Технические средства автоматизации

Количество контуров регулирования:

· до 4 для Р-130;

· до 8 для Р-130ISa. Функциональные параметры каждого контура:

· вид регулятора - аналоговый, импульсный;

· режим работы - локальный, каскадный, дистанционный, ручной;

· вид задания - ручной, программный, внешний (супервизорный);

· закон регулирования - ПИД, ПИ, ПД, П;

· контролируемые параметры - задание, вход, рассогласование, выход, значение произвольного параметра, параметров программы, ошибки контура.

Архитектура контроллеров обеспечивает возможность вручную или автоматически включать, отключать, переключать и реконфигурировать контуры регулирования. Все эти операции выполняются безударно независимо от сложности структуры управления. В сочетании с обработкой аналоговых сигналов контроллер позволяет выполнять также логические преобразования сигналов и вырабатывать не только аналоговые или импульсные, но и дискретные команды управления.

В контроллеры устанавливаются 2 любых сменных модуля входа-выхода УСО (устройства связи с объектом), выбираемых заказчиком из 7 типов модулей УСО (таблица). Применение различных комбинаций из 7 типов модулей УСО создает 35 модификаций контроллеров.

Наименование и код модуля УСО	Количество входных-выходных сигналов
	аналоговых	дискретных
Наименование	Код	вход	выход	вход	выход*
МАС (аналоговых сигналов)	1	8	2	-	-
МДА (дискретно-аналоговый)	2	8	-	-	4
МСД (сигналов дискретных)	3	-	-	-	16
МСД (сигналов дискретных)	4	-	-	4	12
МСД (сигналов дискретных)	5	-	-	8	8
МСД (сигналов дискретных)	6	-	-	12	4
МСД (сигналов дискретных)	7			16	-

Основные технические характеристики

Аналоговые входные сигналы унифицированные
унифицированные	0-5 mА, Rвх=400 ?; 0-20 mА, Rвх=100 ? 4-20 mА, Rвх=100 ?; 0-10 V, Rвх=27 k?
термопары	ХА, ХК, ПП, ПР, ВР по ГОСТ 3044-84
термометры сопротивления	ТСП, ТСМ по ГОСТ 6651-84
гальваническая развязка	каждый вход гальванически развязан от других входов и остальных цепей
погрешность преобразования АЦП	+ 0.4%
Дискретные входные сигналы
сигнал логического нуля	0-7 V
сигнал логической единицы	16-30 V
входной ток	7 mА
гальваническая развязка	входы связаны в группы по 16 входов, каждая группа изолирована от других цепей
Аналоговые выходные сигналы
унифицированные	0-5 mА, Rн=2 k?; 0-20 mА, Rн=0.5 k?; 4-20 mА, Rн=0.5 k?
гальваническая развязка	выходы связаны попарно, каждая пара изолирована от соседней пары и от остальных цепей
погрешность преобразования ЦАП	+ 0.5%
Дискретные (импульсные) выходные сигналы
транзисторный выход:
максимальное напряжение коммутации	40 V
максимальный ток нагрузки каждого выхода	0.3 А
гальваническая развязка	выходы связаны в группы по 16 выходов, каждая группа изолирована от других цепей
Выход:	Сильноточный релейный выход:	Слаботочный релейный выход и аварийный выход
максимальное напряжение коммутации переменного (действующее значение) или постоянного тока	220 V переменный 100 V постоянный	22 V переменный 100 V постоянный
максимальный ток нагрузки каждого выхода	2 А	0.1 А
гальваническая развязка	выходы связаны попарно, каждая пара изолирована от других цепей	параметры коммутации соответствуют параметрам реле РЭС-54А

Программное обеспечение

Технологическое программирование контроллеров выполняется специалистами, знакомыми с традиционными средствами контроля и управления в АСУ ТП, без привлечения программистов. Запрограммированная информация сохраняется при отключении питания с помощью энергонезависимого источника питания.

Встроенное программное обеспечение позволяет выполнить проверку работоспособности и настройку контроллеров.

Контроллер Р-130

Процесс программирования заключается в извлечении из библиотеки контроллера необходимых алгоритмов. Имеет 76 зашитых в ПЗУ алгоритмов дискретной и непрерывной обработки информации, до 99 алгоритмических блоков (алгобоков) со свободным их заполнением любыми алгоритмами из библиотеки и свободным конфигурированием между собой и с входами - выходами контроллера.

Каналы интерфейсной связи - ИРПС или RS-232C. Скорость обмена - 1,2 ; 2,4; 4,8;9,6 кбит/с.

Контроллер Р-130ISa

Имеет встроенную исполнительную систему ISaGRAF target kernel, позволяющую исполнять программы, написанные на технологических языках программирования, поддерживаемых системой ISaGRAF (стандарт МЭК публикация 61131-3), в основном на языке FBD. Система программирования ISaGRAF - общедоступная система компании Altersys, не требующая профессиональных знаний по программированию.

Имеет операционную систему реального времени.

Осуществляется поддержка сетей - Modbus по RS232/485 и TCP/IP(Ethernet). Скорость обмена - до 115,2 kбит/с (по RS232C), до 10 Mбит/с (по Ethernet).

Эксплуатационные характеристики

Климатическое исполнение УХЛ4.2 для работы при температуре окружающего воздуха - от 1 до 50°С, относительной влажности - от 30 до 80 %.

Электрическое питание - 220 В частотой 50 Гц, 24 В постоянного тока (при отсутствии блока БП-1). Потребляемая мощность - до 15 Вт.

9.1 КРОСС - контроллер для распределенных открытых систем

Назначение. Решение широкого круга задач автоматического управления технологическими процессами:

построение как локальных, автономных так и распределенных АСУ ТП;

модернизация и реконструкция существующих АСУ ТП.

КРОСС может быть применен в АСУ ТП различного уровня сложности от микросистем (8-16 каналов) до макросистем (256-512 каналов).

Отличительные особенности:

Соответствие международным стандартам и технологиям открытых систем (IEC 61131-3; Ethernet, ОРС-2a, b).

Развитые системообразующие качества.

Широкий диапазон масштабирования.

Высокие надежность и живучесть систем..

Расширенные функциональные возможности;

Решение простых и сложных задач автоматизации.

Расширенные возможности программирования, развитое встроенное и инструментальное программное обеспечение.

Модульный принцип построения.

Интеллектуальная система ввода-вывода, широкий спектр модулей ввода-вывода.

Выполняемые функции:

измерение электрических сигналов датчиков, фильтрация, линеаризация и преобразование принятых сигналов в цифровое нормализованное представление;

прием дискретных сигналов;

управление, регулирование, вычисление в соответствии с введенной программой пользователя;

формирование и вывод управляющих сигналов на объект управления в виде аналоговых и дискретных сигналов;

хранение программ и констант пользователя, а также служебных программ во flash-памяти, переменных процесса в статическом энергонезависимом ОЗУ;

самодиагностика модулей и контроллера в целом.

Состав контроллера

Контроллер имеет проектно-компонуемый состав. Количество и типы устройств определяются заказом потребителя.

В состав контроллера в общем случае входят:

центральный блок ЦБ1,

модули устройств связи с объектом (УСО),

блок и модули питания,

соединители SPI,

терминальные блоки,

программное обеспечение.

Состав центрального блока ЦБ1:

базовый монтажный блок SMART2-BASE (производства фирмы Kontron);

модуль центрального процессора SM2-CPU-1,5 (производства фирмы Kontron);

субмодуль SM2-ETH (производства фирмы Kontron);

модуль ИСК1;

модуль питания KP-DC24V1.

Модули УСО

Количество модулей УСО, подключаемых к ЦБ1 контроллера, - до 32 шт. Модули УСО группами до восьми штук соединены с центральным блоком ЦБ1 соединителем SPI.

Каждый модуль УСО контроллера имеет встроенный микроконтроллер, выполняющий независимо и асинхронно по отношению к центральному процессору различные функции по обработке сигналов и диагностике оборудования.

Контроллер имеет измерительные каналы преобразования аналоговых сигналов в цифровой код (АЦП) и измерительные каналы преобразования цифрового кода в постоянный ток (ЦАП).

Каждый модуль УСО имеет собственный интерфейс RS-232 для подключения компьютера или пульта настройки. Это позволяет конфигурировать и проверять модуль вне контроллера.

Модули усо аналоговых сигналов

Модуль УСО	Количество и вид каналов	Сигналы	Предел осн. прив. (%) или абс. (°С) погрешн.	Потр. мощн. по цепи 5 В, Вт, не более
		на входе	на выходе
ТС1-7	7 входов	(0-65) мВ	(0-100,00)%	± 0,2%	1,25
	1 вход	ТСМ50', (50-92,800) Ом	(0-200,00)°С	± 0,4°С
ТR1-8	8 входов	ТСП50, ТСМ50, ТСП100, ТСМ100	(0-100,00)%	± 0,2%	1,45
АI1-8	8 входов	Аналоговый сигнал: - напряжение (0-10) В - постоянный ток (0-5), (0-20), (4-20) мА	13 бит	± 0,2%	1,2
АIО1-8/4	8 входов	Аналоговый сигнал: - напряжение (0-10) В - постоянный ток (0-5), (0-20), (4-20) мА	13 бит	± 0,2%	0,6
	4 выхода	Аналоговый сигнал: - постоянный ток (0-5), (0-20), (4-20) мА
АIО1-8/0	8 входов	Аналоговый сигнал: - напряжение (0-10) В - постоянный ток (0-5), (0-20), (4-20) мА	13 бит	± 0,2%	0,5
АIО1-0/4	4 выхода	12 бит	Аналоговый сигнал: - постоянный ток (0-5), (0-20), (4-20) мА	± 0,2%	0,12

Модули усо дискретных сигналов

Модуль УСО	Вид и количество каналов	Входной/ выходной сигнал	Потребляемая мощность по цепи 5 В, Вт, не более
DI1-16	2 группы по 8 входов	Дискретный сигнал - напряжение постоянного тока: (0-7) В - логический «0», (24±6) В - логическая «1»	0,12
	1 группа из 8 входов	Дискретный сигнал - напряжение постоянного тока: (0-7) В - логический «0», (24±6) В - логическая «1»
DIО1-8/8	1 группа из 8 выходов	Дискретный сигнал - бесконтактный ключ: коммутируемое постоянное напряжение - до 40 В, ток - 0,3 А , суммарный ток - до 2 А	0,4
DО1-16	2 группы по 8 выходов	Дискретный сигнал - бесконтактный ключ: коммутируемое постоянное напряжение - до 40 В, ток - 0,3 А , суммарный ток - до 2 А	0,7

Цепи модулей АI1-8, ТR1-8, ТС1-7 имеют гальваническое разделение между входами, а также между цифровой шиной SPI (контактами разъема «SPI») и каждым входом.

