5. Средства технологического программирования контроллеров
Специфика работы с контроллерами по сравнению с обычными офисными компьютерами состоит не только в ориентации на работу с платами ввода-вывода, но и в преимущественном использовании языков технологического программирования. Как правило, на промышленных предприятиях с контроллерами работают не программисты, а технологи, хорошо знающие специфику объектов управления и технологического процесса. Для описания процессов обычно используются такие языки, как язык релейно-контактных схем, функциональных блоков и так далее, теоретические основы которых взяты из методов автоматического управления. Накопленный многими фирмами опыт был обобщен в виде стандарта IEC 1131-3 [1], где определены пять языков программирования контроллеров: SFC - последовательных функциональных схем, LD - релейных диаграмм, FBD - функциональных блоковых диаграмм, ST - структурированного текста, IL - инструкций. Важно отметить, что использование данного стандарта полностью соответствует концепции открытых систем, а именно, делает программу для контроллера независимой от конкретного оборудования - ни от типа процессора, ни от операционной системы, ни от плат ввода-вывода. В настоящее время программы многих фирм поддерживают этот стандарт: ACCON-Prosys 1131 (фирма DeltaLogic), Open DK (фирма infoteam Software GmbH), Multiprog (фирма KW Software), NAiS Control (Matsushita Automation Controls) и др. Наиболее известной реализацией этого стандарта является пакет ISaGRAF фирмы CJ International, включающий систему разработки (WorkBench) и систему исполнения (Target).
Если первая используется для создания, моделирования, тестирования и документирования прикладных программ, исполняемых под управлением ядра ISaGRAF, то вторая загружается извне либо записывается в ПЗУ. По данным организации PLCopen, в настоящее время программа, созданная с помощью ISaGRAF, может быть загружена и исполнена на процессорах Intel и Motorola под управлением операционных систем DOS, OS-9, QNX, iRMX, Lynx, pSOS, OS-9000, VMEexec, VRTX, VxWorks, Windows NT. Основными достоинствами ISaGRAF являются простой, интуитивно понятный для технолога графический интерфейс, встроенные средства отладки, моделирования, тестирования и документирования программ, поддержка промышленных сетей (Profibus, Modbus).
6. Пример реализации контроллеров
В качестве примера контроллера, построенного на базе концепции открытых систем рассмотрим контроллер CS104 фирмы Steinhoff. Это компактный, модульный и PC-совместимый компьютер, который может комплектоваться оборудованием любой фирмы, поставляющей платы в формате PC/104, в том числе платы ввода-вывода, жесткие или гибкие диски, PC-карты, флэш-память и т. д. Базовый комплект контроллера фирмы Steinhoff: процессорный модуль, включающий сам процессор, 4-Мбайт динамическое ОЗУ, интерфейсы для клавиатуры, мыши, два последовательных и один параллельный порт, IDE/FDD, 128-Kбайт флэш-памяти, таймер реального времени, сторожевой таймер, Ethernet. Для ОС QNX обеспечивается удаленная загрузка по сети. По усмотрению пользователя контроллер CS104 может быть укомплектован одним из следующих интерфейсов для промышленных сетей: Profibus, CAN, InterBus-S, LonWorks, II/O Lightbus, к каждому из которых поставляются драйверы, работающие в QNX. Для технологического программирования используется пакет ISaGRAF с исполнительной системой для ОС QNX. Такая архитектура ПО позволяет на работающей системе осуществлять удаленное программирование (на технологических языках IL, ST, FB, SFC, LD) и отладку в защищенном режиме элементов приложения, обслуживающих отдельные 32-разрядные задачи рабочего процесса, что гарантирует высокую надежность работы системы в целом.
Взаимодействие со SCADA-системами обеспечивают драйверы для нескольких пакетов, таких как RealFlex, Sitex и др. [2]. Таким образом, контроллер CS104 позволяет построить систему АСУ ТП с использованием стандартных компонентов, обладающую модульностью и масштабируемостью, т. е. в полной мере соответствующую концепции открытых систем.
Литература
1. Кулаков М.В. Технические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1983. - 424 с.
2. Никитенко Е.А. автоматизация и телеконтроль электрохимической защитой магистральных газопроводов. М.: Недра, 1976.
3. Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И. Автоматизация химических производств. Учеб. пособ. -М.: Химия, 1982. - 296 с.
4. Теория автоматического управления / Под ред. Нетушила А.В. Ч.1. -М.: Высш. шк., 1968.
5. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория автоматического регулирования. -М.: Наука, 1966.
6. Дадаян Л.Г. Автоматизация технологических процессов: методические указания к курсовому и дипломному проектированию. -Уфа.: Изд-во УНИ, 1985. - 225 с.
7. Камразе А.Н., Фитерман М.Я. Контрольно-измерительные приборы и автоматика. Л.: Химия, 1988. - 225 с.
8. Стефани Е.П. Основы построения АСУТП: Учеб. пособ. -М.: Энергоиздат, 1982. -352 с.
9. Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины: Справочник /Под ред. Кошарского Б.Д. -Изд. 3-е. -Л.: Машиностроение, 1976. -486 с.
10. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебник. -М.: Химия, 1985. -352 с.
11. Теория автоматического управления: Учебник. В 2-х частях / Под ред. А.А.Воронова. -М.: Высш.шк., 1986. -Ч.1. - 367 с. - Ч.2. -504 с.
12. Аязян Г.К. Расчет автоматических систем с типовыми алгоритмами регулирования: Учеб. пособ. -Уфа.: Изд-во УНИ, 1986. -135 с.
13. Веревкин А.П., Попков В.Ф. Технические средства автоматизации. Исполнительные устройства: Учеб. пособ. -Уфа.: Изд-во УНИ, 1996. -95 с.
14. ГОСТ 21.404-85. Обозначения условные приборов и средств автоматизации.
15. ГОСТ 21.408-93. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов.
16. Кузнецов А. SCADA-системы: программистом можешь ты не быть.// СТА. -1996. -№ 1. –С. 32 – 35.
17. Кабаев С. SCADA-пакет InTouch в отечественных проектах.// Мир компьютерной автоматизации. -1997. -№ 2. – С. 88 – 90.
18. Христенсен Д. Знакомство со стандартом на языки программирования PLC IEC 1131-3.// Мир компьютерной автоматизации. -1997. -№ 2. – С. 24 – 25.
СОДЕРЖАНИЕ
С.
Часть 1. Теория Автоматического Управления (ТАУ) 3
1. Основные термины и определения ТАУ. 3
1.1. Основные понятия. 3
1.2. Классификация АСР. 6
1.3. Классификация элементов автоматических систем. 8
2. Характеристики и модели элементов и систем. 8
2.1. Основные модели. 8
2.2. Статические характеристики. 9
2.3. Динамические характеристики. 10
2.4. Дифференциальные уравнения. Линеаризация. 11
2.5. Преобразования Лапласа. 13
2.6. Передаточные функции. 16
2.6.1 Определение передаточной функции. 16
2.6.2 Примеры типовых звеньев. 17
2.6.3 Соединения звеньев. 19
2.6.4 Передаточные функции АСР. 20
2.6.5 Определение параметров передаточной функции объекта
по переходной кривой. 21
2.7. Частотные характеристики. 22
2.7.1 Определение частотных характеристик. 22
2.7.2 Логарифмические частотные характеристики. 24
3. Качество процессов управления. 25
3.1. Критерии устойчивости. 25
3.1.1 Устойчивость. 25
3.1.2 Корневой критерий. 26
3.1.3 Критерий Стодолы. 27
3.1.4 Критерий Гурвица. 27
3.1.5 Критерий Михайлова. 29
3.1.6 Критерий Найквиста. 29
3.2. Показатели качества 30
3.2.1 Прямые показатели качества. 30
3.2.2 Корневые показатели качества. 31
3.2.3 Частотные показатели качества. 31
3.2.4 Связи между показателями качества. 32
4. Настройка регуляторов. 32
4.1. Типы регуляторов. 32
4.2. Определение оптимальных настроек регуляторов. 33
Часть 2. Средства автоматизации и управления. 35
1. Измерения технологических параметров. 35
1.1. Государственная система приборов (ГСП). 35
1.2. Точность преобразования информации. 35
1.3. Классификация КИП. 37
1.4. Виды первичных преобразователей. 37
1.5. Методы и приборы для измерения температуры. 38
1.5.1 Классификация термометров. 38
1.5.2 Термометры расширения. Жидкостные стеклянные. 38
1.5.3 Термометры, основанные на расширении твердых тел. 39
1.5.4 Газовые манометрические термометры. 39
1.5.5 Жидкостные манометрические термометры. 40
1.5.6 Конденсационные манометрические термометры. 40
1.5.7 Электрические термометры. 40
1.5.8 Термометры сопротивления. 42
1.5.9 Пирометры излучения. 42
1.5.10 Цветовые пирометры. 43
1.6. Вторичные приборы для измерения разности потенциалов. 43
1.6.1 Пирометрические милливольтметры. 43
1.6.2 Потенциометры. 44
1.6.3 Автоматические электрические потенциометры. 44
1.7. Методы измерения сопротивления. 45
1.8. Методы и приборы для измерения давления и разряжения. 46
1.8.1 Классификация приборов для измерения давления. 46
1.8.2 Жидкостные манометры. 47
1.8.3 Чашечные манометры и дифманометры. 47
1.8.4 Микроманометры. 48
1.8.5 Пружинные манометры. 48
1.8.6 Электрические манометры.
Преобразователи давления типа "Сапфир". 48
1.9. Методы и приборы для измерения расхода пара, газа и жидкости. 50
1.9.1 Классификация. 50
1.9.2 Метод переменного перепада давления. 51
1.9.3 Расходомеры постоянного перепада давления. 52
1.9.4 Расходомеры переменного уровня. 52
1.9.5 Расходомеры скоростного напора. 53
1.10. Методы и приборы для измерения уровня. 53
1.10.1 Методы измерения уровня. 53
1.10.2 Поплавковый метод измерения уровня. 53
1.10.3 Буйковые уровнемеры. 53
1.10.4 Гидростатические уровнемеры. 54
1.10.5 Электрические методы измерения уровня. 54
2. Исполнительные устройства 55
2.1. Классификация исполнительных устройств 55
2.2. Исполнительные устройства насосного типа 55
2.3. Исполнительные устройства реологического типа 56
2.4. Исполнительные устройства дроссельного типа 56
2.5. Исполнительные механизмы 57
3. Функциональные схемы автоматизации 58
3.1. Условные обозначения 58
3.2. Примеры построения условных обозначений приборов и средств
автоматизации 60
3.3. Примеры схем контроля температуры 64
3.4. Примеры схем контроля давления 66
3.5. Схемы контроля уровня и расхода 68
Часть 3. Современные системы управления производством 69
1. Структура АСУ ТП 69
2. Устройства связи с объектом (УСО). 70
3. Аппаратная и программная платформа контроллеров 72
4. Операционная система PC-контроллеров 73
5. Средства технологического программирования контроллеров 74
6. Пример реализации контроллеров 75
Литература 76
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
