Интеграция ПЛК в систему управления промышленным предприятием

СОДЕРЖАНИЕ:

Интеграция АСУ ТП и системы управления промышленным предприятием на примере магнитогорского металлургического комбината

Введение
Акционерное общество Магнитогорский Металлургический Комбинат — крупнейший в России металлургический комплекс с полным производственным циклом. Комбинат расположен в Уральском промышленном регионе с высоким экономическим и сырьевым потенциалом. По итогам работы в 1997 предприятие входит в число двадцати крупнейших сталелитейных компаний мира. В настоящее время доля продаж металлопроката производства АО ММК на внутреннем и внешнем рынке составляет 17% от общероссийского производства проката. АО ММК экспортирует металл более, чем в 30 стран мира.

1. Корпоративная система управления ОАО «ММК»
В рамках корпоративной системы управления предприятием решаются следующие задачи управления технологическими процессами управления технологией производства; управления качеством продукции; управления производством продукции под заказ;

2. Назначение и цели создания ИС и ее состав
ИС состоит из подсистемы АСУ ТП, управленческой подсистемы, бухгалтерской системы, системы управления кадрами и других систем. Назначение и цели АСУ ТП и управленческой систем:

  • своевременное представление информации руководителям всех уровней;
  • информация о количестве выхода на каждом этапе технологического цикла (например, подведение баланса металла по каждой плавке);
  • получение гарантированного качества готовой продукции;
  • прогнозирование возможных отклонений параметров технологических процессов;
  • снижение затрат на производство;
  • повышение точности исполнения заказов;
  • соблюдение сроков исполнения заказов;

3. Требования к технологиям построения ИС

  • работать в режиме реального времени (иметь гарантированное время отклика),
  • обеспечивать высокую скорость обработки данных,
  • поддерживать ведение транзакций,
  • обеспечивать возможность ведения распределенных баз данных,
  • предоставлять доступ из используемых операционных сред (QNX, MS Windows),
  • обеспечивать интеграцию с различными СУБД (Oracle, MS SQL),
  • подключать неограниченное число пользователей
  • иметь возможность управлять распределением потоков информации в системе.

    В настоящий момент на ММК введено в эксплуатацию в части цехов и продолжает расширяться на другие цеха следующее решение: В зависимости от имеющегося портфеля заказов формируются задания в производственные цеха и определяются ключевые параметры технологических процессов.

      1 уровень — системы управления отделениями цехов и слежения за потоками металла внутри цехов. С помощью датчиков снимаются параметры технологического процесса. Параметры с датчиков через соответствующие контроллеры попадают на SCADA станцию. После чего они в режиме реального времени фиксируются в БД Adaptive Server Anywhere, работающий на платформе QNX. Отсюда, в реальном масштабе времени посредством Sybase Replication Server по некачественным каналам связи информация реплицируется в БД цеха. В ходе технологического процесса некоторые параметры, определяемые визуально, в ручном режиме вводятся в БД Adaptive Server Anywhere, и по той же схеме реплицируются в БД цеха.

    2 уровень — системы управления производством в цехах, В зависимости от хода процесса делается оперативный вывод о соответствии продукции требуемым параметрам и возможности исполнения конкретного заказа. При отрицательном результате анализа производится выборка из пакета существующих заказов и металл направляется по иной технологической цепочке, т.е. на реализацию иного заказа. Параллельно заинтересованные подразделения отслеживают ход исполнения заказов в рамках цеха, оперативно перераспределяя материальные ресурсы.

    3 уровень — система планирования и управления производством на уровне комбината. Служба маркетинга, транспортная служба, служба работы с заказчиками имеют оперативную информацию для работы с клиентами, для планирования деятельности, для формирования паспорта продукции и работы с рекламациями.

    В случае применения системы автоматизации управленческой деятельности предприятия полученные данные автоматически реплицируются в соответствующую БД для обеспечения систем поддержки принятия решений. В данном случае на ММК — это несколько АСУ, работающих на разных платформах, обеспечиваются оперативной информацией о ходе исполнения заказов с помощью технологий Sybase.

    5. Система информационной поддержки технологии

    Параллельно с решением задач АСУ ТП решена задача информационной поддержки технологических процессов, в рамках которой решаются следующие задачи:

    полного информационного обеспечения производственного, технологического и контрольного персонала данными:

    технологических режимах и параметрах обработки в темпе с продвижением заказов по технологическим маршрутам;

    промышленные контроллеры

    промышленные контроллеры / плк

    • программируемые логические контроллеры (ПЛК),
    • распределенные управляющие системы (distributed control systems DCS)
    • контроллеры на базе РС- технологий (PC-based).

    ПЛК представляют собой устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления. Они реализованы на базе микропроцессорной техники и работают в локальных и распределенных системах управления в РВ в соответствии с заданной программой. От небольших до мощных и высокоскоростных систем ПЛК обеспечивают самых требовательных заказчиков исчерпывающими возможностями и гибкостью при реализации современных сетевых решений в распределенных системах управления и контроля. По техническим возможностям, которые определяют уровень решаемых задач, ПЛК делятся на классы: нано-, микро-, малые, средние и большие. Первоначально они предназначались для замены релейно-контактных схем, собранных на дискретных компонентах – реле, счетчиках, таймерах, элементах жесткой логики.

    Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что все его функции реализованы программно. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности.

    Области использования ПЛК

    Программируемые контроллеры находят применение в различных отраслях промышленности. Их используют также в области просвещения и в системе постоянной профессиональной подготовки.

    Черная и цветная металлургия. Особое значение в этих отраслях имеют требования безопасности. Программируемые контроллеры применяются для управления транспортными операциями на коксовых батареях, загрузке доменных печей, для автоматизации литейных цехов. Их используют также для решения задач, связанных с анализом газов и с контролем качества.

    Металлообработка и автомобильная промышленность. Это как раз те отрасли, где ПЛК нашли широкое применение. Их можно встретить на автоматических линиях и сборочных конвейерах, на стендах для испытания двигателей, а также на прессах, токарных автоматах, шлифовальных и агрегатных станках, сварочных установках , автоматических станках для разрезки.

    Химическая промышленность. В настоящее время ПЛК используются для управления технологическими установками, устройствами дозирования и смешивания продуктов, очистки отходов химического производства, а также на установках по переработке пластмасс и некоторых агрегатах в производстве резины.

    Нефтедобыча. Кроме областей применения, аналогичных предыдущей отрасли, ПЛК используется на перекачивающих и распределительных станциях, для управления работой и наблюдения за магистральными трубопроводами.

    Транспортные и погрузочно-разгрузочные операции. Программируемые контроллеры используются при сортировке посылок, почтовых отправлений, механизированном управлении складскими операциями, упаковке, конвейерной пересылке, комплектовании изделий на поддонах, в лифтовом хозяйстве, грузоподъемных механизмах и др.

    Другие области применения. Все случаи использования ПЛК перечислить невозможно. В текстильной промышленности они могут применяться для управления операциями автоматического раскроя тканей и контроля нитей, на транспортных конвейерах. В стекольной промышленности, в производстве хрусталя ПЛК управляют операциями отрезки и упаковки. Устройства логического управления используются при решении задач, связанных с охраной (зданий, заводов) и обеспечении безопасности (ядерная энергетика). Функциональные возможности и легкость внедрения позволяют использовать ПЛК как учебное пособие. Возможно использование ПЛК в системе образования.

    ПЛК и как они работают

    Термином «промышленный контроллер» обозначают специализированное микропроцессорное устройство со встроенным аппаратным и программным обеспечением, которое используется для выполнения функций управления технологическим оборудованием. После изобретения микропроцессов их развитие определялось классом задач, для которых они использовались. Таким образом, появилось три ветви генеалогического дерева микропроцессоров: ПЛК, регуляторы и ЭВМ. Прародителями ПЛК были релейные схемы автоматики. Это «родство» до сих пор проявляется в виде жесткой цикличности выполнения программы и своеобразного языка программирования, языка «релейно-контактных схем» или «лестничной логики». Микропроцессорные регуляторы предназначены для управления непрерывными технологическими процессами. Наиболее массовое распространения получили ПИД-регуляторы, которые реализуют один или несколько контуров регулирования. Эти устройства до сих пор не потеряли актуальность в простых системах управления. ЭВМ или компьютеры стали наиболее распространенным и многообразным классом микропроцессорных систем. С появлением РС применение компьютеров для целей управления технологическими устройствами приобрело массовый характер. Для обозначения этого класса систем появился термин SoftPLC или PC.based control.

    Наиболее популярными и широко распространенными являются «классические» ПЛК.

