со свободно загружаемым программным обеспечением. Весьма показателен пример с Telemecanique TSX 47-10/20. Для включения алгоритма ПИД-регулирование в его программу необходимо не только записать соответствующие команды, но и подключать специальный блок памяти в разъем на передней панели корпуса ПЛК. Пользователю при обращении к функции ПИД-регулирования следует задать только коэффициенты и постоянные времени программному коду регулятора. 1.5.2 ПЛК малого формата (MicroPLC) ПЛК малого формата были и остаются наиболее многочисленной группой в семействе логических контроллеров. Этот факт в полной мере подтверждается числом строк табл.1.3, в которой приведены характеристики ПЛК малого формата, имеющиеся на российском рынке. Табл. 1.3. ПЛК малого формата (Micro PLC)
Три фактора определяют их столь прочное положение. Во-первых, в настоящее время наблюдается стремление к автоматизации тех объектов, которые ранее ей не подлежали управление запорной арматурой различных трубопроводов и т.д. Во-вторых, «освоение» малыми ПЛК функций регулирования позволяет им в значительной мере заменить ПЛК среднего формата. В-третьих, средние и мощные ПЛК частично вытесняются промышленными компьютерами и контроллерами. Анализ данных табл.1.3, позволяет выявить некоторые тенденции развития малых ПЛК. Произошло изменение элементной базы памяти программ. Энергонезависимое ОЗУ с блоком резервного питания на аккумуляторах заменили программируемые пользователем ПЗУ с электрическим стиранием (типа EEPROM или FLASH). Микросхемы этой элементной базы имеют большую информационную плотность при меньшем энергопотреблении. Это позволило существенно увеличить память программ малых ПЛК (до 64К) при уменьшении габаритов плат ЦП. Автономный резервный источник питания теперь может использоваться для поддержания работоспособности устройства в целом (контроллеры TeleSAFE). Общее совершенствование микроэлектронной базы привело к миниатюризации малых ПЛК. Максимальный линейный размер всех моделей лежит в пределах 20 см. Изменился подход к конструктивному исполнению ПЛК малого формата. Почти полностью исчезли малые ПЛК модульного исполнения. Базовая модель ПЛК малого формата теперь имеет неизменяемую пользователем конфигурацию с фиксированным числом дискретных входов/выходов (их стали называть интегрированными). Базовая модель выполняется в нескольких модификациях, различающихся типом встроенного источника питания (+ 24В или 130/240 В), типом ЦП и электрическими параметрами дискретных входов/выходов. Это объясняется открывшейся в связи с микроминиатюризацией электронных компонентов возможностью повысить надежность ПЛК путем уменьшения числа плат в его конструктивном исполнении. Нередки одноплатные варианты. Несмотря на неизменяемую конфигурацию по числу входов/выходов базовой модели, практически все малые ПЛК имеют возможность подключения модулей расширения с адаптерами аналоговых и дополнительных дискретных входов/выходов. Подключение именно модулей расширения преследует две цели. Во-первых, обеспечить помехозащищенный ввод сигналов с удаленных датчиков, что достигается путем передачи данных от модуля расширения к базовой модели по специальной цифровой магистрали. Длина такой магистрали может достигать нескольких сотен метров, поэтому схемотехническое исполнение цифровой части адаптеров расширения значительно отличается от аналогичных по функциям интегрированных адаптеров. Иногда такие адаптеры называют модулями удаленного ввода. И только, во-вторых, модули расширения служат для увеличения числа входов/выходов. Как правило, малые ПЛК имеют два способа программирования: с помощью карманного программатора или через интерфейс последовательного обмена с использованием средств разработки, реализованных на персональном компьютере. Для простейших ПЛК (четко прослеживается стремление к реализации режима программирования «на линии», при котором не требуется никаких дополнительных устройств (см. LOGO и TeleSAFE). Практически все ПЛК малого формата поддерживают один или несколько протоколов обмена локальных промышленных сетей. Сетевые возможности становятся одной из главных характеристик изделий данного класса. Рассмотрим отдельные образцы малых ПЛК. Simatic S7-2OO и Modicon TSX Micro — самые быстродействующие и мощные среди малых ПЛК. Близок к ним, по функциональным возможностям DL205 PLC Direct. Фирма PLC Direct by KOYO — сравнительно новая на российском рынке средств автоматизации, но предоставляет полный ряд ПЛК с очень хорошими техническими характеристиками. Удивительно органичен новый маленький LOGO фирмы Siemens. В электротехнике его даже называют не ПЛК, а универсальным логическим модулем. Половину площади передней панели корпуса LOGO занимает графический ЖКИ дисплей, на котором с помощью шести клавиш можно «собрать» схему коммутации из 30 функциональных модулей. LOGO запомнит программу во FLASH памяти и будет реализовывать заданный алгоритм коммутации. При необходимости контроллер может быть перепрограммирован на месте установки. Устройство имеет защиту от несанкционированного доступа. Особое внимание следует уделить ряду ПЛК TeleSAFE. Он представляет собой новую линию ПЛК — контроллеры для удаленных станций сбора данных и управления. Базовая модель ПЛК имеет всего от трех до пяти дискретных входов/выходов, но обязательно оснащена адаптерами аналоговых входов. Контроллеры имеют встроенные часы/календарь для составления архивов данных. Основная черта этих ПЛК — выдающаяся коммуникационная гибкость. TeleSAFE могут работать с коммутируемыми или выделенными телефонными линиями или радиолиниями. Программная поддержка TeleSAFE позволяет работать практически через любую сеть. ПЛК TeleSAFE всепогодные, они единственные среди предлагаемого списка могут эксплуатироваться при минусо-вой температуре. Вопросы для самопроверки: Содержание пирамиды комплексной автоматизации предприятия. Способы организации взаимосвязей между уровнями в пирамиде комплексной автоматизации. Структура системы типа SKADA. Дать функциональное определение промышленному компьютеру, программируемому контроллеру, программируемому логическому контроллеру и контролеру сбора данных. Структура ПЛК и требования предъявляемые к нему. Особенности центрального процессора ПЛК. Операционная система ПЛК. Классификация ПЛК. Мощные ПЛК и MicroPLC. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||