18.4. Пристрої збору даних.

Системи збору даних знаходять застосування для наукових досліджень, управління виробничими процесами, моніторингу в промисловості, медицині, метеорології, космонавтиці і інших областях людської діяльності.

Основною відмінністю систем збору даних від ПЛК є відсутність в них алгоритму управління, тобто відсутність необхідності в потужному контролері і мові МЕК 61131-3, а також наявність великого об'єму пам'яті для ведення архіву. Хоча системи збору даних можна побудувати на будь-якому ПЛК, але у зв'язку з вказаними вище особливостями вони займають окремий сегмент ринку і їх виділяють в окрему групу засобів автоматизації.

Системи збору даних можуть застосовуватися в реальному часі, наприклад для моніторингу (спостереження) різних процесів, ідентифікації аварійних ситуацій в технологічних процесах, а також можуть застосовуватися для архівації даних, коли їх обробка відокремлена від процесу збору невизначеним інтервалом часу.

Архівуючі системи збору даних (логгери, самописці) можуть бути автономними пристроями, побудованими на основі мікроконтролера (наприклад, бортові самописці літаків, електронні лічильники тепла або електроенергії, портативні електрокардіографи). Дані, зібрані логгерами, для обробки переносяться в комп'ютер за допомогою, наприклад, USB-флеш-пам’яті або через послідовний інтерфейс.

Системи збору даних, побудовані на основі комп'ютера, зазвичай є стаціонарними і використовують універсальне програмне забезпечення, таке як Матlab, LABVIEW, Мs Еxcel, яке дозволяє не тільки зібрати дані, але і обробити їх.

Для реєстрації швидкоплинучих процесів (з необхідною частотою відліків більше 1 Мгц) використовуються системи з паралельною шиною, зокрема плати для шини Рсi комп'ютера. Комп'ютерні плати мають обмежену кількість входів, що визначається комп'ютерним конструктивом, і вимагають зовнішніх клемних блоків для під'єднання джерел сигналу, створюючи незручності при монтажі системи.

Для реєстрації повільних процесів зручніші зовнішні пристрої, що підключаються до комп'ютера через СОМ, USВ або Еthernet-порт. Зовнішні пристрої відрізняються також меншим рівнем шумів, тоді як плати, що вставляються в комп'ютер, схильні до впливу наведень від цифрових ланцюгів комп'ютера.

Система збору даних може бути розподіленою, коли пристрої введення розподілені територіально по об'єкту збору даних, а отримані дані сходяться до єдиного накопичувача і обробника даних за допомогою мережевих технологій.

Для типових завдань збору даних промисловістю випускаються пристрої з невеликим числом входів (від декількох десятків до декількох сотень). Для великих систем (від одиниць до сотень тисяч входів) розробляються спеціалізовані системи.

Входи систем збору даних можуть бути універсальними (потенційними і струмовими), або спеціалізованими (наприклад, для термопар, для термоперетворювачів опору або для тензодатчиків). Системи із спеціалізованими входами економічно ефективніші для споживача. Універсальні входи використовуються спільно з вимірювальними перетворювачами фізичних величин в струм або напругу. Існують також системи з гібридними входами, наприклад, коли декілька входів приймають сигнали термопар, інші входи — сигнали тензодатчиків, треті, — сигнали термометрів опору і так далі.

Входи можуть бути диференціальними, одиничними, цифровими або дискретними (двійковими). Диференціальні входи дозволяють ефективніше пригнічувати зовнішні перешкоди, що наводяться через кабель на сигнал від датчика до модуля введення. Для передачі сигналу найчастіше використовується напруга в діапазоні 0...±5В, 0...±10В або струм 0...20мА, 4...20мА. Сигнали напруги виробляються джерелами напруги і мають високу перешкодостійкість до ємкісних наведень, сигнали струму виробляються джерелами струму і стійкі до індуктивних наведень. Дискретні входи приймають логічні сигнали («0» або «1»), які поступають від кінцевих вимикачів, датчиків охоронної або пожежної сигналізації, електромагнітних реле, датчиків наявності напруги і тому подібних. Цифрові входи приймають сигнали від пристроїв з цифровим виходом, наприклад від цифрових датчиків температури.

Основними параметрами систем збору даних є кількість каналів, похибка, динамічна похибка, час встановлення або смуга пропускання, роздільна здатність, ефективне число розрядів, частота дискретизації, наявність гальванічної ізоляції входів і інтерфейсу, наявність захисту від недбалого використання, перевантажень і перегріву.

Системи збору даних зазвичай мають 4, 8, 16, 32, 64 входів, які опитуються по черзі або одночасно. Системи з одночасним опитуванням складаються з ідентичних каналів, які виконують аналого-цифрове перетворення вхідної величини паралельно, тобто одночасно для всіх каналів. Такі системи зустрічаються рідко внаслідок високої вартості. Зазвичай опитування входів виконується по черзі, за допомогою комутатора. Тому дані різних каналів виявляються зрушеними за часом на деяку затримку, рівну відношенню періоду опитування до кількості каналів.

Прикладом системи збору даних може слугувати система, побудована за модульним принципом, тобто систему з необхідною кількістю входів можна зібрати з модулів — окремих «будівельних» блоків. Модулі з'єднуються між собою за допомогою промислового інтерфейсу RS-485 і розташовуються або усі разом у монтажній шафі, або розподілені по об'єкту збору даних так, щоб зменшити довжину кабелю від датчика до модуля. Зібрані дані в цифровій формі передаються промисловою мережею в центральний комп'ютер або контролер. Модулі можуть працювати в стандартних мережах Моdbus RTU або в стандартній де-факто мережі DCON, мають відкритий протокол обміну.

