стоять из сегментов с различными физическими средами передачи: витая пара, радиочастотный канал, инфракрасный канал, коаксиальный и оптический кабели. Максимальная размерность LON-сети - 32 ООО узлов;

* PROFIbus. Строится на совокупности трех отдельных протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA, каждый из которых имеет свою область применения на различных уровнях распределенной системы автоматизации. Протокол общего назначения PROFIBUS-FMS разработан для связи контроллеров и интеллектуальных устройств, и его основное назначение - передача больших объемов данных. Протокол PROFIBUS-DP "отвечает" за продолжительность цикла шины, а протокол PROFIBUS-PA используется в устройствах, работающих в опасных производствах.

4. Промышленные компьютеры

Причины использования промышленных компьютеров достаточно тривиальны. Они - не в высокой надежности или производительности промышленных компьютеров, а даже наоборот - многим промышленным компьютерам достаточно производительности устаревшего процессора х486.

Основная проблема - условия эксплуатации компьютера на промышленном предприятии. Промышленные компьютеры работают в пыли и грязи, в условиях вибраций и ударных нагрузок, бросков напряжения и других "неудобств" внешней среды.

Модульность и исключительные возможности расширения облегчают техническое обслуживание промышленных компьютеров и позволяют быстро заменять модули в случае их отказов. Материнская плата, как и другие периферийные устройства, вставляется в объединительную кросс-плату с большим числом разъемов. Так как промышленному компьютеру часто приходится взаимодействовать с большим количеством датчиков и исполнительных устройств, то количество разъемов в нем может достигать 20.

В клавиатурах промышленных компьютеров в обязательном порядке предусматривается пыле- и влагозащита. Очень часто применяют ограниченный набор функциональных и цифровых клавиш, выполненных по пленочной технологии. В последние годы все большую популярность приобретают сенсорные экраны, дающие неограниченные возможности в создании дружественных интерфейсов (рис. 1).

Рис. 1. Сенсорный экран, разработанный компанией Siemens

Среди других отличительных особенностей промышленных компьютеров от персональных можно отметить малую потребляемую мощность, жесткие условия эксплуатации (температура -40 +85 °С, удары, вибрация), "усиленное" конструктивное исполнение, отсутствие дисковых накопителей (вместо них - память на полупроводниковых элементах) и стандартных устройств ввода-вывода данных и более низкая производительность.

Существует несколько шин, применяемых в промышленных компьютерах.

Compact PCI определяет высокоскоростной интерфейс для соединения высокоскоростных периферийных устройств, контроллеров, памяти и процессора. Физически это синхронная шина с частотой от 25 до 33 МГц с поддержкой 32- и 64-разрядных данных, которая допускает одновременное сосуществование 32-разрядных устройств с 64-разрядными периферийными устройствами. Compact PCI использует европейский конструктив (форм-фактор).

На базе шины Compact PCI фирмой National Instruments разработана спецификация PXI (PCI extensions for Instrumentation - расширение PCI для инструментальных систем) в том же форм-факторе. В шине PXI часть контактов, определенных в Compact PCI как свободно используемые, предназначаются для дополнительных шин.

Шина VME "по возрасту" намного старше Compact PCI. В промышленных системах эта шина получила широкое распространение, и для нее существует большой выбор модулей, каркасов и т. д. Исходная шина VME (16/32 бит) имеет теоретическую максимальную пропускную способность 40 Мб/с, а расширенная шина VME64 - 80 Мб/с. Шина VME обеспечивает возможность горячей замены модулей - имеются контакты с опережающим соединением и запаздывающим разъединением. Расширением VME является шина VXI (VME extension (or Instrumentation).

Стандартная для обычных ПК шина ISA была использована и для промышленных нужд. На ее основе был создан одноплатный компьютер, называемый microPC (mPC). На базе плат mРС производят и модули. Верхнюю сторону платы снабжают панелью, которая становится лицевой. При этом изменяется система крепления и подвода внешних цепей.

Для самых "маленьких" встраиваемых контроллеров применяется шина РС-104. В ее названии присутствует число контактов разъема, на который выводятся сигналы шины ISA. От обычной шины ISA РС-104 отличается только типом разъема и нагрузочными характеристиками линий.

5. SCADA-системы

Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации о технологических процессах (рис. 2). SCADA-пакеты состоят из нескольких программных модулей: доступа и управления, сигнализации, базы данных реального времени, базы данных, ввода-вывода и аварийных ситуаций (табл. 2).

Рис. 2. SCADA-система Trace Mode 5

Таблица 2. Известные SCADA-системы

Что дает использование SCADA-системы предприятию:

- Точное соблюдение технологических нормативов и регламента. Значительное уменьшение процента брака, автоматическое повышение качества;

- Снижение простоев оборудования, вызванное неравномерной загрузкой производственных мощностей;

- Устранение ошибок, допускаемых операторами путем полной автоматизации процессов управления;

- Установление непосредственных взаимосвязей между производством, отделом планирования, складом и поставщиками;

- Точный учет количества выпущенной продукции на всех стадиях производства, не зависящий от действий оператора;

- Анализ использования, загрузки и обслуживания оборудования. Правильное и экономное распределение капитальных вложений;

- Предупреждение аварий на производстве;

- Комплексный статистический анализ причин, влияющих на качество выпускаемой продукции;

- Автоматическая и своевременная генерация отчетов для руководящего персонала.

Основное требование к SCADA-системам - это работа в режиме реального времени, когда главную роль играют сигналы, управляющие технологическим процессом. Для этих целей многие пакеты реализованы с применением операционной системы (ОС) реального времени, хотя в последнее время делаются попытки перехода и на платформу Windows NT/2000, в которую встраиваются расширения реального времени RTX (Real Time Extension). Благодаря использованию этой ОС от Microsoft, появилась возможность создания многоуровневых систем, интегрированных с АСУП.

Источниками данных в системах SCADA могут быть драйверы связи с контроллерами, реляционные базы данных, приложения, содержащие интерфейс DDE (Dynamic Data Exchange) или OLE-технологию (Object Linking and Embedding).

Текущая информация о технологическом процессе хранится в специальных базах ввода-вывода. Входные блоки получают информацию и после ее преобразования передают в блоки обработки, которые реализуют алгоритмы контроля и управления. Выходные блоки передают управляющий сигнал от системы к объекту, для связи с которыми применяются известные интерфейсы - RS-232, RS-422, RS-485, Ethernet. Для увеличения скорости передачи данных применяются различные методы кэширования данных, что устраняет перегрузку низкоскоростных сетей.

Аварийные предупреждения и отработка аварийных ситуаций в технологическом процессе в большинстве SCADA-систем выделяются в отдельный модуль с наивысшим приоритетом, а надежность системы управления достигается за счет горячего резервирования как аппаратных, так и программных средств.

Для эффективной работы в разнородной среде SCADA-системы используют стандартные протоколы NETBIOS и TCP/IP. Использование протокола TCP/IP позволяет SCADA-системам работать и в Интернете, что особенно актуально, когда информацию о технологическом процессе необходимо передавать на Web-сайт предприятия.

6. ОС реального времени

Как упоминалось выше, в промышленных системах нашли свое применение ОС реального времени (табл. 3). Эти системы имеют явные отличительные особенности от ОС общего назначения, которые известны по использованию в офисных приложениях.

Во-первых, если ОС общего назначения (Windows, MacOS) и особенно многопользовательские, такие как Windows NT/2000, UNIX, Linux, ориентированы на оптимальное распределение ресурсов компьютера (процессорного времени, памяти, дискового пространства, принтеров и др.) между пользователями и задачами, то в ОС реального времени главная задача заключается в реакции на события, происходящие на объекте, т. е. они ориентированы на обработку внешних событий.

Во-вторых, ОС реального времени всегда связаны с аппаратурой, с объектом, с событиями, происходящими на объекте. Именно это приводит к коренным отличиям в структуре системы, в функциях ядра, в построении системы ввода-вывода.

Страницы: 1, 2, 3