    В последнее время очевидна тенденция к взаимному проникновению двух идеологий построения систем автоматики друг в друга. Среди компьютерных систем управления появляются пакеты программирования, позволяющие разрабатывать алгоритмы работы для РС-совместимой техники на стандартных для ПЛК языках, например Entivity Studio. И, наоборот, среди классических серий контроллеров появляются процессорные модули со встроенной операционной системой Windows, и, соответственно, с возможностями программирования средствами Visual Studio, с использованием таких стандартных для компьютерных систем интерфейсов как DDE и OPC внутри контроллера.

    ПЛК в общем виде состоит из двух основных блоков: процессорного модуля и системы ввода/вывода внешних сигналов. Процессорный модуль управляет всей логикой работы ПЛК и делится на процессор и память.

    Система ввода/вывода физически подключается к, так называемым, полевым устройствам (реле-усилители, выключатели, пускатели, датчики и т.д.) и обеспечивает интерфейс между процессорным модулем и информационными (входами) и управляющими (выходами) каналами.

    При работе процессор «читает» входные данные с подключенных полевых устройств с помощью своих входных интерфейсов, и затем выполняет управляющую программу, которая загружена в память процессорного модуля. Программы обычно разрабатываются на языке релейной логики, который очень похож на схемы релейной автоматики, и должны быть загружены в память контроллера до начала его работы.

    Наконец, на основании программы ПЛК «записывает» или обновляет управляющие выходы через выходные интерфейсы. Этот процесс, называемый циклом сканирования, постоянно выполняется в одной и той же последовательности без остановки и изменяется только когда, когда вносятся изменения в управляющую программу.

    Дискретные приложения

    ПЛК обычно управляют машинами или процессами последовательными по своему происхождению, используя «дискретные» входы и выходы для определения состояния объекта. Например, если концевой выключатель определяет наличие детали, то он переходит в состояние «ВКЛЮЧЕНО», а если не обнаруживает деталь, то выдает сигнал «ВЫКЛЮЧЕНО».

    Машина или устройство постоянно выполняет предопределенные последовательные действия либо на основании событий, либо по истечению заданного времени. Предполагаемая последовательность действий обычно прерывается только тогда, когда возникает аварийная ситуация.

    Именно для подобных применений появились первые системы автоматики на базе релейных схем, а на смену им пришли первые ПЛК.

    Приложения для управления процессами

    ПЛК может также управлять непрерывными процессами, т.е. принимать и выдавать аналоговые сигналы. Например, температурный датчик выдает изменяющийся переменный сигнал 0-10 В на основании измерения фактической температуры. Программа контроллера постоянно отслеживает данные от датчика и обслуживает оборудование, которое может быть также аналоговым по своему происхождению. Примером подобного устройства может служить клапан с диапазоном открытия задвижки от 0 до 100%, управляемый через аналоговый выход контроллера 4-20 мА, или управление скоростью двигателя. Подобные применения называют также непрерывными приложениями, поскольку они обычно не имеют определенного начала или конца. Как только подобный алгоритм инициализируется, ПЛК должен поддерживать обслуживаемый процесс в «устойчивом» состоянии.

    ПЛК сегодня

    Технологии производства ПЛК постоянно развиваются в последнее время. Однако, следует отметить, что развитие ПЛК идет более медленно, чем в компьютерной технике, в связи с традиционно осторожным подходом к промышленным системам и более тщательной проверкой и отладкой используемого фирменного программного обеспечения контроллеров. Сегодняшний ПЛК — это более быстрое время сканирования, компактные системы ввода/вывода, стандартизированные средства программирования и специальные интерфейсы, позволяющие подключать нетрадиционные устройства автоматики непосредственно к контроллеру или объединять разное оборудование в единую систему управления. ПЛК могут не только связываться с другими управляющими системами, но также могут формировать отчет о функционировании, диагностировать свои собственные ошибки, а также ошибки в работе оборудования или процесса.

    Для классификации современных ПЛК обычно используют количество входов/выходов, а также указывают некоторые конструктивные характеристики и типы приложений, в которых данный контроллер может использоваться. Нано- и микро-, немодульные мини-ПЛК (также известные как моноблочные) обычно имеют меньшую память и малое число входов/выходов в фиксированных конфигурациях. Модульные ПЛК имеют каркасы или стойки для установки в них многочисленных модулей ввода/вывода и могут использоваться для более сложных приложений.

    Как правильно выбрать ПЛК?

    Выбор наиболее эффективного ПЛК для Вашего приложения зависит от множества факторов. Для начала неплохо иметь схему автоматизации машины или процесса. Схема поможет идентифицировать полевые устройства и физические требования к расположению аппаратуры. Со схемой Вы сможете определить количество аналоговых и/или дискретных устройств.

    Как только требования к полевым устройствам и расположению аппаратуры будут определены, Вы сможете подобрать контроллер, который удовлетворит Ваши требования.

    Из чего выбирать

    Спектр продукции, предлагаемой сегодня, чрезвычайно широк. Все они построены по магистрально-модульному принципу, монтируются на панель или DIN-рейку, работают от напряжения +24 В, поддерживают протоколы обмена Fieldbus, имеют широкий набор модулей:

    Промышленные контроллеры, их понятие и сущность (стр. 1 из 4)

    Международная электротехническая комиссия

    Языки стандарта МЭК

    1. Диаграммы SFC

    2. Список инструкций IL

    3. Структурированный текст ST

    4. Релейные диаграммы LD

    5. Функциональные диаграммы FBD

    Основные недостатки МЭК 61131 .

    Возможные альтернативы стандарту МЭК61131-3.

    На современном этапе в качестве ядра любой системы промышленной автоматизации используется программируемый логический контроллер (ПЛК), к которому со стороны объекта автоматизации подключаются датчики и исполнительные органы.

    Через датчики в ПЛК поступает информация о текущем состоянии объекта, а через исполнительные органы ПЛК может изменять состояние управляемого объекта. Эта базовая схема может усложняться. Например, ПЛК могут подключаться к автоматизированному рабочему месту (АРМ) оператора для супервизорного управления или к базе данных (БД) для накопления информации и интеграции в АСУ предприятия. Поскольку все ПЛК строятся на базе цифровой техники, естественным образом предполагаются некоторые языковые средства их программирования. Причем в силу специфики задачи алгоритмические языки программирования, такие как Си, Паскаль, Си++, не годятся для этих целей.

    Специфика автоматизации предполагает наличие собственно системы управления, включающей датчики обратной связи и органы управления, и внешней (по отношению к системе управления) среды, на которую система управления воздействует через органы управления, – объекта управления – технической системы, реализующей некоторую производственную технологию. Воздействия – или, другими словами, реакция системы управления – определяются алгоритмом управления в зависимости от событий на объекте управления, информация о которых поступает через датчики обратной связи. Для цифровых систем это обстоятельство обусловливает цикличность управляющего алгоритма по схеме: считывание состояния входных сигналов через датчики – их обработка и формирование выходных сигналов – выдача выходных сигналов на исполнительные органы. Событийность предполагает алгоритмические изменения программы и набора обрабатываемых ею входных/выходных сигналов в зависимости от происходящих на объекте событий.

    Алгоритм управления предполагает синхронизацию своего исполнения с физическими процессами во внешней среде, что обусловливает необходимость развитой службы времени и активную работу с временными объектами: задержками, паузами, таймаутами. Другая характерная особенность алгоритмов управления – логический параллелизм , отражающий

    существование множества параллельно протекающих процессов в объекте управления. (Поскольку события, происходящие в различных компонентах системы, возникают независимо и в произвольной последовательности, то попытка задать реакцию системы единым блоком означает комбинаторный перебор большого числа вариантов и неоправданный рост сложности описания). Логический параллелизм предполагает наличие в алгоритме управления независимых или слабо зависимых частей – логически обособленных потоков управления.

    Поскольку программы пишутся человеком и исключительно для человека, то в силу особенностей человеческой психики языки должны быть просты в изучении. Кроме того, языки должны предоставлять механизмы структуризации алгоритма (в нашем случае – языковые средства организации совместного функционирования логически параллельных частей) и механизмы абстрагирования (в нашем случае –понятийный переход от датчиков и исполнительных органов к целевому технологическому процессу). Т.е. программа должна быть организована в виде обозримых, информационно-изолированных компонентов, возможно иерархически вложенных друг в друга, и на некотором уровне иерархии программирование должно вестись в естественных терминах технологического процесса.

    Перечисленные обстоятельства обусловливают разработку специализированных языков промышленной автоматизации.

    ОБЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ

    Попробуем прежде всего детально и четко разобраться, что мы сегодня вкладываем в понятие «универсальный промышленный контроллер».

