Тема 4. Промышленные сети производственных систем автоматизации.

 

Обзор сетевых возможностей промышленного оборудования и средств управления

Роль и место промышленных сетей в технологиях автоматизации производственных процессов:???

 

Сети информационного уровня систем управления производством:

Ethernet, Ethernet/FINS, Ethernet/IP.

Типичные области применения:

Почти повсеместная распространенность в офисных и административных локальных сетях. Широко используется для связи персональных компьютеров, программируемых контроллеров и управляющих систем.

Достоинства:

Ethernet самый распространенный и практически универсальный международный сетевой стандарт. Поддерживает передачу больших объемов данных с высокой скоростью, способна удовлетворить потребности крупных систем.

Недостатки:

Большие издержки при передаче данных небольшого объема.

Подача питающего напряжения по сетевому кабелю не производится. Физически уязвимые коннекторы. Повышенная по сравнению с другими промышленными шинами чувствительность к электромагнитным помехам. Слишком большое разнообразие открытых и фирменных стандартов обработки данных.

 

Другие сети на основе EtherNet

Modbus/TCP: Характеризуется простотой и доступностью Modbus. Вместе с тем, данный стандарт унаследовал и все недостатки Modbus. Технология Modbus/TCP имеет ограниченные возможности в плане обмена между устройствами сложными наборами параметрических данных.

ProfiNet: Технология Profibus on Ethernet призвана объединить существующий протокол Profibus с открытым сервисом OPC/XML. Учитывая всемирную распространенность Profibus, можно высказать весьма благоприятный прогноз относительно коммерческого успеха Profibus on Ethernet.

Ethernet/IP: По сути, EtherNet/IP это объекты ControlNet/DeviceNet на базе TCP/IP и UDP. У данной спецификации весьма большой потенциал, однако в настоящее время она только-только выходит в свет.

 

Промышленные сети уровня управ-ления (Ethernet/IP, Controller Link и другие):

SysmacLink, ControllerLink, FL-net, Ethernet/IP

SysmacLink - является предшественником сети ControllerLink, обеспечивает связь с контроллерами серий C200H и CV. 62 узла, 508 слов на узел, всего до 2966 слов на модуль.

 

ControllerLink

Типичные области применения:

- cвязь между контроллерами ОМРОН (1000 слов на узел, всего до 20000),

- передача информации в SCADA-системы на базе ПК (всего до 62000 слов).

Достоинства:

Легкое конфигурирование обмена, быстрота ввода в эксплуатацию, детерминированность, не требует доп. питания (витая пара), большая дальность и живучесть (оптоволокно). Поддерживает передачу больших объемов данных с высокой скоростью

Недостатки: Закрытый стандарт, ограниченный выбор оборудования

Топология: ветвление.

 

FL-net - открытая сеть основанная на технологии Ethernet, соответствует Japan Electrical Manufacturers standards (JEM 1479:2001).

Типичные области применения: Связь между контроллерами разных производителей.

 

Ethernet/IP - Разработан группой ODVA при участии компании Rockwell Automation в конце 2000 года на основе коммуникационного протокола CIP (Common Industrial Protocol), который используется в сетях ControlNet и DeviceNet.

EtherNet/IP в дополнение к типичным функциям протоколов HTTP, FTP, SMTP и SNMP, обеспечивает передачу критичных ко времени доставки данных между управляющим устройством и устройствами ввода-вывода.

Надежность передачи некритичных ко времени данных (конфигурации, загрузка/выгрузка программ) обеспечивается стеком TCP, а критичная ко времени доставка циклических данных управления осуществляется через стек UDP.

Для упрощения настройки сети EtherNet/IP большинство стандартных устройств автоматики имеют в комплекте заранее определенные конфигурационные файлы (EDS).
CIPsync является расширением коммуникационного протокола CIP и реализует механизмы синхронизации времени в распределенных системах на основе стандарта IEEE 1588.

 

Промышленные сети полевого уровня (Device Net, и другие):

Compobus/S, CAN, DeviceNet, CompoNet, Profibus/DP, ProfiNet, последовательные протоколы RS-232/485

Сравнение полевых шин:

 

DeviceNet

Типичные области применения: в основном сборочные, сварочные и транспортировочные агрегаты. Используется для одно-кабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, считывателей штрих-кодов, приводов и операторских пультов. Особенно широкое распространение данная шина получила в автомобильной и полупроводниковой отраслях промышленности.

Достоинства: дешевизна, широкое распространение, высокая надежность, эффективное использование пропускной способности, подача питающего напряжения по сетевому кабелю.

