9. Принцип иерархии при построении систем автоматизации.

Для большинства РСУ характерна трехуровневая модель построения. На нижнем уровне, уровне ввода/вывода (IO Layer), располагаются полевые приборы (датчики, сенсоры, исполнительные механизмы), которые с помощью электрических кабелей подключаются к подсистеме полевого ввода/вывода (IO subsystem).  Электрический сигнал, поступающий с датчика, в подсистеме ввода/вывода интерпретируется как измерение определенной физической величины (температуры воды, например), потом сигнал оцифровывается (переводится из аналоговой формы в цифровую, двоичную). В цифровой форме сигнал передается по специальной шине в контроллер. Подсистема ввода/вывода работает и в другом направлении. Получив от контроллера по той же шине управляющую команду, подсистема ввода/вывода переводит ее из цифровой формы в электрическую аналоговую. Сформированный электрический сигнал по кабелю подается на соответствующий исполнительный механизм. На среднем уровне находятся контроллеры (CPU) – условно говоря, мозги системы. Они представляют собой мощные вычислительные машины специального (промышленного исполнения). Их задача – обрабатывать поступающую из подсистемы ввода/вывода информацию и выдавать обратно управляющее воздействие. Эта обработка осуществляется в соответствие с заложенными алгоритмами управления и происходит циклически в среднем 10-20 раз в секунду. Для решения сложных задач контроллеры могут обмениваться между собой данными, используя цифровые коммуникационные сети (в нашем случае, Industrial Ethernet). Контроллеры РСУ могут различаться по производительности, функционалу и архитектуре, хотя существуют и общие требования. Верхний уровень – это уровень операторского управления, объединяющий серверы и операторские рабочие станции. Выделенный сервер (на рисунке резервирован) поддерживает коммуникацию с подключенными к нему контроллерами и копит внутри себя архив технологических параметров.

Операторские станции OS (operator station) представляют собой персональные компьютеры. В рамках клиент-серверной архитектуры они ведут обмен данными с сервером, а не напрямую сконтроллером. При этом операторских станций может быть несколько десятков.

10. Верхние уровни системы автоматизации mes и erp. Уровень mmi

Верхний уровень.  Ур-нь пром-го сервера, сетевого оборудования,  ур-нь операторских и диспетчерских станций. На этом уровне идет контроль хода про-ва: обеспечивается связь  с нижними уровнями, откуда осущ-ся сбор данных, визуализациия и диспетчеризациия (мониторинг) хода ТП.  Это уровень HMI, SCADA. На этом уровне задействован человек, т.е. оператор (диспетчер). Он осущ-ет локальный контроль технол-го обор-ия через  так называемый человеко-машинный интерфейс (HMI).  Для осущ-ия контроля за распр-ой системой машин, механизмов и агрегатов применяется SCADA  система. Эта система представляет собой ПО, к-ое настраивается и уст-ся на диспетчерских компьютерах. Она обеспечивает сбор, архивацию, визуализацию, важнейших данных от ПЛК. При получении данных система сам-но сравнивает их с заданными знач упр-ых пар-ов (уставками) и при отклонении от задания  уведомляет оператора с помощью тревог(Alarms), позволяя ему предпринять необходимые действия. АСУП (АСУ Предприятием), вкл-ая ситему р-ия задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции  (MES) и систему планирования ресурсов предприятия (MRP) или (ERP). ERP системы (Система планирования ресурсов предприятия) – это корпоративные выч-ые инс-ты, основ задачей к-ых яв-ся автоматизированный учет, выч-ия и планирование всех ключевых действий компании.Инструментами ERP  можно произвести планирование, смоделировать потоки заказов, оценить возможные убытки, прибыли и т.д. Кроме того, данные полученные этим прогр продуктом передаются на более низкие уровни АСУ ТП  — MES, где, с их помощью, производится оперативная перепланировка, распр-ие и прочее. Главным достоинством ERP систем яв-ся интеграции разрозненного ПО в одну программу. MES системы — это специализированное ПО для верхних уровней АСУ ТП, основными задачами к-го я-ся анализ и оптимизация выпуска продукции в режиме реального времени на уровне упр-ия цеха. Вх-и данными MES системы яв-ся данные уровней планирования и контроля. Лицом или объектом,  к-ое принимает решения тут, яв-ся руководитель цеха или отделения АСУ ТП. Элементной базой этого уровня АСУ ТП яв-ся мощные серверы баз данных и терминальные сервера и раб станции, на к-ых установлено ПО для решения соответствующих задач. Задачи и ф-и MES: Планирование и диспетчеризация произв-ых процессов; Анализ финансовых затрат; Перепланирование с учетом текущих показателей; Контроль сост и распр-е ресурсов; Упр-е документами; Сбор и хранение данных; Упр-е персоналом; Упр-е процессами, техобслуживанием и ремонтами. Часто ERP и MES объединяют в один уровень структуры АСУ ТП. В чем же отличие ERP и MES системы? MES управляют текущими пр-и пр-ва и контролируют выпуск продукции заданного кач-ва в заданные сроки. ERP отвечают за объёмное планирование