Цепи модулей АIО1-8/4, АIО1-8/0, АIО1-0/4, DIО1-8/8, DI1-16; DО1-16 имеют гальваническое разделение: между входами и выходами, а также между цифровой шиной SPI и входами/выходами (между контактами разъемов «SPI» и «INOUT»).

Программное обеспечение

Операционная система реального времени ОS-9;

Исполнительная часть системы технологического программирования ISaGRAF;

Программы, обеспечивающие информационный обмен:

с другими контроллерами и компьютерами через локальную сеть Ethernet;

с компьютером через последовательный интерфейс RS 232;

с различными SCADA-системами через программу «OPC-сервер». Технологическое программирование контроллера осуществляется в инструментальной среде разработки SаGRAF-DEV на языках, соответствующих стандарту IEC 61131-3: последовательных функциональных схем SFC; релейной логики LD; структурированного текста ST; функциональных блоков FBD; инструкций IL .

Объединение в контроллере операционной системы реального времени ОS-9 и инструментальной среды разработки ISаGRAF дает пользователю возможности использования различных вариантов программирования.

Параметры интерфейсных сигналов

Контроллер позволяет отображать на экране компьютера информацию, получаемую через локальную сеть Ethernet или через последовательный интерфейс RS-232.

Интерфейс RS-232 имеет два последовательных порта:

главный поддерживает интерфейс типа «полный модем»,

вспомогательный - поддерживает линии RxD и TxD без аппаратной поддержки «рукопожатия».

Локальная сеть Ethernet имеет некритичные ко времени доставки сетевые коммуникации и передает информацию пакетами на большие расстояния, поддерживает протокол TCP/IP.Скорость обмена - 10 Мбод (IEEE 802.3).

Центральный блок ЦБ1 и модули УСО (устройство связи с объектом) выполняют обмен информацией через соединители SPI. Скорость обмена 1 Мбод

Конструктивы

Все модули контроллера, кроме входящих в центральный блок, выполнены для монтажа на DIN-рейку.

Межмодульные соединения осуществляются при помощи гибкого жгута, что исключает необходимость в специальных конструктивах. Контроллер может быть смонтирован в любой конструктивной оболочке с глубиной не менее 200 мм. Размеры модулей - высота 130 мм, длина (глубина) 100 мм, ширина 30 мм (дискретный ввод-вывод) или 60 мм (аналоговый ввод-вывод).

Электрическое питание контроллера

Контроллер в зависимости от количества подключенных модулей УСО и потребляемой мощности допускает несколько вариантов организации электропитания.

Электрическое питание контроллера определяется заказом и может осуществляться:

от сети переменного однофазного тока с номинальным напряжением 220 В;

от внешнего нестабилизированного источника постоянного тока напряжением (24 ± 6) В. Максимальная мощность, потребляемая контроллером, не превышает:

45 ВА от сети переменного тока напряжением 220 В;

40 Вт от внешнего нестабилизированного источника постоянного тока.

Надежность

Средняя наработка на отказ:

канала аналоговых модулей AI1-8, AIO1-8/4, AIO1-0/4, AIO1-8/0, TC1-7, TR1-8 - 70000 ч

канала дискретных модулей DIО1-8/8, DI1-16, DО1-16 - 100000 ч Среднее время восстановления работоспособного состояния - не более 2 ч. Средний срок службы контроллера не менее 10 лет.

Эксплуатационные характеристики

Климатическое исполнение УХЛ4.2 для работы при температуре от от +5 °С до +50 °С; при относительной влажности воздуха до 80 % при температуре 35 °С и ниже.

не требует принудительной вентиляции в диапазоне рабочих температур;

гарантия 18 мес. со дня ввода в эксплуатацию, сопровождение - 10 лет.

10. КОНТРОЛЛЕР SIMATIC C7-635К

Контроллеры SIMATIC C7-635 соответствует требованиям национальных и международных стандартов DIN, UL, CSA, FM и ISO 9001.

Системы SIMATIC C7-635 (рис. 2.1, 2.2.) на базе центрального процессора CPU 314C 2 DP позволяют создавать комплексные решения автоматизации для рентабельного решения относительно простых задач управления. Используя их можно построить системы управления, выполняющие скоростную обработку информации и поддерживающие обширный набор функций человеко-машинного интерфейса. Встроенный интерфейс PROFIBUS DP позволяет использовать оба блока управления в качестве ведущего или ведомого DP устройства. Модель SIMATIC С7-635К оснащена панелью оператора OP 170B с 5,7" монохромным графическим дисплеем и мембранной клавиатурой.

Системы управления SIMATIC C7 включают в свой состав программируемый контроллер SIMATIC S7-300 с центральным процессором, встроенными входами и выходами, встроенными интерфейсами программирования, организации промышленной связи, подключения дополнительного оборудования, расширения системы ввода-вывода; панель оператора SIMATIC OP. Корпус выполнен из пластика и металла со степенью защиты фронтальной панели IP 65, остальной части корпуса - IP 20. Клавиатура герметичная, стойкая к маслам, смазкам и чистящим средствам. SIMATIC C7 имеет возможность установки в стойках, панелях и подвесных пультах. Программы пользователя и параметры конфигурации могут быть сохранены в микро карте памяти ММС. Наличие микро карты памяти обеспечивает возможность использования программ большого объема и необслуживаемого сохранения данных при перебоях в питании контроллера без использования буферной батареи (источника бесперебойного питания - ИБП).



