4.2.2 Характеристика каналов ввода-вывода контроллеров
Параметры контроллера с точки зрения поддерживаемых им каналов ввода-вывода часто могут быть определяющими при выборе. Важно не только количество каналов ввода-вывода, поддерживаемое контроллером, но и разнообразие модулей ввода-вывода по количеству и уровням коммутируемых сигналов (ток/напряжение), способы подключения внешних цепей к модулям ввода-вывода, количество каналов локального, удаленного и распределенного ввода-вывода [3, 12, 15].
Рассмотрим поподробнее эти характеристики.
Количество поддерживаемых контроллером (процессором) каналов ввода-вывода (аналоговых, дискретных, скоростных)
Большинство фирм-производителей поставляют на рынок средства и системы автоматизации семейства контроллеров, каждое из которых рассчитано на определенный набор выполняемых функций и объем обрабатываемой информации. Среди них имеются семейства самых малых контроллеров (микро) небольшой вычислительной мощности, способных поддерживать максимум несколько десятков вводов-выводов, в основном дискретных. Область применения таких контроллеров – сбор данных и системы противоаварийной защиты. В качестве примеров таких контроллеров можно привести контроллеры семейства MicroLogix (Allen-Bradley), Direct Logic DL05 (Koyo), Nano (Schneider Electric).
Семейства малых контроллеров способны поддерживать уже сотни вводов-выводов, выполнять более сложные функции. Эти контроллеры имеют достаточно развитый аналоговый ввод-вывод, выполняют операции с плавающей точкой и функции ПИД-регулирования. К этой группе контроллеров можно отнести SLC 500 (Allen-Bradley), TeleSAFE Micro16 (Control Microsystems), Simatic S7-200 (Siemens).
Контроллеры средней мощности, обладая достаточной памятью и быстродействием, могут обрабатывать уже тысячи переменных дискретного, аналогового и скоростного типа. Применяются для автоматизации небольших объектов процессов переработки в химической и нефтехимической промышленности. Это контроллеры PLC-5 (Allen-Bradley), Premium (Schneider Electric), Direct Logic DL405 (Koyo) и другие.
Наконец, некоторые крупные фирмы производят класс контроллеров очень высокой вычислительной мощности, обладающих памятью, измеряемой мегабайтами и десятками мегабайт. Их способность обрабатывать десятки тысяч переменных и предопределила одну из областей применения – в качестве концентраторов информации, получаемой от локальных контроллеров. Вычислительные возможности этого класса контроллеров позволяют реализовывать сложные алгоритмы (адаптивное, оптимальное управление), применяемые при автоматизации непрерывных технологических процессов (переработка нефти и газа, нефтехимия). Наиболее яркими представителями этой группы контроллеров являются ControlLogix (Allen-Bradley), Simatic S7–400 (Siemens), Fanuc 90-70 (GE Fanuc), VME (PEP Modular Computers).
Разнообразие коммутируемых сигналов
Как зарубежные, так и отечественные производители контроллеров комплектуют свои изделия широкой гаммой модулей дискретного и аналогового ввода-вывода. По количеству подключаемых сигналов различают модули на 4, 8, 16, 32 и 64 канала. Такое разнообразие модулей облегчает подбор требуемой конфигурации контроллера, позволяя минимизировать стоимость технических средств.
Коммутируемые модулями дискретного ввода-вывода сигналы могут иметь различный уровень напряжения переменного и постоянного тока. Это 12, 24, 48 В постоянного тока, 120 и 240 В переменного тока с различными нагрузками по току.
Уровни сигналов, коммутируемых модулями аналогового ввода-вывода, могут быть самыми разнообразными. Это 0-5 В, 0-10 В, 5 В, 10 В по напряжению и 0-20 мА, 4-20 мА по току. Есть и специальные модули для ввода в контроллеры сигналов от термопар и термометров сопротивления различных градуировок. Приведенные здесь данные по уровням сигналов, безусловно, не исчерпывают всего разнообразия, представленного на рынке.
Способ подключения внешних цепей модулей ввода-вывода
Различаются модули ввода-вывода и по способу подключения внешних цепей. К одним модулям внешние цепи подключаются с помощью клемм с винтовыми зажимами. Возможно также подключение внешних цепей через съемные терминальные блоки или фронтальные соединители, что позволяет производить замену модулей без демонтажа внешних цепей. Некоторые производители ПТК предлагают системы ввода-вывода, в которых внешние низковольтные цепи подключаются посредством пружинных зажимов.
На лицевой панели модулей ввода-вывода могут быть расположены светодиоды индикации состояния внешних цепей.
Одной из важнейших характеристик контроллеров является их способность поддерживать локальный, расширенный, удаленный и распределенный ввод-вывод.
Под локальным следует понимать такой ввод-вывод, когда модули ввода-вывода размещаются непосредственно на том же шасси, на котором размещен и модуль центрального процессора. Так как количество слотов в шасси ограничено (максимум 16-18 для некоторых контроллеров), то и количество локальных вводов-выводов может быть также ограничено. Преимущество локальных вводов-выводов заключается в том, что они имеют высокую скорость обновления данных. При всех прочих равных условиях, скорость обработки этих вводов-выводов очень высока. Эта характеристика особенно важна, когда речь идет о регулировании технологических параметров.
Для поддержки большего числа переменных фирмы-производители аппаратных средств снабдили свои системы возможностью расширения локального ввода-вывода. Эти шасси расширения с размещенными в них модулями ввода-вывода соединяются между собой специализированным коротким кабелем и могут быть отнесены максимум на несколько десятков метров от центрального процессора. Некоторые комплексы контроллеров способны поддерживать одно-два шасси расширения, другие – десятки шасси с очень большим количеством модулей ввода-вывода.
Например, контроллеры PLC-5/40L, PLC-5/60L (Allen-Bradley) допускают расширение локального ввода-вывода для ускоренного обновления данных (в соответствии с рисунком 4.2.1). Это позволяет расширенному процессору сканировать до 16 расширенных шасси ввода-вывода. Расширенные шасси могут быть разнесены на расстояние до 30 м от процессора.
Рисунок 4.2.1 – Организация расширенного ввода-вывода
Удаленный ввод-вывод применяется для систем, в которых имеется большое количество датчиков и других полевых устройств, находящихся на достаточно большом расстоянии (1000 и более метров) от центрального процессора. Это относится и к объектам химической и нефтехимической промышленности, часто находящихся на больших расстояниях от пунктов управления. Такой подход позволяет уменьшить стоимость линий связи за счет того, что модули ввода-вывода размещаются вблизи полевых устройств.
Часто каналы удаленного ввода-вывода обновляются асинхронно по отношению к сканированию процессора. Поэтому из числа задач, использующих удаленный ввод-вывод, решены могут быть только те, которые не требуют обновления ввода-вывода на каждом шаге.
Фирмы-производители аппаратных средств автоматизации решают проблему удаленного ввода-вывода по-разному.
Поддержка удаленных вводов-выводов может осуществляться посредством модулей, называемых «удаленный ведущий» и «удаленный ведомый». Ведущий модуль располагается в локальном каркасе контроллера и соединяется кабелем с «удаленным ведомым», который находится в удаленном каркасе (контроллеры DL205, DL405 фирмы Koyo, контроллер Quantum компании Schneider Electric). Один ведущий модуль может поддерживать 32, 64, 125 ведомых. В свою очередь, некоторые процессоры могут поддерживать несколько ведущих модулей. Таким образом, системы управления, построенные по технологии удаленного ввода-вывода, способны обрабатывать многие тысячи параметров.