11. Нижние уровни системы автоматизации Control и I/O. Нижний уровень. Ур-нь оборудования (входов/выходов- Input/Output-level). Это у-нь дат-ов(sensors), изм-ых уст-тв, контролирующих упр-ые параметры, а также  исп-ых устройств (actuators), воздействующих на эти параметры процесса, для приведение их в соответствие с заданием(ЭП, исплнительные устройтсва для регулир. и упр. воздействий на ТП). На этом уровне осущ-тся согласование сигналов дат-ов с входами ус-ва упр-ия, а вырабатываемых команд с исп-ми устр-ми. Датчик (Sensor) - это уст-во,  преобразующее контролируемую величину (Р, Т, уровень, расход, f, скорость, перемещение, U, I и т.п.) в сигнал, удобный для изм-ия, хранения , регистрации, преобразования и передачи  на упр-ее уст-во (контроллер, регулятор, компьютер), к-ое должно принять и обработать этот сигнал.  Обычно датчик (sensor) состоит из 2 частей — изм-ной головки (sensorhead) и преобразователя (transducer). Различают 3 класса датчиков: - аналоговые д-ки - выраб-ие аналоговый сигнал; - цифровые д-ки -  генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово; - бинарные (двоичные) д-ки -  вырабатывают сигнал только 2-х уровней: "включено/выключено" (т.е.  1 или 0).Промышленные д-ки яв-ся одними из основных эл-в в сист-х регулирования, упр-ия и АСУ ТП. По физич пр-пу работы д-ки подразделяются на бесконтактные - индуктивные, емкостные, магнитные, оптические, у/зв, и на контактные, основн из к-ых являются энкодеры – ус-ва, преобразующие угловые повороты или линейные перемещения в последовательность импульсов опр-го формата и др. Интеллектуальные д-ки В наст время в автоматизированных сист все более широко  применяют интеллектуальные д-ки.

12. Программируемый логический контроллер (ПЛК) или программируемый контроллер — специализированный цифровой компьютер, используемый для автоматизации технологических процессов. В отличие от компьютеров общего назначения, ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков и исполнительных механизмов, приспособлены для длительной работы без обслуживания, а также для работы в неблагоприятных условиях окружающей среды. ПЛК являются устройствами реального времени.

Мощность

Под обобщённым термином «мощность» понимается разрядность и быстродействие центрального процессора, объём разных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Очень часто основным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и, одновременно, являющимся важнейшей его характеристикой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые могут быть подсоединены к контроллеру. По этому показателю контроллеры подразделяются на следующие классы:

наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие до 15 входов/выходов;  малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов;  средние контроллеры, рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов;  большие контроллеры, рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов;  сверхбольшие контроллеры, имеющие примерно от 2000 и более входов/выходов.

Область применения

Область применения – один из наиболее важных признаков классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

Открытость архитектуры

По структуре контроллеры подразделяются на два класса: контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных стандартов.

При закрытой фирменной структуре изменения (модификации) контроллера возможны, обычно, только компонентами производителя. Сами изменения достаточно ограничены и заранее оговорены производителем.

Конструктивное исполнение

По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить на несколько групп, мы их условно назовем так:

встраиваемые; размещаемые в общий конструктив;  модульного типа;