ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.12.2021
Просмотров: 2950
Скачиваний: 33
138
ПЛК используются на цеховом и локальном уровнях.
Применение контроллеров на цеховом уровне централизованной
АСУТП должно удовлетворять следующим основным требованиям:
•
локальная или полевая (промышленная) шина обмена между
контроллером
и
распределенным
(удаленным)
УСО
(например, Modbus Plus, PROFIBUS) со скоростью обмена не
менее 1 Мбит/с;
•
индустриальная шина обмена между контроллером и АРМ
диспетчера;
•
количество переменных на один ПЛК превышает 280/112
дискретных/аналоговых;
•
ОС реального времени;
•
синхронизация времени;
•
обработка прерываний;
•
контуры регулирования;
•
архивирование данных;
•
система резервирования (не обязательно);
•
программирование в режиме реального времени (on-line).
Оптимальными, с этой точки зрения, являются контроллеры с
шиной VME или с локальной шиной для обмена данными со
встроенными УСО, например, контроллеры типа VME9300-42,
IUC9000 (Kontron), SIMATIC S5-115F, SIMATIC S7-400 (Siemens),
Premium, Quantum (Schneider Electric) 90-30,90-70 GE (Fanuc), серии
6000 (Octagon Systems).
Применение контроллеров на цеховом уровне распределенных
АСУТП аналогично их применению на цеховом уровне
централизованных
АСУТП,
за
исключением
следующих
особенностей:
•
обязательна система резервирования;
•
количество переменных на систему достигает 1000;
•
для обмена данными между цеховым контроллером и
локальными контроллерами используется полевая шина.
Этим требованиям соответствуют контроллеры типаVME9300-
42 (Kontron), SIMATIC S5-115F, SIMATIC S4-400H (Siemens),
Premium, Quantum (Schneider Electric).
Применение
контроллеров
на
локальном
уровне
распределенных АСУТП должно удовлетворять следующим
основным требованиям:
•
локальная полевая шина обмена между контроллером и
распределенным (удаленным) УСО (например, Modbus Plus,
PROFIBUS) со скоростью обмена не менее 1 Мбит/с;
139
•
полевая шина обмена между локальным и цеховым
контроллерами;
•
количество переменных на один ПЛК достигает 280/112
дискретных/аналоговых;
•
ОС реального времени;
•
поддержка синхронизации времени;
•
контуры регулирования;
•
программирование в режиме реального времени (on-line).
Этим требованиям соответствуют контроллеры типа IUC9000,
SMART I/O (Kontron), SIMATIC S7-300H (Siemens), Premium,
Compact (Schneider Electric), 90-30 (GE Fanuc).
В отдельную группу выделяются контроллеры для следующих
применений:
•
контроллеры противоаварийной защиты (ПАЗ);
•
контроллеры сбора удаленных каналов телемеханики (RTU).
Контроллеры ПАЗ применяются в системах противоаварийной
защиты. Особенности системы ПАЗ состоят в следующем:
•
высокая готовность системы;
•
контроллер ПАЗ может быть выделен из системы в отдельный
блок, если система ПАЗ входит в состав АСУТП;
•
резервирование источников питания системы;
•
малое время реакции системы на событие (прерывание);
•
ввод
аналоговых
сигналов
без
мультиплексирования
производится высокоскоростными модулями УСО с изоляцией
между каналами не менее 1500 В.
Данным характеристикам в полной мере удовлетворяют
контроллеры SIMATIC S5-115F (Siemens), Premium, Quantum
(Schneider Electric), 90-30, 90-70 (GE Fanuc).
Контроллеры
входят
в
состав
оборудования
автоматизированных систем контроля и управления (АСКУ)
удаленными объектами, где средства коммуникации и доступа к
объекту затруднены. Свойства контроллеров, входящих в состав
АСКУ удаленных объектов, следующие:
•
коммуникационная поддержка последовательных и модемных
каналов;
•
стандартный протокол обмена;
•
расширенный диапазон температуры от – 40 до +60 ˚C;
•
встроенная диагностика;
•
программирование в режиме реального времени (on-line);
•
защита от провалов питания с помощью батареи или
бесперебойного ИП.
140
Для этих целей фирмами Schneider Electric и Bristol Babcock
разработаны специальные контроллеры Compact и серии Network
DSC3000.
12.3 Производительность контроллеров для АСУТП
Производительность ПЛК оценивается по следующим
характеристикам:
•
время считывания (выбора) канала телеизмерения;
•
время обработки команд (двоичных, логических, булевых);
•
время оборота маркера на внешней шине;
•
цикл
приложения
задачи
мастера
(опрашивающего
устройства);
•
пропускная способность локальной или промышленной шины;
•
цикл приложения задачи исполнителя (опрашиваемого
устройства).
Одним из существенных параметров ПЛК является
время
считывания (Т
ск
)
канала модуля телеизмерения. Это время
представляется в технических характеристиках на модуль УСО
неявно в виде времени преобразования аналогового модуля (около
50 мкс для типового модуля) и в явном виде приводится в пределах
0,2….4,0 мс, Суммарное время преобразования и время на обработку
результата (время драйвера модуля УСО) определяет
Т
ск
.
Время обработки команд (Т
ок
)
дается в технических
характеристиках на модуль ЦП в расчете на обработку 1К операций.
Это время относится к обработке операндов в приложении, косвенно
можно оценить по объему приложения в памяти программ. Как
правило, время обработки команд значительно превышает
суммарное время считывания каналов и в итоге определяет время
цикла задачи в инструментальном пакете ПЛК
Время оборота маркера (Т
ом
)
определяется циклами
считывания модулей УСО на локальной шине или циклами
прикладной задачи на локальных контроллерах, а также пропускной
способностью шины.
Т
ом
определяется по формуле:
Т
ом
= (N – 1) + n · (T
з
+ T
о
+ T
хх
) · Tбит/с,
где N – количество узлов;
n – количество переменных;
T
з
- время запроса;
T
о
– время ответа;
T
хх
– время холостого хода;
Tбит/с – время передачи 1 бита в секунду.
141
На рис.12.3 и 12.4 даны временные соотношения цикла
приложения,
Т
ск
и
Т
ом
,
(где Т
ск
– время считывания канала; Т
ом
–
время оборота маркера; Т
см
- время считывания модуля; Т
су
– время
считывания узла) для опроса на промышленных шинах Modbus Plus
и Profibus.
Рис. 12.3 Опрос на промышленной шине типа Modbus Plus
Время оборота маркера на локальной и промышленной шине
равно циклу приложения узла задатчика (мастера) на шине и может
быть меньше пропускной способности шины. Цикл приложения узла
исполнителя на промышленной шине не должен превышать
Т
ом
,
иначе приложение не успеет
подготовить данные для опроса.
Цикл
приложения мастера на промышленной шине может быть меньше
цикла приложения исполнителя, но при этом не в каждом цикле
приложения мастера данные модифицируются.
Рис.12.4 Опрос на промышленной шине типа Profibus
142
Табл.12.1 Линейки контроллеров от основных производителей
Фирма
Линейка
верхнего уровня
Линейка
среднего уровня
Линейка
нижнего уровня
Kontron
VME9300
IUC9000
Smart I/o
Siemens
SIMATIC S7-400 SIMATIC S7-300
ET200
Schneider
Electric
Quantum
Premium
Micro/Nano
GE Fanuc
90 - 70
90 - 30
VersaMax
В табл.12.1 представлены линейки контроллеров от основных
производителей. Линейка контроллеров представляет собой группу
контроллеров
с
одинаковым
конструктивом,
равными
функциональными
возможностями,
но
с
разной
производительностью в зависимости от ЦП. Линейки контроллеров
у разных производителей лежат в одном слое с равными типовыми
решениями конструктива, набора функций, плотности каналов УСО
и др. Линейки подразделяются по уровням (табл.12.1):
•
линейка верхнего уровня (мощные цеховые контроллеры, как
правило, типа VME);
•
линейка среднего уровня (контроллеры локального уровня
АСУТП, средней производительности);
•
линейка нижнего уровня (контроллеры – интеллектуальные
УСО для связи с распределенными объектами).
В одной линейке ПЛК отличаются по производительности
центральных процессоров и их коммуникационным возможностям.
Стоимость ПЛК в одноуровневых линейках разных производителей
контроллеров близка к равному номиналу. В ряду одной линейки
стоимость ПЛК может колебаться в пределах стоимости ЦП.
12.4 Специализированные модули контроллеров для
АСУТП
Наряду с традиционными модулями дискретных, аналоговых и
последовательных каналов на рынке промышленных контроллеров
имеется ниша для набора специализированных модулей, которые
расширяют номенклатуру спектра применения промышленных
контроллеров. Состав специализированных модулей следующий:
•
модули коммуникационные;
•
модули – счетчики;
•
модули частотные;
•
модули взвешивания;
•
модули управления движением;