Недостатки: ограниченная пропускная способность, ограниченный размер сообщений, ограниченная длина соединения. Не эффективна для “нескольких точек на узел”. Не очень скоростная.

 

??? Технические и программные средства построения и конфигурации промышленных сетей:

Аппаратная поддержка Ethernet:

Модули ПЛК: CS1W-ETN01 (коакс.), CS1W-ETN11, CS1W-ETN21, CS1W-EIP21,

CS1D-ETN21D,

CJ1W-ETN11, CJ1W-ETN21, CJ1W-EIP21,

CP1W-CIF41.

ПЛК со встроенным Ethernet: CJ1M-CPU11(12/13)-ETN, CJ2M-CPU31(32/33/34/35),

CJ2H-CPU64(65/66/67/68)-EIP.

Программируемые терминалы с Ethernet: NS, NSJ (со встроенным ПЛК).

Модуль для программируемого терминала NSJ: NSJW-ETN21

Программная:

CX-Integrator - Echoback Test between Nodes (проверка FINS коммуникаций).

- Ping test.

- Broadcast Node Search (поиск FINS узлов в выделенной сети).

CX-Server LITE - обеспечение совместимости Omron с Microsoft Office.

CX-Server OPC - обеспечение совместимости со SCADA системами

Controller Link:

Модули ПЛК: C200HW-CLK21

CS1W-CLK12/13/CLK52/53 (опт.), CS1W-CLK21/23,

CJ1W-CLK21/23,

CQM1H-CLK21.

PCI плата PC: 3G8F7-CLK12/13, 3G8F7-CLK52/53 (опт.),

3G8F7-CLK21/23.

Репитеры: CS1W-RPT01, CS1W-RPT02/RPT03 (витая пара - оптоволокно).

Модуль для программируемого терминала NS10/12: NS-CLK21.

Модуль для программируемого терминала NSJ: NSJW-CLK21

CX-Programmer - настройка простого циклического обмена в режиме автоматического распределения данных.

- параметры режима “1:N Allocation” прописываются в DM-области/

CX-Integrator - Data Link (настройка таблицы циклического обмена).

- Мониторинг on-line конфигурации сети.

- Controller Link Network Diagnostic Tool.

 

DeviceNet:

Мастер-модули ПЛК: C200HW-DRM21-V1, CS1W-DRM21-V1, CJ1W-DRM21.

Слэйв-модули ПЛК: C200HW-DRT21, CPM1A-DRT21, CQM1-DRT21

Удаленные модули DeviceNet: DRT1, DRT2.

Универсальные I/O терминалы: GT1 (DRT1-COM), SmartSlice (GRT1-DRT).

Модуль для программируемого терминала NT31/NT361: NT-DRT21.

Программируемые терминалы серии NSJ со встроенным мастером DeviceNet.

CX-Programmer - регистрация слэйвов (scan list).

- выбор области для фиксированного распределения слэйвов,

- ручное распределение данных слэйвов в мастере.

CX-Integrator - Мониторинг on-line конфигурации сети,

- Регистрация (распределение) слэйвов между мастерами,

- Распределение области данных слэйвов в мастере. - Конфигурирование и мониторинг терминалов I/O (GT1, GRT1).

- Мониторинг состояния сети и модулей.

 

??? Сетевые модули PLC: параметризация:

На примере Ethernet

 

Настройку параметров можно произвести с помощью Web-браузера. Чтобы отобразить в окне стандартного Web-браузера страничку для настройки параметров Ethernet модуля, необходимо указать следующий адрес: URL: http://(IP-адрес Ethernet-модуля)/0

Чтобы произвести настройку системных параметров модуля (например,IP-адреса) с помощью Internet Explorer версии 6.0 и Web-функции Ethernet-модуля, установите связь с Ethernet-модулем из Web-браузера. В нашем примере используется IP-адрес Ethernet-модуля 192.168.250.40. Поэтому в качестве URL указывается: http://192.168.250.40/0.

 

??? Программные средства интеграции промышленных сетей:

CX-Designer - Работа с программируемыми терминалами

(панелями оператора)

CX-Drive - Работа с частотно-регулируемыми электроприводами

и серво системами

CX-FLnet - Работа с модулями промышленной сети FLnet

CX-Integrator - Средство интеграции промышленных сетей

CX-Motion - Работа с модулями управления перемещениями (MC) в приложениях механотроники

CX-Motion-MCH - Средство программирования, параметризации и мониторинга работы модулей управления перемещениями (MCН)

CX-Motion-NCF - Работа с модулями управления положением (NCF)

CX-Position - Параметризация модулей позиционирования (NC) и ведение проектов в задачах управления положением.