В соответствии с рисунком 4.2.2, показана реализация удаленного ввода-вывода процессорами D2-240/250 контроллеров семейства Direct Logic DL205. Каждый модуль D2-RMSM поддерживает один канал удаленных вводов-выводов (до 31 каркаса). Процессор D2-250 способен поддерживать семь мастер-модулей D2-RMSM.
Рисунок 4.2.2 – Организация удаленного ввода-вывода
Другое решение организации удаленного ввода-вывода обеспечивается встроенным в процессор портом, играющим роль «мастера» (контроллеры PLC-5 фирмы Allen-Bradley, контроллеры Premium компании Schneider Electric).
Распределенный ввод-вывод является разновидностью удаленного, с той лишь разницей, что количество параметров, которое требуется «достать», мало’ (от нескольких параметров до десятков). Поэтому решение с применением каркасов удаленного ввода-вывода, рассчитанных на достаточно большое количество параметров, может оказаться дорогим. В связи с этим некоторые фирмы предлагают специализированные решения (система Field Control фирмы GE Fanuc, система ввода-вывода FLEX I/O фирмы Allen-Bradley).
Например, для использования модулей ввода-вывода системы FLEX I/O необходим монтажный рельс, модуль адаптера, источник питания, модули контактной базы и кабель. Один модуль адаптера может поддерживать до 8 модулей контактной базы. Это позволяет реализовать 128 дискретных вводов-выводов (или 64 аналоговых ввода, или 32 аналоговых вывода). Пример организации удаленного и распределенного ввода-вывода на базе контроллеров фирмы Allen-Bradley, системы FLEX I/O и сети Remote I/O (в соответствии с рисунком 4.2.3).
Рисунок 4.2.3 – Распределенный ввод-вывод Flex I/O
Одно из решений распределенного ввода-вывода – применение интеллектуальных устройств, объединенных полевой шиной.
- Глава 1. Основные понятия интегрированной системы 14
- Глава 2. Функции и структуры интегрированных систем 20
- Глава 3. Взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством 45
- Глава 4. Математическое, методическое и организационное обеспечение, программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления 73
- Глава 5. Scada-системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли 217
- Глава 6. Примеры применяемых в отрасли scada-систем 335
- Глава 7. Пример проекта системы управления в trace mode 6 346
- Список сокращений
- Введение
- Глава 5. Scada-системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли
- Глава 6. Примеры применяемых в отрасли scada-систем
- Глава 1. Основные понятия интегрированной системы
- 1.1 Управление производством на основе интегрированных систем проектирования и управления
- 1.1.1 Определение интегрированной системы проектирования и управления
- 1.1.2 Принципы построения современных интегрированных систем
- Удобство использования
- Наличие и качество технической поддержки
- Оценка стоимости инструментальных систем
- Открытость систем
- Технологии орс
- Аппаратная реализация связи с устройствами ввода-вывода
- Технологии ActiveX
- 2.1.2 Жесткое реальное время для Windows nt
- 2.1.3 Интеграция многоуровневых систем автоматизации
- 2.1.4 Сравнительный анализ и тестирование scada-систем
- 2.1.5 Выводы
- 2.2 Этапы создания и функциональные характеристики систем управления
- 2.2.1 Этапы создания системы диспетчерского контроля и управления
- 2.2.2 Функциональные характеристики scada-систем
- 2.2.3 Функциональные возможности
- 2.2.4 Программно-аппаратные платформы scada-систем
- 2.2.5 Средства сетевой поддержки
- 2.2.6 Встроенные командные языки
- 2.2.7 Поддерживаемые базы данных
- 2.2.8 Графические возможности
- 2.2.9 Тренды и архивы в scada-системах
- 2.2.10 Алармы и события в scada-системах
- Глава 3. Взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством
- 3.1 Стандарты управления предприятием: mrp, mrp II, erp, csrp
- 3.2 Семейство стандартов на системы качества
- 3.2.2 Тезисное выражение требований iso-9000
- 3.2.3 Общие положения
- 3.2.4 Проблемы внедрения и развития систем качества
- Разработка процедур
- 3.3 Модули для автоматизации финансово-экономических процессов производства: mes, eam, hrm
- Необходимость внедрения mes
- Обзор функций t-factory mes – модуля для управления производством в реальном времени
- Обзор функций t-factory eam – модуля для управления основными фондами, техническим обслуживанием и ремонтами в реальном времени
- Глава 4. Математическое, методическое и организационное обеспечение, программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления
- 4.1 Нижний уровень интегрированных систем управления
- 4.1.1 Классификация устройств нижнего уровня
- 4.1.2 Концевой выключатель Концевой выключатель двухпозиционный квд-600
- Автоматический концевой выключатель vb,vba
- Концевой выключатель ку-701 у1
- 4.1.3 Интеллектуальный датчик
- Коммуникационный протокол hart
- Датчики давления серии «Метран-100»
- 4.1.4 Устройства hart-коммуникации
- Hart-коммуникатор «Метран-650»
- Hart-модем «Метран-681»
- Конфигурационная программа h-master
- Многопараметрический датчик 3095mv
- 4.1.5 Бесконтактный датчик
- Датчики измерения уровня
- Оптические датчики
- Датчик контроля скорости
- 4.1.6 Исполнительные устройства Привода постоянного тока
- Клапаны электромагнитные для автоматики подогревателей
- Реле защиты трансформаторов
- 4.2 Основные технические характеристики контроллеров и программно-технических комплексов
- 4.2.1 Характеристика процессора
- 4.2.2 Характеристика каналов ввода-вывода контроллеров
- 4.2.3 Коммуникационные возможности контроллеров
- 4.2.4 Эксплуатационные характеристики
- 4.2.5 Программное обеспечение
- 4.3 Стандартные языки программирования контроллеров
- 4.3.1 Общие сведения по языкам программирования контроллеров
- 4.3.2 Инструментальные системы программирования контроллеров
- 4.3.3 Этапы программирования плк в среде Unity Pro xl V.4.0
- 4.3.4 Примеры программы на языках fbd, ld, sfc, st, il Описание условия задачи
- Создание программы на языке fbd
- 4.4 Контроллер modicon m340
- 4.4.1 Общие сведения
- 4.4.2 Процессорные модули
- Структура памяти
- 4.4.3 Модули питания
- 4.4.4 Модули дискретного ввода/вывода
- 4.4.5 Модули аналогового ввода/вывода
- 4.4.6 Счетные модули
- 4.4.7 Модули управления перемещением
- 4.4.8 Сеть Ethernet Modbus/tcp
- 4.4.9 Сетевые модули Ethernet Modbus/tcp
- 4.5 Частотный преобразователь altivar 31h
- 4.6 Протоколы, сети и шины
- Описание
- 4.7 Общее описание операционных систем реального времени
- 4.7.1 Основные понятия
- 4.7.2 Требования, предъявляемые к операционным системам реального времени при проектировании
- 4.7.3 Особенности операционных систем реального времени Процессы, потоки, задачи
- Планирование, приоритеты
- 4.7.4 Прерывания
- 4.7.5 Часы и таймеры
- 4.7.6 Стандарты осрв
- Стандарты безопасности
- 4.7.7 Настраиваемость операционных систем
- 4.8 Характеристики наиболее распространенных операционных систем реального времени
- 4.8.6 Расширения реального времени для Windows nt
- 4.9 Базы данных реального времени
- 4.9.1 Введение
- 4.9.2 Поддержка целостности в классических субд
- Пессимистический подход
- Оптимистический подход
- Сравнение подходов
- 4.9.3 Протоколы управления транзакциями в субд реального времени
- Пессимистический подход
- Оптимистический подход
- Сравнение подходов
- 4.9.4 Системы с устаревшими данными
- 4.9.5 Корректность транзакций
- 4.9.6 Выбор периода для сенсорных транзакций
- 4.9.7 Выбор версии непрерывного объекта
- 4.9.8 Как бороться с перегрузкой системы из-за обилия сенсорных транзакций?
