1 A vezérlőrendszer alkotóelemei
Az ipari vezérlőrendszer -IC -k alkotóelemei nagyjából két kategóriába sorolhatók, attól függően, hogy hol vannak: vezérlőközpontok és távoli helyszíni eszközök. A vezérlőközpont eszközei a rendszervezérlő központban találhatók, és magukban foglalják az emberi gép interfészét (HMI), a mérnöki munkaállomások és a történelemkiszolgálók (történész). A távoli webhely -eszközök olyan eszközök, amelyek a gyártási helyszínen tartózkodnak, és közvetlenül csatlakoznak a hajtóművekhez és az érzékelőkhöz, amelyek elsődleges funkciója a fizikai folyamat felügyelete és ellenőrzése. Noha a helyszíni eszközök általában nem lépnek kapcsolatba közvetlenül az emberekkel, nagyobb valószínűséggel támadnak meg és veszélybe kerülnek, mivel a gyártási helyek általában kevésbé biztonságosak, mint a kontrollközpontok.
1.1 Vezérlő központ berendezés
Az emberi gépi felület HMI -k (néha SCADA rendszerek) olyan rendszerek, amelyek lehetővé teszik az operátorok számára, hogy figyeljék és vezéreljék a folyamatokot. A HMIS HMIS általában tiszta szoftveralkalmazások, amelyek általános célú számítógépen futnak, általában az operációs rendszerek Microsoft Windows családjában futnak. Az iparágban a közös HMI-k közé tartozik a Wonderware, a Siemens WinCc, a Rockwell RSView és az AreVa E-Terra, a Kinseal szintén jó választás.
A History Server történész egy adatbázis -kiszolgáló, amely rögzíti a folyamatvezérlő rendszer állapotának előzményeit. Bizonyos esetekben, ha a történész elég erős, akkor HMI -ként is használható a vezérlőrendszer számára. A történész általában a fő operációs rendszereken és a közös hardver eszközökön fut, és általában a vállalati hálózaton tükrözi.
1.2 Távoli webhely -eszközök
A távoli helyszíni eszközök közé tartoznak a PLC -k, a RTU -k távoli terminál egységek, az intelligens elektronikus eszközök IED -k és az elektronikus relék. Noha ezeknek az eszközöknek a funkciói nagymértékben eltérőek, a helyük és a hasonlóságok alapján durván csoportosíthatók. Az ezekben az eszközökben alkalmazott hardver architektúrában hasonlóságok is vannak, amelyek általában analóg vagy digitális bemeneti/kimenetet (I/O) és vezérlő funkciókat biztosítanak. Az adatokat közvetlenül az érzékelőktől olvasják el, és működési parancsokat küldenek a működtetőknek, és bizonyos esetekben más mezői eszközökhöz csatlakoznak.
Az eszközök egyszerűsített megbeszélését a cikk tartalmazza. Valójában a fent említett eszközök mindegyike (PLCS, RTUS, IED és elektronikus relék) egy bizonyos funkciót hajt végre a vezérlő rendszer objektumkapcsolat -modelljében (ORM). Például az RTU -k, amelyek általában a SCADA rendszerek funkciója, amelyek csak az I/O vezérlés mezőt biztosítják, mintavételt hajtanak végre az I/O érzékelők mezőn keresztül, és az RTU -k egyedileg kiváltó tényezőket generálnak a működtetők számára. Az elektronikus relék mindig elvégzi a mintavételi és kiváltó funkciókat. Az RTU az állapotadatok mezőpontjait generálja, és bizonyos esetekben feldolgozza a parancs adatmező pontjait. A relék az állapotadatok mezőpontjait generálják, de kevésbé valószínű, hogy kezelik a parancsolt adatmezőpontokat. Az érzékelőkkel, működtetőkkel és a magasabb szintű vezérlési funkciókkal való kommunikáció mellett a PLC -k fontos helyi kontroll funkciókkal rendelkeznek. Ezek a funkciók hasonlónak tűnhetnek, de szignifikáns különbségek vannak az ORM -ekben.
2 tipikus vezérlő rendszer architektúrája
Az 1. ábra egy tipikus vezérlőrendszer architektúráját mutatja. Ebben egy HMI -t futtató közönséges kereskedelmi PC -vel olyan terepi eszközökkel kommunikál, mint például a PLC -k a szokásos hálózati protokollokon keresztül (pl. Ethernet). A mérnöki állomás és a történelem adatbázis szintén jellemzően szokásos kereskedelmi PC -k vagy szerverek, amelyek standard hálózati protokollokon keresztül kommunikálnak a terepi eszközökkel. A mezőkészülékek csatlakoznak más mezőkészülékekhez Ethernet-alapú ipari vezérlési protokollok, például a FieldBus segítségével. Egyes mezőkészülékek az intelligens eszközökhöz kapcsolódnak a szokásos soros busz kommunikációs protokollok, például az RS232 vagy az RS485 használatával, és néhány mező eszköz közvetlenül az érzékelőkhöz, az I \ O eszközökhöz és a gépi eszközökhöz kapcsolódik.
3 Programozható logikai vezérlő plc
A PLC egy olyan terepi eszköz, amely közvetlenül csatlakoztatható az érzékelőkhöz és működtetőkhöz vagy más mezői eszközökhöz. A PLC -ket logikai programok útján kell irányítani (általában az IEC 61131-3 szabvány szerint meghatározott formátumban), és képesek lehetnek a vezérlőparancsok és a lekérdezés kéréseinek a CommiT -ból, de mindkét típustól, de mindkét típust használhatják, de mindkét típust, de mindkét típust használhatják, de mindkét típust, de mindkét típust használhatják, de mindkét típust, de mindkét típust használhatják, de mindkét típust, de mindkét típust használhatják, de mindkettő kombinálható. Ugyanazok a mögöttes alkatrészek. A típusok lényegében ugyanazokat a mögöttes alkatrészeket használják.