    Слово «контроллер» произошло от английского control (управление), а не от русского «контроль» (учет, проверка). Контроллером в системах автоматизации называют устройство, выполняющее управление физическими процессами по заданному в нем алгоритму с использованием информации, получаемой от датчиков и выводимой в исполнительные устройства. Контроллеры, выполненные на элементах жесткой непрограммируемой логики, в настоящее время практически не выпускаются. Говоря о контроллерах сегодня, мы почти без исключения имеем в виду цифровые микропроцессорные устройства.

    Термином «промышленный контроллер» обозначают микропроцессорное устройство со встроенным аппаратным и программным обеспечением, которое используется для выполнения функций управления технологическим оборудованием. Их развитие идет по двум направлениям — создание специализированных и универсальных контроллеров.

    Специализированным контроллером считается устройство, которое разрабатывалось для конкретного применения и не может применяться в иных местах. Разработка специализированного контроллера базируется на идее минимизации аппаратных и программных средств для того, чтобы в итоге добиться оптимизации таких качественных показателей системы, как быстродействие, точность, стоимость, массо-габаритных показателей. Такой контроллер может быть встроен только в конкретную систему и обладает жесткой логикой работы, заложенной при изготовлении. Проектирование таких контроллеров окупается только для изделий, выпускаемых значительным тиражом.

    Простейшие специализированные контроллеры выпускаются для выполнения некоторых типовых функций. Примерами типовых функций могут являться подсчет изделий, измерение, отображение и (или) регулирование какого-либо параметра (температуры, влажности и т.п.) по тому или иному закону и программе регулирования. Такие контроллеры обычно являются составными компонентами более развитых систем автоматизации. Более сложные специализированные контроллеры используются для установки на часто встречающихся объектах управления, например на теплопунктах системы жилищно- коммунального хозяйства, в системах кондиционирования помещений и т.д. Такие контроллеры выполняют весь комплекс типовых функций на подобных объектах. Если предусмотрено программирование специализированного контроллера, то оно сводится лишь к подстройке под параметры конкретного объекта (установка коэффициентов закона регулирования, задание уставок и т.п.).

    При создании промышленных систем управления станками, технологическими поточными линиями, как правило, приходится иметь дело не более чем с единицами однотипных устройств. Кроме того, очень существенной здесь является возможность быстрой перенастройки оборудования на выпуск другой продукции. Для уникальных проектов, мелкосерийных изделий и опытных образцов желательно иметь универсальный свободно программируемый контроллер.

    Сначала универсальные контроллеры строились исходя из концепции размещения в рамках выбранного конструктива максимально возможного набора аппаратных средств, избыточного для отдельного конкретного применения.

    Могло показаться, что большой объем аппаратных ресурсов сделает такое устройство обязательно дорогим, что ограничит его использование. Однако это было не так. Каждый пользователь находил в составе аппаратных ресурсов универсального контроллера средства, нужные именно ему. Кроме избыточности аппаратных средств, мощным фактором универсализации выступала и выступает возможность управлять микропроцессорными устройствами с помощью самостоятельно создаваемых пользователем программ. Таким образом, потребителей подобных контроллеров было очень много. Большой объем их выпуска существенно снижал их стоимость, и пользователь просто не обращал внимания на не используемые им (для него избыточные) аппаратные средства контроллера. Но самое главное — каждый потребитель освобождался от необходимости изготовления устройства управления (разработки схем, печатных плат, конструктива, отладки), что в итоге сокращало средства и время, затрачиваемые им на реализацию и внедрение конкретного проекта.

    В современных системах управления на контроллеры возлагаются самые разнообразные задачи и для их решения требуется все более широкий круг самых различных технических средств. В этом смысле концепция универсализации контроллеров (широты их применения), основанная на введении в состав каждого из них большого и избыточного для каждой конкретной задачи набора средств, в конечном счете должна была потерять смысл.

    Решением этой проблемы явился модульный подход к реализации контроллеров. Он состоит в делении контроллера на модули таким образом, чтобы каждый из них становился коммерчески эффективным изделием и мог изготавливаться в больших количествах. При этом каждый контроллер состоит как бы из двух частей: базовой части, которая включает обязательный и минимальный набор средств, и части, которая может модифицироваться, набираться из нескольких отдельных модулей, включающих определенный набор средств. Проектировщик как из кубиков набирает с минимальной функционаьной избыточностью тот состав средств, который нужен ему для решения конкретной задачи.

    Базовая часть контроллера обязательно включает центральный процессорный блок (Central Processors Units — CPU), основными задачами которого являются хранение программы работы и данных, управление периферийными модулями, организация обмена данными и командами с центральным управляющим компьютером, обмен данными с прочими контроллерами того же иерархического уровня, проведение диагностики работоспособности узлов. Подключаемые к нему модули выполняют конкретный набор необходимых функций по связи с датчиками и исполнительными устройствами.

    Модульный принцип набора функций контроллеров как нельзя лучше соответствует общей концепции создания и использования универсальных контроллеров, что способствует расширению сферы их применения и в конечном счете увеличению объемов их выпуска.

    Кроме рассмотренных очевидных факторов, определяющих широту применения универсальных контроллеров (модульность и программируемость) , большую роль играют усилия производителей таких устройств, направленные на обеспечение максимального удобства их программирования, отладки систем и возможности включения контроллеров в состав сетей распределенных (децентрализованных) систем управления.

    ПЛК ориентированы на длительную работу в условиях промышленной среды. Это обусловливает определенную специфику схемотехнических решений и конструктивного исполнения. Хороший ПЛК обладает мощной и интуитивно понятной системой программирования, удобен в монтаже и обслуживании, обладает высокой ремонтопригодностью, имеет развитые средства самодиагностики и контроля правильности выполнения прикладных задач, возможности интеграции в единую систему, надежен и неприхотлив. Мощное вычислительное ядро современных ПЛК делает их очень похожими на компьютеры.

    Долгое время применение универсальных контроллеров ограничивалось тем, что достичь достаточно высоких требований по производительности и точности в рамках массового выпуска унифицированных устройств было весьма трудно. Однако развитие микропроцессорной техники, достижения технологии изготовления интегральных средств все больше стирали эти ограничения. И при разработке систем управления технологическими процессами применение универсальных контроллеров является сегодня уже основным подходом.

    В целом в силу дешевизны, надежности и простоты применения П Л К доминируют на нижнем уровне систем промышленной автоматики. Они обеспечивают непосредственное управление оборудованием на переднем крае производства. Программируемые контроллеры находят применение в различных отраслях промышленности.

    Черная и цветная металлургия. Программируемые контроллеры в этих отраслях применяются для управления транспортными операциями на коксовых батареях, загрузке доменных печей, для автоматизации литейных цехов. Их используют также для решения задач, связанных с анализом газов и с контролем качества.

    Металлообработка и автомобильная промышленность. Это те отрасли, где ПЛК нашли очень широкое применение. Их можно встретить на автоматических линиях и сборочных конвейерах, на стендах для испытания двигателей, а также на прессах, токарных автоматах, шлифовальных и агрегатных станках, сварочных установках, автоматических станках для разрезки.

    Химическая промышленность. В настоящее время ПЛК используются для управления технологическими установками, устройствами дозирования и смешивания продуктов, очистки отходов химического производства, а также на установках по переработке пластмасс и агрегатах в производстве резины.

    Нефтедобыча. Кроме областей применения, аналогичных предыдущей отрасли, ПЛК используются на перекачивающих и распределительных станциях для управления работой и наблюдения за магистральными трубопроводами.

    Транспортные и погрузочно-разгрузочные операции. Программируемые контроллеры используются при сортировке посылок, почтовых отправлений, механизированном управлении складскими операциями, упаковке, конвейерной пересылке, комплектовании изделий на поддонах, в лифтовом хозяйстве, грузоподъемных механизмах и др.

    Другие области применения. Все случаи использования ПЛК перечислить невозможно. В текстильной промышленности они могут применяться для управления операциями автоматического раскроя тканей и контроля нитей, на транспортных конвейерах. В стекольной промышленности, в производстве хрусталя ПЛК управляют операциями отрезки и упаковки. Устройства логического управления используются при решении задач, связанных с охраной (офисных зданий, промышленных предприятий) и обеспечением безопасности (ядерная энергетика).

    Настоящий бум внедрения контроллеров в системы промышленной автоматизации начался с появлением интегральных микропроцессоров. Именно с этого момента программируемые контроллеры стали базовыми компонентами систем промышленной автоматизации. С середины 1970-х гг. выпуском их начали заниматься уже десятки компаний.