- 4.9.9 Когда обновлять выводимые объекты?
- 4.9.10 Как понизить количество анормальных завершений?
- 4.9.11 Диспетчеризация транзакций
- 4.9.12 Оптимизация под конкретную систему
- Классификация пользовательских транзакций
- Субд реального времени в оперативной памяти
- 4.9.13 Использование сложных моделей транзакций
- Активные базы данных
- Активные базы данных реального времени
- 4.9.14 Атрибуты транзакции
- 4.9.15 Приоритет «непосредственной» транзакции
- 4.9.16 Приоритет «отложенной» транзакции
- 4.9.17 Заключение
- 4.10 Серверы Введение
- 4.10.1 Виды серверов
- Серверы приложений
- Серверы баз данных
- Файл-серверы
- «Беспроводной» сервер
- Прокси-серверы
- Брандмауэры
- Почтовые серверы
- Серверы dhcp
- Серверы ftp
- Принт-серверы
- Серверы удаленного доступа
- Факс-серверы
- Серверные приставки
- 4.10.2 Особенности современных серверов
- Основные требования
- Масштабируемость
- Готовность
- Надежность
- 4.10.3 Особенности архитектуры
- Оценка производительности
- 4.10.4 Серверы ведущих мировых производителей
- Серверы ibm
- 4.10.5 Серверы российского производства
- 4.10.6 Проекты с участием серверов Структуры власти
- Энергетика
- Энергоснабжение
- Образование
- Промышленность
- Деловые услуги
- Глава 5. Scada-системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли
- 5.1 Функции интегрированных систем проектирования и управления
- 5.1.1 Trace mode 6: Интегрированная среда разработки
- Scada-система
- Softlogic: программирование контроллеров
- Eam: средства разработки eam-приложений
- Mes: средства разработки mes-приложений
- Hrm: средства разработки hrm-приложений
- 5.1.3 Исполнительные модули ис trace mode® 6 Монитор реального времени
- Горячее резервирование
- Сервером документирования
- Сервер архива Регистраторы: серверы субд реального времени siad/sql 6
- Серверы документирования trace mode и t-Factory
- Графическая консоль NetLink Light
- Micro trace mode 6: исполнительный модуль для промышленных контроллеров
- Для mes/eam/hrm-приложений
- 5.2 Математическое обеспечение в программном комплексе Trace Mode 6
- 5.2.1 Принцип работы монитора. Канал trace mode 6
- 5.2.2 Обеспечение работы распределенных асу
- 5.2.3 Резервирование
- 5.2.4 Автопостроение
- 5.2.5 Математическая обработка данных
- 5.2.6 Архивирование каналов узла
- 5.2.7 Архивирование каналов проекта
- 5.2.8 Отчет тревог и генерация сообщений
- 5.2.9 Файл восстановления
- 5.2.10 Графический интерфейс оператора
- 5.2.11 Генерация документов (отчетов)
- 5.2.12 Защита проекта, его конвертирование из предыдущих версий trace mode
- 5.3.1 Технология разработки проекта в ис
- 5.3.2 Пример создания проекта
- Создание нового проекта в ис
- Создание структуры проекта в навигаторе
- Конфигурирование и разработка структурных составляющих
- Конфигурирование информационных потоков
- Выбор аппаратных средств асу
- Создание и конфигурирование узлов в слое «Система»
- Распределение каналов по узлам
- Автопостроение каналов
- Сохранение проекта в файл
- Экспорт узлов
- Запуск проекта
- 5.4 Организационное обеспечение: Классификация объектов структуры проекта в Trace Mode 6
- 5.4.1 Классификация компонентов
- Шаблоны
- Источники/Приемники
- Наборы ресурсов и графические объекты
- Последовательные порты
