Вопрос 155 Устройства удаленного сбора данных и управления

Сегодня основной тенденцией в автоматизации технологических процессов является применение распределенных систем управления и сбора данных. Не секрет, что современные процессы на производстве становятся все более сложными, оборудование занимает все большую площадь, основной процесс обрастает массой вспомогательных. Применение распределенных систем управления и сбора данных позволяет:

1.значительно сократить затраты на кабельные коммуникации, идущие к датчикам;

2.приблизить мощность современных вычислительных средств к объекту управления;
3. повысить живучесть всей системы, легко заменять отказавшие элементы, дублировать критически важные узлы;

4. использовать принцип модульности, делая отдельные элементы и узлы системы относительно независимыми и автономными;

5.вводить в строй не всю систему сразу, а поэтапно;

6.снизить расходы на модернизацию системы, быстрое расширение и наращивание возможностей;

7.быстро интегрировать вновь создаваемые системы в общую информационную сеть предприятия.

Каждый модуль серий I-7000 и NuDAM-6000 - это функционально законченное устройство, размещенное в пластиковом корпусе из негорючей пластмассы. На корпусе расположены необходимые разъемы и клеммные соединители для винтовой фиксации внешних входных и выходных цепей. Установка модулей не требует специальных объединительных плат и может осуществляться как на стандартную несущую 35-миллиметровую DIN-рейку, так и на любую плоскую панель или стену.

Модули обеих серий могут объединяться в сети на основе интерфейса RS-485. К одному последовательному порту компьютера или контроллера может быть подключено до 256 модулей, территориально расположенных в разных местах.

Серия M-7000 представляет дальнейшее развитие серии модулей удаленного ввода/вывода I-7000. Отличительной особенностью M-7000 является поддержка не только протокола DCON, но и протокола одной из наиболее распространенных полевых шин – Modbus RTU. Такое решение позволяет подключать модули ввода/вывода серии M-7000 к контроллерам различных производителей, поддерживающим полевую шину Modbus RTU.

Модули расширения серии I-8000 делятся на два типа: параллельные и последовательные. Модули параллельного типа - высокоскоростные устройства ввода-вывода, которые могут быть установлены только в контроллеры серии I-8000. Модули последовательного типа обладают более низкой скоростью обмена и могут устанавливаться как в слоты расширения контроллеров, так и в слоты корзин расширения 87k4, 87k5, 87k8, 87k9.
Модули серий I-7000 и I-8000 имеют схожие системы команд.

Система SLX100 – это высокоскоростная интеллектуальная удаленная система сбора данных, обладающая высочайшей точностью. Система предназначена для решения задач автоматизации в любых отраслях промышленности. Система состоит из 12-канального контроллера SLX100-xx и дополнительных 8- или 16-канальных плат расширения, которые могут быть смонтированы как на панель, так и на DIN-рейку. Все каналы гальванически изолированы друг от друга. Каждый базовый коммуникационный модуль может обслуживать до 60 дифференциальных каналов ввода/вывода аналоговых сигналов и до 128 каналов ввода/вывода дискретных сигналов. При этом используются известные разработчикам модули (нормализаторы сигналов) серий SCM5B и SCMD. В настоящее время системой поддерживаются протоколы RS-485 и Ethernet.

Изделия серий ADAM-5000 предназначены для создания территориально-распределенных систем сбора данных и управления.

Конструктивное исполнение подобно традиционным ПЛК. Контроллер состоит из блока процессора и модулей ввода/вывода, устанавливаемых в локальную магистраль блока процессора.

Каждый блок процессора может объединять на локальной магистрали до 64 каналов аналогового и/или дискретного ввода/вывода. В настоящее время блок процессора может комплектоваться различными коммуникационными модулями для работы в сетях RS-485, CAN, Ethernet и т.д.

