Лекция №8 Средства для реализации алгоритмов управления.

Лекция №8 Средства для реализации алгоритмов управления.

Средства представления информации оператору и дистанционного воздействия на ТП (в т.ч. щиты и пульты, АРМ, интерфейс оператора)

План лекции:

1. Понятия о микропроцессорах и микроконтроллерах

2. Классификация микроконтроллеров. Структура МПС

3. Программирование МПК, ПЛК

4. Состав АРМ оператора, щиты и пульты автоматизации, МПК,

панели управления, рабочие станции, интерфейс оператора.

1.1. В «старых» системах автоматизации реализация алгоритмов регулирования осуществлялась в апппаратных устройствах – промышленных регуляторах. Из «долгожителей» можно отметить среди электронных – линию регуляторов Р25, автоматических многофункциональных приборов (мосты, потенциометры) со встроенным регулятором: КС-3, -4; пневматических – прибор ПВ10 в комплекте с пневматическими регуляторами. К настоящему время они претерпели физический и моральный износ и почти полностью исчезли из систем автоматизации предприятий ХПЗ.

1.2. В современных системах управления широко используются разнообразные микропроцессорные устройства (МПУ), обеспечивающие выполнение основных функций: реализацию алгоритмов контроля и управления, представление оперативному персоналу информации о состоянии ТП и оборудования, дистанционного воздействия на ТП, связь с датчиками и ИМ, а также между микропроцессорными системами и их элементами. МПУ оснащаются библиотеками программных алгоритмов, позволяющих решать задачи управления практически любой сложности.

Современные системы управления создаются в виде автоматизированных рабочих мест (АРМ) оператора, диспетчера и других технических руководителей. При реализации АРМ оператора помимо датчиков, преобразователей, ИМ и РО, применяются разнообразные МПУ.

Микропроцессоры (МП) и микроконтроллеры (МПК) - гибкие программно управляемые многофункциональные логические устройства, способные принимать, хранить обрабатывать (логически или арифметически) и выдавать информацию, представленную в виде многоразрядных двоичных кодов.

Микропроцессор (МП) — программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления этой обработкой, выполненное в виде одной (или нескольких) интегральных электронных элементов — БИС и СБИС.

Программируемость — возможность изменять алгоритм обработки данных посредством программирования, т. е. за счет использования микропроцессорных БИС. Программируемость позволяет применять микропроцессорные БИС (МПБИС) одного типа для решения различных задач управления.

Микропроцессор по своим логическим функциям и структуре подобен процессору обычных компьютеров (Вы изучали их в курсах «ИНФОРМАТИКА…» еще в школе, затем в ВУЗе) и оперирует короткими словами 2..., 16..., 32..., 64..., 128... разрядов. Основная функция МП — преобразовывать информацию. Однако сам по себе МП еще не способен осуществить переработку информации, т. е. решить конкретную задачу, его необходимо соединить с запоминающим устройством (ЗУ) и устройством ввода-вывода (УВВ), программировать и обеспечить обмен информацией МП с этими устройствами.

Микропроцессорная система (МПС) — это совокупность взаимосвязанных устройств, состоящая из одного или нескольких МП, ЗУ, УВВ и ряда других устройств, обеспечивающих выполнение определенных функций.

Микропроцессорная ЭВМ (микроЭВМ) — это МПС, имеющая связь с внешними устройствами, панель питания, источник питания, объединенные единой конструкцией.

Микроконтроллер (МПК) — микропроцессорное устройство, которое выполняет функции логического анализа и управления по заданным алгоритмам без взаимодействия с оператором.

Программируемый логический контроллер (ПЛК) — микропроцессорное устройство, которое выполняет функции логического анализа и управления по соответствующим алгоритмам согласно требованиям технологического процесса и взаимодействует с оператором.

