1 компоненти на системата за управление
Компонентите на системата за индустриален контрол могат да бъдат разделени широко на две категории в зависимост от това къде се намират: устройства за контрол на центъра и устройства за отдалечен сайт. Устройствата за контрол на центъра са разположени в центъра за контрол на системата и включват интерфейса на човешката машина (HMI), инженерните работни станции и историята на историята (историк). Устройствата за отдалечен сайт са устройства, които се намират на производствения сайт и са директно свързани с задвижващите механизми и сензори, чиято основна функция е да контролира и контролира физическия процес. Въпреки че устройствата на сайта обикновено не взаимодействат директно с хората, те е по -вероятно да бъдат атакувани и компрометирани, тъй като производствените обекти обикновено са по -малко сигурни от контролните центрове.
1.1 Оборудване на контролния център
Интерфейс на човешката машина HMI (понякога наричани SCADA системи) са системи, които позволяват на операторите да наблюдават и контролират процесите. HMIS HMI обикновено са чисти софтуерни приложения, работещи на компютър с общо предназначение, обикновено работещи в семейството на Microsoft Windows от среди на операционната система. Общият HMIS в индустрията включва Wonderware, Wincc на Siemens, RSVIEW на Rockwell и Areva E-Terra, като Kinseal също е добър избор.
Историкът на сървъра на историята е сървър на база данни, който записва историята на състоянието на система за контрол на процесите. В някои случаи, ако историкът е достатъчно мощен, той може да се използва и като HMI за системата за управление. Историкът обикновено работи на основните операционни системи и общи хардуерни устройства и обикновено се отразява в корпоративната мрежа.
1.2 Отдалечени устройства на сайта
Устройствата за отдалечен сайт включват PLC, отдалечени терминални единици RTU, интелигентни електронни устройства IED и електронни релета. Въпреки че функциите на тези устройства варират значително, те могат да бъдат грубо групирани въз основа на тяхното местоположение и прилики. В тези устройства има и прилики в хардуерната архитектура, които обикновено осигуряват аналогов или цифров вход/изход (I/O) и функции за управление. Те четат данни директно от сензори и изпращат операционни команди на задвижващи механизми, а в някои случаи са свързани с други полеви устройства.
В тази статия е дадена опростена дискусия на устройствата. Всъщност всяко от тези устройства, споменати по -горе (PLCS, RTU, IEDS и електронни релета), изпълнява определен подмножество от функции в модела на връзката на обекта на системата за управление (ORM). Например, RTU, които обикновено са функцията на SCADA системи, които осигуряват само полеви I/O контрол, извършват вземане на проби чрез полеви I/O сензори и поотделно, RTU ще генерират тригери за задвижващите механизми. Електронните релета винаги ще изпълняват функциите за вземане на проби и задействане. RTU ще генерира полеви точки за данни на състоянието, а в някои случаи ще обработва точките на полето за командни данни. Релетата ще генерират полеви точки на състоянието, но е по -малко вероятно да се справят с командваните точки на полето за данни. В допълнение към комуникацията със сензори, задвижващи и функции за контрол на по -високо ниво, PLC имат важни локални функции за управление. Тези функции могат да изглеждат сходни, но има значителни разлики в ORMS.
2 Типична архитектура на системата за управление
Фигура 1 показва типична архитектура на системата за управление. В него обикновеният търговски компютър, работещ с HMI, комуникира с полеви устройства като PLCS чрез стандартни мрежови протоколи (напр. Ethernet). Инженерната станция и базата данни за историята също обикновено са обикновени търговски компютри или сървъри, които комуникират с полевите устройства чрез стандартни мрежови протоколи. Полевите устройства се свързват с други полеви устройства, използвайки протоколи за индустриален контрол, базирани на Ethernet, като Fieldbus. Някои полеви устройства се свързват с интелигентни устройства, използвайки стандартни протоколи за комуникация на серийна шина като RS232 или RS485, а някои полеви устройства се свързват директно към сензори, i \ o устройства и машинни устройства.
3 програмируем логически контролер plc
PLC е полево устройство, което може да бъде свързано директно към сензори и задвижващи механизми или други полеви устройства. PPLCs се контролират локално чрез логически програми (обикновено във формат, дефиниран според стандарта IEC 61131-3, и могат да получават цифритните команди и заявките за заявки от HMI през контролната система, протоколите за комуникация на COMMUNINE COMMUNITAL COMMUNINE COMMUNINE PROTOCOLS. По същество използвайте същите основни компоненти. Типовете по същество използват същите основни компоненти.