    Но некоторое время складывалась ситуация, свойственная начальному этапу становления любого нового крупного класса технических средств, связанная с отсутствием договоренностей об общих спецификациях и стандартах. Сначала каждый изготовитель разрабатывал контроллеры, основываясь только на своем представлении, какими они должны быть, предлагал собственный язык программирования. В результате ПЛК разных производителей были аппаратно и программно несовместимы. Замена ПЛК на продукт другого изготовителя превращалась в огромную проблему. Покупатель ПЛК бьш вынужден

    использовать изделия только одной фирмы либо тратить силы на изучение разных языков и средства на приобретение соответствующих инструментов.

    Достаточно быстро подошел момент, когда уже было нужно зафиксировать все то положительное, что было наработано в этой области, и тем самым создать основу для общего дальнейшего развития. В итоге в 1979 г. в рамках Международной электротехнической комиссии (МЭК, англ. International Electrotechnical Commission — IEC) была создана специальная группа технических экспертов по проблемам ПЛК. Перед ней была поставлена задача выработать стандартные требования к аппаратным средствам, программному обеспечению, правилам монтажа, тестированию, документированию и средствам связи ПЛК. В 1982 г. был опубликован первый вариант стандарта, который получил наименование МЭК 1131. С 1997 г. МЭК перешел на пятизначное обозначение своих документов, и в настоящее время наименование международной версии этого стандарта — МЭК 61131 Программируемые контроллеры (Programmable Controllers).

    Ввиду сложности и объемности проблемы уже на этапе создания стандарта было образовано несколько проблемно-ориентированных подразделений, каждое из которых готовило его определенную часть. Итоговый документ включает пять частей, которые в некоторых случаях рассматриваются как отдельные стандарты.

    • 1. Общая информация.
    • 2. Требования к оборудованию и испытаниям.
    • 3. Языки программирования.
    • 4. Руководства пользователя.
    • 5. Разработка сообщений.

    Считается, что положения и процедуры, устанавливаемые стандартами серии МЭК 61131, должны применяться комплексно и имеют приоритет перед положениями других стандартов МЭК в отношении программируемых контроллеров и связанных с ними периферийных устройств (за исключением стандартов по безопасности).

    Наиболее актуальными стали вторая и третья части стандарта. Вторая часть стандарта «Программируемые контроллеры. Общие технические требования и методы испытаний» (Programmable controllers. General technical requirements and test methods) является базисом, на основе которого строят свою работу производители контроллеров и их периферийного оборудования. Промышленные контроллеры и связанные с ними периферийные устройства в этом стандарте рассматриваются как самостоятельные изделия, применяемые для автоматизации производственных процессов. Стандарт устанавливает: • электрические, механические и функциональные требования для

    промышленного контроллера и связанных с ними периферийных

    • • условия эксплуатации, хранения и транспортирования;
    • • методы испытаний и процедуры, которые должны использоваться для проверки соответствия характеристик промышленного контроллера и связанных с ним периферийных устройств установленным требованиям.

    Вопросам программирования контроллеров посвящена третья часть стандарта «Программируемые контроллеры. Языки программирования» (Programmable controllers. Programming languages). Она определяет языки программирования и структурирующие элементы, которые используются для написания программ для контроллеров.

    Стандарты МЭК 61131 официально применяются и в России — в 2001 г. введен ГОСТ Р 51840-2001 (МЭК 61131-1 -92) «Программируемые контроллеры. Общие положения и функциональные характеристики». В том же году введен ГОСТ Р 51841-2001. Он является адаптированным стандартом МЭК 61131-2, т.е. второй части общего стандарта. В Украине в 2002 г. был принят соответствующий стандарт ДСТУ 4108-2002, в республике Беларусь — СТБ IEC 61131-2-2010. В настоящее время службами Госстандарта России проводятся работы по адаптации остальных разделов МЭК 61131.

    Базовые стандарты МЭК 61131 и соответствующие национальные стандарты стали не просто констатацией определенного уровня технического развития этой отрасли на момент их принятия. Они стали прочным и постоянным базисом развития на долгие годы как аппаратных, так и программных средств, гарантией сохранения инвестиций в нее конечных пользователей и поставщиков.

    [24-04-2020] Подключите MQTT к облаку, чтобы запустить централизацию облачных данных

    [28-03-2020] cMT3072 и cMT3103 – две новые модели панелей семейства cMT от Weintek

    Вертикали и горизонтали промышленной автоматизации.

    Компания ПЛК-Системы позиционирует себя как команда специалистов, работающих в области промышленной автоматизации.

    Системы, предназначенные для «уровня исполнения» мы называем информационно-управляющими системами (ИУС). В международной терминологии системы этого уровня обозначаются как MES (Manufacturing execution systems).

    Международная организация MESA International (Ассоциация поставщиков MES) подготовила список функций по управлению производством, которые должны входить в «полнофункциональную» MES-систему:

    Распределение ресурсов и контроль их состояния – подготавливает информацию о ресурсах, включая оборудование, инструментальные средства, трудовые навыки, материалы, и другие объекты (например, документация), которые должны быть доступны для работы, чтобы начать производство.

    Оперативное планирование – обеспечивает составление графиков/производственных заданий, основанных на приоритетах, текущем состоянии, характеристиках, и/или рецептах, связанных с определенными производственными агрегатами, участками, цехами.

    Диспетчеризация производства – управляет производственными агрегатами, участками и цехами путем выдачи плановых заданий, распоряжений по пуску/останову технологического оборудования, распределения партий сырья и полуфабрикатов, нарядов на выполнение работ.

    Управление документами – управляет документооборотом, который должен сопровождать производственные процессы, включая рабочие инструкции, рецепты, чертежи, наряды на выполнение работ, накладные на получение материалов и инструмента, паспорта на партии продукции, изменения в технологических картах и регламентах, документы по передаче остатков продукции и полуфабрикатов между рабочими сменами, отчеты «план-факт».

    Сбор данных – обеспечивает сбор и распределение данных о текущем состоянии всех производственных ресурсов.

    Управление трудовыми ресурсами – обеспечивает управление персоналом в оперативном режиме.

    Управление качеством – обеспечивает анализ в реальном масштабе времени информации, характеризующей качество материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, чтобы своевременно обнаруживать и идентифицировать проблемы, требующие внимания.

    Управление производственными процессами – контролирует ход производства и автоматически исправляет или формирует «совет оператору» для того, чтобы исправить и улучшить производственный процесс.

    Управление техническим обслуживанием – контролирует и организует действия, направленные на поддержание оборудования и инструментальных средств в работоспособном состоянии.

    Мониторинг материальных потоков и Генеалогия – обеспечивают контроль движения материалов, полуфабрикатов и готовой продукции во времени и пространстве в процессе производства. Информация о материальных потоках может включать данные о производственном персонале, занятом в производстве (номера бригад, табельные номера); информацию о поставщиках сырья, полуфабрикатов; номера партий и серийные номера изделий; текущие технологические параметры процесса; любые аварийные сигналы, информацию о браке или других отклонениях, связанных с материалом/изделием.

    Анализ Выполнения – обеспечивает текущий контроль фактических результатов производственных процессов, сравнение с прошлой «историей» процессов и прогнозирование ожидаемых результатов.

    Этот список настолько обширен, что нет и, наверное, не будет ни одного производителя MES-систем способного в своей продукции реализовать все функции. Тем более что конкретная их реализация сильно отличается для разных типов производств и отраслей промышленности. Часть задач из этого списка мы можем реализовать уже сейчас. И мы будем стараться расширять свои возможности.

    «Уровень планирования» — это обширная сфера деятельности, охватываемая различными MRP/ERP –системами. В целом – это не наша сфера деятельности. Но в связи с тем, что в нашей номенклатуре есть система Avantis, относящаяся к классу EAM-систем, кое-что относящееся к «уровню планирования» у нас есть.

    Сейчас уже никто не оспаривает тот факт, что информационные технологии могут существенно повысить эффективность производства, причем важно, что бы они использовались на всех уровнях управления. Для этого необходима интеграция различных систем, используемых на предприятии. Это очень непростая задача, так как зачастую на предприятии одновременно функционируют системы различных поколений, основанные на разных аппаратных и программных платформах. Но, как известно, спрос рождает предложение. Поэтому в последние годы в фокусе внимания специалистов по информационным технологиям оказались промышленные платформы интеграции приложений – Enterprise Application Integration (EAI). Успехи разработчиков в этом направлении позволяют объединять в одной корпоративной информационной системе лучшие в своем классе приложения. В последние годы такой подход составляет серьезную конкуренцию «динозаврам» из стана производителе ERP-систем.

    Мы поддерживаем эту тенденцию, потому что проповедуем принципы РАЦИОНАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ, которая служит интересам производства, а не производителей средств автоматизации.

    Что такое программируемый логический контроллер

    Контроллер (от англ. Control) — управление. Контроллером в автоматизированных системах называют техническое средство, выполняющее функции управления физическими процессами в соответствии с заложенным алгоритмом, с использованием информации, получаемой от датчиков и выводимой на окончательные устройства. Любое устройство, способное работать автоматически, имеет в своем составе управляющий контроллер — модуль, определяющий логику работы устройства.

    Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — технические средства, используемые для автоматизации технологических процессов. Это электронное специализированное устройство, работающее в реальном масштабе времени. Основным режимом работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьезного обслуживания и без вмешательства человека. ПЛК обычно применяются для управления последовательными процессами, используя входы и выходы для определения состояния объекта и выдачи управляющих воздействий.

    Программируемый логический контроллер, представляют собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное количество входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и предназначенный для работы в режимах реального времени.

    Для используемых в настоящее время релейно-контактных систем управления характерна невысокая надёжность, наличие открытых контактов и др. Применение программируемых логических контроллеров (ПЛК) для автоматизации локальных систем управления является наиболее эффективным.

    ПЛК программируются в соответствии со стандартом МЭК-61131-3. Программируются ПЛК с помощью специализированных комплексов, один из наиболее популярных является CoDeSys. Он включает в себя следующие языки: графические (Ladder Diagram, Function Block Diagram, Sequential Function Chart, Continuous Function Chart), текстовые (Instruction List, Structured Text).

    Первый в мире программируемый логический контроллер появился в середине XX века. Modicon 084 представлял собой шкаф с набором соединённых между собой реле и контактов, его память составляла лишь 4 килобайта. Термин ПЛК ввел Аллен-Брадли в 1971. Вместе с Ричардом Морли он является «отцом ПЛК».

    Структура работы программируемого логического контроллера:

    Алгоритм работы ПЛК:

    В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьезного обслуживания и практически без вмешательства человека.

    ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в машиностроении:

    в отличие от микроконтроллера (однокристального компьютера) — микросхемы, предназначенной для управления электронными устройствами — областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства в контексте производственного предприятия;

    в отличие от компьютеров ПЛК ориентированы на работу с агрегатами машин через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы, ориентированных на принятие решений и управление оператором;

    в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования.

    наличие расширенного числа логических операций и возможность задания таймеров и счетчиков.

    все языки программирования ПЛК имеют легкий доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличие от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров.

    Существуют ПЛК разного уровня сложности в зависимости от сложности решаемых задач автоматизации.

    Основные операции ПЛК соответствуют комбинационному управлению логическими схемами специфических агрегатов — механических, электрических, гидравлических, пневматических и электронных.

    В процессе управления контроллеры генерируют выходные сигналы (включить — выключить) для управления исполнительными механизмами (электродвигателями, клапанами, электромагнитами и вентилями) на основании результатов обработки сигналов, полученных от датчиков, либо устройств верхнего уровня.

    Современные программируемые контроллеры выполняют также и другие операции, например, совмещают функции счетчика и интервального таймера, обрабатывают задержку сигналов.

    Программируемые логические контроллеры среднего и высокого уровня, как правило, имеют встроенные аппаратно-программные средства управления движением, в частности, модули быстродействующих счетчиков, модули позиционирования и др., которые дают возможность сравнительно просто реализовать функции управления движением и обеспечить позиционирование с высокой точностью.

    Конструктивно ПЛК приспособлены для работы в типовых промышленных условиях, с учетом загрязненной атмосферы, уровней сигналов, термо- и влагостойкости, ненадежности источников питания, а также механических ударов и вибраций. С этой целью аппаратная часть заключается в прочный корпус, минимизирующий негативное влияние ряда производственных факторов.

    Главным отличием ПЛК от релейных схем управления является алгоритмы, которые реализованы с помощью программ. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности.

    Программируемые логические контроллеры традиционно работают в нижнем звене автоматизированных систем управления предприятием (АСУ) — систем, непосредственно связанных с технологией производства. ПЛК обычно являются первым шагом при построении систем АСУ. Это объясняется тем, что необходимость автоматизации отдельного механизма или установки всегда наиболее очевидна. Она дает быстрый экономический эффект, улучшает качество производства, позволяет избежать физически тяжелой и рутинной работы. ПЛК по определению созданы именно для такой работы.

    Основное преимущество ПЛК является в том, что один маленький механизм может заменить огромное количество электромеханических реле, а также быстрое время сканирования, компактные системы ввода/вывода, стандартизированные средства программирования и специальные интерфейсы, позволяющие подключать нетрадиционные устройства автоматики непосредственно к контроллеру или объединять разное оборудование в единую систему управления.

    Выбор программируемого контроллера является важной и сложной задачей при создании систем автоматического управления технологическими параметрами на любом промышленном предприятии. При его выборе необходимо учесть и оценить большое количество факторов. Объединив технологические требования к конкретному объекту автоматического управления со сравнительным анализом современных программируемых логических контроллеров, можно принять правильное решение.

    Интеграция ПЛК в систему управления промышленным предприятием

    Подразделение «Промышленная автоматизация» компании Honeywell (NYSE: HON) объявило о выпуске новейшей версии программируемого логического контроллера ControlEdge™ (ПЛК). В сочетании с распределенной системой управления Honeywell Experion® (РСУ) этот ПЛК позволяет значительно сократить проектные расходы и трудозатраты на интеграцию систем и оборудования, а также повысить безопасность и доступность за счет улучшенной защиты от кибератак на промышленных объектах.

    Данный ПЛК используется в различных системах автоматизации производства, например, на уровне управления оборудованием и устройствами. ПЛК относится к следующему поколению семейства контроллеров ControlEdge и гарантирует высокоэффективный и безопасный обмен данными на всех уровнях коммерческих и технологических операций. В РСУ Experion и ПЛК ControlEdge используется общая платформа человеко-машинного интерфейса (ЧМИ), что обеспечивает более быстрый ввод в эксплуатацию КИП и расширяет возможности диагностики устройств.

    «Помимо значительного снижения затрат на интеграцию при использовании совместно с системой Experion, контроллер ControlEdge помогает сократить время простоев благодаря унифицированной поддержке, снизить риски безопасности при помощи встроенных средств киберзащиты и уменьшить общую стоимость владения за счет увеличения жизненного цикла системы, — говорит Эндрю Д’Амелио (Andrew D’Amelio), вице-президент и генеральный директор подразделения «Промышленная автоматизация» по промышленным контрольно-измерительных системам. — Выпуск новой версии ПЛК служит подтверждением наших намерений активно развивать эту платформу: мы стремимся охватить как можно больше областей применения и предоставить пользователям еще больше полезных функций».

    Honeywell предлагает ПЛК конечным пользователям, производителям оригинального оборудования (OEM), а также подрядчикам по проектированию, снабжению и строительству (ПСС), работающим в первую очередь в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, энергетической, химической отраслях, а также в сфере управления водными ресурсами и объектами инфраструктуры.

    «Заказчики смогут воспользоваться преимуществами полной интеграции РСУ с ПЛК, удаленными терминалами, средствами управления КИП, а также с новыми ЧМИ на основе ПК», — отмечает Эндрю Броди (Andrew Brodie), руководитель отдела глобального маркетинга «Промышленной автоматизации» по системам управления.

    Что такое промышленный контроллер-описание, применение, виды

    Среди разнообразных отраслей отечественной промышленности наиболее востребована сфера промышленной автоматики. Практически любой вид производства требует огромного количества компонентов, позволяющих автоматизировать те или иные производственные процессы. В конечном итоге каждое производственное предприятие заинтересовано в том, чтобы процесс управления технологическими процессами осуществлялся оперативно и автоматически.

    Сердцем любой автоматической системы управления (АСУ) служит промышленный контроллер.

    Историческая справка
    Первый промышленный контроллер появился в 1969 году в США. Его создание инициировала автомобильная корпорация General Motors Company, а разработала компания Bedford Associates.

    В те годы АСУ строились на жесткой логике (аппаратное программирование), что делало невозможным процесс их перенастройки.

    Поэтому каждая технологическая линия требовала наличия индивидуальной АСУ. Затем в архитектуре АСУ стали использовать устройства, алгоритм которых можно было менять с помощью схем соединений реле.

    Такие устройства получили название «промышленные логические контроллеры» (ПЛК). Однако АСУ, реализованные с использованием электромагнитных реле, отличались сложностью и большими размерами. Для размещения и технического обслуживания одной системы требовалось отдельное помещение.

    Разработанный инженерами компании Bedford Associates (США) микропроцессорный ПЛК позволил использовать информационные технологии в процессах автоматизации производственных процессов, сведя при этом человеческий фактор к минимуму.

    Современный промышленный контроллер

    В общем виде ПЛК представляет собой микропроцессорное устройство, с помощью которого осуществляется коммутация подключенных сигнальных проводов. Необходимые комбинации их подключения задаются программой управления на экране компьютера и затем заносятся в память контроллера.

