Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
212 Рис. 14.12. Шасси системы Genius Рис. Система Field Control Фирма GE Fanuc предлагает ряд стоек серии 90-70, которые можно использовать для размещения центральных процессоров, локальных и удаленных устройств ввода/вывода. Имеются стойки на 5, 9 и 17 ячеек. Крайняя левая ячейка в каждой стойке резервируется для источника питания, а соседняя с ней - для центрального процессора. Во избежание установки в определенную ячейку не предназначенного для нее модуля предусматриваются механические ключи. Центральный процессор (ЦПУ) построен на основе микропроцессоров Intel. Все модели имеют в своем составе числовой сопроцессор для повышения скорости исполнения дискретных функций. В состав некоторых моделей входит сопроцессор с плавающей запятой. В семействе имеются модели, поддерживающие резервирование центрального процессора, а также тройное модульное резервирование (специализированные центральные процессоры. Сеть Genius компании GE Fanuc предназначена для объединения в законченную систему контроллеров GE Fanuc серий 90-70, 90-30, VersaMax и удалённой периферии Genius и Field Control. Физически устройства объединяются в сеть экранированной витой парой. Сеть имеет топологию шина, к которой может быть подключено до 32 устройств. Максимальная длина шины составляет 2,3 км при скорости обмена 38,4 Кбод. Максимальная скорость передачи данных 153,6 Кбод достигается при длине линии дом. Для включения в состав сети Genius операторской станции на основе персонального компьютера выпускаются сетевые платы. Сих помощью реализуется доступ системы Cimplicity к переменным контроллера. Непосредственное подключение устройств серии 90-30 и 90-70 к локальной сети Ethernet, позволяющей осуществлять программирование, мониторинг и связь, обеспечивается интерфейсными модулями и специализированным процессором Ethernet. 213 Рис. Контроллер серии 9 0 - 7 0 Контроллеры VersaMax используют для построения небольших (до 256 точек) локальных систем управления. Система состоит из блоков, не имеющих общего каркаса и монтируемых на рейке (рис. 14.15). Первый блок на рейке - ЦПУ с подклю чённым к нему блоком питания. Справа от ЦПУ устанавливаются шасси для модулей ввода/вывода, которые соединяются друг с другом и с ЦПУ встроенными разъёмами. К одному ЦПУ можно подключить до 8 шасси. В каждое шасси устанавливается один модуль ввода/вывода. В эти же шасси могут быть установлены и коммуникационные модули. Провода от датчиков и ИУ подключаются к клеммнику, входящему в состав шасси. Таким образом, имеется возможность замены модулей без отсоединения кабелей. В системе VersaMax имеются станции удаленного ввода/вы вода, которые могут управляться посети либо ЦПУ контроллера VersaMax, либо контроллерами серий 90-30 и 90-70. В этом случаев один из слотов управляющего контроллера устанавливается контроллер шины Genius GBC, а в станцию удаленного ввода/вывода VersaMax - коммуникационный модуль шины Genius (IC200GBI001). Обобщенная структура системы управления на базе контроллеров GE Fanuc и удаленного ввода/вывода представлена на рис. 14.16. В 2005 г. компания GE приступила к модернизации своих контроллеров семейств 90-70 и 90-30. На замену пришли современные контроллеры RX7i и RX3i, соответственно. Характеристика процессоров этих контроллеров приведена в табл. 14.3. Контроллеры RX7i и RX3i совместимы со своими предыдущими версиями благодаря наличию специальных базовых плат для установки модулей семейств 90-30 и 90-70. Кроме этого, имеется возможность подключения к новым контроллерам базовых плат расширения семейств 90-30 и 90-70, соответственно. Контроллеры RX3i поддерживают Ethernet посредством модуля интерфейса Ethernet (два порта 10BaseT/100BaseTX), устанавливаемого в стойку контроллера. 214 Рис. 14.15. Контроллер VersaMax Контроллер RX31 RX71 Процессор Тип процессора Память Частота Операции с плавающей запятой ПИД-регулирование I C 6 9 5 C P U 3 1 0 Intel Celeron ОЗУ до 10 Мбайт; э/н флэш 10 Мбайт 300 МГц Да Да IC698CPE020 Intel Pentium III ОЗУ до 10 Мбайт; э/н ф л э ш 10 Мбайт 700 МГц Да Да Рис. 14.16. Обо б щ ё н на я структура системы управления Таблица Контроллеры RX7i поддерживают два типа интерфейсов Ethernet: встроенный ив виде модуля. Встроенный интерфейс Ethernet является неотъемлемой частью центрального процессора. Модуль интерфейса Ethernet устанавливают в гнездо стойки контроллера RX7i (возможна установка до трех модулей Ethernet). Каждый модуль Ethernet имеет два порта (lOBaseT/ 100BaseTX). Интерфейс Ethernet центрального процессора обеспечивает связь с встроенным сервером сервер контроллера можно использовать для мониторинга состояния данных ПЛК в момент обращения к ним через браузер Internet Explorer (обновление данных происходит только после повторного обращения. 