Классы микропроцессорных комплексов

1. Контроллер на базе персонального компьютера (PC based control). Это направление существенно развилось в последнее время, ввиду повышения надежности работы персональных компьютеров; наличия их модификаций в обычном и промышленном исполнении; их открытой архитектуры; легкости включения в них любых блоков ввода/вывода, выпускаемых рядом фирм; возможности использования уже наработанной широкой номенклатуры программного обеспечения (операционных систем реального времени, баз данных, пакетов прикладных программ контроля и управления) Основные сферы использования контроллеров на базе PC - специализированные системы автоматизации в медицине, в научных лабораториях, в средствах коммуникации, в промышленности для небольших достаточно замкнутых объектов. Общее число входов/выходов такого контроллера обычно не превосходит десятков, а выполняемыми функциями являются либо достаточно сложная обработка измерительной информации с расчетом нескольких управляющих команд, либо расчеты по специализированным формулам, аргументами которых являются измеряемые величины.

В общих терминах можно указать условия рациональной области применения контроллеров на базе PC в промышленности:

- при нескольких входах и выходах объекта надо производить большой объем вычислений за достаточно малый интервал времени (необходима большая вычислительная мощность);

- средства автоматизации работают в окружающей среде, не слишком отличающейся от условий работы обычных персональных компьютеров;

- нет необходимости в использовании жесткого малого времени цикла контроллера;

- реализуемые контроллером функции целесообразнее в силу их нестандартности программировать не на одном из специальных технологических языков, а на обычном языке программирования высокого уровня типа C++, Pascal;

- мощная поддержка работы операторов, реализуемая в обычных контроллерах: диагностика работы, устранение неисправности без остановки работы контроллера, модификация программного обеспечения во время работы системы автоматизации - не имеет большого значения для заданной конкретной задачи.

На рынке PC based control работает в России весьма успешно ряд зарубежных компаний: Octagon, Advantech, Analog Devices и др.

2. Локальный контроллер (PLC). В настоящее время распространяются несколько типов локальных контроллеров:

-контроллер, встраиваемый в оборудование (агрегат, машину, прибор) и являющийся его неотъемлемой частью. Примеры такого "интеллектуального" оборудования: станки с программным управлением, автомашинисты, современные аналитические приборы:

-автономный контроллер, реализующий функции контроля и управления небольшим, достаточно изолированным технологическим узлом (объектом).

Контроллеры, обычно, могут иметь десятки входов/выходов от датчиков и исполнительных механизмов: их вычислительная мощность может быть разной (малые, средние и большие контроллеры): они реализуют типовые функции обработки измерительной информации, логического управления, регулирования. Многие из них имеют один или несколько физических портов для передачи информации в другие средства/системы автоматизации.

Примеры продукций зарубежных фирм, относящихся к этому классу ПТК. приведены ниже

• General Electric Fanuc Automation выпускает контроллеры серии 90 Micro:

• Rockwell Automation выпускает контроллеры серии Micrologix 1000:

• Schneider Automation выпускает контроллеры серии TSX Nano:

• Siemens выпускает контроллеры серии С7-620.

3. Сетевой комплекс контроллеров (PLC, Network). Этот класс ПТК является наиболее широко распространенным и внедряемым средством управления технологическими процессами во всех отраслях промышленности. Минимальный состав такого средства:

• ряд контроллеров;

• несколько дисплейных рабочих станций операторов;

• системная (промышленная) сеть, соединяющая "контроллеры и рабочие станции между собой.

Контроллеры определенного сетевого комплекса имеют обычно ряд модификаций, отличающихся друг от друга мощностью, быстродействием, объемом памяти, возможностями резервирования, приспособлением к разным условиям окружающей среды, максимально возможным числом каналов входов и выходов. Это облегчает использование определенного сетевого комплекса для разных технологических объектов, поскольку позволяет наиболее точно подобрать контроллеры требуемых характеристик под разные отдельные узлы автоматизируемого агрегата и под разные функции контроля и управления.

Рассматриваемые сетевые комплексы контроллеров имеют верхние ограничения как по сложности выполняемых функций (обычно, типовые функции измерения, контроля, учета, регулирования, блокировки), так и по объему самого автоматизируемого объекта, в пределах десятков тысяч измеряемых и контролируемых величин (обычно, отдельный технологический агрегат, производственный участок).

Большинство работающих в СНГ зарубежных фирм поставляет сетевые комплексы контроллеров. Отметим, к примеру сетевые комплексы малых контроллеров (порядка сотен входов/выходов на контроллер):

• комплексы серий контроллеров DL 205, DL 305 фирмы Коуо Electronics;

• комплексы серий контроллеров TSX Micro фирмы Schneider Automation;

• комплексы серии контроллеров SLC-500 фирмы Rockwell Automation;

• комплексы серии контроллеров CQM1 фирмы Omron.