В комплект периферийных модулей входят следующие узлы:

· ADAM-5013 – 3-канальный модуль ввода сигналов термометров сопротивления;

· АDАМ-5017 – 8-канальный модуль аналогового ввода;

· ADAM-5011Н – 8-канальный быстродействующий модуль аналогового ввода;

· ADAM-5018 – 7-канальный модуль ввода сигналов термопар;

· ADAM-5024 – 4-канальный модуль аналогового вывода;

· ADAM-5050 – 16-канальный универсальный модуль дискретного ввода- вывода;

· ADAM-5051 – 16-канальный модуль дискретного ввода;

· ADAM-5051D – 16-канальный модуль дискретного ввода;

· ADAM-5052 – 8-канальный модуль дискретного ввода с гальванической изоляцией;

· ADAM-5055S – 1б-канальный модуль дискретного ввода/вывода с гальванической изоляцией и светодиодной индикацией;

· ADAM-5056 – 16-канальный модуль дискретного вывода;

· ADAM-50560 – 16-канальный модуль дискретного вывода;

· АDАМ-50568 – 16-канальный модуль дискретного вывода с гальванической изоляцией и светодиодной индикацией;

· ADAM-5060 – 6-канальный модуль релейной коммутации;

· ADAM-5068 – 8-канальный модуль релейной коммутации;

· ADAM-5080 – 4-канальный модуль ввода частотных/импульсных сигналов;

· ADAM-5090 – 4-канальный коммуникационный модуль с интерфейсом RS-232.

Сопутствующие устройства для систем удаленного сбора данных:
1. Конвертеры и повторители последовательного интерфейса.
В компьютерах офисного типа не предусмотрен интерфейс RS-485, поэтому для сопряжения модулей удалённого ввода/вывода с управляющей станцией иногда необходим конвертер того или иного типа.
2. Внешние преобразователи RS-232 в RS-485/422.
Изготавливаются в нескольких вариантах:
преобразователь RS-232 в RS-485;
преобразователь RS-232 в RS-485 c гальваноразвязкой;
преобразователь RS-232 в RS-422/485;
преобразователь RS-232 в RS-422/485 c гальваноразвязкой.
3. Встраиваемые преобразователи RS-232 в RS-485/422.
Для персональных и промышленных компьютеров, в которых имеется свободный PCI- или ISA-слот, целесообразнее использовать встраиваемые конвертеры с гальванической развязкой типа:
Конвертер устанавливается в слот, но не подключается к шине.
В слоте используются только линии питания, а по RS-232 конвертер соединяется внешним кабелем с штатным COM-портом компьютера.
Такое решение более рационально с точки зрения монтажа и не требует доп. внешнего блока питания для конвертера.
4. Внешние преобразователи USB в RS-232/485/422.
USB-конвертеры компании ICP-DAS поддерживают стандарт USB 1.1, берут питание от USB-интерфейса, имеют драйвера для работы под ОС Windows 98/ME/2000/XP/Linux.
5. Повторители последовательных интерфейсов.
Физические ограничения интерфейса связи, сложная топология, необходимость гальванической развязки и ряд других причин требуют применения повторителей. Их основная задача увеличивать протяжённость линии связи и формировать ответвления в магистрали RS-485.
6. Нормирующие преобразователи.
Нормирующие преобразователи приводят диапазон сигнала аналогового датчика к определённому диапазону напряжения (тока) на выходе. При этом точность линейного преобразования составляет 0, 1%. Другая важная функция этих устройств обеспечение гальванической развязки В между входом, выходом и шиной питания.
7. Радиомодем SST-2450.
В случаях, когда прокладка проводных связей между управляющей станцией и удалённым модулем затруднена (например, при автоматизации подвижных объектов), альтернативной средой передачи данных может служить радиоканал.
По RS-485 устройства работают без какого-либо специального модемного протокола и просто транслируют данные через радиоканал. Необходимо только предварительно сконфигурировать модем перед установкой на объект.
Устройства используют один из нескольких частотных канн. в диапазоне (выбирается при конфигураации). Это позволяет строить достаточно сложную сетевую радиоинфраструктуру, в которой будет исключено взаимное влияние передатчиков. Через модемы можно осуществлять связь по 2-х точечной или многоточечной схеме.
8. Релейные модули.
Данные изделия предназначены для увеличения мощности выходных цифровых каналов модулей дискретного вывода (при этом нагрузочная способность выхода должна быть достаточной для подключения обмотки реле).
Номинальное напряжение обмотки управления 24 В.
9. Источники питания.
1. Серия источников питания с номинальным выходным напряжением =24 В.
2. Серия источников питания PW-3090 преобразуют первичное постоянное напряжение 24 В во вторичное стабилизированное. Приспособлены для монтажа на DIN-рейку.
• Напряжение питание В.
• Диапазон рабочих температур С.
• Гальваническая развязка В.
Вопрос 156 Управляющие ЭВМ (УВМ), управляющие ВК (УВК) и промышленные (индустриальные) ПК.

