Обоснование и выбор программируемого контроллера - Электрооборудование механизма подъема мостового крана

Программируемый логический контроллер(ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер -- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьезного обслуживания и практически без вмешательства человека.

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;

Компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый 'машинный' ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированного на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.);

Встраиваемых систем -- ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

При выборе программируемого логического контроллера необходимо учитывать следующие основные факторы:

Характер применения (автономно, в качестве станции в распределенной сети, в качестве удаленной станции)

Функциональное назначение (ПИД-регулирование, управление системами тепло - и водоснабжения, измерение и счет данных, терморегулирование, аварийная защита и блокировка и т. д.)

Количество входов/выходов (цифровых и аналоговых)

Требуемая скорость передачи данных

Наличие автономного счетчика времени

Условия регистрации и хранения данных

Возможность самодиагностики

Требования к панели оператора

Язык программирования

Интерфейс

Каналы связи (проводной, беспроводной)

Режим и условия эксплуатации

Основываясь на данных критериях выбираем данный контроллер: SIMATIC S7-300 программируемый SIEMENS контроллер стандартного исполнения для эксплуатации в нормальных промышленных условиях для решения задач автоматизации низкой и средней степени сложности.

Широкий спектр модулей SIEMENS контроллера для максимальной адаптации аппаратуры к решению любой задачи. Высокая гибкость, возможность использования систем распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности. Удобная конструкция, простота монтажа,

Работа с естественным охлаждением. Простота расширения системы в ходе модернизации объекта. Высокая производительность контроллера SIEMENS благодаря наличию большого количества встроенных функций.

Степень защиты IP 20 в соответствии с IEC 52. Диапазон рабочих температур при горизонтальной установке 0...600C (-25...600C - Outdoor)

При вертикальной установке 0...400C (-25...400C - Outdoor)

Относительная влажность 5...95%, без конденсата (RH уровень сложности 2 в соответствии с IEC 1131-2)

Атмосферное давление 795 ... 1080 ГПa

PROFIBUS

PROFIBUS (Process Field Bus) (читается "профи бас") -- открытая промышленная сеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организация пользователей PROFIBUS разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными

Комитетами по стандартизации. Очень широко распространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть PROFIBUS -- это комплексное понятие, она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой, стандартизацией и развитием сетей стандарта PROFIBUS занимается PROFIBUS NETWORK ORGANISATION (PNO).

PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA) или между несколькими ведущими устройствами (протоколы FDL и FMS). Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартных протоколов PROFIBUS.

Сеть PROFIBUS построена в соответствии с многоуровневой сетевой моделью ISO 7498. PROFIBUS определяет следующие уровни:

    1 -- физический уровень -- отвечает за характеристики физической передачи; 2 -- канальный уровень -- определяет протокол доступа к шине; 7 -- уровень приложений -- отвечает за прикладные функции.

Поддерживаемые стандарты

Открытость и независимость от производителя гарантирует стандарт EN 50170, все остальное реализовано в соответствии со стандартом DIN19245 (а именно: техника передачи данных, методы доступа, протоколы передачи, сервисные интерфейсы для уровня приложений, спецификация протоколов, кодирование, коммуникационная модель и т. д.). С помощью PROFIBUS, устройства разных производителей могут работать друг с другом без каких-либо специальных интерфейсов. Семейство PROFIBUS состоит из трех совместимых друг с другом версий: PROFIBUS PA, PROFIBUS DP и PROFIBUS FMS.

Описание

Физический уровень PROFIBUS

Физически PROFIBUS может представлять собой:

Электрическую сеть с шинной топологией, использующую экранированную витую пару, соответствующую стандарту RS-485;

Оптическую сеть на основе волоконно-оптического кабеля;

Инфракрасную сеть.

Скорость передачи по ней может варьироваться от 9, 6 Кбит/сек до 12 Мбит/сек.

Протокол доступа к шине

Для всех версий PROFIBUS существует единый протокол доступа к шине. Этот протокол реализуется на 2 уровне модели OSI (который называется в PROFIBUS-FDL). Данный протокол реализует процедуру доступа с помощью маркера (token). Сеть PROFIBUS состоит из ведущих (master) и ведомых (slave) станций. Ведущая станция может контролировать шину, то есть может передавать сообщения (без удаленных запросов), когда она имеет право на это (то есть когда у нее есть маркер). Ведомая станция может лишь распознавать полученные сообщения или передавать данные после соответствующего запроса. Маркер циркулирует в логическом кольце, состоящем из ведущих устройств. Если сеть состоит только из одного ведущего, то маркер не передается (в таком случае в чистом виде реализуется система master-slave). Сеть в минимальной конфигурации может состоять либо из двух ведущих, либо из одного ведущего и одного ведомого устройства.

Конфигурирование PROFIBUS

Многие из программных средств конфигурирования сети PROFIBUS ориентированы непосредственно на того или иного производителя и часто содержат помимо средств конфигурирования сети дополнительные средства, например, средства для программирования контроллеров и т. д. Среди таких программ это STEP 7 (пакет программирования контроллеров SIMATIC S7-300 и SIMATIC S7-400 фирмы Siemens AG). Но есть много программ, работающих с оборудованием разных фирм. Таких как Com PROFIBUS -- для конфигурирования сети PROFIBUS, или SINEC Scope L2 -- средство для пассивного (то есть без какого-либо влияния на сеть) наблюдения за обменом данными в сети PROFIBUS.

Протоколы сети PROFIBUS

Одни и те же каналы связи сети PROFIBUS допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных:

PROFIBUS DP (Decentralized Peripheral - Распределенная периферия) -- протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между:

Системами автоматизации (ведущими DP-устройствами)

Устройствами распределенного ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами).

Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей. Оптимизирован для высокоскоростных и недорогих систем. Эта версия сети была спроектирована специально для связи между автоматизированными системами управления и распределенной периферией. Электрически близка к RS-485, но сетевые карты используют 2-х портовую рефлективную память, что позволяет устройствам обмениваться данными без загрузки процессора контроллера.

PROFIBUS PA (Process Automation - Автоматизация процесса) -- протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или Ex-зонах (взрывоопасных зонах). Протокол отвечает требованиям международного стандарта IEC 61158-2. Позволяет подключать датчики и приводы на одну линейную шину или кольцевую шину.

PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification - Спецификация сообщений полевого уровня) -- универсальный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне. Некоторый аналог промышленного Ethernet, обычно используется для высокоскоростной связи между контроллерами и компьютерами верхнего уровня и используемыми диспетчерами. Скорость до 12 Мбит/с.

Все протоколы используют одинаковые технологии передачи данных и общий метод доступа к шине, поэтому они могут функционировать на одной шине. Дополнительно к перечисленным протоколам, поддерживаются следующие возможности обмена данными:

Службы FDL (Field Data Link - Канал полевых данных), SEND/RECEIVE - Отправить/Получить, позволяют легко и быстро установить соединение с любым устройством, поддерживающим FDL.

Функции S7 позволяют оптимизировать соединение с устройствами семейства SIMATIC S7.

Profibus DP (Decentralized Peripherals) - профиль протоколов промышленной сетиProfibus.

Использует уровни модели OSI:

    1 -- физический уровень -- отвечает за характеристики физической передачи 2 -- Канальный уровень -- определяет протокол доступа к шине 7 -- Прикладной уровень -- отвечает за прикладные функции

Данная сеть была спроектирована для высокоскоростной передачи данных между устройствами. В данной сети центральные контроллеры (программируемые логические контроллеры и PC) связаны с их распределенными полевыми устройствами через высокоскоростную последовательную связь. Большинство передач данных осуществляется циклическим способом.

В качестве ведущего устройства могут использоваться контроллеры. Как ведомые устройства, могут использоваться приводы, клапаны или устройства ввода-вывода.

С помощью Profibus DP могут быть реализованы Mono и MultiMaster системы. Основной принцип работы заключается в следующем: центральный контроллер (ведущее устройство) циклически считывает входную информацию с ведомых устройств и циклически записывает на них выходную информацию. При этом время цикла шины должно быть короче, чем время цикла программы контроллера, которое для большинства приложений составляет приблизительно 10 мсек. В дополнение к циклической передаче пользовательских данных Profibus DP предоставляет широкие возможности по диагностике и конфигурированию. Коммуникационные данные отображаются специальными функциями как со стороны ведущего, так и со стороны ведомого устройства.

Диагностические функции Profibus DP позволяют быстро локализовать сбои в системе. Диагностические сообщения передаются по шине мастеру, сообщения делятся на три уровня:

    - связанная со станцией диагностика -- определяет состояние всего устройства (перегрев, низкое напряжение и т. д.) - связанная с модулем диагностика -- сообщения связанные с ошибками в том или ином входном/выходном модуле - связанная с каналом диагностика -- определяют ошибку конкретного бита входа/выхода.

Поведение системы при использовании протокола DP определяется состоянием ведущего устройства. Существует три основных состояния:

ОСТАНОВКА -- в этом состоянии не происходит передачи данных между ведущим устройством и периферией

ОЧИСТКА -- ведущее устройство считывает информацию с ведомых устройств и держит выходы в состоянии защиты от сбоев

РАБОТА -- ведущее устройство находится в состоянии приема или передачи данных с периферии

Ведущее устройство циклически посылает информацию о своем состоянии всем ведомым устройствам присоединенным к нему. Передача данных между ведущим и ведомым устройствами делится на три фазы:

    - параметризация - конфигурирование - передача данных

На 1 и 2 стадиях ведомое устройство сравнивает свою текущую конфигурацию с конфигурацией ожидаемой ведущим устройством и только если они совпадают, происходит передача данных. В дополнение к обычной передаче пользовательских данных, ведущее устройство может посылать управляющие команды одному, группе или всем своим ведомым устройствам. Существует две таких команды. Одна переводит ведомые устройства в режим sync (все выходы блокируются в текущем состоянии), другая -- переводит в режим freeze (все входы блокируются в текущем состоянии). Вывод из этих режимов происходит с помощью команд unsync и unfreeze соответственно.

В дополнение к данной системе передачи, существуют расширенные DP функции, которые позволяют производить ациклическое чтение и запись параллельно циклической передаче данных.

Похожие статьи




Обоснование и выбор программируемого контроллера - Электрооборудование механизма подъема мостового крана

Предыдущая | Следующая