1 komponenty systemu sterowania
Komponenty systemu kontroli przemysłowej można szeroko podzielić na dwie kategorie w zależności od tego, gdzie się znajdują: urządzenia Center Center i zdalne urządzenia witryny. Urządzenia Centrum sterowania znajdują się w centrum sterowania systemem i obejmują interfejs ludzkiego maszyny (HMI), stacje robocze inżyniera i serwery historii (historyk). Zdalne urządzenia witryn to urządzenia, które znajdują się na miejscu produkcyjnym i są bezpośrednio podłączone do siłowników i czujników, których podstawową funkcją jest nadzorowanie i kontrolowanie procesu fizycznego. Chociaż urządzenia witryn zwykle nie oddziałują bezpośrednio z ludźmi, częściej zostaną atakowane i narażone na szwank, ponieważ miejsca produkcyjne są zwykle mniej bezpieczne niż centra kontrolne.
1.1 Sprzęt do środka kontrolnego
HMIS interfejs ludzkiego maszyny (czasami nazywany systemami SCADA) to systemy, które pozwalają operatorom monitorować i kontrolować procesy. HMIS HMIS to zwykle czyste aplikacje działające na komputerze ogólnym, zwykle działającym w rodzinie środowisk systemowych Microsoft Windows. Wspólne HMI w branży to Wonderware, WinCC Siemens, Rsview Rockwell i Areva E-Terra, a Kinseal również jest dobrym wyborem.
History Server Historian to serwer bazy danych, który rejestruje historię stanu systemu kontroli procesu. W niektórych przypadkach, jeśli historyk jest wystarczająco silny, może być również używany jako HMI dla systemu sterowania. Historyk zazwyczaj działa na głównych systemach operacyjnych i wspólnych urządzeniach sprzętowych i zwykle jest odzwierciedlony w sieci korporacyjnej.
1.2 Zdalne urządzenia witryny
Zdalne urządzenia witryn obejmują PLC, zdalne jednostki terminalowe RTU, inteligentne urządzenia elektroniczne IED i przekaźniki elektroniczne. Chociaż funkcje tych urządzeń różnią się znacznie, można je z grubsza zgrupować na podstawie ich lokalizacji i podobieństw. Istnieją również podobieństwa w architekturze sprzętowej używanej w tych urządzeniach, które ogólnie zapewniają funkcje wejścia/wyjścia analogowego lub cyfrowego (we/wy) i funkcji sterowania. Odczytują dane bezpośrednio z czujników i wysyłają polecenia operacyjne do siłowników, aw niektórych przypadkach są one podłączone do innych urządzeń polowych.
Uproszczona dyskusja na temat urządzeń znajduje się w tym artykule. W rzeczywistości każde z tych wyżej wymienionych urządzeń (PLCS, RTU, IED i przekaźniki elektroniczne) wykonuje określony podzbiór funkcji w modelu relacji obiektów systemu sterowania (ORM). Na przykład RTU, które zwykle są funkcją systemów SCADA, które zapewniają tylko kontrolę we/wy, wykonują próbkowanie za pośrednictwem czujników we/wy pola i indywidualnie RTU wygenerują wyzwalacze dla siłowników. Przekaźniki elektroniczne zawsze będą wykonywać funkcje pobierania próbek i wyzwalania. RTU wygeneruje punkty pola danych statusu, aw niektórych przypadkach przetworzy punkty pola danych poleceń. Przekaźniki wygenerują punkty pola danych statusu, ale rzadziej obsługują poleceniowe punkty pola danych. Oprócz komunikowania się z czujnikami, siłownikami i funkcjami kontrolnymi wyższego poziomu, PLC mają ważne lokalne funkcje kontrolne. Funkcje te mogą wydawać się podobne, ale istnieją znaczące różnice w ORM.
2 Typowa architektura systemu sterowania
Rysunek 1 pokazuje typową architekturę systemu sterowania. W nim wspólny komercyjny komputer z HMI komunikuje się z urządzeniami polowymi, takimi jak PLC za pomocą standardowych protokołów sieciowych (np. Ethernet). Stacja inżyniera i baza danych historii są również zwykle zwykłymi komercyjnymi komputerami lub serwerami, które komunikują się z urządzeniami polowymi za pomocą standardowych protokołów sieciowych. Urządzenia terenowe łączą się z innymi urządzeniami terenowymi za pomocą protokołów kontroli przemysłowej opartych na Ethernet, takich jak FieldBus. Niektóre urządzenia terenowe łączą się z urządzeniami inteligentnymi przy użyciu standardowych protokołów komunikacji magistrali szeregowej, takich jak RS232 lub RS485, a niektóre urządzenia polowe łączą się bezpośrednio z czujnikami, urządzeniami i urządzeniami maszynowymi.
3 programowalny kontroler logiki plc
PLC to urządzenie polowe, które można podłączyć bezpośrednio do czujników i siłowników lub innych urządzeń polowych. PLC są kontrolowane lokalnie za pośrednictwem programów logicznych (ogólnie w formacie zdefiniowanym zgodnie ze standardem IEC 61131-3), i są zdolne do odbierania poleceń kontrolnych i żądań zapytania z HMI poprzez HMI przez protokoły komunikacji systemu sterowania, które mogą być modułowe lub mogą być łączone, ustalone, shapes, zależne od typu, zależne od tego, zależne od tego, zależne od tego typy. Zasadniczo używaj tych samych elementów podstawowych. Typy zasadniczo używają tych samych elementów podstawowych.