Рис. 2.1. Внешний вид SIMATIC C7-635

Состояния и режимы работы программируемого контроллера выдаются на светодиодную индикацию. Наличие шины расширения системы локального ввода-вывода позволяет использовать всю гамму сигнальных, функциональных и коммуникационных модулей программируемого контроллера S7-300. Подключение внешних цепей производится через съемные соединители, оснащенные контактами под винт или контактами-защелками.

Система ввода-вывода SIMATIC C7-635 может состоять из двух частей: системы локального и системы распределенного ввода-вывода.

Система локального ввода-вывода включает в свой состав встроенные входы-выходы SIMATIC С7-635, а также сигнальные, функциональные и коммуникационные модули S7-300, подключаемые к SIMATIC C7-635 через шину расширения.

Система распределенного ввода-вывода включает в свой состав устройства полевого уровня, подключаемые к блоку С7 через встроенный интерфейс PROFIBUS DP. Кроме того, устройства систем распределенного ввода-вывода могут подключаться к SIMATIC C7-635 через коммуникационные процессоры PROFIBUS DP, PROFINET и/или AS-Interface, устанавливаемые в системе локального ввода-вывода SIMATIC C7-635. Непосредственно на корпусе имеются контакты технологических функций:

· 24 входа для ввода дискретных сигналов =24 В.

· 16 выходов для вывода дискретных сигналов =24 В/0.5 А.

· 4 входа для ввода аналоговых сигналов ±10 В, 0... 10 В, ±20 мА, 0...20 мА или 4...20 мА.

· 1 вход для подключения датчика температуры Pt100.

· * 4 выхода для вывода аналоговых сигналов ±10 В, 0...10 В, ±20 мА, 0...20 мА или 4...20 мА.

Допустимые варианты построения системы ввода-вывода определяются типом используемого блока управления SIMATIC С7-635. Один блок управления способен обслуживать одновременно и систему локального, и систему распределенного ввода-вывода.

Интерфейсные модули требуют отдельного источника питания.

Встроенный программируемый контроллер управляет ходом выполнения программы и обеспечивает поддержку следующих функций:

· логическая и математическая обработка информации;

· выполнение функции человеко-машинного интерфейса, встроенные в операционную систему контроллера и поддержка связи контроллера с панелью оператора;

· мониторинг выполнения всех операций и сохранение информации обо всех ошибках и специфических событиях (тайм-аут, замена модуля и т.д.) в кольцевом буфере. Все сообщения снабжаются отметками даты и времени.

· парольный доступ к информации, исключающий возможность несанкционированного изменения программ или данных, а также копирования информации;

· хранение параметров конфигурации системы управления.

· сохранение данных при перебоях в питании контроллера и т.д.

Встроенная панель оператора предназначена для выполнения операций оперативного управления и мониторинга:

· управление выводом и обработкой сообщений об ошибках и текущих значениях параметров;

· вывод изображений (в виде мнемонических схем);

· возможность использования меню и разработка меню пользователя;

· мониторинг предельных значений и парольная защита;

· протоколирование данных и сообщений на принтере;

· интерактивный выбор языка;

· Вывод сообщений и отображение состояний встроенных входов и выходов.

Для программирования и конфигурирования блоков управления SIMATIC C7-635 используется программное обеспечение, включающее инструментальные средств конфигурирования и программирования встроенного контроллера и проектирования человеко-машинного интерфейса.

В качестве инструментальных средств конфигурирования и программирования встроенного контроллера - STEP 7 (или STEP 7 Lite) версий V5.1 SP 4 и выше, дополнительно могут использоваться языки S7-SCL, S7-GRAPH, S7-Hi-Graph и Runtime, а также пакеты в рамках технологии PCS 7.

С помощью программного обеспечения STEP 7 можно выполнять настройку целого ряда параметров центрального процессора С7-635, выполнять конфигурирование систем локального и распределенного ввода-вывода, а также систем промышленной связи на основе MPI, PROFIBUS, PROFINET и Industrial Ethernet, производить программирование, диагностирование и отладку.

Настраиваемые параметры центрального процессора:

· Установка сетевого адреса в MPI.

· Определение максимального времени сканирования программы, перезапуска и выполнения функций самодиагностики.

· Определение количества флагов, таймеров, счетчиков и блоков данных, сохраняемых в микро карте памяти при перебоях в питании контроллера. Операции сохранения всех перечисленных данных выполняются в необслуживаемом режиме без вмешательства пользователя.

· Установка адресов тактовых флагов.

· Определение паролей для обеспечения доступа к программе и данным.

· Определение порядка обработки диагностических сообщений.

· Установка стартовой даты и времени, а также периодичности повторения прерываний по дате и времени.

· Установка периода срабатывания сторожевого таймера.

· Настройка параметров встроенных функций:

- скоростного счета;

- измерения частоты или периода следования импульсов;

- ПИД-регулирования,

- позиционирования по одной оси.

Для проектирования человеко-машинного интерфейса используются пакеты ProTool/Lite v6.0, ProTool v6.0, ProTool/Pro v6.0, WinCC flexible Compact, WinCC flexible Standard или WinCC flexible Advanced.

Разработка программ выполняется на программаторах/компьютерах, оснащенных MPI- или PROFIBUS DP интерфейсом. STEP 7 позволяет использовать для этой цели PC/MPI адаптер с MPI кабелем, USB/MPI адаптер, а также коммуникационные процессоры СР 5512 или СР 5611.

Загрузка и считывание программ может производиться:

· для программируемого контроллера - через MPI или PROFIBUS DP;

· для панели оператора - через RS 232 или MPI.

Контроллеры SIMATIC С7 обладают широкими коммуникационными возможностями для подключения к сетям PROFIBUS, PROFINET/Industrial Ethernet и AS-Interface, для использования последовательных (RS 232, TTY, RS 422/RS 485) каналов связи MPI (Multi Point Interface) интерфейсом, встроенным в каждый центральный процессор и позволяет создавать простые сетевые решения для связи с программаторами, персональными и промышленными компьютерами, устройствами человеко-машинного интерфейса, другими системами SIMATIC S7/C7/WinAC.

Связь через PtP (Point-to-Point) интерфейс осуществляется через коммуникационные процессоры СР 340 иСР341.

Через PtP интерфейс С7 может быть связан: с программируемыми контроллерами SIMATIC S7/S5, а также программируемыми контроллерами других производителей; принтерами; системами управления роботами; модемами; сканнерами и другими устройствами.

В СР 340 и СР 341 могут использоваться последовательные интерфейсы TTY (20мА токовая петля); RS 232C/V.24 или RS 422/RS485. Поддерживаемые протоколы и скорость передачи данных определяются типом коммуникационного процессора, типом используемого последовательного интерфейса и используемым программным обеспечением. В комплект поставки коммуникационных процессоров входят руководства и специальные функциональные блоки для реализации функций связи.

Для коммуникационного процессора СР 341 могут использоваться загружаемые драйверы для обмена данными в сетях MODBUS RTU (ведущее или ведомое устройство) или Data Highway.

Технические данные встроенной панели оператора

Память
* встроенная, для хранения данных конфигурации	768 Кбайт
* для хранения рецептов	32 Кбайт (встроенная). Расширение с помощью CF-карты
Дисплей
* тип	Пассивный, STN CCFL с внутренней подсветкой
* размер	11586мм (5.7"), голубое свечение
* графическое разрешение	320240 точек
* цветовое разрешение	4 оттенка голубого цвета
* наработка на отказ при 25°С	50000 часов
Микропроцессор	32-разрядный с RISC архитектурой,
	66 МГц
Операционная система	Windows СЕ
Оперативные сообщения
* количество сообщений, не более * отображение	400 Строка, окно, страница, экран
* просмотр всех ожидаемых сообщений	Страница/ сообщение
* количество символов в строке сообщения, не более	70
* количество переменных в строке сообщения, не более	8
* редактирование сообщений	Есть
Аварийные сообщения
* количество сообщений, не более	400
* отображение	Строка, окно, страница, экран
* тип отображения	Первое/последнее, выбранное
* просмотр всех ожидаемых сообщений	Страница, экран
* количество символов в строке сообщения, не более	70
* количество переменных в строке сообщения, не более	8
* подтверждение получения аварийных сообщений	Есть
* подтверждение получения составных аварийных сообщений	16 групп подтверждения
* редактирование сообщений	Есть
Отображение Э7-сообщений	Есть
(Alarm_S)
Вывод сообщений на печать	Есть
Буфер сообщений
* емкость	128 записей
* просмотр оперативных/аварийных сообщений	Есть
* удаление сообщений	Есть
* распечатка сообщений	Есть
* количество одновременно ожидаемых сообщений, не более	64
Регистрация сообщений
* время регистрации	Дата и время
* регистрируемые сообщения	Входящие, исходящие, подтверждения приема
Экраны
* количество экранов, не более	100
* количество полей на экран, не более	50
* количество переменных на экран, не более	50
* количество комплексных элементов на экран, не более	5
* отображение	Есть
* распечатка экрана	Есть
* экранные объекты
- графика	Есть
- текст	Есть
- поле ввода	Есть
- поле вывода	Есть
- поле вывода символов	Есть
- поле выбора	Есть
- дата/время	Есть
- список графиков	Есть
- векторная графика	Есть
- кнопка	Есть
- кнопка состояния	Есть
- переключатель	Есть
- невидимый переключатель	Есть
- график кривой	Есть
- бар-график	Есть
- экран сообщения	Есть
- экран простого сообщения	Есть
- список паролей	Есть
- экран рецепта	Есть
* постоянное окно	Есть
Мониторинг граничных значений входных и выходных сигналов	Есть
Функции преобразования входных и выходных сигналов	Есть
Количество переменных, не более	250
Тексты подсказок
* количество строк/символов в строке	7/35
* текст помощи к сообщению	Есть
* текст помощи к экрану	Есть
Количество графиков кривых, не более	50
Количество графических объектов, не более	50
Количество текстовых элементов, не более	1000
Функции вывода на печать
* захват экрана	Есть
* прямая печать листинга сообщений	Есть
* интерфейс принтера	RS232
Парольная защита
* количество паролей, не более	50
* количество уровней парольной защиты	10(0 9)
Рецепты
* количество, не более	20
* количество записей данных на рецепт, не более	50
* количество включений в рецепт, не более	60
Количество интерактивных языков, не более	3
Настройка контрастности изображения	Есть
Таймер	Есть
Инструментальные средства конфигурирования	ProTool/Lrte V6 0, ProTool V6 0, Pro-Tool/Pro V6 0, WinCC flexible Compact, WinCC flexible Standard, WinCC flexible Advanced
Загрузка конфигурации	Через RS 232
Программируемый контроллер	SIMATIC C7-635K
Клавиатура:
* тип	Мембранная, 61 клавиша
* количество системных клавиш	34
* количество функциональных клавиш	24, из них 6 с встроенными светодиодами
* количество срабатываний клавиши	1000000
Средства привлечения внимания оператора:
* динамические атрибуты	Есть
* показ/скрытие объектов	Есть
* тексты подсказок	Есть
* табличная последовательность	Есть
* пиктограммы программируемых клавиш	Есть
* светодиоды в функциональных клавишах	Есть
Текст помощи к экранному объекту:
* полю ввода	Есть
* полю выбора	Есть
* кнопке	Есть
* кнопке состояния	Есть
* переключателю	Есть
* невидимому переключателю	Есть

10.1 Технология виртуальных приборов компании National Instruments

В настоящее время трудно представить себе, чтобы работа инженера-исследователя обходилась без использования персонального компьютера. Это необходимо и при определении структуры и алгоритмов функционирования системы, и в моделировании и макетировании узлов и устройства целиком, и при разработке документации, и даже при настройке и регулировке системы. Ранее в распоряжении инженера имелись программные средства от языков высокого уровня С и Pascal до специализированных прикладных пакетов систем автоматизированного проектирования (САПР).

Языки высокого уровня помогают инженеру на этапе подготовки модели его системы, при анализе ее поведения в различных условиях. Системы автоматизированного проектирования позволяют использовать интерактивный режим проектирования и проводить моделирование разрабатываемых систем в условиях, близких к реальным условиям работы. И в том и в другом случае от инженера требуется не только знание своей родной области, но и умение грамотно создать свою программу и правильно пользоваться уже имеющимися программными средствами.

На начальном этапе применение компьютера для автоматизации проектирования сводилось к решению частных задач, носивших главным образом расчетный характер. Для каждой задачи строилась ее математическая модель, выбирался численный метод и разрабатывался алгоритм решения. Полученные от компьютера результаты подвергались необходимой обработке «вручную», так называемый «позадачный подход».

Первой характерной особенностью САПР и их принципиальным отличием от «позадачных» методов является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами. Проведение имитационного моделирования в условиях работы, близких к реальным, позволяет сравнить различные варианты решения и выбрать лучший из них. Однако при этом языки программирования и средства САПР становится сложными, возникает задача общения между программами и данными, полученными разными программами. Появляется задача обеспечения рационального выбора аппаратного обеспечения не только для программ и средств САПР, но и для средств сопряжения компьютера с физическими объектами.

Трансформация макетирования и натурного моделирования в математическое моделирование с возможностью представления объекта его экспериментальными характеристиками привело к появлению на рабочих местах проектировщиков специализированных САПР «виртуальных инструментов». Такие САПР обладают средствами для создания виртуальных устройств различного назначения, например осциллографов, анализаторов спектра, и, обработки данных, полученных как в режиме реального времени от физического объекта, так и в виде файлов. Система LabVIEW, разработанная фирмой «National Instruments» является именно такой. Эта фирма существует более 30 лет.

Основным принципом построения систем сбора, обработки и управления на базе оборудования и программного обеспечения фирмы «National Instruments» является возможность превращения персонального компьютера в измерительный комплекс с требуемыми метрологическими характеристиками.

Конфигурировать измерительные комплексы в системе LabVIEW можно как от датчиков и исполнительных механизмов (измерительно-схемная или аппаратная часть), так и от обработки данных (вычислительная часть). В первом случае необходимо подсоединить датчики к персональному компьютеру и провести аналого-цифровое преобразование аналоговых сигналов для дальнейшей обработки и формирования отчетов. Во втором случае задача решается встроенными программными средствами обработки сигналов, статистического анализа, имитации, при необходимости работы внешних устройств.

Очень важно, что алгоритм обработки сигналов и для первого и для второго подхода остается одним и тем же.

Система LabVIEW позволило существенно упростить и сделать универсальным комплекс объект - система съема информации. Появилась возможность на основании датчика, аналого-цифрового преобразователя и соответствующих программных средств осуществлять функции множества измерительных приборов различного назначения, а также функции обработки результатов измерений. Запись больших массивов данных позволяет запоминать результаты эксперимента, что дает возможность проводить ретроспективный анализ, статистическую обработку и т.д. (рис. 11.1).



Рис. 11.1. Принцип построения виртуальных измерительных комплексов

автоматизация цифровой производство интеллектуальный

LabVIEW - программа называется виртуальным прибором или ВП (VI - Virtual Instruments), т.к. внешний вид на экране и функциональность повторяет традиционный физический прибор, такой как осциллограф или мультиметр. LabVIEW содержит большой набор инструментов для сбора данных, обработки (анализа), отображения и архивирования. В LabVIEW встроены средства поиска и разбора ошибок, отладки кода. В LabVIEW инженер-исследователь создает интерфейс пользователя или лицевую панель ВП, используя многочисленные управляющие элементы и индикаторы. К управляющим элементам относятся лимбы, ручки регулировки, тумблеры, кнопки и т.д., к индикаторам - графики, лампочки и другие элементы отображения. После того как инженер-исследователь создал лицевую панель, он определяет функциональность ВП, помещая на блок-диаграмму код программы в виде других ВП и структур LabVIEW, для управления элементами лицевой панели. Таким образом, код программы в LabVIEW - это привычная для инженера блок-схема.