3.1 PLC програмиране
PLC могат да бъдат програмирани с помощта на един от езиците, изброени в IEC 61131-3:
Диаграма на стълбата (LD), графична
Диаграма на функционалния блок (FBD), графична
Структуриран текст (ST), текстово
Списък с инструкции (IL), текстово
Диаграма на функцията на последователността (SFC), графичен
PLC работи в циклични цикли, наречени „сканиране“, които се състоят от входове, изпълнение на логика и изходи.
3.2 Обща модулна PLC архитектура
Модулните PLC са съставени от отделни модули, свързани с заден план. Немодуларният PLC интегрира всички компоненти в една платка.
3.3 Взаимодействие с PLC модул
В общата PLC архитектура с общо предназначение, показана на фигура 2, всеки модул има физически слот и е назначен поредица от адреси на задните плоскости. Интерфейсните регистри и буферните спомени са изложени в обхвата на адресите на задните плоскости. Съобщенията се изпращат и получават чрез модули четене и писане на регистри или други буфери на модули.
3.4 Процесорен модул
Процесорният модул е сърцето на PLC. Той реализира координация между модулите и понякога се използва като арбитър за заден план. Модулът на процесора конфигурира други модули в POWER-UP, ако не съхраняват собствените си конфигурации.
Процесорният модул интерпретира и изпълнява логиката на стълбата, чете стойности от комуникационния модул или I/O модула, поддържа оперативното състояние, изпълнява цикли на "сканиране" на логиката на стълбата и записва изходни стойности в комуникационния модул или I/O модула.
3.5 Комуникационен модул
Комуникационните модули вземат код на комуникационния протокол от процесорния модул. Те вземат данните за взаимодействие с протокол на протокол от процесорния модул, като гарантират, че процесорният модул е в собствения си чувствителен към времето контролен цикъл. Тъй като някои протоколи на системата за управление са много сложни, комуникационният модул може да има висока мощност на обработка, така че комуникационният модул може да бъде толкова сложен, колкото и процесорният модул.
3.6 I/O модули
I/O модулите преобразуват сигнали между ниско напрежение (3,3 волта или 5 волта), логика на нисък ток (милиампер) и високо напрежение (24 волта или повече), контрол на процеса с висок ток (ампер). Аналоговите I/O модули съдържат аналогови-дигитални преобразуватели (ADCs) и цифрово-аналогови преобразуватели (DACS). Тези модули имат сравнително проста логика и сравнително малко интелигентен хардуер и единствената им задача е да конвертират между аналогови и цифрови сигнали.
3.7 процесори с общо предназначение
Има три типа процесорни архитектури, които най -често се срещат в PLC:
Архитектура на ARM (7 или 9 серии)
Архитектура на серията Motorola/Freescale 68000
Архитектурата на силата на IBM
Архитектурата на ARM е проектирана от ARM, компания със седалище във Великобритания с повече от 1700 служители. (1) Архитектурата на ARM е широко използвана във вградените системи и устройства и има особено голям дял от потребителската електроника, като мобилни телефони и лични цифрови асистенти (PDAs), с пазарен дял над 90%. (2) ARM процесорите могат да се изпълняват в режим Big-Endian или Little-Endian, а също така могат да използват ръката (32- бит) и палец (16- бит) набори от инструкции. Арм процесорите често са част от персонализирани системи на чипове (SOC).
Серията Motorola (сега Freescale) 68000 е 32- битов сложен набор от инструкции (CISC) микропроцесор. Той се използва широко във вградените системи. Това беше най-продаваният в света процесор за архитектура на бит {3}} през 2000 г., а серията 68000 е Big-Endian.
Архитектурата на захранването включва PowerPC, редуциран набор от инструкции (RISC) Архитектура на микропроцесора, реализиран от IBM, Freescale, AMCC, Tundra и PA Semi, наред с други. Архитектурата на захранването използва Big-Endian Byte последователности.
3.8 Оформление на паметта
PLC обикновено използват не-променливи програми за съхранение на флаш памет, за да съхраняват програми за фърмуер и логически програми на стълбата на процесора (или други IEC 61131-3 езици). Адресът на флаш паметта е картографиран в адресното пространство на процесора, както и контролните регистри на други бордови устройства.
3.9 Вградени операционни системи
Много вградени операционни системи също са операционни системи в реално време (RTO). За да се счита за RTOS, операционната система трябва да бъде „детерминирано забавена или да гарантира най-лошия път за забавяне на прекъсването или време за превключване на контекста“.
PLC често използват търговски реализации на RTOS като VXWorks, Windows CE или QNX, но могат също да използват персонализирани операционни системи „вътрешни“. Въпреки че все още не са често срещани, някои производители са започнали да използват базирани на Linux операционни системи на PLC.