3.1 Programowanie PLC
PLC można zaprogramować za pomocą jednego z języków wymienionych w IEC 61131-3:
Schemat drabiny (LD), graficzny
Schemat bloków funkcji (FBD), graficzny
Tekst strukturalny (ST), tekstowy
Lista instrukcji (IL), tekstowy
Wykres funkcji sekwencji (SFC), graficzny
PLC działa w cyklicznych cyklach zwanych „skanami”, które składają się z wejść, wykonywania logiki i wyjść.
3.2 Ogólna modułowa architektura PLC
Modułowe PLC składają się z poszczególnych modułów podłączonych przez płynę płytową. Niemodularny PLC integruje wszystkie komponenty na jednej płycie.
3.3 interakcja modułu PLC
W ogólnej architekturze PLC pokazanej na ryc. 2 każdy moduł ma fizyczne gniazdo i przypisuje się serię adresów płyty bojowej. Rejestry interfejsu i wspomnienia z buforami są eksponowane w zakresie adresów płynów płynnych. Wiadomości są wysyłane i odbierane przez moduły czytanie i pisanie do rejestrów lub innych buforów modułów.
3.4 Moduł procesora
Moduł procesora jest sercem PLC. Wdraża koordynację między modułami i jest czasami używany jako arbiter płyty backnustr. Moduł procesora konfiguruje inne moduły przy ulepszeniu, jeśli nie przechowują własnych konfiguracji.
Moduł procesora interpretuje i wykonuje logikę drabiny, odczytuje wartości z modułu komunikacyjnego lub modułu I/O, utrzymuje stan operacyjny, uruchamia cykle „skan” logiki drabiny i zapisuje wartości wyjściowe modułu komunikacyjnego lub modułu I/O.
3.5 Moduł komunikacyjny
Moduły komunikacyjne pobierają kod związany z protokołem komunikacyjnym z modułu procesora. Zajmują dane interakcji protokołu wrażliwych na czas z modułu procesora, zapewniając, że moduł procesora jest w własnej pętli sterowania wrażliwym na czas. Ponieważ niektóre protokoły systemu sterowania są bardzo złożone, moduł komunikacji może mieć wysoką moc przetwarzania, więc moduł komunikacji może być tak złożony jak moduł procesora.
3.6 Moduły we/wy
Moduły we/wy konwertują sygnały między niskim napięciem (3,3 wolta lub 5 woltów), niskim prądem (poziomu miliampere) logika sterowania i wysokim napięciem (24 wolty lub więcej), kontrola procesu wysokiego prądu (poziom ampere). Analogowe moduły we/wy zawierają przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) i cyfrowo-analogowe konwertery (DAC). Moduły te mają stosunkowo prostą logikę i stosunkowo niewielki inteligentny sprzęt, a ich jedynym zadaniem jest konwersja między sygnałami analogowymi i cyfrowymi.
3.7 Procesory ogólnego przeznaczenia
Istnieją trzy rodzaje architektur procesorów najczęściej występujących w PLC:
Architektura ARM (seria 7 lub 9)
Architektura serii Motorola/Freescale 68000
Architektura mocy IBM
Architektura ARM została zaprojektowana przez ARM, firmę z siedzibą w Wielkiej Brytanii z ponad 1700 pracownikami. NARM nie produkuje układów, ale raczej projektuje i licencjonuje dla nich własność intelektualną (IP). (1) Architektura ARM jest szeroko stosowana w wbudowanych systemach i urządzeniach, i ma szczególnie dużą część elektroniki użytkowej, takiej jak telefony komórkowe i osobiste asystenci cyfrowej (PDA), z udziałem w rynku ponad 90%. (2) Procesory ARM mogą działać w trybie dużego end-endińskiego lub małego end-endijnego, a także mogą używać bitu ramienia (32-) i kciuka ({16-} bit)
Seria Motorola (obecnie FreeScale) 68000 to zestaw instrukcji kompleksowych 32- złożony (CISC). Jest szeroko stosowany w systemach wbudowanych. Był to najlepiej sprzedający się na świecie procesor architektury bitowej w 2000 r., A seria 68000 jest duża endianinem.
Architektura mocy obejmuje PowerPC, Mikroprocesor z zestawu instrukcji (RISC) architektura mikroprocesora zaimplementowana między innymi przez IBM, Freescale, AMCC, Tundra i PA Semi.
3.8 Układ pamięci
PLC zwykle używają nielotnych pamięci pamięci flash do przechowywania programów układowych modułu procesora i logiki drabiny (lub innych języków IEC 61131-3). Adres pamięci flash jest odwzorowany na przestrzeń adresu procesora, podobnie jak rejestry sterowania innymi urządzeniami pokładowymi. RAM służy do przechowywania statusu czasu wykonywania.
3.9 Wbudowane systemy operacyjne
Wiele wbudowanych systemów operacyjnych to także systemy operacyjne w czasie rzeczywistym (RTO). Aby zostać uznanym za RTOS, system operacyjny musi być „deterministycznie opóźniony lub zagwarantować najgorsze opóźnienie przerwania lub czas przełączania kontekstu”.
PLC często używają komercyjnych implementacji RTO, takich jak VXWorks, Windows CE lub QNX, ale mogą również korzystać z niestandardowych „wewnętrznych” systemów operacyjnych. Chociaż nie są jeszcze powszechni, niektórzy producenci zaczęli stosować systemy operacyjne oparte na systemie Linuksa na PLC.