УВМ и УВК характеризуются набором возможностей работы в режиме реального времени. Эти возможности касаются как подсистемы ввода-вывода, так и свойств операционной системы. Также следует отметить возможности обнаружения сбоев и быстрого восстановления после них. Промышленные (индустриальные) ПК - это специально спроектированные ПК, совместимые со стандартными архитектурно и программно, но отличающиеся конструктивным исполнением Преимущество таких ПК - возможность отладки программного обеспечения на обычных ПК.

Промышленный ПК — компьютер, предназначенный для решения производственных задач в различных отраслях промышленности и транспорта. Основываясь на стандартном аппаратном и программном обеспечении промышленные компьютеры, тем не менее, как правило предполагают следующие преимущества: 1. повышенная надёжность; 2. стойкость к вибрации и механическим ударам; 3. стойкость к внешним электромагнитным полям; 4. расширенный диапазон рабочих температур; 5.увеличенный жизненный цикл изделия.

Также, зачастую промышленный ПК обладает дополнительными интерфейсами, такими, как PROFIBUS.

Промышленные ПК применяются, как правило, для решения следующих задач:

1.быстрое управление производственными процессами; 2.организация человеко-машинного интерфейса; 3.реализация программных ПЛК.

Главное отличие управляющих машин от универсальных электронных вычислительных машин состоит в особенности их связи с внешним миром (управляемым объектом). Исходные данные поступают в машину, минуя человека, непосредственно от измерительных приборов или других устройств, фиксирующих характерные параметры объекта, сигналы управления также выдаются машиной непосредственно на объект. Для этого в составе управляющей машины следует предусмотреть специальные устройства связи с объектом. Кроме того, управляющие машины должны обеспечить работу в реальном масштабе времени, что предъявляет специфические требования к их прикладному и системному программному обеспечению. А это, в свою очередь, предопределяет аппаратную архитектуру и структуру машины.

Эти принципиальные отличия обусловили выделение управляющих машин в самостоятельный класс средств вычислительной техники наряду с классом универсальных ЭВМ, предназначенных для решения вычислительных задач и обработки данных. В англоязычной терминологии класс управляющих ЭВМ определен как control computers.

К настоящему времени в сфере промышленной автоматизации в мире сложился новый подход к созданию распределенных систем комплексной автоматизации производства. В них должен быть обеспечен сквозной сетевой доступ от мощных компьютеров на уровне " супервизорного" контроля производства и управления, многофункциональных контроллеров производственных процессов до пассивных элементов (датчики, регуляторы и т. п.)

Открытые системы, базирующиеся на стандартах цифровых промышленных сетей, позволяют снизить затраты на нижний уровень АСУТП до 40% за счет уменьшения стоимости оборудования, проектирования и монтажа.

Протоколы Fieldbus-сетей охватывают в соответствии с эталонной моделью OSI/ISO физический уровень (базирующийся на модифицированной версии стандарта IEC 1158-2), сетевой уровень (построенный на элементах проекта IEC/ISA SP 50) и прикладной уровень (содержащий элементы спецификации PROFIBUS - Process Field BUS)

Вычислительные машины, применяемые для управления производственными процессами принято называть управляющими вычислительными комплексами – УВК.