Учебная работа. Реферат: Классификация современных контроллеров

Учебная работа. Реферат: Классификация современных контроллеров

Введение

Программи́руемый логи́ческий контро́ллер
(ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) либо программируемый контроллер — электрическая составляющая промышленного контроллера, спец (компьютеризированного) устройства, применяемого для автоматизации технологических действий. В качестве основного режима долговременной работы ПЛК, часто в неблагоприятных критериях окружающей среды, выступает его автономное внедрение, без серьёзного обслуживания и фактически без вмешательства человека.

В отличие отмикроконтроллера (однокристального компа), микросхемы созданной для управления электрическими устройствами, областью внедрения ПЛК обычно являются автоматические процессы промышленного производства, в контексте производственного компании; компов, ПЛК нацелены на работу с машинками и имеют развитый ‘машинный’ ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных устройств в противовес способностям компа, ориентированого на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.); встраиваемых систем — ПЛК делается как самостоятельное изделие, раздельно от управляемого при его помощи оборудования.

1-ые логические контроллеры возникли в виде шифанеров с набором соединённых меж собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на шаге проектирования и не могла быть изменена дальше.

1-ый в мире ПЛК — MOdularDIgitalCONtroller (Modicon) 084, имеющий память 4 кБ, произведен в 1968 году.

В первых ПЛК, пришедших на подмену обыденным логическим контроллерам, работы, но реле и контакты (не считая входных и выходных) были виртуальными, другими словами существовали в виде программки, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются «свободно программируемыми».

В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что дозволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 либо 16 бит), получить массивные системы действующие в режиме настоящего времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются вровень с логическими. В то же время, в отличие от большинства микропроцессоров компов, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

Главные ПЛК

Siemens — SIMATIC S5 и S7;

Segnetics — Pixel 2511 и SMH 2Gi;

Овен;

АГАВА;

Omron;

Direct Logic;

Митсубиши — серия Melsec (FX, Q);

Modicon TSX Quantum;

Beckhoff;

WAGO;

Andover Controls;

DELTA;

TAC;

TREND;

GE Fanuc;

B&R;

EF;

Saia-Burgess;

Allen Bradley;

Toshiba — серииV иnV;

ЭЛЕСИ-ТМ;

БАЗИС-100.

ПЛК в своём составе не имеют интерфейса для человека, типа клавиатуры и монитора. Их программирование, смерти) и сервис делается подключаемыми для данной для нас цели программаторами — особыми устройствами либо устройствами на базе наиболее современных технологий — индивидуального компа либо ноутбука, со особыми интерфейсами и со особым программным обеспечением (к примеру, SIMATICSTEP 7 в случае ПЛК SIMATICS7-300 либо SIMATICS7-400). В системах управления технологическими действиями ПЛК ведут взаимодействие с разными компонентами систем человеко-машинного интерфейса (к примеру операторскими панелями) либо рабочими местами операторов на базе ПК , нередко промышленных, обычно через промышленную сеть.

Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК:

централизованно: в корзину ПЛК инсталлируются модули ввода-вывода и датчики и исполнительные устройства подключаются отдельными проводами конкретно, или с помощью согласовательных модулей, к входам/выходам сигнальных модулей;

либо по способу распределённой периферии, когда удалённые от ПЛК датчики и исполнительные устройства соединены с ПЛК средством каналов связи и, может быть, корзин-расширителей с внедрением связей типа «ведущий-ведомый» (англ. Master-Slave).

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) уже издавна и крепко заняли свою нишу на рынке средств автоматизации. Развитие полупроводниковой элементной базы, разработка новейших средств информационного обмена, развитие алгоритмов правления содействует тому, что линейка ПЛК безпрерывно расширяется. Обилие ПЛК с разными многофункциональными и техническими, конструктивными чертами так велико, что создатели систем автоматизации часто оказываются перед нелегким выбором: какой контроллер лучшим образом подойдет для решения той либо другой задачки.

В данной работе мы попытаемся всё огромное количество контроллеров систематизировать по ряду признаков, которые, как нам кажется, более важны для пользователя. Определение для всякого контроллера его классификационных особенностей, его места посреди иных контроллеров дозволит с большей точностью сказать, подступает ПЛК для решения данной определенной задачки либо нет.

