Средства управления агрегатами

Исходя из задач управления, рассмотренных выше, современные системы автоматизации включают в свой состав вычислительные средства (ВС) различного типа, к которым относятся: промышленные компьютеры, технологические контроллеры, однокристальные микроконтроллеры, встраиваемые одноплатные компьютеры.
Существуют различные схемы построения систем: с централизованным и децентрализованным (распределенным) управлением технологическими агрегатами. В первом случае управление агрегатами осуществляется от одного вычислительного средства. Процессор обслуживает по очереди отдельные каналы управления. Очередность обслуживания может задаваться жесткой программой или осуществляться по мере поступления заявок от отдельных каналов с возможностью использования приоритетного обслуживания. Во втором случае каждый электропривод комплектуется своим ВС. Центральное ВС отсутствует либо вводится для передачи ему функций диспетчера или супервизора. Программное обеспечение ВС состоит из программ диспетчера, координирующего работу системы управления, рабочих программ, программ обслуживания пульта оператора и диагностической программы.
Вычислительные средства в системе управления технологическим агрегатом выполняют следующие функции: сбор и первичную обработку данных; контроль процесса; управление процессом, его стабилизацию и оптимизацию; вспомогательные функции.
Сбор, первичная обработка данных и контроль процесса соответствуют группе информационных функций ВС, в состав которой входят: сбор и хранение информации о состоянии процесса и устройств системы управления; непрерывный контроль соответствия параметров процесса и системы допустимым значениям; выдача информации оператору о несоответствии параметров допустимым значениям; периодическая регистрация значений контролируемых параметров; сигнализация в случае приближения к аварийному состоянию; оперативная связь с ВС других уровней и др.
Управление, стабилизация и оптимизация соответствуют группе управляющих функций ВС: пуск и останов технологического агрегата или отдельных электроприводов; формирование управляющих воздействий, обеспечивающих ведение заданного режима; выполнение расчетов для определения параметров объекта (решение задач параметрической идентификации); автоматическая оптимизация процесса в соответствии с принятым критерием качества.
Применение контроллеров предполагает выбор их типа и конфигурации, а также разработку управляющих программ, реализующих требуемые функции управления. При этом должны обеспечиваться не только требования, выдвигаемые со стороны объекта, но и требования, позволяющие всем средствам управления работать в едином управляющем комплексе, обеспечивающем также и отображение состояния объекта в реальном времени для технолога-оператора.
Программируемый контроллер имеет большой набор функциональных модулей, сетевые средства, средства отображения данных о технологическом процессе, средства программирования и дистанционного управления (переносные пульты). Модули ввода и вывода аналоговой и дискретной информации содержат узлы гальванического разделения сигналов, узел мультиплексирования аналоговых входных сигналов, а также аналого-цифровой (АЦП), цифро-аналоговый (ЦАП), дискретно-цифровой (ДЦП) и циф-ро-дискретный (ЦДП) преобразователи.
Для контроля работоспособности КТ и исправности электрических цепей подключения датчиков и исполнительных устройств объекта управления контроллеры имеют светодиодную индикацию состояния входов и выходов, режимов контроллера и его отдельных модулей. Для этих же целей в составе периферийных устройств КТ имеются ручные отладочные пульты и консоли, с которых можно осуществить полный контроль за состоянием КТ и значениями всех обрабатываемых данных.
При управлении технологическими агрегатами, как правило, применяются контроллеры с небольшим количеством интеллектуальных модулей. В ряде случаев для управления эскалаторами, насосами, компрессорами, маленькими прессами, дверями, воротами и т.д. применяются логические модули, например LOGO фирмы «Siemens». В состав логического модуля входят: встроенные клавиатура, дисплей, часы, цифровые входы и выходы и релейные выходы. Логические модули реализуют основные функции (И, ИЛИ и т.п.) и специальные: задержка включения, задержка выключения, импульсное реле, часы, реле с самоудержанием, тактовый генератор, задержка включения с запоминанием, триггер, аналоговый компаратор и др. Программирование логических модулей осуществляется нажатием кнопок, расположенных на передней панели КТ.
В настоящее время промышленные компьютеры имеют ту же архитектуру, что и персональные: поддерживают шины ISA и PCI; их основой являются материнские платы, в зависимости от решаемых задач имеющие процессоры 386, 486 или Pentium; имеется динамическое ОЗУ (от 16 Мбайт и более); они поддерживают накопители FDD (накопитель на гибких магнитных дисках) и HDD (винчестер); имеют встроенную флэш-память и несколько последовательных и параллельных портов; функционируют под управлением операционных систем (ОС) — DOS 6/22, Windows и других ОС реального времени.
Промышленные компьютеры имеют большую номенклатуру цифровых и аналоговых модулей ввода и вывода, коммуникационных плат (например, контроллер локальной сети Ethernet, модем для широкого диапазона температур, высокоскоростной модем, платы последовательного и параллельного интерфейсов и др.), плат расширения (например, многофункциональный счетчик-таймер, видеоплата SVGA, контроллер дисководов и винчестера, плата управления движением и др.), комплектующих (например, плата ввода и вывода высоких напряжений, аналоговый мультиплексор, преобразователь RS-232 в RS-485, клеммная плата для оптической развязки и др.).
Для гибкости и эффективности монтажа существует широкий спектр корпусов (монтажных каркасов) и блоков питания. Монтажные каркасы рассчитаны на различное количество слотов разных типов шин с различной разрядностью (8, 16, 32). Блоки питания выполнены на разные мощности и выходные напряжения.
В программное обеспечение (кроме ОС) входят различные специализированные пакеты и алгоритмические языки (например, C++, Quick-Basic и др.).
В технологических агрегатах применяют встраиваемые одноплатные и промышленные компьютеры (ПК). Отличие между ними заключается в том, что в последнем случае источник питания, материнская плата и интеллектуальные модули размещаются в корпусе и могут находиться как в шкафу с электрооборудованием, так и на некотором расстоянии от него.
Высокая производительность ПК, большая номенклатура модулей и эффективные программные средства позволяют решать широкий спектр задач автоматизации.
В системах управления применяются промышленные компьютеры фирм: «Advantech» (IPC-602P3-26P, IPC-620DP4-B, РСМ-5864/BARE, MIC-3376-A, MIC-3376S-A, РРС-150Т, IPPC-920T, IPPC-950T); «Octagon» (серия одноплатных компьютеров Micro PC, контроллер MIL-STD-1553В); «Dataforth» (DCP485-P, LDM485-P, LDM80-P, LDM85-S); «Ampro»; «PEP»; «Radisus» и др.
В металлорежущих станках широкое применение получили устройства числового программного управления. Современные системы ЧПУ имеют в своей структуре ПК. По виду рабочих движений станка системы ЧПУ могут быть разделены на позиционные, контурные и комбинированные.
Кроме вычислительных средств, в системах управления ряда технологических агрегатов применяются устройства сопряжения с объектом (УСО), которые предназначены для согласования информационных сигналов, поступающих от объекта и системы управления, по уровню и форме.
Для построения систем человеко-машинного интерфейса, решения задач оперативного управления и отображения информации, поступающей от контроллера или персонального компьютера, фирмами разработаны программируемые терминалы или сенсорные панели. Например, фирмой «Omron» разработаны терминалы серии NT (NT20M, NT600M и др.).
Отображаемая информация формируется в виде экранов и выводится на жидкокристаллический дисплей терминала. Количество отображаемых экранов определяется емкостью блока памяти, установленного в терминал.
Для создания прикладных программ для контроллеров используется стандарт Международной электротехнической комиссии IEC-1131 — квинтэссенция опыта стран в области языков программирования для систем автоматизации технологических процессов.
Стандарт специфицирует пять языков программирования: Sequential Function Chart (SFC) — язык последовательных функциональных блоков;
Function Block Diagram (FBD) — язык функциональных блоковых диаграмм;
Ladder Diagrams (LD) — язык релейных диаграмм; Structured Text (ST) — язык структурированного текста; Instruction List (IL) — язык инструкций. Для визуализации и обслуживания существующих систем управления различные фирмы разработали специализированные пакеты. В частности, фирма «Siemens» разработала программные продукты: Control Center — для быстрого обзора всех данных проекта и глобальных установок; Graphics Designer — для создания мнемосхем и динамических графических объектов изображений процесса, и другие пакеты, функционирующие в среде Windows 95 или Windows NT.
Во многих машинах и механизмах для управления применяются различные электромеханические командоаппараты различных конструкций, ручные манипуляторы типа «джойстик», кнопки управления (например, панель управления в лифте), педали и т.д. Командоаппарат непосредственно связан с контроллером. Принцип действия ручного манипулятора типа «джойстик» заключается в следующем: при его перемещении на пульте управления меняется напряжение на регулируемом элементе командоаппарата, что фиксируется технологическим контроллером. В зависимости от решаемой для каждого класса машин управленческой задачи контроллер обрабатывает входную информацию по определенному алгоритму, сравнивает ее с предварительно запрограммированными параметрами и вырабатывает необходимые управляющие сигналы, отображаемые на индикаторах панели информации или выдаваемые на электроприводы исполнительных органов.