LabVIEW особенно удобно использовать для связи с такими аппаратными средствами, как встраиваемые в персональный компьютер измерительными платами, платами захвата видеоизображения и управления движением, приборами, подключаемыми к персональному компьютеру через стандартные интерфейсы: GPIB (КОП), PСI, PXI, VXI, RS-232/485 и т.д. LabVIEW -содержит огромное количество библиотек для расширенного анализа сигналов.

Программирование в LabVIEW происходит графически, т.е. отсутствует привычное текстовое описание алгоритма на языке программ высокого уровня. Инженеру достаточно составить блок-схему алгоритма и внести ее в программу. Сейчас программа LabVIEW (8-я версия) стала фактически стандартом в области программных средств обработки сигналов и моделирования сложных устройств.

Сама программа LabVIEW является полностью открытой, т.е. позволяет получить доступ к любым компонентам внутри ее. Она позволяет встраивать ранее созданные программы на языках высокого уровня, работать с библиотеками DLL, является сервером/контейнером ActiveX. Кроме этого, она поддерживает все стандартные протоколы обмена данными между приложениями (DDE, OPC, ODBC/OLE DB/ADO и т.д.), имеет открытую сетевую архитектуру, поддерживает работу различных операционных систем (Windows, UNIX, Lunux, Mac, LabView Real Time).

Программа LabVIEW как средство прикладного программирования по своей логической структуре близка к конструкции языков высшего уровня. Однако при создании программ в ней используется язык графического программирования (язык G), похожий на объектно-ориентированные языки программирования, привычные для широкого круга пользователей.

Как универсальная система программирования, программа LabVIEW имеет обширные библиотеки для работы с периферийными внешними устройствами, средства обработки, анализа и представления данных.

Виртуальный прибор состоит формально из двух основных частей - лицевой панели, на которой расположен интерфейс оператора, и блока диаграммы, который содержит код программы в графическом виде. LabVIEW является компилятором и позволяет создавать исполняемые модули (файлы .ехе) и динамические библиотеки (файлы .dll).

Виртуальный инструмент можно использовать при анализе и верификации модели созданной, САПР функционального проектирования. Поэтому комбинирование САПР функционального моделирования и САПР виртуальных инструментов позволяет не только создать модель, но и детально исследовать ее поведение. На базе LabVIEW существуют система технического зрения и управления движением, системы автоматизации технологических процессов. Распределенные системы позволяют решать задачи, когда исследуемые объекты разнесены пространственно, а результаты измерений и обработки данных должны быть доступны большому количеству пользователей. LabVIEW оптимизирована для работы в сетях (Internet/Intranet).

На базе LabVIEW возможно даже построение средств дистанционного обучения. Можно превратить персональный компьютер в современную лабораторную станцию для работы с реальными сигналами, причём по стоимости такая модификация не превысит стоимости персонального компьютера среднего класса.

Система жесткого реального времени LabVIEW Real Time используется в системах сбора/обработки информации/управления, когда требуется жесткий детерминизм и когда обычные операционные системы, такие, как Windows, не могут быть использованы.

Инженеру, обладающему минимальными навыками в программировании и достаточными знаниями в своей области, начать работать в программе LabVIEW достаточно просто. Благодаря своей гибкости и масштабируемости, LabVIEW может использоваться на всех этапах процесса: от исследований и разработки до широкомасштабных производственных испытаний.

Недостатком среды LabView является ее явная ориентированность на родное аппаратное обеспечение «National Instruments», которая заключается в упрощённости процедур обращения к этому аппаратному обеспечению из среды программирования. Обращение к платам прочих производителей может состоять из длинных последовательностей совершенно нетривиальных для пользователя операций, что в конечном счете может осложнить применение LabView для отечественного аппаратного обеспечения.

Общие принципы построения программы в LabVIEW. LabVIEW представляет собой полнофункциональную среду программирования. LabVIEW - это интегрированная среда разработки, которая использует графический язык программирования, язык G, уникальный с точки зрения метода создания и хранения программного кода. В нем нет текстового кода как такового, есть диаграмма, отображающая потоки данных внутри программы. LabVIEW является инструментом для исследователя, который часто пользуются способом визуализации задачи вместо построения программ на языках высокого уровня. Применяя утилиту кодовой связи (CodeLink) можно вставлять DLL-библиотеки, созданные в другой среде, например С или Pascal.

Базовая философия LabView состоит в том, что передача данных между элементами (функциями, узлами, значками, кубиками, кирпичиками или но-дами (Node) внутри программы определяет порядок их выполнения. Узлы LabVIEW, виртуальные инструменты имеют входы, обрабатывают данные, поступающие на их входы, и выдают результаты их обработки на выходы. Путем соединения входов и выходов, соответствующих VI, возможно расставить VI в том порядке, в котором необходимо обрабатывать данные.

Web-лаборатория на базе Lab VIEW. Создание современных научных лабораторий требует значительных финансовых затрат на приобретение технических средств, поддержание их в работоспособном состоянии, разработку методических материалов. Представляется более перспективным создание хорошо оснащённых центров коллективного пользования с возможностью удалённого доступа через глобальную информационную сеть. Известные примеры таких центров, называемых также Web-лабораториями, базируются, как правило, на программных симуляторах, реализованных на Java, или на технологии виртуальных инструментов LabVIEW (National Instruments), содержащих встроенный Web-сервер.