    Программирование осуществляется как на классических алгоритмических языках, так и на языках, оговоренных стандартов МЭК 61131-3. Таким образом на предприятиях появилась возможность реализации различных АСУ, используя одно микропроцессорное устройство.

    Со временем разработчики систем промышленной автоматики перешли на элементную базу, совместимую с компьютерами IBM (ПК). Существует два направления в развитии аппаратных средств ПК-совместимых с ПЛК, в которых максимально сохраняется архитектура и конструктивные решения:

    1. ПЛК — с одновременной заменой его процессорного модуля на ПК-совместимый модуль с открытым программным обеспечением (серия контроллеров ADAM5000).
    2. IBM PC — в малогабаритных встраиваемых системах (модульные контроллеры стандартов РС104 и micro PC).

    Поэтому современные ПЛК — это ПК-совместимый модульный контроллер, предназначенный для решения задач локального управления. Их развитие в конечном итоге должно привести к:

    • уменьшению габаритных размеров;
    • расширению функциональных возможностей;
    • использованию единого языка программирования (МЭК 61131-3) и идеологии «открытые системы».

    Принцип действия и область применения ПЛК

    Любой вид ПЛК представляет собой электронное устройство, предназначенное для исполнения алгоритмов управления. Принцип действия всех ПЛК одинаков — сбор и обработка данных и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

    В промышленности ПЛК применяются очень широко. Этим и объясняется существование большого количества их разновидностей, среди которых можно выделить контроллеры:

    1. Общепромышленные (универсальные).
    2. Коммуникационные.
    3. Предназначенные для управления позиционированием и перемещением, в том числе роботами.
    4. С обратной связью (ПИД-регуляторы).

    Классификация ПЛК

    Существует большое количество параметров, по которым классифицируют ПЛК.

    Конструктивное исполнение:

    Количество каналов «ввод-вывод»:

    Способы программирования.

    ПЛК могут программироваться с:

    • лицевой панели устройства;
    • помощью переносного программатора;
    • использованием компьютера.

      Виды монтажа.

      Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

      Применение Программируемых Контроллеров (PACs) при Автоматизации Промышленных Систем.

        Елизавета Ипатович 1 лет назад Просмотров:

      1 Применение Программируемых Контроллеров (PACs) при Автоматизации Промышленных Систем. Современные требования в Автоматизации Промышленности Наше время предъявляет достаточно сложные, противоречивые, иногда даже взаимоисключающие, требования к Автоматизации Промышленности. Например, управляющие системы, ставшие уже традиционными, имеют простую связь с датчиками и исполнительными механизмами, хотя и позволяют решать достаточно много не сложных задач автоматизации. Более развитые системы управления уже строятся с применением сетевых технологий передачи данных, взаимодействия между отдельными устройствами, предоставляют необходимые данные на другие уровни и в другие системы управления предприятием, что обусловлено требованиями современности.. Это заметно расширяет возможности традиционных систем управления с использованием логики простого дискретного ввода/вывода сигналов от ПЛК (Программируемый Логический Контроллер). Многие традиционные ПЛК запрограммированы с использованием «Лестничных Диаграм (Ladder Logic, LAD)», в которых логически отражены физические соединения дискретных датчиков, реле, исполнительных механизмов и т.д. в системе управления. В задачах же, где требуются большие объемы математических вычислений с плавающей точкой, например, ПИД регулирование для контроля температур, использование LAD становится чрезвычайно трудоемким и заметно усложняет программирование. Для решения таких задач в традиционных ПЛК применяются специализированные аппаратные модули, которые программируются отдельно, что так же увеличивает трудоемкость и усложняет процесс создания управляющих программ.

      2 Применение ПЛК в задачах, характерных для ПК Современные задачи автоматизации предъявляют ряд требований, таких как сетевой обмен данными, взаимодействие между различными устройствами, интеграция с общими сетями передачи данных предприятия, которые делают весьма затруднительным использование традиционных ПЛК. Решение таких задач более свойственны ПК (Персональный Компьютер). Для их решения на традиционный ПЛК устанавливается дополнительный(ые) процессор, в системе так же присутствуют сетевые шлюзы или конвертеры (между сетями с различными сетевыми протоколами), «связующее» (специализированное) ПО работает на отдельном дополнительном ПК, там же работает «специализированное» ПО интеграции в общую сеть предприятия для предоставления всех необходимых данных. Такое построение системы управления является громоздким, трудоемким, имеет высокую стоимость. Применение ПК в качестве ПЛК В многочисленных задачах, где требуется активный сетевой обмен данными, использование модемной связи и т.д., вполне успешно применяются ПК в «промышленном исполнении». При таких ПК-характерных задачах традиционный ПЛК можно оснастить дополнительными модулями, однако, применение «промышленного ПК» в ПКЛ-характерных задачах при управлении механизмами или технологическими процессами и т.д., «промышленный ПК» так же требует дополнений и изменений. Например, ПК может использовать ОС (операционная система) не оптимизированную для «быстрых» технологических процессов и не являющуюся детерминистической (с «жёстким» и однозначно определенным временем отклика на событие). Дополнительно карты вв/выв, карты расширений или специализированные технологические карты могут потребовать от ОС ПК высокого быстродействия и «жесткого» детерменизма в «реальном масштабе времени». Введение в PAC system Производители промышленной автоматики, в ответ на расширяющиеся современные требования промышленности, объединяют детерминистический ПЛК-характерный стиль управления технологическими процессами с гибкостью конфигурирования и мощностью ПК. Такие устройства получили название Программируемый Контроллер для Автоматизации (Programmable Automation Controller, PAC ПКА). Идея комбинировать ПЛК и ПК технологии в системах управления технологическими процессами в начале заключалась в добавлении «связующего» (дополнительного, специализированного) ПО, дополнительных процессоров, объединения нескольких ПЛК. ПКА, однако, потребовали серьезной переработки дизайна программно-аппаратной платформы. К примеру, для реализации таких функций, как счетчики, триггеры, ПИД-функции, сбор, обработка и обмен данными системы управления на традиционных ПЛК требуют использования высокопроизводительных и весьма дорогостоящих аппаратных модулей. В то время как ПКА уже имеют такие возможности. ПКА выполнены в модульном исполнении, имеют «открытую архитектуру», возможность расширения дополнительными модулями вв/выв и коммуникаций с различными устройствами и бизнес-системами. В частности, ПКА показывают отличную производительность и эффективную обработку сигналов вв/выв. ПКА многофункциональны и могут эффективно одновременно обрабатывать дискретный/аналоговый вв/выв, осуществлять высокоскоростной обмен данными с устройствами по последовательным каналам от различных источников. А так же ПКА имеют гибкие возможности интеграции в различные бизнес-системы. Характеристики ПКА Руководствуясь многими соглашениями аналитики промышленной автоматизации из ARC Advisory Group дали начало данному направлению и присвоили ему название «PAC». ARC выбрало такое название из двух соображений: помочь пользователям средств автоматизации наиболее точно определить необходимое оборудование в соответсвии с требованиями задачи автоматизации; выбрать производителя данной продукции, который бы наиболее полно осуществлял поддержку своей продукции в течении всего её жизненного цикла.

      3 По определению ARC, ПКА должен всецело отвечать следующим требованиям: ^ Operate using a single platform (работа всей системы на одной платформе) включая логические устройства, управление перемещением, управление электрическим приводом, управление технологическими процессами; ^ Employ a single development platform (расширение или изменение в пределах единой платформы) единая база тэгов (обрабатываемых сигналов) и база данных для всей внедряемой системы; ^ Tightly integrate controller hardware and software контроллер с жестко связанным программно-аппаратным обеспечением; ^ Be programmable using software tools (программирование с использованием программных инструментов) возможность создания/изменения управляющей программы «в процессе» работы различных механизмов и устройств. ^ Operate on open, modular architectures (работа на открытой, модульной архитектуре) на всех уровнях, от цехового (всего комплекса исполнительных механизмов и агрегатов), до отдельных устройств. Employ de-facto standards (де-факто стандартно имеет возмоэжности) сетевого обмена данными через различные интерфейсы, протоколы, стандартно позволяет обмениваться данными с устройствами различных производителей оборудования. ^ Provide efficient processing and I/O scanning обеспечивает эффективную обработку данных и управление технологическим процессом, скоростную обработку каналов вв/выв. Преимущества при развертывании системы и дальнейшего её использования Характиристики систем, постороенных на базе ПКА, определяют ключевые преимущества их применения в промышленных приложениях. Эти ключевые преимущества объединяют в себе расширенные возможности по сравнению с традиционными ПЛК (которые необходимо дооснащать специализированными модулями), что обеспечивает прекрасную производительность при обработке событий и управления процессом за счет работы на интегрированной программно-аппаратной платформе. Интеграция аппаратной и программной составляющих дают следующие преимущества при создании системы: «комплексная программная среда» (integrated development environment — IDE) для систем ПКА имеет единую базу данных тэгов (переменных процесса) используемую всеми программными инструментами. ПКА системы развертываются на объекте с помощью единого программного пакета, а так же, при необходимости, модернизируется в будущем, вместо целого ряда программных пакетов от различных вендоров, как в случае традиционных систем автоматизации. Следующим преимуществом является возможность апгрейда (обновления) как аппаратных частей системы, так и ПО. Модульное исполнение процессоров делает возможным их замену без кабельного перемонтажа. Ну и компактный размер модульных КПА значительно экономит шкафное пространство. ПКА обеспечен современными сетевыми интерфейсами, что позволяет вести обмен данными в «реальном масштабе времени» (обработка и передача данных не ниже скорости возникновения событий в техпроцессе). Это позволяет наиболее качественно, полно и точно получать все необходимые данные и использовать их в бизнес приложениях. Термины и аббревиатура, использованная в данном документе DAQ Data Acquisition ERP Enterprise Resource Planning HMI Human-Machine Interface I/O Input/Output IDE Integrated Development Environment IP Internet Protocol OEE Operational Equipment Effectiveness OEM Original Equipment Manufacturer OPC OLE For Process Control PAC Programmable Automation Controller PC Personal Computer PID Proportional-Integral-Derivative PLC Programmable Logic Controller PPP Point-to-Point Protocol PSTN Public Switched Telephone Network RTU Remote Terminal Unit SCADA Supervisory Control And Data Acquisition SCM Supply Chain Management SNMP Simple Network Management Protocol SQL Structured Query Language TCO Total Cost Of Ownership TCP Transmission Control Protocol

      4 Финансовый эффект ПКА используют стандартные(!) сетевые технологии, протоколы, такие как Ethernet и TCP/IP, для обмена данными. Системы на базе ПКА могут давать различные финансовые преимущества. Общая стоимость системы управления снижается в следствии относительно недорогих (по сравнению с традиционными ПЛК системами) аппаратных средств, снижения стоимости работ и времени создания системы. Обеспечение ПКА систем более доступно по сравнению со схожими (по функциональности) системами на традиционных ПЛК. Так же ПКА системы характеризуются большей возвратностью капитальных вложений, уменьшением стоимости в течении «жизненного цикла» системы, в целом низкой стоимостью владения (total cost of ownership — TCO), что расширяет применимость таких систем автоматизации в различных областях промышленности. Ну и в заключении, снижение первоначальных капиталовложений: ПКА системы позволяют начинать развертывать систему автоматизации с минимальным количеством модулей вв/выв, специализированных модулей, остальные модули добавляются по мере необходимости в процессе создания системы, а оставшиеся возможно добавить по окончании монтажа или завершении всего проекта в целом.

      5 Применение ПКА для решения современных задач промышленной автоматизации Одна рабочая платформа на разных уровнях и зонах Единая система (показанная на стр.1) работает в различных зонах: для мониторинга и управления производственной линией; для управления химическим процессом; для задания и тестирования «рецептов»; для упаковки и отгрузки готовой продукции и т.п. На всех уровнях и зонах ПКА должен одновременно обрабатывать аналоговые значения сигналов, такие как температура, давление, уровень и т.д., дискретные состояния задвижек, концевых переключателей, индикаторов состояния и т.д., отслеживать состояние и производить тестирование работоспособности оборудования. В определенные (заданные) моменты времени ПКА обменивается полученными данными через ОРС (OLE for Process Control) сервер с панелью(лями) оператора в рабочей зоне, с SQL (Structured Query Language) сервером базы данных. Одновременно с этим ПКА производит обработку задачи управления техпроцессом без использования дополнительных процессоров, сетевых шлюзов или специализированного прикладного ПО. Поддержка стандартных сетевых протоколов В рассматриваемом примере ПКА, операторская и рабочая станции, тестовое оборудование, датчики и исполнительные механизмы техпроцесса, баркод ридеры и т.п. подключены к стандартной 10/100МБ Ethernet сети передачи данных, проложенной везде, где это возможно. В некоторых случаях, устройства не имеющие Ethernet интерфейса, например, температурные датчики, подключены напрямую к модулям вв/выв ПКА, либо к модулям, установленным в промежуточные узлы (рэки — racks) вв/выв, имеющие интерфейс Ethernet и опрашиваются ПКА по сети. Используя Ethernet сеть, ПКА обменивается данными с удаленными рэками для операций четния/записи аналоговых/дискретных, последовательных сигналов. По этой же сети ПКА через ОРС-сервер соединяется с операторской(кими) панелью и SQL сервером базы данных. Безпроводной сегмент системы так же является частью общей сети. ПКА может обмениваться с различными мобильными устройствами или временными операторскими станциями. ПКА может контроллировать, мониторить, обмениваться данными с множеством устройств и систем, так как использует такие же стандартные сетевые технологии и протоколы, что и они. В данном примере приведены проводные, безпроводные сети Ethernet, интернет протокол (Internet Protocol — IP), OPC, SQL. Другими примерами для систем управления могут быть следующие протоколы: Modbus, SNMP (Simple Network Management Protocol), PPP (point-to-point protocol, обмен точка-точка), возможен так же через модемное соединение. ПКА осущесттвляет коммуниакции под различные требования промышленной системы. ПКА одновременно контролируют объект, собирают данные, обмениваются с другими системами по сети, отслеживают другие задачи. Обмен данными с другими системами предприятия В приводимом примере ПКА обменивается данными с зонами и производства, изготовления, учета готовых изделий и с SQL базой данных предприятия. Эта база предоставляет необходимые данные в другие ключевые бизнес системы, такие как: система планирования ресурсов предприятия (enterprise resource planning — ERP), система учета общей эффективности использования оборудования (operational equipment effectiveness — OEE), система управления поставками и снабжением (supply chain management — SCM). Ввиду того, что ПКА постоянно и автоматически обновляет в базе всю производственную информацию, она требуется своевременно и для всех других бизнес систем предприятия. RTUs, Data Acquisition, and PACs Удаленное оконечное устройство (remote terminal unit — RTU) это схожее с контроллером (ПЛК) удаленно расположенное устройство, предназначенное для сбора данных с локальных датчиков, управления локальными исполнительными механизмами и т.п. Наиболее типичное применение RTUs в составе SCADA систем для сбора информации с локальных устройств и передачи ее по сети в SCADA, а так же для локального управления устройствами с помощью информации полученной от SCADA.

