Технические средства автоматизации конспект лекций

Скачать 0.8 Mb.

Название	Технические средства автоматизации конспект лекций
страница	7/8
Тип	Конспект

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Конспект

1 2 3 4 5 6 7 8

Стандартные инструментальные средства используются для программирования аппаратуры SIMATIC S7/C7. Они включают в свой состав:

– STEP 7: полная версия пакета программирования всех систем автоматизации SIMATIC за исключением S7-200.

– STEP 7 Mini: упрощенный пакет для программирования систем автоматизации

SIMATIC S7-300 и SIMATIC-C7.

– STEP 7 Micro: наиболее простой пакет для программирования контроллеров SIMATIC S7-200.

Инструментальные средства проектирования имеют проблемную ориентацию и используются для расширения функциональных возможностей стандартных инструментальных средств. Применение инструментальных средств данного класса повышает удобство выполнения проектных работ, сокращает сроки проектирования и затраты на его выполнение. В состав инструментальных средств проектирования входят языки программирования высокого уровня, графические языки программирования, вспомогательное программное обеспечение для диагностики, моделирования, ведения документации и т.д.

Программное обеспечение Runtime позволяет использовать при разработке проектов заранее созданные программные блоки, выполняющие стандартные функции автоматического управления. Эти блоки могут вызываться из программы пользователя. Программное обеспечение runtime подразделяется на аппаратно зависимое и аппаратно независимое. Аппаратно зависимое программное обеспечение разрабатывается для конкретных видов оборудования, аппаратно независимое находит общее применение.

Человеко-машинный интерфейс включает в свой состав программное обеспечение для оперативного управления и мониторинга технологического процесса. Для решения этих задач могут быть использованы следующие пакеты программ: ProTool и ProTool/Lite, используемые для конфигурирования панелей оператора SIMATIC OP/TP/TD/MP и создания простых проектов визуализации на компьютерах, ProAgent, используемый для построения систем диагностирования технического состояния, SCADA система WinCC.
7. СРЕДСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЕЙ
В течение многих лет системы обмена данными строились по традиционной централизованной схеме, в которой имелось одно мощное вычислительное устройство и огромное количество кабелей, посредством которых осуществлялось подключение датчиков и исполнительных механизмов. Такая структура диктовалась высокой ценой ЭВМ и относительно низким уровнем автоматизации производства. На сегодняшний день у этого подхода практически не осталось приверженцев. Такие недостатки централизованных АСУ ТП, как большие затраты на кабельную сеть и вспомогательное оборудование, сложный монтаж, низкая надежность и сложная реконфигурация, сделали их во многих случаях абсолютно неприемлемыми как экономически, так и технологически.

В условиях бурно растущего производства микропроцессорных устройств альтернативным решением стали цифровые промышленные сети (Fieldbus), состоящие из многих узлов, обмен между которыми производится цифровым способом. На сегодняшний день на рынке представлено около сотни различных типов промышленных сетей, протоколов и интерфейсов, применяемых в системах автоматизации среди которых Modbus, PROFIBUS, Interbus, Bitbus, CAN, LON, Foundation Fieldbus, DH+, Control Net, Device Net, Ethernet и др.

Использование промышленной сети позволяет расположить узлы, в качестве которых выступают контроллеры и интеллектуальные устройства ввода-вывода, максимально приближенно к оконечным устройствам (датчикам и исполнительным механизмам), благодаря чему длина аналоговых линий сокращается до минимума. Каждый узел промышленной сети выполняет несколько функций:

– прием команд и данных от других узлов промышленной сети;

– считывание данных с подключенных датчиков;

– преобразование полученных данных в цифровую форму;

– отработка запрограммированного технологического алгоритма;

– выдача управляющих воздействий на подключенные исполнительные механизмы по команде другого узла или согласно технологическому алгоритму;

– передача накопленной информации на другие узлы сети.

АСУ ТП на базе промышленных сетей по сравнению с традиционными централизованными системами имеют несколько особенностей:

Существенная экономия кабельной продукции. Вместо километров дорогих кабелей требуется несколько сот метров дешевой витой пары. Также сокращаются расходы на вспомогательное оборудование (кабельные каналы, клеммы, шкафы).
Повышение надежности системы управления. По надежности
цифровой метод передачи данных намного превосходит аналоговый.
Передача в цифровом виде малочувствительна к помехам и гарантирует доставку информации благодаря специальным механизмам, встроенным в протоколы промышленных сетей (контрольные суммы, повтор передачи искаженных пакетов данных). Повышение надежности функционирования и живучести АСУ ТП на базе промышленных сетей также связано с распределением функций контроля и управления по различным узлам сети. Выход из строя одного узла не влияет либо влияет незначительно на отработку технологических алгоритмов в остальных узлах. Для критически важных технологических участков, возможно дублирование линий связи или наличие альтернативных путей передачи информации. Это позволяет сохранить работоспособность системы в случае повреждения кабельной сети.
Гибкость и модифицируемость. Добавление или удаление отдельных точек ввода-вывода и даже целых узлов требует минимального количества монтажных работ и может производиться без остановки системы автоматизации. Переконфигурация системы осуществляется на уровне программного обеспечения и также занимает минимальное время.
Использование принципов открытых систем, открытых технологий, что позволяет успешно интегрировать в единую систему изделия от различных производителей.