- Словари сообщений
- 5.4.2 Классификация слоев
- 5.4.3 Классификация узлов
- 5.4.4 Назначение групп источников (приемников)
- Группа «pc-based контроллеры»
- Группа «Распределенные усо»
- Группа «Платы ввода-вывода»
- Платы ввода-вывода
- Группа «Терминалы»
- Группа «plc»
- Группа «Диагностика и сервис»
- Группа «Генераторы»
- Группа «Модели»
- 5.4.5 Назначение группы «com-порты»
- 5.4.6 Назначение группы «Словари сообщений»
- 5.4.7 Назначение групп слоя «Библиотеки компонентов»
- 5.4.8 Назначение групп клемм
- 5.4.9 Назначение прочих групп
- Группы ресурсов
- Группы шаблонов
- Группы каналов
- Дополнительные группы структурирования
- 5.5 Структура проекта Trace Mode 6
- 5.5.1 Редактирование структуры проекта
- Меню и главная панель инструментов навигатора проекта
- Управление внешним видом навигатора проекта
- Создание объектов структуры
- Имена и идентификаторы объектов структуры
- Изменение класса канала после его создания
- Выделение объекта структуры
- Удаление объекта структуры
- Копирование и вставка объекта структуры
- Перепривязка каналов и аргументов при копировании, вставке и перемещении объекта базы каналов
- Взаимодействие с технологической бд
- Примеры синхронизации с бд
- Отображение свойств объектов структуры
- 5.5.2 Окно свойств объекта структуры проекта
- Вкладка «Информация»
- Вкладка «Флаги»
- Вкладка «Аргументы»
- Вкладка «Атрибуты»
- 5.6 Описание редакторов trace mode 6
- 5.6.1 Редакторы объектов структуры проекта
- Редакторы каналов
- Редактор словарей сообщений
- Редактор клемм
- 5.6.2 Редакторы источников (приемников)
- Редактор системных переменных trace mode
- Редактор переменной opc
- Редактор переменной opc hda
- Редактор переменной dde
- 5.6.3 Редактор группы шаблонов экранов
- Базовый редактор группы компонентов
- Групповое редактирование строковых атрибутов с инкрементированием
- Групповое редактирование числовых атрибутов с инкрементированием
- Редактор группы «opc-сервер»
- Редактор группы «opc hda сервер»
- Редактор группы каналов слоев «Технология» и «Топология»
- 5.6.4 Вкладки редактора узла
- Задание параметров узла:
- Вкладка «Основные» редактора узла
- Вкладка «Архивы» редактора узла
- Вкладка «Отчет тревог/Дамп/Параметры» редактора узла
- Вкладка «Таймауты» редактора узла
- Вкладка «Дополнительно» редактора узла
- Глава 6. Примеры применяемых в отрасли scada-систем
- 6.1 Vijeo look – система класса «человеко-машинный интерфейс» (hmi)
- 6.1.1 Представление hmi
- 6.1.2 Совместимость приложений Vijeo Look
- 6.1.3 Установка продукта Vijeo Look Установка Vijeo Look и его различных компонентов
- 6.1.4 Основные инструменты Vijeo Look
- 6.1.5 Панели инструментов в Vijeo Look
- 6.1.6 Описание основных функций меню «Вставка»
- 6.1.8 Настройки ofs Конфигуратора
- Глава 7. Пример проекта системы управления в trace mode 6
- 7.1 Проект «автоматизированный участок получения пара с применением электропарогенератора»
- 7.1.1 Описание технологического процесса
- 7.1.2 Создание проекта
- 7.1.2.1 Описание параметров
- 7.1.2.2 Описание графических экранов и программ
- 7.1.2.3 Заполнение базы данных
- 7.1.2.4 Составление схемы переходов
- Список литературы
- 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
- 453, Республика Башкортостан, г. Стерлитамак,