CX-Process Tool - Создание и тестирование функциональных блоков для модулей и плат управления контурами (LC/B)

CX-Profibus - Параметризация ведущих модулей, конфигурация и мониторинг сети Profibus.

CX-Programmer - Разработка и мониторинг управляющих программ для программируемых логических контроллеров

CX-Protocol - Разработка macro-протоколов для внешних устройств с поддержкой обмена данными по последовательным каналам связи.

CX-Sensor - Конфигурация и мониторинг усилителей датчиков ZX-серии (ZX-EDA: индуктивные, ZX-NDA: касания, ZX-LDA: лазерные).

CX-Simulator - Программный эмулятор программируемых логических контроллеров (CS, CJ, CP серии).

CX-Thermo - Параметризация температурных контроллеров (серии EJ1xx, E5xx).

Face Plate Auto-Builder - Автоматизация построения файлов проектов для программируемых терминалов NS-серии при работе с модулями управления контурами (серии LC/B).

SwitchBox Utility - Сервисная программа для работы с данными программируемого логического контроллера

Trajexia Tools - Программные средства для работы с контроллерами управления сервосистемами и частотно-регулируемыми электроприводами.

 

Тема 5. Средства человеко-машинного интерфейса (HMI). +

Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) это набор технических средств, предназначенных для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудования, который и дает возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование.

Такие средства могут включать приводимые в действие вручную органы управления, контрольные устройства, дисплеи.

Человеко-машинные интерфейсы классифицируют:

• Аппаратные интерфейсы (датчики – амперметр, вольтметр; пульты управления с кнопками и рычагами);
• Программные интерфейсы (интерфейс пользователя – экраны, ПК);
• Аппаратно-программные интерфейсы (нажал кнопку, на экране отобразилось давление в гидроприводе).

 

Технические характеристики и функциональные возможности

А) На примере терминалов серии NS:

Функции программируемых терминалов для систем автоматизации производственных процессов:

1. Визуализация технологического процесса

Программируемые терминалы серии NS можно использовать для отображения такой информации, как текущее рабочее состояние системы и устройств. Для более удобного и наглядного представления этой информации могут использоваться графики и другие элементы индикации.

2.Указания для операторов производственных установок

Программируемые терминалы могут информировать операторов об ошибках системы и устройств, и оказывать им помощь в принятии соответствующих мер.

3.Кнопки и переключатели панели управления

Программируемые терминалы серии NS позволяют пользователю создавать различные экранные (виртуальные) кнопки и переключатели. Сенсорный экран превращает касание переключателя в команду, которая передаётся на центральную станцию.

Б) Общие характеристики:

Быстродействие - время отклика на воздействие оператора, время обработки данных и вывод их на экран.

Компактность – габаритные размеры должны соответствовать занимаемому пространству по функциональности (большие размеры для охлаждения, или из-за большого кол-ва элементов).

Износ и работоспособность – кол-во циклов вкл. \ выкл. Кол-во часов наработки на отказ.

Функции: ввод \ вывод информации в удобном для человека виде (ускоряет и упрощает рабочий процесс => снижает вероятность ошибок).

 

Программные среды HMI:

SCADA приложения (например с помощью CX-Supervisor можно создать дублирующий экран на ПК); приложения для программирования экранов (например CX-Designer); иные средства мониторинга.

 

Интеграция в системы управления производством:

Установка терминалов на станки; замена пультов управления; использование сети для удалённого управления в условиях наличия ПЛК.

 

??? Тема 6. SCADA-системы

SCADA в системах автоматизации производственными процессами:

SCADA-системы решают следующие задачи:

• Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.
• Обработка информации в реальном времени.
• Логическое управление.
• Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
• Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
• Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
• Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
• Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.
• Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).
• То без чего не обходится ни одна SCADA система – это графический интерфейс, который позволяет упростить задачу построения и отображения технологического процесса (ТП). К графической части можно отнести возможность упрощенного или детализированного отображения объектов ТП., средств измерения физических параметров технологических объектов (ТО). Кроме того позволяет отображать кнопки, индикаторы, панели стрелочных или цифровых индикаторов, регуляторов и других вторичных приборов которые раньше располагались на панели шкафа автоматизации. Поддержка библиотек изображений и видео позволяющая выводить графическую информацию сторонних разработчиков на графическую панель SCADA системы, такие как элементы мнемосхем, динамические объекты.
• SCADA системы позволяют вести архив измерений, событий и аварийных ситуаций происходящих на ТО, с отображением изменений информации в окне временного тренда.
• Упрощенный язык составления алгоритмов управления ТП, математических вычислений.
• Драйвера устройств и оборудования согласованной работы со SCADA системой, находящихся на нижнем и среднем уровнях АСУ ТП, такие как датчики, вторичное оборудование контроллеры.
• Поддержка других языков программирования высокого уровня (Visual C++, VBA, VB).
• И одна из важнейших функций SCADA систем – средства защиты от несанкционированного доступа к файлам и компонентам.