Наближення модулів введення до датчиків має декілька переваг. По-перше, скорочується кількість дротів, оскільки цифровий інтерфейс RS-485 має тільки два дроти, а передає дані від великої кількості модулів. По-друге, знижується потужність наведених перешкод завдяки скороченню довжини дротів з аналоговими сигналами, спрощується технічне обслуговування і діагностика системи.

ЛЕКЦІЯ 19. КОМП'ЮТЕР В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

19.1 Комп'ютер у якості контролера

19.2 Комп'ютер для спілкування з оператором

19.3 Прислові комп'ютери

Незважаючи на існуючі традиції застосування|вживання| ПЛК для вирішення проблем автоматизації, багато задач набагато ефективніше розв'язуються за допомогою персональних комп'ютерів замість контроллера. Комп'ютер може бути використаний також як пульт|пульт-панель| оператора (диспетчера) або виконувати одночасно функції контролера і пульта оператора. В задачах автоматизації застосовують як офісні так і промислові комп'ютери.

| 19.1. Комп'ютер як контроллер

Комп'ютер може бути перетворений на повноцінний контроллер, якщо на нього встановити:

• систему програмування контроллерів (наприклад, CoDeSys| або ISa-GRAF|);

• електронний диск замість звичайного|звичного| жорсткого диска;

• плати введення-виведення або зовнішні модулі введення-виведення;

• сторожовий таймер.

Електронним диском є ПЗП, що складається з мікросхем флеш-пам`яті| і конструктивно виконане у вигляді корпусу звичайного|звичного| жорсткого диска формату 2.5", 3.5" або 5.25" із|із| стандартними інтерфейсами IDE| і SCSI|. Основною перевагою електронного диска є|з'являється,являється| його висока стійкість до вібрацій, відсутність акустичного шуму, висока надійність, низьке енергоспоживання, мала вага.

Плати і зовнішні модулі введення-виведення для комп'ютера випускаються багатьма незалежними виробниками, що стало можливим завдяки наявності стандартів на конструктивне виконання і шини як промислових, так і офісних комп'ютерів.

Сторожовий таймер служить для перезавантаження комп'ютера у разі|в разі| його зависання. Відмітимо|помітимо|, що комп'ютер має набагато більший, ніж контроллер, час перезавантаження при використанні офісної операційної системи Windows|.

До достоїнств персональних комп'ютерів (ПК) при їх використанні як контроллерів відносяться:

• на порядок|лад| більша місткість оперативної пам'яті;

• наявність жорсткого диска з|із| практично необмеженою місткістю;

• на порядки|лади| вища швидкодія;

• швидкий розвиток апаратного забезпечення (модернізація комп'ютерів відбувається|походить| кожні 4...6 місяця, контроллерів — через 3...5 років);

• у декілька разів нижча ціна;

• наявність великого числа фахівців|спеціалістів|, що добре володіють персональним комп'ютером;

• підтримка комп'ютером DVD| і CD-ROM| дисководів, принтера, звукових карт, систем розпізнавання і синтезу мови|промови|, систем розпізнавання образів|зображень| і тексту, а також інших засобів|коштів|, недоступних для контроллера;

• легка заміна комп'ютера на потужніший без зміни програмного забезпечення;

• підтримка клавіатури, миші і монітора;

• можливість|спроможність| комплектації комп'ютера з|із| частин|часток|, вироблюваних великим числом незалежних виробників;

• можливість|спроможність| створення|створіння| всієї системи автоматизації за допомогою SCADA-пакетів| (наприклад, MASTERSCADA|, Trace| Mode|), без залучення систем програмування контроллерів і засобів|коштів| зв'язку контроллера з|із| комп'ютером;

• наявність стандартів на шини, що забезпечує велике число незалежних постачальників стандартних комп'ютерних плат.

Хоча промислові комп'ютери, наближаючись за умовами експлуатації до контроллерів, втрачають деякі з достоїнств ПК (такі, як швидкодія, швидкість|прудкість| модернізації, низька ціна), інші достоїнства ПК роблять|чинять| їх широко поширеними і необхідними|зажадати| в промисловості.

З|із| розвитком промислових комп'ютерів і контроллерів відбувається|походить| стирання відмінностей між ними. Проте|тим не менше| залишається низка відмінностей|відзнак|, які вже не можна назвати|накликати| істотними|суттєвими|, але|та| які зустрічаються найчастіше. Типовий комп'ютер, на відміну від типового контроллера, має:

• мишу, клавіатуру і монітор;

• жорсткий диск;

• вузький температурний діапазон (від 0 до +1-50 °С);

• операційну систему Windows| (іноді|інколи| використовують ОС реального часу Windows| СЕ, QNX|, RTOS|);

• вентилятор для охолодження процесора і блоку живлення|харчування|.

У промислових комп'ютерах іноді|інколи| використовують операційну систему реального часу, проте|однак| вона не завжди є|з'являється,являється| необхідною навіть в системах автоматичного управління. Наприклад, системи управління мікрокліматом, що серійно випускаються, в промислових теплицях «Агротерм» фірми|фірма-виготовлювача| НІЛ АП (www.RealLab.ru) упродовж багатьох років чудово зарекомендували себе, реалізовуючи декілька десятків контурів ПІД-регулювання| при одночасній архівації декількох сотень параметрів. Всі перераховані задачі розв'язуються за допомогою всього одного персонального комп'ютера з|із| ОС Windows| ХР і модулів введення-виведення серії RealLab|!. Недоліком|нестачею| комп'ютерів з|із| ОС Windows| є|з'являється,являється| великий час перезавантаження системи при її зависанні.