1 valdymo sistemos komponentai
Pramoninės valdymo sistemos IC komponentus galima iš esmės suskirstyti į dvi kategorijas, atsižvelgiant į tai, kur jie yra: valdymo centro įrenginiai ir nuotoliniai svetainės įrenginiai. Valdymo centro įrenginiai yra sistemos valdymo centre ir apima žmogaus mašinos sąsają (HMI), inžinierių darbo vietas ir istorijos serverius (istorikas). Nuotolinės svetainės įrenginiai yra įrenginiai, kurie gyvena gamybos vietoje ir yra tiesiogiai sujungti su pavaromis ir jutikliais, kurių pagrindinė funkcija yra prižiūrėti ir valdyti fizinį procesą. Nors svetainių įtaisai paprastai tiesiogiai sąveikauja su žmonėmis, jie yra labiau linkę užpulti ir pažeisti, nes gamybos vietos paprastai yra mažiau saugios nei kontrolės centrai.
1.1 Valdymo centro įranga
Žmogaus mašinos sąsaja HMIS (kartais vadinama SCADA sistemomis) yra sistemos, leidžiančios operatoriams stebėti ir valdyti procesus. „HMIS HMIS“ paprastai yra grynos programinės įrangos programos, veikiančios bendrosios paskirties kompiuteryje, paprastai veikia „Microsoft Windows“ operacinės sistemos aplinkos šeimoje. Įprasti HMI pramonėje yra „Wonderware“, „Siemens“ WINCC, Rockwell's RSView ir Areva E-Terra, o „Kinseal“ taip pat yra geras pasirinkimas.
„History Server“ istorikas yra duomenų bazės serveris, kuris registruoja proceso valdymo sistemos būklės istoriją. Kai kuriais atvejais, jei istorikas yra pakankamai galingas, jis taip pat gali būti naudojamas kaip HMI valdymo sistemai. Istorikas paprastai veikia pagrindinėse operacinėse sistemose ir bendrose aparatinės įrangos įrenginiuose ir paprastai atspindi įmonių tinklą.
1.2 Nuotoliniai svetainės įrenginiai
Nuotolinių svetainių įtaisai yra PLC, nuotoliniai terminalo vienetai RTU, intelektualūs elektroniniai įrenginiai IED ir elektroninės relės. Nors šių prietaisų funkcijos labai skiriasi, jos gali būti grubiai sugrupuotos atsižvelgiant į jų vietą ir panašumus. Šiuose įrenginiuose naudojama aparatinės įrangos architektūra taip pat yra panašumų, kurie paprastai teikia analoginį arba skaitmeninį įvesties/išvesties (I/O) ir valdymo funkcijas. Jie skaito duomenis tiesiogiai iš jutiklių ir siunčia operacines komandas pavaroms, o kai kuriais atvejais jie yra prijungti prie kitų lauko įrenginių.
Šiame straipsnyje pateikiama supaprastinta prietaisų aptarimas. Tiesą sakant, kiekvienas iš šių aukščiau paminėtų įrenginių (PLC, RTU, IEDS ir elektroninės relės) atlieka tam tikrą funkcijų pogrupį valdymo sistemos objekto santykio modelyje (ORM). Pvz., RTU, kurie paprastai yra SCADA sistemų, teikiančių tik I/O valdymą, funkcija, mėginių ėmimas per I/O jutiklius ir atskirai RTU sugeneruos veiksnius. Elektroninės relės visada atliks mėginių ėmimo ir suaktyvinimo funkcijas. RTU sugeneruos būsenos duomenų lauko taškus, o kai kuriais atvejais apdoros komandų duomenų lauko taškus. Relės sugeneruos būsenos duomenų lauko taškus, tačiau rečiau tvarkomos nurodytos duomenų lauko taškai.rtus paprastai neturi vietinės valdymo funkcijų, tačiau relės turi tokią funkciją. Be bendravimo su jutikliais, pavaros ir aukštesnio lygio valdymo funkcijomis, PLC turi svarbias vietinės valdymo funkcijas. Šios funkcijos gali atrodyti panašios, tačiau yra reikšmingų ORM skirtumų.
2 Tipiška valdymo sistemos architektūra
1 paveiksle parodyta tipinė valdymo sistemos architektūra. Jame įprastas komercinis kompiuteris, kuriame veikia HMI, bendrauja su lauko įrenginiais, tokiais kaip PLC, naudojant standartinius tinklo protokolus (pvz., Ethernet). Inžinierių stoties ir istorijos duomenų bazė taip pat paprastai yra paprasti komerciniai kompiuteriai arba serveriai, bendraujantys su lauko įrenginiais per standartinius tinklo protokolus. Lauko įrenginiai jungiasi prie kitų lauko įrenginių, naudodamiesi eterneto pagrindu sukurtais pramoninio valdymo protokolais, tokiais kaip lauko juostas. Kai kurie lauko įrenginiai jungiasi prie intelektualių įrenginių, naudodamiesi standartiniais nuosekliųjų magistralės ryšio protokolais, tokiais kaip RS232 arba RS485, o kai kurie lauko įrenginiai jungiasi tiesiogiai su jutikliais, I \ o įrenginiais ir mašinų įrenginiais.
3 programuojamas loginis valdiklis PLC
PLC yra lauko įrenginys, kurį galima tiesiogiai prijungti prie jutiklių ir pavarų ar kitų lauko įrenginių. PLC yra valdomi vietoje per logines programas (paprastai tokiu forma Iš esmės naudokite tuos pačius pagrindinius komponentus. Tipai iš esmės naudoja tuos pačius pagrindinius komponentus.
3.1 PLC programavimas
PLC galima užprogramuoti naudojant vieną iš kalbų, išvardytų IEC 61131-3:
Kopėčių diagrama (LD), grafinė
Funkcijų bloko diagrama (FBD), grafinė
Struktūruotas tekstas (ST), tekstas
Instrukcijų sąrašas (IL), tekstas
Sekos funkcijų diagrama (SFC), grafinė
PLC veikia cikliniais ciklais, vadinamais „nuskaitymais“, kuriuos sudaro įvestys, loginis vykdymas ir išėjimai.
3.2 Bendroji modulinė PLC architektūra
Modulinius PLC sudaro atskiri moduliai, sujungti iš galinės plokštumos. Nemodulinė PLC visus komponentus integruoja į vieną plokštę.
3.3 PLC modulio sąveika
2 paveiksle parodytoje bendrosios paskirties PLC architektūroje kiekvienas modulis turi fizinį lizdą ir jam priskiriama keletas galinių plokštumų adresų. Sąsajos registrai ir buferio prisiminimai yra eksponuojami esant plokštumos adresų diapazonui. Pranešimai siunčiami ir gaunami moduliais, skaitydami ir rašant registruose ar kituose modulių buferiuose.
3.4 Procesoriaus modulis
Procesoriaus modulis yra PLC širdis. Tai įgyvendina koordinaciją tarp modulių ir kartais naudojamas kaip galinė plokštumos arbitras. Procesoriaus modulis sukonfigūruoja kitus modulius „Power-Up“, jei jie nesaugo savo konfigūracijų.
Procesoriaus modulis interpretuoja ir vykdo kopėčių logiką, nuskaito vertes iš ryšio modulio arba I/O modulio, palaiko operacinę būseną, veikia „nuskaitymo“ kopėčių logikos ciklus ir rašo išvesties reikšmes į ryšio modulį arba I/O modulį.