3.1 PLC programozás
A PLC -k programozhatók az IEC 61131-3 -ben felsorolt nyelvek egyikével:
Ladderdiagram (LD), grafikus
Funkcióblokk -diagram (FBD), grafikus
Strukturált szöveg (ST), szöveges
Utasításlista (IL), szöveges
Szekvencia -funkció diagram (SFC), grafikus
A PLC ciklikus ciklusokban működik, úgynevezett "szkennelés", amely bemenetekből, logikai végrehajtásból és kimenetekből áll.
3.2 Általános moduláris PLC architektúra
A moduláris PLC -k egyedi modulokból állnak, amelyeket egy hátlap csatlakoztat. Egy nem moduláris PLC integrálja az összes komponenst egyetlen táblába.
3.3 PLC modul interakciója
A 2. ábrán bemutatott általános célú PLC architektúrában minden modulnak van egy fizikai nyílása, és egy sor háttércímet rendelnek. Az interfész nyilvántartásait és a puffer emlékeit a hátlap címeinek tartományában teszik ki. Az üzeneteket az olvasó és írás modulok küldték el és fogadják el a regiszterekre vagy más modulpufferekre.
3.4 processzor modul
A processzor modul a PLC szíve. Ez végrehajtja a modulok közötti koordinációt, és néha háttérkép -választóbíróként használják. A processzor modul más modulokat konfigurál a bekapcsoláskor, ha nem tárolják a saját konfigurációikat.
A processzor modul értelmezi és végrehajtja a létra logikát, olvassa el a kommunikációs modulból vagy az I/O modulból származó értékeket, fenntartja az operatív állapotot, futtatja a létra logika "Scan" ciklusait, és a kimeneti értékeket a kommunikációs modulba vagy az I/O modulba írja.
3.5 Kommunikációs modul
A kommunikációs modulok a kommunikációs protokollhoz kapcsolódó kódot veszik a processzor modulból. Az időérzékeny protokoll-interakciós adatokat a processzor modulból veszik fel, biztosítva, hogy a processzor modul a saját időérzékeny vezérlőhurokában legyen. Mivel egyes vezérlőrendszer -protokollok nagyon összetettek, a kommunikációs modulnak nagy feldolgozási teljesítménye lehet, tehát a kommunikációs modul ugyanolyan összetett lehet, mint a processzor modul.
3.6 I/O modulok
Az I/O modulok konvertálják a jeleket az alacsony feszültség (3,3 volt vagy 5 volt), az alacsony áram (milliamper szintű) kontroll logika és a nagyfeszültség (legalább 24 voltos), a nagy áram (amper szintű) folyamatvezérlés között. Az analóg I/O modulok analóg-digitális konvertereket (ADC) és digitális-analog átalakítókat (DACS) tartalmaznak. Ezeknek a moduloknak viszonylag egyszerű logikája és viszonylag kevés intelligens hardverük van, és egyetlen feladatuk az, hogy az analóg és a digitális jelek között konvertáljanak.
3.7 Általános célú processzorok
A processzor architektúrájának három típusa létezik a leggyakrabban a PLC -kben:
ARM architektúra (7 vagy 9 sorozat)
Motorola/Freescale 68000 sorozatú építészet
Az IBM hatalmi architektúrája
Az ARM építészetét az ARM, az Egyesült Királyságban székhellyel rendelkező, több mint 1700 alkalmazottal székhellyel tervezte. AMM nem chipeket gyárt, hanem inkább a szellemi tulajdonot (IP) tervezi és engedélyezi számukra. (1) A kar architektúráját széles körben használják beágyazott rendszerekben és eszközökben, és különösen nagy a fogyasztói elektronika, például a mobiltelefonok és a személyes digitális asszisztensek (PDA), a piaci részesedés több mint 90%. (2) Az ARM processzorok nagy-endián vagy kis-endi-módban is futhatnak, és használhatják a kar (32- bit) és a hüvelykujj (16- bit) ARM.ARM PROCRAPOROK gyakran a testreszabott rendszerek-chips (SOCS) részét képezik.
A Motorola (ma Freescale) 68000 sorozat egy 32- bit komplex utasításkészlet (CISC) mikroprocesszor. Széles körben használják beágyazott rendszerekben. Ez volt a világ legkelendőbb 32- bit architektúra-processzora 2000-ben, és a 68000 sorozat nagy-endián.
A Power Architecture magában foglalja a PowerPC-t, a csökkentett utasításkészlet (RISC) mikroprocesszor architektúráját, amelyet az IBM, a Freescale, az AMCC, az Tundra és a PA Semi alkalmazott.
3.8 Memória elrendezése
A PLC-k általában nem illékony flash memória-tárolást használnak a processzor modul firmware és létra logikai programjainak tárolására (vagy más IEC 61131-3 nyelvek). A Flash memória címét a processzor címterületére térképezik fel, csakúgy, mint a többi fedélzeti eszköz vezérlő nyilvántartásait.
3.9 Beágyazott operációs rendszerek
Számos beágyazott operációs rendszer szintén valós idejű operációs rendszer (RTO). Az RTO-knak tekinthetőnek az operációs rendszernek "determinisztikusan késleltetni kell, vagy garantálnia kell a legrosszabb esetleges megszakítási késleltetést vagy a kontextus-kapcsolási időt".
A PLC-k gyakran használnak kereskedelmi RTOS-implementációkat, például a VXWorks, a Windows CE vagy a QNX, de használhatják az egyedi "házon belüli" operációs rendszereket is. Noha még nem gyakori, egyes gyártók elkezdték a Linux-alapú operációs rendszerek használatát a PLC-ken.