В 1978 году Международной организацией по стандартизации (ISO) в противовес закрытым сетевым системам и с целью разрешения проблемы взаимодействия открытых систем с различными видами вычислительного оборудования и разными стандартами протоколов была предложена «Описательная модель взаимосвязи открытых систем» (модель ISO/OSI), которая распределяет сетевые функции по семи уровням (физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представления, прикладной).

Иерархия АСУ промышленным предприятием обычно представляется в виде многоэтажной пирамиды (рис. 4), определяющей разные уровни управления:

– Уровень управления и планирования предприятием (ERP/MES);

– Уровень управления технологическими процессами (SCADA/HMI);

– Уровень управления устройствами объекта автоматизации (Control I/O).

В последнее время рассмотренная структура систем управления существенно усложняется, при этом стираются четкие грани между различными уровнями. Это связано с проникновением Internet-технологий в промышленную сферу, значительными успехами промышленного Ethernet, использованием некоторых промышленных сетей Fieldbus во взрывоопасных зонах на предприятиях химической, нефтегазовой и других отраслей промышленности с опасными условиями производства. Кроме того, появление интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов и интерфейсов для связи с ними фактически означает появление самого нижнего уровня АСУ ТП - уровня сети оконечных устройств (рис. 42).

Рис. 42. Структура многоуровневого ПТК
Большое разнообразие открытых промышленных сетей, интерфейсов и протоколов связано с многообразием требований автоматизируемых технологических процессов. Эти требования не могут быть удовлетворены универсальным и экономически оптимальным решением. Сейчас уже очевидно, что ни одна из существующих сетей не станет единственной, похоронив все остальные. Когда обсуждается вопрос о выборе типа промышленной сети, необходимо уточнять, для какого именно уровня автоматизации этот выбор осуществляется. В зависимости от места сети в иерархии промышленного предприятия требования к ее функциональным характеристикам будут различны. Рассмотрим наиболее часто используемые промышленные сети.

7.1. AS-интерфейс

AS-интерфейс (Actuators/Sensors interface) – интерфейс исполнительных устройств и датчиков является открытой промышленной сетью нижнего уровня систем автоматизации, которая предназначена для организации связи с исполнительными устройствами и датчиками. AS-интерфейс позволяет подключать датчики и исполнительные механизмы к системе управления на основе построения сети с использованием одного двухжильного кабеля, с помощью которого обеспечивается как питание всех сетевых устройств, так и опрос датчиков и выдача команд на исполнительные механизмы.

На рис. 43 на примере древовидной структуры показано, как различные компоненты AS–интерфейса могут быть соединены между собой:

Рис. 43. Структура AS-интерфейса
– Ведущее устройство (ПЛК SIMATIC);

– Ведомые устройства (модули AS–интерфейса для подключения стандартных периферийных устройств и механизмов; датчики/исполнительные механизмы со встроенным AS–интерфейсом);

– Ответвители и повторители AS–интерфейса;

– Кабель AS–интерфейса;

– Блок питания AS–интерфейса;

– Прибор для задания адресов;

– Программа SCOPE для AS–интерфейса.

При наличии в системе специальных модулей AS-интерфейс позволяет подключать обычные широко распространенные датчики и исполнительные механизмы. Кроме того, в настоящее время существенно расширяется номенклатура датчиков и исполнительных механизмов со встроенной в их электронную часть интегральной микросхемой ведомого устройства AS-интерфейса.

7.2. PROFIBUS
Задачи в области промышленной связи часто требуют разных решений. В одном случае необходим обмен сложными, длинными сообщениями со средней скоростью. В другом – требуется быстрый обмен короткими сообщениями с использованием упрощенного протокола обмена, например, с датчиками или исполнительными механизмами. В третьем случае необходима работа во взрыво- и пожароопасных условиях производства. PROFIBUS – это семейство промышленных сетей, обеспечивающее комплексное решение коммуникационных проблем предприятия. Под этим общим названием понимается совокупность трех различных, но совместимых протоколов: PROFIBUS-FMS/DP/PA (рис. 44).

Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и был предназначен для работы на так называемом цеховом уровне. Основное его назначение – передача больших объемов данных.

Протокол PROFIBUS-DP применяется для высокоскоростного обмена данными между ПЛК и распределенными УСО. Физическая среда передачи – экранированная витая пара стандарта RS-485. Скорость обмена прямо зависит от длины сети и варьируется от 100 кбит/с на расстоянии 1200 м до 12 Мбит/с на дистанции до 100 м. Взаимодействие узлов в сети определяется моделью «Master-Slave» (ведущий-ведомый). Master последовательно опрашивает подключенные узлы и выдает управляющие команды в соответствии с заложенной в него технологической программой. Протокол обмена данными гарантирует определенное время цикла опроса в зависимости от скорости обмена и числа узлов сети, что позволяет применять PROFIBUS в системах реального времени.

PROFIBUS-PA – это сетевой интерфейс, физическая среда передачи данных которого соответствует стандарту IEC 61158-2, может применяться для построения сети, соединяющей исполнительные устройства, датчики и контроллеры, расположенные непосредственно во взрывоопасной зоне.

Рис. 44. Примеры конфигураций сетей PROFIBUS
7.3. ETHERNET
На уровне управления производством сети Ethernet уже давно завоевали себе прочное лидирующее место. Решения на базе Ethernet практически вытеснили все остальные из офисных распределенных приложений, и сегодня Ethernet является основным средством обмена в локальных сетях. В последнее время Ethernet стал активно проникать и в комплексы управления производственными процессами. Появился целый ряд аппаратных средств (коммутаторов и концентраторов), выполненных в соответствии с требованиями промышленных условий эксплуатации.

Использование Ethernet, как физической среды передачи данных, приводит к использованию хорошо адресуемых логических протоколов. Уже сейчас большинство устройств поддерживают протокол TCP/IP. Это позволяет легко интегрировать локальные системы управления технологическими процессами в сети любого масштаба, включая глобальную сеть Internet.

Отличительные особенности сети Industrial Ethernet:

– Промышленная сеть верхних уровней управления, отвечающая требованиям международного стандарта IEEE 802.3 (Ethernet);

– Обеспечение гомогенной и гетерогенной связи между системами автоматизации, компьютерами и рабочими станциями;

– Возможность применения открытых сетевых решений;

– Общепризнанный мировой стандарт организации промышленной связи.

– Основа для применения информационных технологий в системах автоматизации

– Поддержка Web функций, функций электронной почты, WAN связи;

– Простое и быстрое подключение сетевых компонентов;

– Высокая гибкость: существующие сети могут расширяться без их остановки;

– Высокая надежность, достигаемая использованием резервированных топологий;

– Возможность применения в офисных и промышленных условиях;

– Использование оборудования множества производителей за счет подключения к WAN (wide area network), например, ISDN или Internet;

– Высокая производительность. Так выпускавшиеся ранее компоненты SIMATIC NET для Industrial Ethernet со скоростью передачи данных 10Мбит/с дополнены новыми компонентами Fast Ethernet со скоростью передачи данных 100Мбит/с.

Сеть Fast Ethernet является дальнейшим развитием технологии Ethernet. Стандарт Fast Ethernet IEEE 802.3u в основном базируется на классическом стандарте Ethernet для промышленных витых пар и предусматривает увеличение скорости передачи данных с 10 до 100Мбит/с. Новый стандарт позволяет получить целый ряд преимуществ:

– В сетях Fast Ethernet могут использоваться все существующие наработки для Ethernet, причем, дополнительных знаний не требуется;

– Технология Fast Ethernet может вводиться в действие на объектах Ethernet немедленно;

– Industrial Ethernet поддерживает поэтапный переход от 10 к 100Мбит/с технологии.

Рис. 45. Примеры конфигураций сети Ethernet
7.4. HART – протокол
Унифицированный сигнал 4-20 мА для передачи аналоговых сигналов известен несколько десятков лет и широко используется при создании АСУ ТП в различных отраслях промышленности. Достоинством данного стандарта является простота его реализации, использование его во множестве приборов, возможность помехоустойчивой передачи аналогового сигнала на относительно большие расстояния. Однако при создании нового поколения интеллектуальных приборов и датчиков потребовалось наряду с аналоговой информацией передавать и цифровые данные, соответствующие их новым расширенным возможностям.

С этой целью американской компанией Rosemount был разработан протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer). HART-протокол основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции, при этом цифровой сигнал накладывается на аналоговый токовый сигнал.