Основу серверного компонента Web-лаборатории составляет виртуальный лабораторный стенд, состав и функциональные возможности которого определяют во многом успех научного исследования.

Как правило, традиционная автоматизированная система экспериментальных исследований (АСНИ) комплектуется набором измерительных приборов и устройств связи с объектом исследования и персональным компьютером (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Исследовательский стенд, укомплектованный традиционными приборами

Замена традиционных измерительных приборов и устройств виртуальными может стать разумной альтернативой при корректном подборе системы, и даже может оказаться экономически выгодным. Технология виртуальных инструментов LabVIEW позволяет создавать на базе встраиваемых в персональный компьютер модулей ввода-вывода полнофункциональные измерительные приборы, технические характеристики которых определяются характеристиками используемых модулей, а возможности обработки результатов измерений, визуализации, регистрации зачастую превосходят возможности традиционных приборов. Схема лабораторного стенда при этом существенно упрощается (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Виртуальный исследовательский стенд

Реализованная схема соединений обеспечивает возможность изучения простого ввода (вывода) данных через параллельные порты, обмена данными по прерыванию и измерения частотно-временных параметров, измерения аналоговых напряжений и др. Формирование тестовых сигналов и оценка результатов их отработки проектируемой системой осуществляются в реальном времени инструментами виртуального стенда.

Организация удалённого доступа к виртуальным приборам. Все контрольно-измерительные и управляющие устройства находятся «внутри» компьютера и их можно сделать доступными из любой точки земного шара, куда дотянулась «всемирная паутина». Т.е. появляется реальная возможность участвовать в сложных исследованиях, находясь далеко от научной лаборатории. LabVIEW предоставляет несколько способов организации удалённого доступа к виртуальным приборам. Для снижения требований к Интернет-трафику и обеспечения повышенной устойчивости связи может быть реализована следующая схема Web-лаборатории (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Структурная схема Web-лаборатории

Сервер uCV-Lab спроектирован на языке графического программирования G в среде LabVIEW и представляет собой рассмотренный ранее виртуальный лабораторный стенд, программное обеспечение которого дополнено функциями поддержки протокола DSTP (Data Socket Transfer Protocol, сетевой протокол обмена динамически изменяющимися данными), а также простейшими функциями взаимодействия с объектом исследования. Данные публикуются в сети Data Socket сервером и принимаются подписчиками-клиентами. В сущности, Data Socket - это независимая от платформы технология проектирования сетевых приложений, не требующая использования элементов низкого уровня. Компактный и быстрый протокол DSTP используется только для обмена данными между серверным и клиентским приложениями. В состав серверного программного обеспечения входит также программа «Монитор», которая выполняет функции управления объектом исследования. Клиентское приложение выполнено как ActiveX-компонент, который при первом обращении к серверу загружается из стандартного браузера и регистрируется в операционной системе клиента, а в последующем запускается, не требуя времени для повторной загрузки.

Кроме собственно виртуального стенда, в распоряжении исследователя могут быть справочные и методические материалы, дистрибутивы программного обеспечения, в том числе и программные средства проектирования систем. Все вместе они и образуют Web-лабораторию.

11. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

11.1 Общие сведения о пневматических средствах автоматизации

Пневматические средства автоматизации (ПСА) представляют собой технические устройства и приборы, использующие энергию сжатого воздуха. ПСА пожаро- и взрывобезопасны, обладают высокой надежностью при работе в условиях агрессивных сред, электромагнитных воздействий и изменений температуры; достаточно просты в эксплуатации. К недостаткам ПСА относят сравнительно низкое быстродействие, обусловленное небольшой скоростью передачи пневмосигналов (близкой к скорости звука в воздуховоде); сложность построения высокоточных вычислительных устройств; относительно высокую энергоемкость. Вследствие этого ПСА применяют чаще всего для автоматизации достаточно инерционных ТОУ с постоянными времени не менее 10-30 с; максимальная длина пневмокоммуникаций в таких системах управления не должна превышать 250-300 м.

Пневматические системы - это системы, в которых в качестве энергоносителя используется газ под определенным давлением. Название этих систем происходит от греческого слова рпеитп, что означает ветер или дыхание.

Пневматические системы занимают прочное место среди других средств автоматизации - электрических, электронных, гидравлических -благодаря своим традиционным преимуществам, к которым, в первую очередь, относятся надежность, устойчивость к механическим и электромагнитным воздействиям, высокий коэффициент отношения развиваемой мощности пневмоприводов к собственному весу, пожаровзрывобезопасность и относительно низкая стоимость.

Пневматические средства автоматизации широко применяются в различных отраслях промышленности, от пищевой до тяжелой, а также в специальных автоматических системах, например в медицинских устройствах и в мобильной робототехнике. Трудно представить современную строительную и добывающую индустрию без пневматических средств автоматизации.

Диапазон выпускаемых пневматических компонентов постоянно расширяется и становится все более доступным. Благодаря международным стандартам в этой области конструкторы имеют возможность использовать изделия различных фирм при проектировании сложных систем пневмоавтоматики.

Одна из главных характеристик пневматических систем - сжимаемость используемых в них газов. Результат этого физического явления может влиять на параметры системы как отрицательно, так и положительно в зависимости от ее назначения. Например, в пневматических приво...