      6 Сравнение RTUs и PLCs (ПЛК) RTUs первоначально предназначался для географически «размазанных» объектов, для мониторинга их состояния, сбора данных и управления в таких областях, как: трубопроводы, скважины, грузоподъемные (лифтовые) механизмы, телекоммуникационные объекты и т.п. Традиционные ПЛК, как правило, не обладают такой функциональностью, применительно к данному типу задач. Так же, традиционные ПЛК не имеют конструктивного исполнения для «жестких» условий эксплуатации (температура, влажность, пыль, вибрация). RTU же напротив сфокусированы на расширенных сетевых возможностях, выполнены в конструктивах для «жёстких» условий эксплуатации, имеют расширенные, «гибкие» возможности конфигурации каналов вв/выв. Однако, для RTU характерны сетевые возможности, ориентированные на имеющиеся кабельные сетевые прокладки, что на сегодняшний день является устаревшим техническим решением. Современные решения являются «открытыми» и базируются на IP-сетях проводных и безпроводных, которые могут охватывать как локальные промышленные зоны, так и обеспечивать доступ к информации из любой точки мира. Такой подход более гибок и менее затратен по стоимость, которая, к тому же, постоянно снижается, а так же стремительно расширяется номенклатура предлагаемых аппаратных средств. Следовательно, применение устаревших технологий RTU на сегодняшний момент является не очень хрошим решением с точки зрения бизнеса и перспективного технического использования. ПКА, в контрасте к выше сказанному, обладают великолепной коммуникационной совместимостью, разнообразным опционалом каналов вв/выв, конструктивом для «жёстких» условий эксплуатации, и использует самые современные на сегодняшний день коммуникационные стандарты. С точки зрения привлекательности использования в перспективе систем на ПКА, они являются превосходными и способны заменить решения на RTU с их проприетарными сетевыми технологиями и достаточно высокй стоимостью владения. Сбор данных с помощью ПКА Системы сбора данных с объекта (data acquisition — DAQ system) на основе PC-based (контроллер на базе ПК) предоставляют следующие преимущества: скоростное получение значений сигналов (acquisition); быструю обработку и их нормализацию (conditioning), сохранение полученных значений, что, в свою очередь, снижает нагрузку на сетевой траффик. Большинство DAQ систем на базе ПК имют ряд ограничений по расположению их в промышленных условиях или на удаленных объектах. Чаще всего такие системы применяются в лабораторных условиях (лабораторные, испытательные стенды), в «комфортных» условиях и т.п.. В противоположность этому, ПКА системы предоставляют возможности разнообразного и гибкого приема сигналов с объекта, их быструю обработку, нормализацию, мультиплексирование. Наличие в ПКА мощного процессора и общей (глобальной) памяти (ОЗУ и ПЗУ) позволяет «быстро» собирать данные, группировать их, проводить над ними манипуляции (сравнивать, проверять пороговые значения и т.п.), преобразовывать (например, приводить к инженерным единицам) перед отсылкой их через коммуникационные каналы в базу данных или другие приложения. Так же, ПКА может проводить частичное (в некоторых ограниченных объемах) архивирование данных, причём, это происходит в защищенном (приватном) режиме, в отличии от решений на ПК, что в общем заметно увеличивает защищенность всей системы и снижает ее стоимость (т.к не требуется применения специальных мер по защите). Как подобрать ПКА систему Различные производители оборудования для автоматизации промышленности предлагают ПКА или ПКА-подобные (PAC-like) продукты. В некоторых случаях такие продукты более похожи на ПЛК (PLC-like), в других это скорее промышленные компьютеры. Как рассматривалось ранее, ПКА обладают функциональностью обоих этих подходов, в то время, как ПЛК или промышленный ПК в отдельности может не соответсвовать поставленной задаче автоматизации. Важно Когда Вы оцениваете ПКА или ПКА-подобные контроллеры, Вам необходимо: собрать все необходимые требования вашей системы автоматизации; оценить, требуется ли добавлять дополнительные процессоры, сетевые интерфейсы, дополнительные промeжуточные аппаратные средства; оценить к какому виду относится ваша задача ПЛК или ПК-подобна. После этого, рассматриваются предлагаемые ПКА контроллеры (в соответствии с критериями, рассмотренными выше), которые наиболее полно смогут решать необходимые для вашей системы задачи. Выбор производителя Насколько долго производитель работает на рынке производства оборудования для промышленной автоматизации? Так как, многие производители предлагают новые ПКА или ПКА-подобные решения, необходимо выбрать нескольких из них и рассмотреть, насколько долго они предлагают оборудование с ПКА функциональностью, прежде чем выйти на предложение новых ПКА решений (мэйнстрим). Opto 22 одна из таких компаний. PACs и Opto 22 Предлагая с 1990 года решения ПКА, еще перед формулировкой ARC Advisory Group, Opto 22 первая предложила такое решение, первый контроллер назывался mistic. На данный момент Opto 22 с системами SNAP PAC имеет более чем 20 летний опыт внедрения таких систем и тысячи успешно примененных mistic контроллеров! Сегодня Opto 22 PAC системы оставляют далеко «за бортом» конкурентов в таких системах, они применяются в разнообразных областях

      7 промышленности. Они легки в использовании, гибки, чрезвычайно легко масштабируемы, чем и заслужили признание потребителей. О Opto 22 и SNAP PAC системе Opto 22’s предлагает инновационную SNAP PAC систему в совокупности с PAC Project программным обеспечением, SNAP PAC контроллеры, SNAP PAC «мозги» (контроллер с мощным процессором), и SNAP I/O чрезвычайно гибко настраиваемые модули вв/выв, которые позволят решить любые задачи промышленного процесса автоматизации. Совокупность хадверной и софтверной частей, поддержка, консультации позволят Вам сократить время разработки, развертывания и поддержания системы в рабочем состоянии, что выгодно отличает компанию Opto 22 и предлагаемые ей решения SNAP PAC. Opto22_SNAP_PAC-System_ru_0112.pdf Санкт-Петербург тел Москва тел Екатеринбург тел Самара тел Київ тел Минск тел Helsinki puh Rīga tel Vilnius tel Tallinn tel

      Интеграция бизнес и производственных систем

      Свяжитесь со специалистом

      Вячеслав Максимов

      Заместитель директора департамента информационных технологий, директор по промышленным решениям

      +7 (495) 974-22-74 доб.6556

      С помощью информационных систем управления производственными процессами (ИСУ ПП) и центров сбора технологической информации (ЦСТИ) компании могут организовать полноценную инфраструктуру для хранения и обработки технологических данных, легко встраиваемую в существующий ИТ-ландшафт предприятия.

      Специалисты компании КРОК могут внедрить ИСУ ПП в ИТ-инфраструктуру и настроить их взаимодействие с технологическими и бизнес-системами предприятия.

      Для корпоративных информационных систем управления предприятием (КИСУ) ИСУ ПП может являться как потребителем, так и источником данных.

      Источники данных для ИСУ ПП

      1. Технологические системы класса АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическим процессом);
      2. Учетные системы — для получения данных коммерческого и технического учета;
      3. лабораторные системы — для получения данных о характеристиках топлива;
      4. Системы класса ERP и EAM (системы управления ресурсами предприятия) — для получения информации о плановом и фактическом состоянии оборудования, запасах и поставках топлива, договорных величинах НОРЭМ (новый оптовый рынок электроэнергии и мощности);
      5. Корпоративные системы нормативно-справочной информации — для исключения дублирования хранения данных этого класса.

      Используют ИСУ ПП в качестве источника данных

      1. EAM-системы — рекомендации по плановому составу оборудования, информация о фактической наработке оборудования;
      2. ERP-системы — данные по оперативному финансовому результату на НОРЭМ для формирования бюджета движения денежных средств (БДДС) и бюджета доходов и расходов (БДР);
      3. Системы стратегического и бизнес-планирования — фактические и плановые показатели производства в рамках среднесрочной перспективы;
      4. Инструменты представления информации для руководства компании — сводные технологические данные, оценка эффективности и KPI.

      Продукты, используемые в решение

      ИСУ ПП функционируют под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows и могут быть развернуты на существующих серверных мощностях предприятия.

      Проектный опыт КРОК по внедрению ИСУ ПП позволяет говорить об их успешном функционировании в среде виртуальных машин как на базе Microsoft Hyper-V, так и под управлением программного обеспечения VMware.

      Для обеспечения безопасности, аутентификации и разграничения прав доступа пользователей предусмотрено прозрачное взаимодействие с Microsoft Active Directory, что позволяет управлять группами и учетными записями пользователей на уровне существующих служб каталога. Служба оповещения и нотификаций ИСУ ПП функционирует с использованием преднастроенной почтовой системы Microsoft Exchange.

      При разворачивании технологического портала может быть использован существующий корпоративный портал под управлением Microsoft Share Point или SAP Net Weaver Portal. Технологический портал может быть реализован как в качестве неотъемлемой части корпоративного портала, так и в виде отдельного web-приложения в рамках корпоративного портала.

      Для хранения реляционных данных ИСУ ПП могут использоваться существующие корпоративные СУБД (практически любого производителя). Также для нужд ИСУ ПП может быть развернута схема баз данных или отдельная база данных в рамках существующей корпоративной СУБД.

      Отзывы клиентов

      Работы по проекту АСУТД позволили создать распределенную систему управления нормативной технической документацией Концерна, производственно-технической документацией АЭС. Хотелось бы отметить высокий профессионализм сотрудников ЗАО «КРОК инкорпорейтед», глубокое знание программных платформ и их усердную работу над проектами.

      П.В. Поваров, директор Департамента информационных технологий

      Закрытое акционерное общество «Инспекция по контролю технического состояния объектов электроэнергетики» выражает благодарность коллективу компании ЗАО «КРОК инкорпорейтед» за высокий профессионализм, слаженную работу, добросовестное отношение, проявленные при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка общих технических требований и типовых технических решений к автоматизированной системе мониторинга и диагностики оборудования подстанции ОАО «МОЭСК».

      П.В. Илюшин, главный инспектор, заместитель Генерального директора

      С июля 2014 года по настоящее время ЗАО «КРОК инкорпорейтед» выполняет работы по внедрению и развитию систем DMS на программном обеспечении компании «PSI AG» в 9-ти филиалах ОАО «МРСК Центра и Приволжья». В ходе выполнения работ сотрудники ЗАО «КРОК инкорпорейтед» продемонстрировали профессиональный подход при решении технических вопросов, ответственное отношение по выполнению договорных обязательств, конструктивное взаимодействие с персоналом Заказчика.

      В.И. Коровин, директор по ИТ, начальник департамента ИТ

      Каждый электрик должен знать:  Отличия преобразователей частоты от устройств плавного пуска двигателей
  • Добавить комментарий