Систематизация

Страна-производитель

Некое время вспять это был весьма принципиальный классификационный признак. Числилось, что контроллеры, произведённые в Европе, Америке и Стране восходящего солнца, еще надежнее, владеют еще огромным функционалом, чем их «коллеги» из Юго-Восточной Азии и Рф. В истинное время этот классификационный признак, быстрее всего, растерял актуальность. Русские компании набрались опыта и схемотехнические решения у нас тотчас даже лучше, чем у западных аналогов. По чертам контроллеры-аналоги разных стран-производителей практически не различаются. Системное и прикладное программное обеспечение или весьма похоже, или совершенно употребляются стандартизированные продукты (например OS Linux обширно употребляется как на российских контроллерах, так и на привезенных из других стран). Элементная база и в привезенных из других стран, и в русских контроллерах применяется одна и та же. Не считая того, и российские, и европейские, и южноамериканские создатели контроллеров (ну и не только лишь контроллеров) в крайние годы все почаще располагают Создание на одних и тех же площадках в Юго-Восточной Азии. На самом деле, границы меж производителями электроники равномерно исчезают совершенно.

На что вправду следует направить внимание, так это на то, учтена ли при разработке контроллера русская специфичность его эксплуатации. К русской специфике можно отнести:

· высочайший уровень промышленных помех;

· широкий спектр конфигурации характеристик атмосферной и промышленной сред;

· возможность информационной связи с морально устаревших, но ещё находящихся в эксплуатации средств автоматизации выпуска русских компаний 80-х годов;

· возможность информационной связи с морально устаревших, но ещё находящихся в эксплуатации средств автоматизации выпуска русских компаний 80-х годов;

· низкую культуру оперативного персонала в части общения с вычислительными системами и дисплейными рабочими станциями.

· Контроллеры русского производства учитывают российскую специфику их эксплуатации. Да и забугорные производители также стали адаптировать свои приборы под наши условия, пытаясь занять часть русского рынка. И, справедливости ради, заметим, что сама «специфичность» равномерно сходит на нет, развитие персонала, производства и инфраструктуры не стоит на месте.

Вывод: страну производитель, как суровый фактор систематизации разглядывать не стоит.

Мощность

Под обобщённым термином «мощность» понимается разрядность и быстродействие центрального микропроцессора, объём различных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Весьма нередко главным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и, сразу, являющимся важной его чертой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые могут быть подсоединены к контроллеру. По этому показателю контроллеры разделяются на последующие классы:

· наноконтроллеры (нередко с встроенными функциями), имеющие до 15 входов/выходов;

· малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов;

· средние контроллеры, рассчитанные приблизительно на 100-300 входов/выходов;

· огромные контроллеры, рассчитанные приблизительно на 300-2000 входов/выходов;

· сверхбольшие контроллеры, имеющие приблизительно от 2000 и наиболее входов/выходов.

· Весьма принципиально отметить, что с ростом мощности контроллера растёт его стоимость. При этом при переходе разница по стоимости меж разными классами контроллеров весьма значительна. одна из задач при разработке системы управления – это чётко зафиксировать число входных и выходных сигналов объекта управления, чтоб избежать излишних издержек при выбирании контроллера.

Область внедрения

Область внедрения – один из более принципиальных признаков систематизации. Область внедрения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и весьма очень сузивает круг поиска при разработке систем управления.

Спец контроллер со встроенными функциями

Обычно им является малый по мощности контроллер, программка деяния которого заблаговременно прошита в его памяти, а изменению при эксплуатации подлежат лишь характеристики программки. Число и набор модулей ввода/вывода определяется реализуемыми в нем функциями. Нередко такие контроллеры реализуют разные варианты функций регулирования. Главные области внедрения: локальное управление какой-нибудь малой технологической установкой либо механизмом.

Так, к примеру, управление нагревом муфельной печи имеет смысл выполнить с помощью отдельного температурного контроллера. Во-1-х, контроллер можно будет расположить около самой печи, что освободит от необходимости далековато вести провода от датчиков, а во-2-х, температурные контроллеры, как правило, имеют органы индикации, которые дозволят созидать текущее

Контроллер для реализации логических зависимостей (коммандоаппарат)

Главные сферы внедрения такового контроллера: станкостроение, машиностроение, подмена релейно-контактных шифанеров во всех отраслях индустрии. Он характеризуется прошитой в его памяти развитой библиотекой логических функций и функций блокировки типовых исполнительных устройств. Для его программирования употребляются спец языки типа релейно-контактных схем. Набор модулей ввода/вывода у такового контроллера рассчитан, в главном, на различные дискретные каналы. Более ординарными представителями данного класса контроллеров являются умственные реле.

Контроллер, реализующий любые вычислительные и логические функции

Более распространённый всепригодный контроллер, не имеющий ограничений по области внедрения. Центральный микропроцессор контроллера имеет достаточную мощность, разрядность, память, чтоб делать как логические, так и математические функции. время от времени, для усиления его вычислительной мощности, он снабжается ещё и математическим сопроцессором (в почти всех современных микропроцессорах математический сопроцессор интегрирован в сам кристалл). Инструментальные средства для программирования таковых контроллеров, как правило, поддерживают несколько языков программирования, таковых как язык релейно-контактных схем, функционально-блоковых диаграмм, язык С, Basic, Pascal и тому подобные. Как правило, также предоставляется большая библиотека уже реализованных логических, математических и коммуникационных функций. В состав модулей ввода/вывода входят модули на различные виды и свойства каналов (аналоговых, дискретных, импульсных и т. д.).