3.5 Ryšio modulis
Ryšio moduliai paima su komunikacijos protokolu susijusį kodą iš procesoriaus modulio. Jie paima laiko tarpo protokolo sąveikos duomenis iš procesoriaus modulio, užtikrindami, kad procesoriaus modulis būtų savo laiko jautriai valdymo kilpai. Kadangi kai kurie valdymo sistemos protokolai yra labai sudėtingi, ryšių modulis gali turėti didelę apdorojimo galią, todėl ryšių modulis gali būti toks pat sudėtingas kaip procesoriaus modulis.
3.6 I/O moduliai
I/O moduliai konvertuoja signalus tarp žemos įtampos (3,3 volto arba 5 voltų), mažos srovės (miliampero lygio) valdymo logikos ir aukštos įtampos (24 ar daugiau voltų), aukštos srovės (ampero lygio) proceso valdymo. Analoginiame I/O moduliuose yra analoginiai-skaitmeniniai keitikliai (ADC) ir skaitmeniniai ir analoginiai keitikliai (DAC). Šie moduliai turi palyginti paprastą logiką ir palyginti mažai intelektualios aparatinės įrangos, o vienintelė jų užduotis yra konvertuoti tarp analoginių ir skaitmeninių signalų.
3.7 Bendrosios paskirties procesoriai
Yra trys procesorių architektūrų tipai, dažniausiai randami PLC:
ARM architektūra (7 arba 9 serijos)
„Motorola“/„Freescale 68000“ serijos architektūra
IBM galios architektūra
ARM architektūrą sukūrė JK įsikūrusi įmonė „ARM“, kurioje dirba daugiau nei 1 700 darbuotojų. Arm negamina žetonų, o kuria ir licencijuoja jiems intelektinę nuosavybę (IP). (1) ARM architektūra yra plačiai naudojama įterptosiose sistemose ir įrenginiuose, ir joje yra ypač didelė vartotojos elektronikos, tokių kaip mobilieji telefonai ir asmeniniai skaitmeniniai padėjėjai (PDA), dalis, kurių rinkos dalis viršija 90%. (2) ARM procesoriai gali veikti didelio ar mažo galūnio režimu, taip pat gali naudoti ARM ({32- bitą) ir nykščius ({16- bitų) instrukcijų rinkinys.Arm procesoriai dažnai yra pritaikytų sistemų ir lustų (SOC) dalis.
„Motorola“ (dabar „Freescale“) 68000 serija yra 32- bitų sudėtingas instrukcijų rinkinys (CISC) mikroprocesorius. Jis plačiai naudojamas įterptosiose sistemose. Tai buvo geriausiai parduodamas pasaulyje 32- bitų architektūros procesorius 2000 m., O „68000“ serija yra didžioji galas.
„Power Architecture“ apima „PowerPC“, sumažintą instrukcijų rinkinį (RISC) mikroprocesorių architektūrą, kurią įgyvendino IBM, Freescale, AMCC, Tundra ir PA Semi, be kita ko.
3.8 atminties išdėstymas
Paprastai PLC naudoja neaktyvią „Flash“ atminties saugyklą, kad saugotų procesoriaus modulio programinės įrangos ir kopėčių logikos programas (arba kitas IEC 61131-3 kalbas). „Flash“ atminties adresas yra susietas su procesoriaus adresų erdve, kaip ir kitų įmontuotų įrenginių valdymo registrai.
3.9 Įterptos operacinės sistemos
Daugelis įterptų operacinių sistemų taip pat yra realaus laiko operacinės sistemos (RTOS). Kad operacinė sistema būtų laikoma RTO, turi būti „deterministiškai atidėta arba garantuoti blogiausio pertraukimo vėlavimo ar konteksto perjungimo laiką“.
PLC dažnai naudoja komercinius RTOS diegimus, tokius kaip „VXWorks“, „Windows CE“ ar „QNX“, tačiau taip pat gali naudoti pasirinktines „vidines“ operacines sistemas. Nors kai kurie gamintojai, nors dar nėra įprasti, pradėjo naudoti „Linux“ pagrindu sukurtas operacines sistemas PLC.