Программно-технический комплекс (ПТК). Структура ПТК включает следующие кемпоненты: контроллеры — УСО (устройства связи с объектом); средства для формирования ЛВС (локальных вычислительных сетей) и межсетевых взаимодействий; АРМ-станция оператора; АРМ службы АСУТП — станция инжиниринга; сервер БД, предназначенный для ведения БД РВ и БД проекта; сервер приложений, выполняющий сложные расчетные задачи; архивный сервер — станция архивирования; коммуникационный сервер, обеспечивающий связь с контроллерами, УСО, (датчиками различных фирм-производителей, с другими системами с помощью модемов; системы бесперебойного питания; сервисные средства для эксплуатации, поверки, контроля работы, наладки и обслуживания и др.

ПЛК для маломасштабных распределенных систем управления.

Этот класс микропроцессорных ПТК превосходит большинство сетевых комплексов контроллеров по мощности и сложности выполняемых функций. В целом, этот класс еще имеет ряд ограничений по объему автоматизируемого производства (порядка десятка тысяч входов/выходов) и набору реализуемых функций. Основные отличия от предшествующего класса заключаются в несколько большем разнообразии модификаций контроллеров, блоков ввода/вывода, большей мощности центральных процессоров, более развитой и гибкой сетевой структуре. Как правило, ПТК этого класса имеет развитую многоуровневую сетевую структуру. Так нижний уровень может выполнять связь контроллеров и рабочей станции компактно расположенного технологического оборудования, а верхний уровень поддерживать взаимодействие нескольких узлов друг с другом и с рабочей станцией диспетчера всего автоматизируемого участка производства. На верхнем уровне (уровне рабочих станций операторов) эти комплексы, по большей части, имеют достаточно развитую информационную сеть. В некоторых случаях расширение сетевой структуры идет в направлении применения стандартных цифровых полевых сетей, соединяющих отдельные контроллеры с удаленными от них блоками ввода/вывода и интеллектуальными приборами. Подобная простая и дешевая сеть соединяет по одной витой паре проводов контроллер с множеством интеллектуальных полевых приборов, что резко сокращает длину кабельных сетей на предприятии и уменьшает влияние возможных помех, поскольку исключается передача низковольтной аналоговой информации на значительные расстояния.

Мощность контроллеров, применяемых в этом классе средств, позволяет в дополнение к типовым функциям контроля и управления реализовывать более сложные и объемные алгоритмы управления (например, самонастройку алгоритмов регулирования, адаптивное управление). Маломасштабные распределенные системы управления используются для автоматизации отдельных средних и крупных технологических объектов предприятий непрерывных отраслей промышленности, а также цехов и участков дискретных производств и цехов заводов черной и цветной металлургии.

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

Особенности ПЛК в сравнении с традиционными ТСА и ЭВМ

1. Циклический характер работы, определяющий возможность ПЛК обрабатывать информацию ( управлять производственными процессами ) в реальном масштабе времени технологического оборудования.

2. Проблемно ориентированное программно-математическое обеспечение ПЛК, рассчитанное на конкретные типовые задачи управления, регулирования и контроля технологическими процессами.

3. Легкое и свободное программирование и перепрограммирование с помощью специальных инженерных языков высокого уровня стандарта

IEC 6.1131-3.

4. Простота и доступность в процессе подключения, отладки и эксплуатации ПЛК, ориентация на обычный производственный персонал (электриков, наладчиков).

5. Схожесть физических структур и конструкций ПЛК различного назначения и разных фирм изготовителей.

6. Модульная архитектура построения ПЛК, позволяющая простое конфигурирование при разработке и свободное наращивание или урезание при дальнейшей модернизации систем автоматизации.

7. Возможность эксплуатации ПЛК в непосредственной близости от технологического оборудования (в цеховых, полевых, пожароопасных условиях), неприхотливость, простота в обслуживании.

8. Широкие коммуникационные возможности ПЛК, позволяющие создавать на их основе сложные распределенные АСУ ТП с применением сетевых технологий.