215 Применение разрядной шины, встроенный в контроллер сервер - всё это относится к разряду новейших технологий автоматизации и ставит контроллер RX7i вряд лучших мировых образцов. Компания Siemens - один из крупнейших производителей программируемых логических контроллеров. Компания производит несколько семейств контроллеров семейство малых контроллеров S7-200, семейство средних контроллеров S7-300, семейство мощных контроллеров S7-400. Все эти контроллеры объединены в систему автоматизации Simatic S7, которая объединяет - контроллеры - станции распределенного ввода/вывода; - программное обеспечение - человеко-машинный интерфейс - средства связи. Контроллер Simatic S7-400 - модульный контроллер для решения сложных задач автоматического управления (рис. 14.17). Несколько типов центральных процессоров различной производительности, широкий спектр модулей связи и модулей вво да/вывода упрощают разработку систем автоматизации. Основные компоненты Simatic S-400: Модули блоков питания. Модули центральных процессоров (ЦПУ). Некоторые из них имеют встроенный интерфейс. В стойке центрального контроллера можно разместить несколько модулей ЦПУ. Модули ввода/вывода. Коммуникационные процессоры для организации различных вариантов связи. Интерфейсные модули (IM - Interface Module) для соединения ЦПУ со стойками расширения. Система S7-400 имеет несколько типов центральных процессоров. Характеристика некоторых центральных процессоров приведена в табл. 14.4. Рис. 14.17. Контроллер Simatic S7-400 216 Таблица Ц П У 414-3 416-3 417-4 ОЗУ (программы/данные) Карта Flash Карта ОЗУ Время выполнения логической операции Количество каналов в/в дискретных/аналоговых Встроенные интерфейсы 0,7/0,7 Мб 64 М б 64 М б 0,06 мкс 65536/2048 M P I / D P + 2 D P 2,8/2,8 Мб 64 М б 64 М б 0,04 мкс 131072/2048 M P I / D P + 2 D P 10/10 Мб 64 М б 64 М б 0,03 мкс 131072/2048 M P I / D P + 3 D P Контроллеры S7-400 поддерживают расширенный и распреде лённый (удалённый) ввод/вывод. Для построения распределенных систем ввода/вывода используются станции распределенного ввода/вывода ЕТ-200. Станции распределённого ввода/вывода ЕТ-200 включают в свой состав - интерфейсный модуль для подключения к сети Profibus- DP; - дискретные и аналоговые модули ввода/вывода; - модули. Интерфейсные модули имеют два исполнения - с встроенным интерфейсом RS-485; - с встроенным оптическим интерфейсом. Модульная конструкция станции ЕТ-200, широкий спектр модулей ввода/вывода и встроенный центральный процессор позволяют создавать мини-контроллеры, работающие автономно или под управлением ведущего сетевого устройства Profibus-DP. В этой сети станции ЕТ-200 выполняют функции ведомого устройства. Результатом такой конфигурации является разгрузка центрального процессора ведущего контроллера и сети Profibus-DP. На базе процессоров Ни Н можно построить резервированные системы повышенной надежности S7-400H и S7-400F/FH. S7-400FH - отказоустойчивая резервированная система, в которой возникновение отказов приводит к переводу функций управления с отказавшего на резервный контроллер без остановки производственного процесса. Конфигурация на основе контроллера S7-400FH с полным резервированием всех компонентов включает в свой состав - 2 центральных процессора Н или Н - 2 линии Profibus-DP; - 2 станции распределённого ввода/вывода ЕТ-200 с двумя резервированными интерфейсными модулями в каждой для подключения к оптоволоконной сети 217 - модули ввода/вывода для построения отказоустойчивых систем, обеспечивающие резервирование каналов ввода/вы вода. При отказе активного центрального процессора управление передается резервному процессору, производится переключение на резервную линию Profibus-DP, управление технологическим процессом не прерывается. Отказ станции распределенного вво да/вывода ЕТ-200 сопровождается ее остановкой и включением в работу резервной станции. Контроллеры S7-400 обладают широкими коммуникационными возможностями. Контроллеры этого семейства используют для организации связи - встроенный вовсе модули центральных процессоров интерфейс - интерфейс Profibus-DP, встроенный в большинство ЦПУ и используемый для построения систем со станциями ЕТ-200; - коммуникационные процессоры для