Контроллер противоаварийной защиты

Он должен различаться от контроллеров остальных классов:

· в особенности высочайшей надежностью, достигаемой разными вариациями диагностики и резервирования (к примеру, диагностикой работы отдельных компонент контроллера в режиме настоящего времени, наличием основного и запасного контроллеров с схожим аппаратным и программным обеспечениями и с модулем синхронизации работы контроллеров, резервированием блоков питания и коммуникационных шин);

· высочайшей готовностью, т. е. высочайшей вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме (к примеру, не только лишь идентификацией, да и компенсацией неисправных частей; не попросту резервированием, да и восстановлением ошибок программки без прерывания работы контроллеров);

· отказоустойчивостью, когда при любом отказе автоматизируемый процесс переводится в неопасный режим функционирования.

· Контроллер цепи противоаварийной защиты должен иметь сертификат, подтверждающий сохранность его работы в цепях противоаварийной защиты.

Контроллер телемеханических систем автоматизации

Данный класс всепригодных контроллеров комфортен для сотворения систем диспетчерского контроля и управления распределёнными на местности объектами. В контроллерах данного класса завышенное внимание уделяется программным и техническим компонентам передачи инфы на огромные расстояния беспроводными линиями связи. В качестве таковых линий нередко употребляются УКВ-радиоканалы с обыкновенными либо транковыми радиостанциями. При всем этом вероятна передача инфы от всякого контроллера в диспетчерский центр, также эстафетная передача инфы по цепи от 1-го контроллера к другому до заслуги диспетчерского центра.

В истинное время, в связи с огромным скачком в развитии сотовой связи, всё большее распространение получает передача инфы через сети GSM. По сопоставлению с транковыми сетями сети GSM имеют ряд плюсов и недочетов, обсуждение которых выходит за рамки данной статьи. Тем не наименее отметим, что всё большее количество производителей контроллеров для телемеханических систем автоматизации дают коммуникационные модули со встроенными GSM-модемами.

Открытость архитектуры

По структуре контроллеры разделяются на два класса: контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных эталонов.

При закрытой фирменной структуре конфигурации (модификации) контроллера вероятны, обычно, лишь компонентами производителя. Сами конфигурации довольно ограничены и заблаговременно обсуждены производителем.

При открытой магистрально-модульной структуре, имеющей обычный интерфейс для связи центрального микропроцессора с иными модулями контроллера, ситуация абсолютно изменяется:

· открытость и широкая доступность эталона на шину, соединяющую модули различного предназначения, даёт возможность выпускать в данном эталоне любые модули различным производителям, а разрабам контроллеров даёт возможность компоновать свои средства из модулей различных компаний;

· возможность хоть какой модификации и перекомпоновки средств методом подмены в их отдельных модулей, а не подмены самих средств, удешевляет эксплуатацию средств;

· сборка контроллеров из готовых модулей дозволяет поточнее учесть определенные технические требования и не иметь в их излишних блоков и частей, не подходящих для данного определенного внедрения;

· широкая кооперация различных компаний, поддерживающих данный эталон на шину и работающих в этом эталоне, дозволяет юзерам модулей не быть привязанными к определенному поставщику и иметь широкий выбор нужной ему продукции.

· В качестве примера распространённого обычного интерфейса для обмена информацией снутри контроллера можно привести интерфейс VME. Эта шина была разработана компанией Motorola и потом была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987 (российский аналог – ГОСТ Р МЭК 821-2000).

PC-совместимость

По этому признаку все контроллеры можно поделить на два класса: PC-совместимые и PC-несовместимые. Любой из этих классов имеет свои плюсы и недочеты.

PC-совместимые контроллеры можно охарактеризовать последующими чертами:

· они имеют традиционную открытую архитектуру IBM PC;

· в их употребляется элементная база, та же, что и у обыденных PC;

· они работают под управлением тех же операционных систем, которые обширно употребляются в индивидуальных компах, к примеру Windows, unix, Linux, QNX;

· программируются они теми же языками, которые употребляются для разработки ПО для PC;

· на их, как правило, вероятна работа программного обеспечения, разработанного для индивидуальных компов, при наличии требуемых для ПО аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые контроллеры можно охарактеризовать так:

· архитектура контроллеров закрыта, она, как правило, является ноу-хау разраба;

· элементная база, на которой строятся контроллеры, значительно различается от применяемой в PC, она различная у различных производителей;

· операционные системы, под управлением которых работают контроллеры, совсем остальные, нежели те, которые употребляются в РС, они нередко разрабатываются самими производителями конкретно для данного типа либо линейки контроллеров;

· потому что в таковых контроллерах фактически не употребляются эталоны, предлагаемые разрабами распространённых операционных систем для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается неосуществимой.

Из рассмотренных выше черт можно прийти к выводу о сравнительных плюсах и недочетах РС-совместимых и несопоставимых контроллеров. РС-совместимые контроллеры по сопоставлению с РС- несопоставимыми контроллерами в целом владеют большей мощностью, легче стыкуются с разными SCADA, MES, ERP системами, системами управления базами данных, открыты для большинства эталонов в областях коммуникаций и программирования, они в среднем дешевле, проще обслуживаются и ремонтируются.

В то же время РС-несовместимые контроллеры лучше учитывают требования промышленной автоматики; их операционные системы гарантируют отклик контроллера на наружное событие через данное время (операционные системы настоящего времени). Они в целом наиболее надежны, потому что больше употребляют наработанные в индустрии методы диагностики и жаркого резервирования, обеспечивающие отказоустойчивость системы в целом. В их обширнее употребляются способности связи с разными полевыми шинами.

Плюсы и недочеты всякого из этих видов контроллеров определяют их области использования. РС- несопоставимые контроллеры целенаправлено использовать на нижних уровнях автоматизации, «ближе» к технологическому объекту. Тут нужны связь с периферийными устройствами по полевым шинам, выполнение в настоящем времени (с гарантированным временем отклика на наружные действия) и надёжность. А открытость контроллера для связи со SCADA, MES либо СУБД, как правило, не требуется. РС-совместимые же контроллеры целесообразнее использовать на верхних уровнях автоматизации, где требования к реальному времени и связи по полевым шинам отсутствуют, зато стают строже требования по информационной сопоставимости контроллеров с корпоративными сетями.

Конструктивное выполнение

По конструктивному выполнению контроллеры можно поделить на несколько групп, мы их условно назовем так:

· встраиваемые;

· размещаемые в общий конструктив;

· модульного типа;

Встраиваемые контроллеры

Как правило не имеют корпуса, нередко система просто крепится на раме. Требований к защитным оболочкам таковых контроллеров не предъявляются, так как контроллеры встраиваются в общий корпус оборудования и являются неотъемлемой частью этого оборудования. Пример встраиваемого контроллера приведен на рис. 1.

Рис. 1.

Контроллеры, размещаемые в общий конструктив

Такие контроллеры характеризуются тем, что вс е модули – процессорный, коммуникационные, модули ввода-вывода – располагаются в одном конструктиве. В таковых контроллерах, как правило, предусматривается некоторая «материнская» плата с разъёмами, в которые вставляются все модули контроллера.

Конструктивы таковых контроллеров бывают как уникальными, разрабатываемыми производителями, так и стандартизированными. Одним из примеров стандартизированных конструктивов является конструктив Евромеханика (DIN 41494 / IEC 297-1). Эталон Евромеханика регламентирует ширину, высоту и глубину рамы контроллера. Пример контроллера в конструктиве Евромеханика приведён на рис. 2.

Рис. 2.

На рис. 3 приведён пример контроллера в нестандартизированном конструктиве.

Рис. 3.

Контроллеры модульного типа

Контроллеры модульного типа не употребляют общего конструктива. Любой модуль таковых контроллеров, будь то процессорный модуль либо модуль ввода-вывода, имеет свой корпус. Потому что защитную оболочку для всякого модуля создать проще, чем для всего контроллера, то конкретно этот тип контроллеров почаще всего выпускают для жёстких критерий эксплуатации в исполнениях IP 67 и выше.

Контроллеры модульного типа весьма нередко выпускают в корпусе для монтажа на рейку DIN NS 35/7,5. Можно выделить две разновидности контроллеров: с внутренней межмодульной шиной и с наружной шиной.

Модули контроллеров с внутренней межмодульной шиной на боковых поверхностях имеют контакты для подключения примыкающих модулей. А модули контроллеров с наружной шиной, как правило, употребляют для связи меж модулями какую-нибудь высокоскоростную полевую шину, к примеру CAN.

В качестве примера на рис. 3 показан контроллер с внутренней шиной, а на рис. 4 и рис. 5 показаны модули контроллера с наружной шиной, адаптированные для эксплуатации в жёстких критериях.

Рис. 4. Рис. 5

Заключение

Для правильного выбора контроллера применительно к той либо другой задачке, естественно, не будет довольно систематизировать его по тем либо другим признакам. Разрабам АСУ приходится учить горы литературы и технической документации. Но тем не наименее систематизация контроллеров дозволяет лучше осознать их Рынок в целом и уменьшить время на поиск и выбор более пригодной модели.

]]>