Технические средства автоматизации конспект лекций

Скачать 0.8 Mb.

Название	Технические средства автоматизации конспект лекций
страница	5/8
Тип	Конспект

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Конспект

1 2 3 4 5 6 7 8

. Бесконтактные устройства обработки логической информации

Современные технические устройства переработки информации строятся из отдельных бесконтактных (в основном, полупроводниковых) логических элементов – устройств, входные и выходные сигналы которых могут принимать только два фиксированных значения: логического «0» и «1». При этом абсолютная величина сигнала существенного значения не имеет. Дискретизация сигналов управления и разделение их на два уровня позволяют применять к исследованию и описанию дискретных схем управления математическую теорию алгебры логики (Булеву алгебру), оперирующей с логическими переменными, имеющими два дискретных значения.

К достоинствам бесконтактных логических устройств относятся: малые масса и габариты, высокая технологичность и низкая стоимость, малая потребляемая энергия, высокая надежность, большая способность к микроминиатюризации и интеграции, высокие показатели серийнопригодности и быстродействия.

К недостаткам следует отнести: низкую помехоустойчивость и слабую устойчивость к статическому электричеству, сравнительно низкую радиационную стойкость, необходимость в стабилизированных источниках питания, энергозависимость.

В настоящее время большинство логических элементов реализуют в виде цифровых интегральных микросхем (ИМС) – комплекта изделий, необходимых для осуществления определенных логических и других функций, изготовленных по специальной технологии в виде единого конструктивного изделия, так называемых типовых устройств обработки логической информации.

Примерами таких типовых устройств могут служить:

– Триггеры - элементарные ячейки памяти, предназначенные для хранения одного бита информации (логического «0» или «1»);

– Счетчики – устройства для выполнения функций счета и задержек времени;

– Преобразователи кодов - устройство для автоматического изменения по заданному алгоритму соответствия между входными и выходными кодами без изменения их смыслового содержания (другими словами, это схемы для перевода одного многоразрядного кода в другой);

– Регистры - устройства для приёма, хранения и выдачи информации, представленной в виде многоразрядных двоичных кодов;

– Запоминающие устройства (устройства памяти) - это устройства, предназначенные для приёма, длительного хранения и выдачи информации, представленной в виде больших массивов многоразрядных двоичных кодов;

– Программируемые логические матрицы (ПЛМ) – гибкие устройства, перенастраиваемые на выполнение любых логических функций;

– Арифметико-логические устройства – гибкие программируемые устройства для выполнения разнообразных арифметических и логических операций.

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

Более подробно эти и многие другие типовые устройства переработки логической информации изучаются в курсах: «Электроника», «Схемотехника средств автоматизации», «Микропроцессорные устройства СУ».

В последние годы основными техническими средствами автоматизации становятся промышленные программируемые микропроцессорные контроллеры.
6. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ
6.1. Определение, история появления и развития

Промышленные программируемые логические контроллеры (ПЛК) - это технические средства автоматизации, предназначенные для приема, хранения, преобразования, обработки (логической, арифметической) информации и выработки команд управления, созданные на базе микропроцессорной техники, и являющиеся специализированными управляющими ЭВМ предназначенными для работы в локальных и распределенных АСУ ТП. [2,18,19,23]

Они впервые появились в конце шестидесятых годов в автомобильной промышленности США в результате слияния трех направлений техники:

– Релейно-контактная и бесконтактная электроавтоматика (основа ПЛК);

– Цикловое программное управление (принцип управления ПЛК);

– Микропроцессорная техника (элементная база ПЛК).

Первоначально производством ПЛК занимались компьютерные фирмы (DEC, Modicon, Entrekin Computers), но позже к их разработке подключились и электротехнические фирмы (General Elektric, Allen Bradley, ISSC), которые выпускали устройства электроавтоматики и лучше знали потребности промышленности, поэтому их ПЛК были более удобны в программировании и ориентированы на заводских специалистов (электриков, наладчиков). В настоящее время производством и внедрением ПЛК занимаются десятки ведущих мировых фирм, среди которых в нашей стране наиболее известны: Siemens (29%), Rockwell Automation (16%), Mitsubishi (12%), Schneider (9%), Omron (8,5%), Funuc (3,5%), Koyo Electronics, Marpos, Festo, АВВ, Bosch и др.