подключения к сетями- интерфейс решает следующие задачи - программирование контроллеров - взаимодействие со станциями оператора - допускает подключение до 32 сетевых станций (рабочие станции, контроллеры S7-400, S7-300). Расстояние между соседними узлами MPI сети - дом без повторителей, дом- с двумя повторителями, дом- с 10 повторителями, до 23 км - при волоконно-оптической линии. Скорость передачи информации - до 12 Мбит/с. Посети контроллеры S7-400 могут быть связаны со следующими устройствами (через встроенный интерфейс или с помощью коммуникационных процессоров и интерфейсных модулей - с контроллерами S7-400, S7-300; - с компьютерами, в том числе с рабочими станциями операторов - со станциями распределенного ввода/вывода ЕТ-200; - с техническими средствами других фирм-изготовителей. Роль ведущего в сети Profibus-DP могут выполнять только контроллеры S7-400 и S7-300. Ранее уже было отмечено, что станции ЕТ-200 в этой сети являются подчиненными (ведомыми. На рис. 14.18 приведена упрощенная архитектура системы управления на базе контроллеров Siemens. СР-443-1 и СР-343-1 - коммуникационные процессоры сети Ethernet 10/100 Мбит/с. 218 Рис. Упрощенная архитектура системы с контроллерами Simatic S7 Коммуникационный процессор СР-443-5 обеспечивает контроллеру S7-400 функции ведущего в сети Profibus-DP. 14.3. ПРОТИВОАВАРИЙНЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ TRICON Противоаварийная защита технологического оборудования - одна из важнейших функций АСУТП. Системы противоаварий- ной защиты (СПАЗ) в современных АСУТП являются одной из подсистем и функционируют независимо от системы управления. Ярким примером противоаварийных контроллеров является контроллер Tricon. TRICON - это современная отказоустойчивая система управления, основанная на архитектуре стройным модульным резервированием (Triple-Modular Redundant, TMR). На базе этих контроллеров построены системы противоаварий- ной защиты установок комплексной подготовки газа на Заполярном месторождении газа, компрессорных станции Ставропольская и Краснодарская газопровода Голубой поток. В контроллере Tricon используются три идентичных канала, каждый из которых независимо обрабатывает сигналы параллельно с двумя другими. 219 Специальные схемы и программное обеспечение мажоритарной выборки два из трех проверяют все цифровые входные и выходные сигналы, поступающие с объекта управления. Аналоговые входные сигналы обрабатываются по принципу выбора среднего значения. Поскольку каналы изолированы друг от друга, никакая неисправность в любом из каналов не может повлиять на другие каналы. Если водном из каналов появляется неисправность, другие каналы заменяют его. Диагностика каждого канала, модуля, функциональной цепи обнаруживает ошибки функционирования и сообщает о них. Вся диагностическая информация об отказах и ошибках доступна оператору. К особенностям контроллера Tricon, обеспечивающим высокую надежность системы, можно отнести Способность работать стремя, двумя или одним главным процессором до отключения системы. Полное тройное резервирование. Горячее резервирование модулей ввода/вывода. Всеобъемлющая система диагностики. Полный набор модулей ввода/вывода. Дистанционный ввод/вывод на расстоянии до 12 км. Простая замена модулей в рабочем режиме. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОНТРОЛЛЕРА Упрощенная блок-схема контролера представлена на рис. 14.19. Модули ввода/вывода имеют три независимых канала А, В и С. Каждый канал входного модуля получает данные о параметрах технологического процесса и передает их на соответствующий главный процессор. В каждом главном процессоре имеется специальный коммуникационный процессор ввода/вывода, который управляет обменом данными между главным процессором и модулями ввода/вывода. Обмен информацией производится по тройной шине ввода/вывода, расположенной на задней панели шасси. Все три главных процессора соединены между собой высокоскоростной шиной TriBus. Входные данные от каждого канала собираются в таблицу в соответствующем главном процессоре и хранятся для использования при мажоритарной выборке. На каждом цикле главные процессоры синхронизируются между собой и обмениваются таблицами данных через шину TriBus. Вовремя этого обмена происходит мажоритарная выборка. Если обнаружено несоответствие, преимущество имеет сиг Рис. Блок-схема контроллера Tricon нал, одинаковый в двух из трех таблица в третью таблицу вносится соответствующее исправление. Главные процессоры выполняют программу управления и