Примеры сетевых комплексов больших контроллеров (порядка тысяч входов/выходов на контроллер) возьмем из продукции этих же фирм·

•комплексы серии контроллеров DL 405 фирмы Коуо Electronics;

• комплексы серий контроллеров TSX Premium фирмы Schneider Automation,

• комплексы серии контроллеров PLC-5 фирмы Rockwell Automation; •комплексы серии контроллеров С200 фирмы Omron.

4. Распределенные маломасштабные системы управления (DCS, Smoller Scale).

Этот класс микропроцессорных средств частично пересекается с классом сетевых комплексов контроллеров, но в среднем превосходит большинство сетевых комплексов контроллеров по мощности и/или гибкости структуры, а следовательно, и по объему и сложности выполняемых функций. В целом он еще имеет ряд ограничений по объему автоматизируемого производства и по реализуемым функциям.

Основные отличия данных средств от сетевых комплексов контроллеров заключаются в несколько большем разнообразии модификаций контроллеров, развитую многоуровневой сетевой структуре, в "большей мощности центральных процессоров контроллеров, в широком использовании отдельных конструктивов удаленных блоков ввода/вывода, рассчитанных на работу в различных условиях окружающей среды; в более развитой и гибкой связи с полевыми приборами и с корпоративной сетью предприятия. Зачастую они имеют несколько уровней системных сетей, соединяющих контроллеры между собою и с рабочими станциями операторов (например, нижний уровень, используемый для связи контроллеров и рабочей станции отдельного компактно расположенного технологического узла и верхний уровень, реализующий связи средств управления отдельных узлов друг с другом и с рабочей станцией диспетчера всего автоматизируемого участка производства). В ряде случаев развитие сетевой структуры идет в направлении создания ряда полевых сетей, соединяющих отдельные контроллеры с удаленными от них блоками ввода/вывода и интеллектуальными приборами (датчиками и исполнительными устройствами). Такие достаточно простые и дешевые сети позволяют передавать информацию между контроллерами и полевыми интеллектуальными приборами в цифровом виде по одной витой паре, что резко сокращает длину кабельных сетей на предприятии и уменьшает влияние возможных помех . поскольку исключается передача низковольтной аналоговой информации на значительные расстояния.

В целом маломасштабные распределенные системы управления охватывают отдельные цеха и участки производства и, в дополнении к обычным функциям контроля и управления, часто могут реализовывать более сложные и объемные алгоритмы управления (например, задачи статической и динамической оптимизации работы автоматизируемого объекта). При этом сами сложные алгоритмы в зависимости от их объема и требуемой динамики выполнения реализуются либо в самих контроллерах, либо в вычислительных мощностях пультов операторов.

Следует отметить, что, используя нечеткость границ классификации НТК и их изменчивость во времени, связанную с непрерывной модернизацией отдельных составляющих ПТК. некоторые фирмы, в рекламных целях, называют свои достаточно ограниченные по мощности и возможностям сетевые комплексы контроллеров распределенными системами управления.

Ряд распространяемых в СНГ зарубежными фирмами ПТК можно отнести к данному классу средств. Примеры маломасштабных распределенных систем:

• ControlLogix разработки фирмы Rockwell Automation;

• Simatic S7-400 разработки фирмы Siemens;

• TSX Quantum разработки фирмы Rockwell Automation.

5. Полномасштабные распределенные системы управления (DCS, Full Scale).

Данный класс ПТК включает все особенности перечисленных микропроцессорных средств управления и дополнительно имеет ряд свойств, влияющих на возможности их использования:

- наличие промышленных сетей, позволяющих подсоединять к одной шине сотни узлов (контроллеров и пультов) и распределять их на значительные расстояния;

- существование модификаций контроллеров, наиболее мощных по вычислительным возможностям, что позволяет кроме обычных функций реализовать в них сложные и объемные алгоритмы контроля, диагностики, управления;

- широкое использование информационных сетей (Ethernet) для связи пультов операторов друг с другом, с серверами БД, для взаимодействия ПТК сетью предприятия и построения управляющих центров (планирования, диспетчеризации, оперативного управления);

- взаимодействие пультов управления в режиме клиент/сервер;

- в составе ППП, реализующих функции управления отдельными агрегатами (многосвязного регулирования, оптимизации и т.д.), диспетчерского управления участками производства, учета и планирования производства в целом.

Примеры фирм: АББ - Symphony; Honeywell - ТРС и PlantScape; Valmet - Damatic XDi; Yokogava -Centum CS, Foxboro - I/A Series, Fisher-Rosemount - Delta-V и др.