Интересно отметить, что порог рентабельности ПЛК постоянно снижался, и если в 70-е годы считалось, что экономически выгодно заменять контроллером систему электроавтоматики из 100 реле (в 80-е годы – из 60, в 90-е годы – из 20), то в настоящее время эта цифра опустилась до нескольких единиц.
6.2. 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.
6.3. Классификация ПЛК, как основных компонентов ПТК

Все универсальные микропроцессорные ПЛК, составляющие основу программно-технических комплексов (ПТК), подразделяются на классы, каждый из которых рассчитан на определенный набор выполняемых функций и соответствующий объем получаемой и обрабатываемой информации об объекте управления. [11]

1. Контроллеры на базе персональных компьютеров (ПК)

Это направление существенно развилось в последнее время, что объясняется, в первую очередь, следующими причинами:

– повышением надежности ПК, особенно в промышленном исполнении;

– использовании открытой архитектуры (например, IBM-совместимых ПК);

– легкости подключения любых блоков ввода/вывода (модулей УСО);

– возможностью использования широкой номенклатуры наработанного программного обеспечения (операционных систем реального времени, баз данных, пакетов прикладных программ контроля и управления).

Контроллеры на базе ПК, как правило, используют для управления небольшими замкнутыми объектами в промышленности, в специализированных системах автоматизации в медицине, научных лабораториях, средствах коммуникации. Общее число входов/выходов такого контроллера обычно не превосходит нескольких десятков, а набор функций предусматривает сложную обработку информации. Рациональную область применения контроллеров на базе ПК можно очертить следующими условиями:

– выполняется большой объем вычислений за достаточно малый интервал времени при небольшом количестве входов и выходов объекта управления;

– средства автоматизации работают в окружающей среде, не слишком отличающейся от условий работы офисных персональных компьютеров;

– реализуемые контроллером функции целесообразно (в силу их нестандартности) программировать на обычных языках высокого уровня, типа C++, Pascal и др.;

– практически не требуется мощная аппаратная поддержка работы в критических условиях, которая обеспечивается обычными контроллерами (диагностика работы, резервирование, устранение неисправностей без остановки работы ПЛК).

На рынке контроллеров на базе ПК в России успешно работают кампании: Octagon, Advantech, Analog Devices и др.

2. Локальные программируемые контроллеры.

В настоящее время в промышленности используется два типа локальных контроллеров:

Встраиваемый в оборудование и являющийся его неотъемлемой частью. Такой контроллер может управлять станком с ЧПУ, современным интеллектуальным аналитическим прибором, автомашинистом и другим оборудованием. Выпускается на раме (плате) без специального кожуха, поскольку монтируется в общий корпус оборудования.

Автономный, реализующий функции контроля и управления небольшим достаточно изолированным технологическим объектом, как, например, районные котельные, электрические подстанции. Автономные контроллеры помещаются в защитные корпуса, рассчитанные на разные условия окружающей среды. Почти всегда эти контроллеры имеют порты для соединения в режиме «точка-точка» с другой аппаратурой и интерфейсы, которые могут через сеть связывать их с другими средствами автоматизации. В такой контроллер часто встраивается или подключается к нему специальная панель оператора, состоящая из алфавитно-цифрового дисплея и набора функциональных клавиш.

Локальные контроллеры, как правило, имеют небольшую или среднюю вычислительную мощность, а количество их входов/выходов, колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен. Контроллеры реализуют простейшие типовые функции обработки измерительной информации, блокировок, регулирования и программно-логического управления. Многие из них имеют один или несколько физических портов для передачи информации на другие системы автоматизации. В этом классе следует выделить специальный тип локальных контроллеров, предназначенных для систем противоаварийной защиты. Они отличаются особенно высокой надежностью, живучестью и быстродействием. В них предусматриваются различные варианты полной текущей диагностики неисправностей с локализацией их до отдельной платы, резервирование, как отдельных компонентов, так и всего устройства в целом.

3. Сетевые комплексы контроллеров.