посылают выходную информацию, полученную в результате выполнения программы, в соответствующие выходные каналы выходного модуля. В выходном модуле контроллер также проводит мажоритарную выборку выходных данных и окончательно формирует выходной сигнал. Для каждого модуля ввода/вывода система может поддерживать дополнительный горячий резервный модуль, который включается в процесс управления в случае выхода из строя первичного модуля. Горячий резервный модуль может также использоваться для замены вышедших из строя модулей в оперативном режиме. Шина TriBus состоит из трех независимых последовательных каналов. По этой шине производится синхронизация работы главных процессоров вначале каждого цикла. Система Tricon содержит одно главное шасси (рис. 14.20) и до четырнадцати шасси расширения или удаленных шасси расширения (Remote Expansion, RXM). Максимально в составе системы может быть 15 шасси, поддерживающих в общей сложности 118 модулей ввода/вывода и коммуникационных модулей. Два модуля источника питания расположены у всех шасси с левой стороны, один над другим (позиция F на рисунке. В главном шасси три главных процессора расположены справа от модулей питания (позиция G). Следующий слот главного шасси предназначен для коммуникационного модуля, обеспечивающего связь посети стандарта 802.3 со скоростью 10 Мбит/с (без резервирования. Остальная часть шасси разделяется на шесть логических слотов (/, J, КМ для модулей ввода/вывода и других коммуникационных модулей. Расположение модулей в шасси расширения такое же, как ив главном шасси, стой разницей, что у шасси расширения имеется восемь логических слотов для модулей ввода/вывода (нет модулей процессора. Главное шасси и шасси расширения соединены между собой кабелями тройной шины ввода/вывода. Шесть портов RS-485 расширения шины ввода/вывода расположены на задней панели шасси (позиция Сна рис. 14.20). Максимальная длина кабеля шины ввода/вывода между главным шасси и последним шасси расширения обычно равна 30 м. КОМПОНОВКА ШАССИ Рис Компоновка главного шасси контроллера Tricon: А - батареи резервного питания памяти В - разъёмы для подключения полевых сигналов С - порты расширения шины ввода/вывода; D - разъемы для подключения цепей питания Е - ключ включения F - дублированные модули питания G - три главных процессора Я - коммуникационный модуль /, J, КМ модули ввода/вывода без горячего резерва и с резервом N - коммуникационный модуль Характеристика контроллера Motorola М Р С 860 50 МГц ОЗУ М б Flash - 6 Мб Шина TriBus Скорость 25 Мбит/с МОДУЛИ ВВОДА ВЫВОДА Система Tricon поддерживает широкую номенклатуру модулей ввода/вывода. Это и входные/выходные цифровые модули 223 (DI, DO), и входные/выходные аналоговые модули (AI, АО, модули для обработки сигналов от термопар, модули релейного вывода. Сточки зрения количества поддерживаемых сигналов имеются модули различной плотности на 8, 16, 32 и 64 сигнала. Сточки зрения безопасности система Tricon поддерживает модули различных типов троированные и двойные. Глава 15 ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПЛ К 15.1. СТАНДАРТ IEC 61131-3 Обслуживание ПЛК в промышленных условиях выполняется технологическим персоналом, поэтому общепринятые языки программирования микропроцессоров и персональных компьютеров не подходят для программирования контроллеров, так как требуют от персонала особых навыков и знаний. Привлечение к программированию специализированных фирм зачастую приводит к привязанности конечного пользователя ПЛК к конкретному исполнителю. Поэтому для программирования ПЛК необходимы более понятные, простые и наглядные языки программирования, открытые для общего использования. В 1979 г. в рамках Международной Электротехнической Комиссии (МЭК или английская аббревиатура IEC) была создана специальная группа технических экспертов по проблемам ПЛК, включая аппаратные средства, монтаж, тестирование, документацию и связь. Результатом работы данной комиссии был выпуск в 1982 г. стандарта IEC 1131. Современная редакция стандарта который с 1997 г. называется IEC 61131) включает 8 разделов 1. Общая информация. 2. Требования к оборудованию и тестам. 3. Языки программирования. 4. Руководства пользователя. 5. Спецификация сообщений. 6. Полевые сети. 7. Программирование с нечеткой логикой. 8. Руководящие принципы применения и реализации языков ПЛК. Раздел 3 данного стандарта (IEC 61131-3) регламентирует использование пяти стандартных языков программирования ПЛК: язык функциональных блоков (FBD), язык релейной логики |