Лекція 4. Задаючі пристрої і елементи порівняння. Задаючі пристрої розімкнутих систем керування. Задаючі пристрої замкнутих систем керування. Мікропроцесори, контролери та логічні елементи.

 

Рис. 4.8. Підключення S7-200 до MPI мережі

 

Моделі CPU 214, CPU 215, CPU 216 крім традиційних можливостей забезпечують виконання операцій з плаваючою комою і підтримують алгоритм ПІД регулювання. У цілому, сімейство контролерів S7-200, за твердженням розроблювачів, дозволяє реалізувати наступний перелік функцій:

•рахунок;

•обробка переривань (за зупинкою, за часом, за перериванням зв'язку);

•пряме сканування входів і виходів;

•парольний доступ (повний захист, тільки читання, повний доступ);

•установка значень вхідних сигналів;

•налагодження і діагностика.

Програмування контролерів S7-200 здійснюється мовою STEP-7 Micro/Win (LAD, STL, FBO). Крім цього, для зручності користувача є додаткові функції: арифметичні операції з цілими і дійсними числами, добуток квадратного кореня, ШІМ. Переривання по входу може здійснюватися по паралельному або (і) по спадаючому фронту сигналу. Час виконання однієї логічної операції коливається від 0.37 до 1.2 мкс. Лічильники забезпечують додавання, вирахування, формування переривання при досягненні визначеного заздалегідь встановленого значення.

Для з'єднання з ПОЕМ, панелями операторів і програматорами на лицьовій панелі контролерів S7-200 є два роз’єми під RS 485. У вільно програмованому режимі можливий обмін даними з формуванням переривань. Окремі моделі CPU мають інтерфейс Profibus-DP, при цьому швидкість передачі даних може досягати 12 Мбіт/с.

Контролери S7-200 мають невелику кількість входів/виходів, як правило, у корпусі центрального процесора до 14 точок. При необхідності ємність системи керування може нарощуватись модулями розширення вводу-виводу: ЕМ 221, ЕМ 222 і ЕМ 223. Усі модулі ЕМ призначені для дискретних сигналів. Аналогові входи - виходи можуть бути тільки на центральному процесорі.

Вхідні дискретні сигнали, як правило, розраховані на 24 В постійного струму, окремі модифікації передбачають підключення давачів із сигналами перемінного струму 120 В. Рівень логічної одиниці складає 15-30 В постійного струму і 79-135 В перемінного струму. Для логічного нуля відповідно: =0-5 В і -0-20 В.

 

До ПК у загальному випадку належать всі ІВМ РС сумісні комп'ютери, пристосовані до роботи безпосередньо у виробничих умовах. До сьогоднішнього часу ПК - це вже ціле сімейство комп'ютерних засобів промислової автоматизації, до складу якого входять [14]:

•промислові персональні комп'ютери (ІРС) касетного виконання, виконані на основі удароміцного уніфікованого шасі, в яке встановлюються базовий модуль, модуль процесора і різні периферійні модулі і модулі вводу-виводу;

•промислові одноплатні комп'ютери (РСМ) для вбудованого використання;

•модульні промислові комп'ютери (МІС) - ПК касетного виконання, у яких оптимальним чином сполучаться властивості ПЛК і ПК;

•пристрої розподіленого і віддаленого збору даних і керування, що є спеціалізованими моделями модульних ПК;

•панельні персональні комп'ютери (РРС) з рідкокристалічними дисплеями, призначені для побудови інтерфейсу "людина -: машина";

•промислові робочі станції (AWS), які є високопродуктивними пультами диспетчера на основі РРС, і в яких крім функцій панелі оператора реалізуються функції об’єднання і координації роботи окремих ПЛК, мереж ПЛК, реєстрації параметрів і ін. 

 

Пристрої розподіленого і віддаленого збору даних і керування (наприклад, пристрої АDАМ-5000 і АDАМ-4000 фірми Advantech) призначені для вирішення різних задач у багатьох предметних областях [14].

Серія АDАМ-5000/485 розроблена для великих розподілених систем, у яких не потрібно миттєвої реакції на події, що відбуваються на керованому об'єкті, а серія АDАМ-5000/САN орієнтована на застосування в системах "жорсткого" реального часу з малим часом реакції на зміну станів керованого об'єкта.

Серія АDАМ-5000 є  апаратно-програмним комплексом, призначеним: для збору інформації про територіально розподілений контрольований об'єкт, первинної обробки даних шляхом фільтрації і нормалізації аналогових і дискретних сигналів, видачі керуючих впливів на контрольований об'єкт, а також для обміну даними з центральною обчислювальною, або керуючою системою за допомогою об'єднання пристроїв серії в багатоточкову мережу на основі двохпровідної симетричної лінії зв'язку.

Вироби серії АDАМ-5000 забезпечують можливість реалізації систем різного ступеня складності, що відповідають вимогам більшості прикладних задач збору даних і керування. Вбудовані програмні засоби, які дозволяють набудовувати діапазони вхідних сигналів і встановлювати умови видачі керуючих впливів після досягнення значеннями вимірюваних параметрів попередньо заданих величин, забезпечують користувачеві максимальну гнучкість при проектуванні системи.

Для обміну даними із керуючим комп'ютером можуть використовуватися: волоконно-оптична лінія зв'язку і радіоканал.

У пристроях серії АDАМ-5000 використовують апаратно-програмні засоби самодіагностики, сторожовий таймер.

Конструктивно вироби АDАМ-5000 – це закриті пилозахищені модулі, що можуть встановлюватися на стандартну DIN - рейку або на панель з переднім (провідним "під гвинт") приєднанням, зручним для монтажу й обслуговування.

Стандартна конфігурація пристрою АDАМ-5000 містить у собі два компоненти: блок процесора і до 4-х модулів вводу-виводу (до 64 каналів дискретного вводу-виводу або до 32 каналів аналогового вводу). Є можливість гнучкого конфігурування системи залежно від кількості і виду контрольованих параметрів, а також від розташування контрольованих об'єктів.

З метою підвищення надійності функціонування виробів АDАМ-5000 у промислових умовах, вони мають трирівневу гальванічну розв'язку, у тому числі: по ланцюгах живлення і для модулів вводу-виводу з напругою ізоляції 3000 В, а також для портів послідовного зв'язку з напругою ізоляції 2500 В.

Наявність гальванічної розв'язки дозволяє знизити вплив на систему електромагнітних перешкод, усунути гальванічний зв'язок з електроустаткуванням контрольованого об'єкта, а також запобігти несправностям, які можуть бути викликані випадковими спадами напруги живлення і перехідних процесів при комутації силового устаткування.

 

Стрімке розширення зони ефективного застосування персональних комп'ютерів призвело до того, що сьогодні їх використовують не тільки в офісах, не тільки для вирішення задач візуалізації й обслуговування на верхніх рівнях ієрархії інтегрованих систем керування виробництвом, але і для безпосереднього керування технологічними агрегатами в режимі реального часу, для чого й були промислові комп'ютери, описані вище.

У зв'язку з зазначеним, виникає серйозна проблема оптимального вибору між класичним гнучкопрограмованим ПЛК і ПК.

Вибір між ПЛК і ПК найчастіше залежить не тільки від характеристик об'єкта, що обслуговується, або граничних умов вирішення задачі. Вирішальну роль тут часто відіграють особисті прихильності і досвід користувача. Тому виробники засобів автоматизації змушені приділяти особливу увагу повноті спектра пропонованих ними засобів і систем щоб забезпечити споживачам вибір при ухваленні рішення на користь ПЛК або ПК.

На жаль, у даний час неможливо дати загальні рекомендації, у яких випадках варто застосовувати ПЛК, а коли перевагу треба віддати ПК.

Проте при виборі засобів автоматизації найбільш важливу роль завжди грали працездатність системи в реальному часі і її надійність - якості, за якими донедавна персональні комп'ютери поступалися ПЛК.

При роботі персонального комп’ютера можливі випадки, коли операційна система або частини додатків користувачів можуть блокувати центральний процесор на достатньо тривалі проміжки часу, що недопустимо при керуванні технологічними процесами в режимі реального часу.

Гнучко програмовані контролери, навпаки, працюють саме таким чином, що наступний один за одним алгоритмічні кроки і процедури виконуються за точно визначений час. Такий підхід дозволяє легко оцінити або, за необхідності, вимірити максимальний час реакції системи керування. Перевищення часу циклу виконання керуючої програми (максимальний час реакції системи) є одним з найважливіших критичних параметрів, на які негайно реагує ПЛК.

Персональний комп'ютер теж можна змусити працювати в реальному масштабі часу. Вибір операційної системи і спеціально розроблене програмне забезпечення дозволять і при використанні ПК досягти задовільного часу виконання програмного циклу й обробки переривань.

Однак, чим більше функцій роботи в реальному масштабі часу буде вбудовано в персональний комп'ютер, тим далі це конкретне рішення відхилятиметься від загальноприйнятих стандартів і таких якостей, як відкритість і сумісність з іншими системами.

Разом з тим, можливість роботи в реальному масштабі часу не є єдиним чинником при виборі ПЛК або ПК. Такі критерії, як можливість підключення системи до інформаційної мережі, функції обробки даних і візуалізації, а також якість графічного інтерфейсу грають майже таку ж важливу роль.

Рекомендації по вибору між ПЛК і ПК:

1. Для вирішення задач безпосереднього керування промисловим устаткуванням у режимі "жорсткого" реального часу перевага надається ПЛК.

2. У випадках, коли додаткові і, зокрема, інформаційні функції починають значно превалювати над функціями керування технологічним процесом і потрібне використанням усього спектра "інтелектуальних" можливостей ПК, перевага повинна віддаватися саме їм.