Частотно-модулированный сигнал является двухполярным и при использовании соответствующей фильтрации не искажает основной аналоговый сигнал 4-20 мА. Основные технические параметры, определяемые стандартом на HART-протокол:

– Топология «Точка-точка» (стандартная) или шина;

– Максимальное количество устройств - одно ведомое и два ведущих устройства (стандартный режим), 15 ведомых и 2 ведущих устройств (многоточечный режим с удаленным питанием);

– Максимальная протяженность линии связи - 3 км (стандартный режим), 100 м (многоточечный режим);

– Тип линии – экранированная витая пара;

– Интерфейс – 4-20 мА, токовая петля (аналоговый);

– Время цикла обновления данных - около 500 мс.

HART-протокол может использоваться в двух режимах работы:

1. Стандартный вариант - соединение «точка-точка», т.е. непосредственное соединение прибора низовой автоматики (датчика, исполнительного механизма, преобразователя) и не более двух ведущих устройств. В качестве первичного ведущего устройства используется устройство связи с объектом (УСО) или программируемый логический контроллер (ПЛК). В качестве вторичного применяется портативный HART-терминал или персональный компьютер с HART-модемом. При этом аналоговый сигнал является однонаправленным (например, от датчика к ПЛК или от ПЛК к исполнительному механизму), а цифровые сигналы могут передаваться и приниматься как от ведущего, так и от ведомого устройства.

2. Многоточечный режим - 15 ведомых устройств могут соединяться параллельно двухпроводной линией с теми же двумя ведущими устройствами. При этом осуществляется только цифровая связь. Сигнал постоянного тока 4 мА обеспечивает вспомогательное питание ведомых приборов по сигнальным линиям.

1 2 3 4 5 6 7 8

	Конспект лекций Ш 39 Метрология, стандартизация, сертификация: Конспект лекций / О. А. Шейфель; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности....		Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 080110... Налоги и налогообложение: Конспект лекций / Составитель Н. А. Леончик. – Кемерово, 2006. – 80 с
	Конспект лекций Владимир 2010 Министерство образования Российской... Автоматизированные системы бухгалтерского и управленческого учета. Часть 1: Конспект лекций / Владим гос ун-т; Сост.: Д. Н. Васильев...		Конспект лекций лаконично раскрывает содержание и структуру учебной... Безопасность жизнедеятельности : конспект лекций для студентов очной и заочной форм обучения / сост. В. М. Домашко; Южный федеральный...
	Конспект лекций мдк 02. 02. Электронные средства и методы геодезических измерений ПМ. 02. Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов		Конспект лекций по курсам «Микропроцессоры в системах контроля» ...
	Конспект лекций по дисциплине для специальности 080101. 65 «Экономическая безопасность» Информационные системы в экономике: конспект лекций по дисциплине для обучающихся по специальности 080101. 65 «Экономическая безопасность»...		Конспект лекций по дисциплине «Научные основы производства продуктов питания» Конспект лекций по дисциплине «Научные основы производства продуктов питания» для студентов кафедры «Технология и организация общественного...
	Конспект лекций по дисциплине вгипу, 2009 Конспект лекций по дисциплине... Учебное пособие предназначено для студентов различных специальностей, изучающих дисциплину “Автоматизированные системы управления...		Решение по обеспечению автоматизации услуг жкх. Абонентское оборудование... Решение по обеспечению автоматизации услуг жкх. Абонентское оборудование автоматизации. Требования технические
	Решение по обеспечению автоматизации услуг жкх. Абонентское оборудование... Решение по обеспечению автоматизации услуг жкх. Абонентское оборудование автоматизации. Требования технические		Кафедра фармации Органические лекарственные препараты. Ароматические... Органические лекарственные препараты. Ароматические соединения. Краткий конспект лекций – Нижний Новгород: Изд-во Нижегородской государственной...
	Конспект-лекций основы социальной работы 44. 05. 01 «Педагогика и... Мельников С. В. Основы социальной работы: Конспект-лекций по специальности 44. 05. 01 «Педагогика и психология девиантного поведения»...		Конспект лекций Системы автоматизации документооборота Рыбинск 2011 Содержание По данным Delphi Consulting Group, объем корпоративной электронной текстовой информации удваивается каждые 3 года. Всё это свидетельствует...
	Конспект лекций по курсу «Делопроизводство» составлен на основе базовой... Конспект лекций по курсу «Делопроизводство» составлен на основе базовой программы «Делопроизводство и документационное обеспечение...		Пояснительная записка к выпускной работе по дисциплине «Проектирование... Газовый сепаратор, средства автоматизации, датчик, контроллер, модуль, регулирование, давление, уровень, температура, исполнительный...

Технические средства автоматизации конспект лекций

Похожие: