Лекция 10. Контроллер на базе персонального компьютера

Контроллер на базе персонального компьютера

Лекция 9

(PC based Control)

Направление использования персонального компьютера, совместимого с IBM PC, в качестве контроллера существенно развилось в последнее время, ввиду повышения надежности работы персональных компьютеров; наличия их модификаций в обычном и промышленном исполнении; их открытой архитектуры; легкости включения в них любых плат ввода/вывода, выпускаемых рядом фирм; возможности использования уже наработанной широкой номенклатуры программного обеспечения (операционных систем реального времени, баз данных, пакетов прикладных программ контроля и управления). Основные сферы использования контроллеров на базе PC - небольшие специализированные системы автоматизации в медицине, научных лабораториях, средствах коммуникации, для небольших достаточно замкнутых объектов в промышленности. Общее число входов/выходов такого "контроллера" обычно не превосходит нескольких десятков, а выполняемые функции либо достаточно сложная обработка измерительной информации с расчетом нескольких управляющих команд, либо специализированные формулы, аргументами которых являются измеряемые величины. В общих терминах рациональную область применения контроллеров на базе PC можно очертить такими условиями:

- при нескольких входах и выходах объекта надо производить большой объем
вычислений за достаточно малый интервал времени (необходима большая вычислительная мощность);

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

- нет необходимости в использовании жесткого малого времени цикла
контроллера;

реализуемые контроллером функции целесообразнее в силу их нестандартности программировать не на одном из специальных технологических контроллерных языков, а на обычном языке программирования высокого уровня типа C++, Pascal,

- мощная поддержка работы операторов, реализуемая в обычных контроллерах:
диагностика работы, устранение неисправности без остановки работы контроллера, модификация программного обеспечения во время работы системы автоматизации и т.п. - все это не имеет большого значения для заданной конкретной задачи.

Локальный контроллер (PLC)

Это, обычно, достаточно простой контроллер, который выполняет необходимые функции автоматизации на достаточно изолированных небольших производственных узлах. Он либо является автономным конструктивом, подсоединяемым к автоматизируемому объекту, либо встраивается в оборудование (агрегат, машину, прибор) и является его неотъемлемой частью. Если встраиваемые контроллеры выпускаются на раме без специального кожуха, поскольку они монтируются в общий корпус оборудования; то автономные контроллеры помещаются в защитные корпуса, рассчитанные на разные условия окружающей среды.

Часто в такой контроллер встраивается или подключается к нему специальная панель интерфейса с оператором, состоящая из дисплея и функциональной клавиатуры управления. Почти всегда эти контроллеры имеют порты, соединяющие их в режиме "точка-точка" с другой аппаратурой, и интерфейсы, которые могут их через сеть связывать с другими средствами автоматизации: распределенными системами управления, диспетчерскими системами, пультами операторов и т. п. для обмена информацией.

Следует выделить основные, достаточно отличные друг от друга подклассы контроллеров, на которые подразделяется рассматриваемый класс:

/ Контроллер, реализующий логические зависимости (в основном, блокировку, программное управление, пуск, останов машин и механизмов). Главные сферы применения этого подкласса: станкостроение, машиностроение, замена релейно-контактных шкафов во всех отраслях промышленности. Он характеризуется развитыми логическими функциями и вырожденными функциями математики и регулирования. Ввиду этого и набор блоков ввода/вывода у него рассчитан, в основном, на дискретные каналы. Для его программирования используются специализированные языки типа релейно-контактных схем.

//. Контроллер, реализующийфункции противоаварийной защиты процессов и оборудования. Он отличаетсяособенно высокой надежностью, достигаемой различными вариантами резервирования и диагностики; отказобезопасностью, достигаемой переводом автоматизируемого процесса при любом отказе в безопасный режим функционирования; высокой готовностью, т. е. высокой вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме, что достигается малым средним временем восстановления после отказа.

Учитывая неразработанность российских стандартов в области систем противоаварийной защиты подробнее остановимся на зарубежных стандартах безопасности систем, которым удовлетворяют контроллеры этого подкласса..

Безопасность - это ситуация, при которой риск не больше заданного предела риска.

Степень риска по европейскому стандарту DIN V 19250 определяется четырьмя факторами, каждый из которых конкретизируется указанным ниже путем.

1.Вероятность аварийного события, связанная с работой средств автоматизации (Р): Р1 - крайне низкая вероятность, Р2 - низкая вероятность, РЗ - относительно высокая вероятность.

2.Продолжительность нахождения людей в опасной зоне (С): С1 - редкое нахождение, С2 - частое или постоянное нахождение.

3.Возможный травматизм от аварии (Д): Д1 - незначительные травмы, Д2 -серьезные травмы нескольких человек, смерть одного человека, ДЗ - смерть нескольких человек, Д4 - катастрофа с большим числом жертв.

4. Предотвращение аварии (Φ): Φ1 - возможно при определенных обстоятельствах, Ф2 - невозможно.

С учетом указанных факторов степени риска выделяют восемь классов требований к средствам автоматизации по безопасности их работы, определяемых комбинациями факторов риска (стандарт DIN V 19250).

1-ый класс: Д1, РЗ, или Д2, С1, Ф1, Р2, или Д2, С1, Ф2, Р1. 2-ой класс: Д2, С1, Ф1, РЗ, или Д2, С1, Ф2, Р2, или Д2, С2, ΦΙ, Ρ1. 3-ой класс: Д2, С1, Ф2, РЗ, или Д2, С2, Ф1, Р2, или Д2, С2, Ф2, Р1. 4-ой класс: Д2, С2, Ф1, РЗ, или Д2, С2, Ф2, Р2, или ДЗ, Cl, P1. 5-ой класс: Д2. С2, Ф2, РЗ, или ДЗ, С1, Р2, или ДЗ, С2, PL 6-ой класс: ДЗ, С1, РЗ, или ДЗ, С2, Р2, или Д4, PL 7-ой класс: ДЗ, С2, РЗ, или Д4, Р2. 8-ой класс: Д4, РЗ.

Для выбора средства автоматики цепи противоаварийной защиты необходимо экспертным путем оценить класс требований объекта по безопасности, а также допустимое время реакции на события (в том числе на ошибку в работе средства), готовность средства, полноту и качество диагностики.

Подтверждающий сертификат на средство автоматики по безопасности его работы в цепях противоаварийной защиты в ряде зарубежных стран необходим для их соответствующего применения. Так, в ФРГ такой сертификат дает Немецкий совет по Техническому управлению (TUV). Ряд других стран имеют свои органы сертификации средств на безопасность работы.

Некоторые требования на средства автоматизации по безопасности их работы по материалам Немецкого совета по Техническому управлению (TUV) указаны ниже:

1. В 1-ом - 4-ом классах требований допускается одноканальная, не
резервируемая работа средств автоматики.

2. В 5-ом классе требований предел времени одноканальной работы
центральных процессоров контроллеров не более 72-х часов (допустимое
время восстановления резервного процессора); остальное время обязательно
горячее резервирование. По всем остальным модулям контроллера, блоков
ввода/вывода, сетям, датчикам и исполнительным органам требуется полная
их диагностика и перевод в безопасный режим при обнаружении любой
ошибки.

3. В 6-ом классе требований не допускается одноканальная работа центрального
процессора контроллера, при возникновении ошибки в одном из процессоров
контроллер переводит объект в безопасный режим (например, останавливает)
и выключается. Все остальные модули и средства автоматики должны иметь
горячий резерв и при обнаружении любых ошибок переводить свою часть
объекта в безопасный режим.

По своим возможностям, функциям, программному обеспечению контроллеры

этого подкласса немногим отличаются от контроллеров предыдущего подкласса

(только несколько большей мощностью).

/// Контроллеры, реализующие все простейшие функции контроля, регулирования, логического управления Контроллеры этого подкласса обслуживают совсем небольшие установки или самостоятельные узлы производства технологического типа. Их центральный процессор имеет достаточную мощность, разрядность, память, чтобы выполнять как логические, так и математические функции. В состав его блоков ввода/вывода входят блоки на разные типы каналов (аналоговые /включая милливольтные для термодатчиков/, дискретные, импульсные и т. д.). В его прикладное программное обеспечение входят и языки типа релейно-контактных схем, и конфигураторы с библиотеками математических и регулирующих функций.

Все контроллеры этого класса, обычно, рассчитаны на десятки входов/выходов от датчиков и исполнительных механизмов; они реализуют достаточно типовые функции обработки измерительной информации, логического управления, регулирования.

Дата добавления: 2014-01-11