Программные среды разработки приложений верхнего уровня:

Master SCADA – система визуализации АСУТП, MES, задач учета и диспетчеризации объектов промышленности, ЖКХ и зданий.

TRACE MODE® - это первая интегрированная информационная система для управления промышленным производством, объединяющая в едином целом продукты класса SOFTLOGIC-SCADA / HMI-MES-EAM-HRM. Для программирования алгоритмов управления технологическими процессами в SCADA системе TRACE MODE 6 поддержаны все 5 языков международного стандарта IEC 61131-3. Такие как - Techno FBD, Techno LD, Techno SFC и процедурные - Techno ST, Techno IL.

SIMP Light miniSCADA – реализованные в системе инновационные решения, позволяют максимально сократить сроки на разработку, настройку и дальнейшую эксплуатацию проектов по АСУ ТП. SCADA система не требует от разработчика специфических знаний в области программирования и разработки систем верхнего уровня. Достаточно только сконфигурировать систему под разрабатываемые задачи, имея лишь базовые знания пользователя ПК

SIMATIC WinCC – мощная среда разработки верхнего уровня управления АСУ ТП с централизованным контролем и сбором данных, система SIMATIC WinCC (Windows Control Center) - это компьютерная система человеко-машинного интерфейса, работающая под управлением операционных систем Windows и предоставляющая широкие функциональные возможности для построения систем управления различного назначения и уровней автоматизации.

Citect SCADA – программный продукт, представляющий собой полнофункциональную систему визуализации и мониторинга, управления и сбора данных. ПО Citect SCADA включает в себя все функциональные блоки (тренды, алармы, отчеты, драйвера, протоколы) представляя собой единое средство разработки проекта. В отличие от ПК -совместимых АСУ ТП Citect SCADA разрабатывалась как высокоэффективное средство управления интегрированными системами предприятия. Технологии Internet Explorer'а позволяют реализовывать удаленный мониторинг системы и управление технологическим процессом.

Дополнительное расширение возможностей Citect SCADA:

1) CitectFacilities – специальное приложение для автоматизации зданий и систем жизнеобеспечения сооружений и объектов ЖКХ.

2) CitectSCADA Reports - Мощная система сбора данных и генерации отчетов на основе MS SQL Server 2005 и встроенной службы Reporting Services

SCADA система InTouch – это достаточно мощная среда разработки визуализации и управления для промышленной автоматизации технологических процессов и диспетчерского контроля. SCADA система InTouch применяется для создания DCS (распределенных систем управления) и других АСУ ТП.

WINLOG PRO SCADA / HMI – это простой, гибкий и экономичный инструмент разработки визуализации управления ТП для использования как на промышленных, так и на бытовых объектах автоматизации.

Интегрированная среда разработки предоставляет различные инструменты (Gate Builder, Template Builder, Code Builder) для легкого и интуитивного создания многоязычных приложений. Система обладает расширеной библиотекой драйверов и интерфейс OPC клиента обеспечивают коммуникацию с большинством контрогллеров иоборудования автоматизации.

SCADA система PcVue – полнофункциональный продукт для решения задач распределенного мониторинга и управления. Интеллектуальный Генератор (Smart Generator) создает приложения PcVue из различных программных продуктов, включая AutoCad, CoDeSys и ISaGRAF. В совокупности с компонентом WebVue PcVue предлагает решение для детальной настройки, которая доступна из обычного Web-браузера через интранет или Интернет. Система поддерживает возможность расширения за счет добавления модулей и средств.

Так же используются отдельные пакетные приложения вроде cx-supervisor.

Таблица 1. Популярные SCADA-системы, имеющие поддержку в России

 

 

??? Управление и мониторинг посредством SCADA приложений:

SCADA наблюдает, SCADA управляет..

Различные графические интерфейсы позволяют человеку лучше анализировать полученную информацию. Автоматическая обработка классических ситуаций (не аварийны) так же улучшает процесс производства. Ведение наблюдения со сбором и записями данных позволяет вести статистику для обработки информации. (приложение для визуализации, программирования, управления объектом и данными).

 

??? Тема 7. Автоматизированные системы управления в энергетике и электротехнике.

Структуры автоматизированных систем управления технологическим процессами на объектах электроэнергетики (гидроэлектростанции и другие). Основные требования и решаемые задачи. Программно-технические комплексы.