Сетевые ПТК наиболее широко применяются для управления производственными процессами во всех отраслях промышленности. Минимальный состав данного класса ПТК подразумевает наличие следующих компонентов:

набор контроллеров;
несколько дисплейных рабочих станций операторов;
системную (промышленную) сеть, соединяющую контроллеры
между собою и контроллеры с рабочими станциями.

Контроллеры каждого сетевого комплекса, как правило, имеют ряд модификаций, отличающихся друг от друга быстродействием, объемом памяти, возможностями по резервированию, способностью работать в разных условиях окружающей среды, числом каналов ввода/вывода (от нескольких сотен до тысячи), наличием различных УСО. Это облегчает использование сетевого комплекса для разнообразных технологических объектов, поскольку позволяет наиболее точно подобрать контроллеры под отдельные элементы автоматизируемого объекта и разные функции контроля и управления.

В качестве дисплейных рабочих станций (пультов оператора) почти всегда используются персональные компьютеры в обычном или промышленном исполнении, большей частью с двумя типами клавиатур (традиционной алфавитно-цифровой и специальной функциональной), и оснащенные одним или несколькими мониторами, имеющими большой экран.

Промышленная сеть может иметь различную структуру: шину, кольцо, звезду; она часто подразделяется на сегменты, связанные между собой повторителями и маршрутизаторами. К передаче сообщений предъявляются жесткие требования: они гарантированно должны доставляться адресату, а для сообщений высшего приоритета, например, предупреждающих об авариях, также следует обеспечить указанный срок передачи сообщений. В этом классе ПТК выделяют телемеханический тип сетевого комплекса контроллеров, предназначенный для автоматизации объектов, распределенных на большой области пространства. Промышленная сеть с характерной структурой и особые физические каналы связи (радиоканалы, выделенные телефонные линии, оптоволоконные кабели) позволяют интегрировать узлы объекта, отстоящие друг от друга на многие десятки километров, в единую систему автоматизации. Рассматриваемый класс сетевых комплексов контроллеров имеет верхние ограничения как по сложности выполняемых функций (измерения, контроля, учета, регулирования и блокировки), так и по объему автоматизируемого объекта (в пределах тысяч входов/выходов). Чаще всего сетевые комплексы применяются на уровне цехов машиностроительных заводов, агрегатов нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств, а также цехов предприятий пищевой промышленности. Телемеханические сетевые комплексы используются для управления газо- и нефтепроводами, электрическими сетями, транспортными системами.

4. 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.

5. ПЛК для полномасштабных распределенных АСУ ТП.

Это наиболее мощный по возможностям и охвату производства класс контроллерных средств, практически не имеющий границ ни по выполняемым на производстве функциям, ни по объему автоматизируемого производственного объекта. Одна такая система может использоваться для автоматизации производственной деятельности целого крупномасштабного предприятия.

Описываемая группа ПТК включает все особенности перечисленных контроллерных средств и дополнительно имеет ряд свойств, влияющих на возможности их использования:

наличие развитой многоуровневой сетевой структуры, предусматривающей выделение трех уровней: информационного, системного и полевого, причем для организации отдельных уровней могут использоваться разные варианты построения сетей;
выход на корпоративную сеть предприятия, систему управления бизнес-процессами, глобальную сеть Интернет, а также на уровень интеллектуальных приборов;
широкий модельный ряд применяемых контроллеров, различающихся по числу входов/выходов, быстродействию, объему памяти разного типа, возможностям по резервированию, наличию встроенных и удаленных интеллектуальных блоков ввода/вывода на все виды аналоговых и дискретных сигналов;
широкий диапазон рабочих станций и панелей операторов;
наличие мощного современного программного обеспечения, в состав которого входят:

а) человеко-машинные интерфейсы операторов с системой управления;

б) набор технологических языков с объемными библиотеками типовых программных модулей для решения задач управления и регулирования;

в) универсальные прикладные пакеты программ, реализующие типовые функции управления отдельными агрегатами, диспетчерское управление участками производства, технический учет и планирование производства в целом;

г) системы автоматизированного проектирования и конструкторского документооборота для разработки системы автоматизации.

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: