Цифровой мир производства и интеллектуальные здания (стр. 2 из 5)

Как было отмечено выше, типовые архитектуры АСУТП, как правило, включают в себя три уровня:

- датчики и исполнительные механизмы;

- контроллеры;

- автоматизированные рабочие места операторов и диспетчеров.

Между собой устройства этих уровней связаны различными интерфейсами, отражающими нынешнее состояние промышленных сетей.

Объединение интеллектуальных контроллеров, датчиков и исполнительных устройств в единую информационную сеть осуществляется благодаря Fieldbus (полевая шина, или промышленная сеть). Fieldbus - это некая физическая коммуникационная технология объединения устройств и протокол их взаимодействия. Хотя Fieldbus очень похожа на офисную локальную вычислительную сеть, тем не менее, она обеспечивает ряд специфических функций. Это жесткая предсказуемость поведения, поддержка функций реального времени, повышенная надежность передачи данных, наличие высоконадежных механических соединительных компонентов.

Ниже приведены краткие характеристики основных промышленных сетей:

• BITbus. В ее основе лежит использование протокола SDLC, имеющего хорошие показатели по обнаружению ошибок. Структура такой сети всегда включает один ведущий (Master) узел и до 249 ведомых (Slave) узлов. Физический уровень основан на кабеле RS-485, но возможна работа и по оптическому кабелю;

• CANbus. Это последовательная шина с децентрализованным доступом к ней на основе модели CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и встроенным механизмом разрешения коллизий). Существует несколько разновидностей CANbus, несовместимых друг с другом: CANopen, SDS (Honeywell), DeviceNET (AllenBradley), CAL (OA), CAN11 (BMW), SeleCAN (Selectron), Kingdom (Kvaser), MiCAN (RMI) и др.;

• Interbus. Все данные, передаваемые в этой сети, делятся на два основных типа: данные о процессе и параметрические данные. При этом реализуется процедура доступа к шине по схеме "Master/Slave". Топология Interbus - это физическое и логическое кольцо, для реализации которого используются две витые пары, а также дополнительный провод для передачи сигнала "Земля";

• LON. В основе LON-технологии лежит использование специального Neuron-кристалла для обработки сигналов. LON-сеть может со-

стоять из сегментов с различными физическими средами передачи: витая пара, радиочастотный канал, инфракрасный канал, коаксиальный и оптический кабели. Максимальная размерность LON-сети - 32 ООО узлов;

• PROFIbus. Строится на совокупности трех отдельных протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA, каждый из которых имеет свою область применения на различных уровнях распределенной системы автоматизации. Протокол общего назначения PROFIBUS-FMS разработан для связи контроллеров и интеллектуальных устройств, и его основное назначение - передача больших объемов данных. Протокол PROFIBUS-DP"отвечает" за продолжительность цикла шины, а протокол PROFIBUS-PA используется в устройствах, работающих в опасных производствах.

4. Промышленные компьютеры

Причины использования промышленных компьютеров достаточно тривиальны. Они - не в высокой надежности или производительности промышленных компьютеров, а даже наоборот - многим промышленным компьютерам достаточно производительности устаревшего процессора х486.

Основная проблема - условия эксплуатации компьютера на промышленном предприятии. Промышленные компьютеры работают в пыли и грязи, в условиях вибраций и ударных нагрузок, бросков напряжения и других "неудобств" внешней среды.

Модульность и исключительные возможности расширения облегчают техническое обслуживание промышленных компьютеров и позволяют быстро заменять модули в случае их отказов. Материнская плата, как и другие периферийные устройства, вставляется в объединительную кросс-плату с большим числом разъемов. Так как промышленному компьютеру часто приходится взаимодействовать с большим количеством датчиков и исполнительных устройств, то количество разъемов в нем может достигать 20.

В клавиатурах промышленных компьютеров в обязательном порядке предусматривается пыле- и влагозащита. Очень часто применяют ограниченный набор функциональных и цифровых клавиш, выполненных по пленочной технологии. В последние годы все большую популярность приобретают сенсорные экраны, дающие неограниченные возможности в создании дружественных интерфейсов (рис. 1).

Рис. 1. Сенсорный экран, разработанный компанией Siemens

Среди других отличительных особенностей промышленных компьютеров от персональных можно отметить малую потребляемую мощность, жесткие условия эксплуатации (температура -40 +85 °С, удары, вибрация), "усиленное" конструктивное исполнение, отсутствие дисковых накопителей (вместо них - память на полупроводниковых элементах) и стандартных устройств ввода-вывода данных и более низкая производительность.

Существует несколько шин, применяемых в промышленных компьютерах.

CompactPCIопределяет высокоскоростной интерфейс для соединения высокоскоростных периферийных устройств, контроллеров, памяти и процессора. Физически это синхронная шина с частотой от 25 до 33 МГц с поддержкой 32- и 64-разрядных данных, которая допускает одновременное сосуществование 32-разрядных устройств с 64-разрядными периферийными устройствами. CompactPCI использует европейский конструктив (форм-фактор).

На базе шины CompactPCI фирмой NationalInstruments разработана спецификация PXI (PCIextensionsforInstrumentation - расширение PCI для инструментальных систем) в том же форм-факторе. В шине PXI часть контактов, определенных в CompactPCI как свободно используемые, предназначаются для дополнительных шин.

Шина VME"по возрасту" намного старше CompactPCI. В промышленных системах эта шина получила широкое распространение, и для нее существует большой выбор модулей, каркасов и т. д. Исходная шина VME (16/32 бит) имеет теоретическую максимальную пропускную способность 40 Мб/с, а расширенная шина VME64 - 80 Мб/с. Шина VME обеспечивает возможность горячей замены модулей - имеются контакты с опережающим соединением и запаздывающим разъединением. Расширением VME является шина VXI (VMEextension (orInstrumentation).

Стандартная для обычных ПК шина ISAбыла использована и для промышленных нужд. На ее основе был создан одноплатный компьютер, называемый microPC (mPC). На базе плат mРС производят и модули. Верхнюю сторону платы снабжают панелью, которая становится лицевой. При этом изменяется система крепления и подвода внешних цепей.

Для самых "маленьких" встраиваемых контроллеров применяется шина РС-104. В ее названии присутствует число контактов разъема, на который выводятся сигналы шины ISA. От обычной шины ISA РС-104 отличается только типом разъема и нагрузочными характеристиками линий.

5.SCADA-системы

Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации о технологических процессах (рис. 2). SCADA-пакеты состоят из нескольких программных модулей: доступа и управления, сигнализации, базы данных реального времени, базы данных, ввода-вывода и аварийных ситуаций (табл. 2).

Рис. 2.SCADA-система Trace Mode 5

Таблица 2.Известные SCADA-системы

SCADA-система	Производитель	Информация,	Краткая характеристика
Cited5.4	Citect	www.citect.com	Высокопроизводительная клиент-серверная система на базе Windows 9х и NT. Поддерживает язык программирования для создания прикладных систем
FactorySuite 2000	Wonderware	www.wonderware.com	Функционирует под управлением ОС WindowsNT. Основные модули: InTouch (для визуализации процессов), InControl (для управления оборудованием и производственными процессами), IndustrialSQLServer (реляционная база данных реального времени промышленного применения). Поддерживаются все открытые интерфейсы Microsoft, а также множество коммуникационных драйверов для связи с контроллерами
Genesis32 7.0	Iconics	www.iconics.com	Набор 32-разрядных приложений для Windows 9х и NT, построенных в соответствии со спецификацией ОРС. В состав данного пакета входят следующие клиентские приложения, соответствующие спецификации ОРС: GraphWorX32, TrendWorX32, AlarmWorX32, ScriptWorX32
Genie	Advantech	www.advantech.com	Windows-среда для построения систем сбора, анализа, визуализации данных и управления. Поддерживается многозадачный режим работы и механизмы DDE, OLE, ODBC. Можно встраивать программы на VisualBasic
RealFlex 4.2	RealFlex	www.realflex.com	32-разрядная система, работающая под управлением ОС QNX
SIMATIC IT Production Suite	Siemens	www.siemens.com	Всоставэтогокомплексавходитнесколькодиспетчеров - SIMATIC IT Framework, SIMATIC IT Personnel Manager, SIMATIC IT Messaging Manager, SIMATIC IT Material Manager, SIMATIC IT Production Order Manager.Они обеспечивают моделирование и управление технологическими процессами различных типов производств
Sitex	Jade Software	www.sitex.com	32-разрядная сетевая система, в которой серверная часть отделена от клиентской, работает под управлением ОС QNX. Клиентская часть может работать под управлением QNXWindows, Photon/QMX и Windows
Trace Mode 5	AdAstrA	www.adastra.ru	Открытая, модульная и масштабируемая система, которая поддерживает различные коммуникационные драйверы, среди которых драйверы контроллеров российского производства. Обеспечивает программирование приложений как для верхнего, так и для нижнего уровня в соответствии со стандартом IEC-1131
Wizcon	Axeda	www.axeda.com	Сетевая Windows-система с 32-разрядным ядром, управляемым по событиям. Имеется возможность управления через Internet посредством Web-публикации графических интерфейсов в виде Java-кодов
WizFactory	Axeda	www.axeda.com	Интегрированный пакет, содержащий: SCADAWizconforWindows & Internet, WizPLC, WizDCS, WizReport (средство для составления производственных отчетов), WizScheduler (средство для планирования автоматического запуска производственных заданий). Имеется возможность управления через Internet посредством Web-публикации графических интерфейсов

Что дает использование SCADA-системы предприятию: