ЗАСТОСУВАННЯ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ ТЕХНІКИ У АВТОМАТИЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

В області автоматизації за останнє десятиліття відбулися революційні зміни. Особливо це стосується Росії. Колишня радянська електронна промисловість не витримала ринкових перетворень і не змогла на початку 1990-х рр. задовольнити попит на високоякісні контролери нового покоління. До цього часу в світі вже з'явилися і повністю оформилися нові напрямки автоматизації технологічних процесів. І базувалися вони перш за все на застосуванні мікропроцесорної техніки, персональних комп'ютерів, контролерів, які функціонують під управлінням спеціалізованого програмного забезпечення. Почався процес інтеграції нашої країни в світову ринкову економічну систему.

Фірм-виробників і продуктів, ними вироблених, достатньо багато: Trace Mode (AdAstrA), FIX (Intellution), InTouch (Wonderware), Genesis (Iconics Co), RealFlex (BJ Software Systems), Sitex (Jade Software), Factory Link ( United States Data З) і т.д. (Всього понад 30 фірм, серед яких є і російські). І це тільки виробники програмних продуктів.

Серед найбільш популярних виробників апаратних засобів автоматизації фірми ABB, Advantech, Allen-Bradley, Bristol Babcock, Control Microsystems, Fisher - Rosemount,

Foxboro, GE Fanuc, Hewlett Packard, Hitachi, Honeywell, Koyo, Mitsubishi, Motorola, Omron, PEP Modular Computer, Samsung, Schneider Electric, Siemens, Toshiba, Yokogawa і ін.

Вітчизняні виробники також підключилися до цієї «багатоголосся». Ось деякі назви вироблених ними контролерів і програмно-технічних комплексів: Ремиконт, Техноконт, Сіріус, Емікон-2000, МФК, ТК52, Деконт, КРУЇЗ, КРУГ-2000 і т.д.

Відзначимо, що вітчизняні програмно-технічні комплекси та прикладне програмне забезпечення зараз є цілком конкурентоспроможними на російському ринку засобів і систем управління. І це не дивлячись на те що такі відомі російські фірми, як ВІРА реалтайм, AdAstra, тільки що відзначили свій десятий день народження, в той час як цілий ряд зарубіжних фірм-виробників, перерахованих вище, існують вже не один десяток років.

Російському споживачеві, а саме фахівцям з автоматизації на виробництві, зараз дуже важко. Адже ще зовсім недавно основними засобами автоматизації в нашій країни були пневмоавтоматика і громіздкі телемеханічні системи, а централізовані автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУТП) будувалися на базі спеціалізованих керуючих обчислювальних комплексів (НВК) типу М-6000, СМ-4.

«Революція» в області автоматизації сталася так швидко (практично за 5-7 років), що не встигла змінитися покоління фахівців. Це означає, що багатьох фахівців треба переучувати, а інакше вони будуть гальмувати процес подальшої автоматизації на виробництві. Молоде покоління фахівців, яке спілкується на «ти» з комп'ютерами і контролерами, поки ще нс визначає рівень автоматизації на місцях.

Не менш важко і студенту, котрий готується вступити в світ автоматизації технологічних процесів. Важко тому, що практично немає навчальних посібників, підручників, які допомогли б розібратися у всьому цьому нескінченному різноманітті сучасних засобів і систем управління, програмного забезпечення. Зараз інформацію про це можна отримати з документації на обладнання і програмне забезпечення фірм-виробників, а вона далеко не всім доступна. Іншим джерелом інформації традиційно є статті в найбільш популярних спеціалізованих журналах, таких, як «Прилади і системи, управління, контроль, діагностика»,

«Промислові АСУ та контролери», «Світ комп'ютерної автоматизації - МКА», «Сучасні технології автоматизації - СТА» і ін. Це досить доступне джерело, але журнальна стаття, як правило, присвячена одній вузькій проблемі. Звичайно, є Інтернет, і той, хто має доступ в цю величезну «бібліотеку», може знайти там потрібну йому інформацію.

Сучасні програмно-технічні комплекси реалізують такі дві функції.

  • 1. Спочатку за допомогою програмного пакета проектується система управління, тобто на екрані станції оператора / диспетчера створюється мнемосхема технологічного процесу, відображаються контури контролю та регулювання, створюється база даних, задаються граничні значення параметрів (так звані «аларми»), конфигурируются тренди і т.д.
  • 2. Потім до спроектованої на комп'ютері системи підключається технологічний об'єкт, обладнаний засобами автоматизації (датчиками, виконавчими пристроями, контролерами), і система починає виконувати функції управління технологічним процесом.

Такі системи прийнято називати інтегрованими системами проектування і управління.

Історично склалося так, що винахід мікропроцесорів поклало початок ери програмованих логічних контролерів - ПЛК (Programmable Logic Controller - PLC). Перші PLC прийшли на заміну дискретним системам управління на базі електромеханічних реле.

Відповідно до вимог завдань, для вирішення яких вони призначалися, для PLC було характерно переважання дискретних вхідних і вихідних сигналів (тому контролери і назвали логічними), високу швидкодію, слаборозвинений програмне забезпечення, яке не здатне виконувати операції з плаваючою комою і функції ПІД- регулювання.

Одна зі сфер застосування PLC - системи телемеханіки. PLC в цих системах грають роль контрольованих пунктів (КП) і називаються RTU (Remote Terminal Unit - віддалене термінальне пристрій). Для дистанційної передачі даних PLC ( RTU) забезпечуються додатковими комунікаційними модулями і програмним забезпеченням, що реалізує будь-якої протокол передачі даних по дротових або радіоканалах. У нафтогазовій галузі вони знайшли широке застосування при автоматизації процесів видобутку і транспортування нафти і газу.

Трохи пізніше на заміну аналоговим приладам (регуляторам) прийшли DCS'-системи (Distributed Control System - розподілені системи управління), адаптовані для управління безперервними технологічними процесами. Це вже нс просто контролер, а цілий комплекс технічних і програмних засобів:

  • • набір процесорів з чітко розподіленими функціями (наприклад, керуючий, інтерфейсний, прикладної);
  • • робочі станції (станції оператора);
  • • канали зв'язку;
  • • ПО для конфігурації (програмування) контролерів і для створення людино-машинного інтерфейсу.

У 1980-і рр. обидва розглянутих вище класи мікропроцесорних систем (на базі PLC і DCS ) мали свої сфери застосування і своїх виробників.

В силу своєї дорожнечі DCS застосовувалися, як правило, у великих системах управління. У деяких випадках у великих системах PLC використовувалися як підсистема для вирішення завдань протиаварійного захисту і блокувань.

Потім PLC стали купувати деякі властивості, які дозволили їм успішно впровадитися в сферу невеликих систем управління безперервними процесами. До цих властивостей можна віднести досить розвинений введення / виведення аналогових сигналів і можливості ПІД-регулювання. Такі контролери отримали назву SLC (Single Loop Controller), так як вони дозволяли реалізувати один-два контури регулювання. Подібні контролери були в номенклатурі багатьох виробників DCS і деяких фірм - виробників PLC.

Велику роль в перерозподілі ринку засобів і систем управління на користь PLC зіграла поява спеціалізованого програмного забезпечення операторських інтерфейсів SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - супервизорного / диспетчерське управління і збір даних). Це посилило проникнення PLC в ті області, де вони могли б успішно конкурувати з DCS. DCL в свою чергу взяли на озброєння сучасні засоби обробки дискретних сигналів. І, щоб не бути остаточно витісненими з ринку, виробники DCS змушені були перейти до створення «відкритих» систем.

В результаті боротьби за виживання на ринку набори функцій, що реалізуються в PLC і DCS, а отже, і області їх застосування, в значній мірі стали перекриватися. Уже до кінця XX в. кожен другий PLC продавався для використання в управлінні безперервними технологічними процесами.

Характерною особливістю DCS 1980-х рр. була замкнутість їх архітектури і несумісність з програмно-апаратними засобами різних фірм - виробників PLC. Це призводило до підвищених експлуатаційних витрат. Подальше вдосконалення DCS -комплекс могло б зажадати величезних витрат від виробників. Рішення проблеми було знайдено в переході до створення «відкритих» систем. Сенс цього полягав у використанні при створенні DCS стандартних елементів, вузлів, програмного забезпечення, протоколів передачі даних і т.і. Стандартизація привела до появи великої кількості фірм, які виробляють окремі елементи систем управління, і ще більшої кількості «системних інтеграторів» - компаній і фірм, які збирали і впроваджували йод «ключ» закінчені системи. Різко зросла конкуренція, що позитивно відбилося на ціні систем управління і їх технічні характеристики.

В результаті всіх цих причин стався поступовий перехід від традиційної архітектури DCS , в якій PLC виконували роль підсистеми управління дискретними процесами, які вимагають швидкої реакції, до архітектури, в якій PLC виконує функції управління будь-якими безперервними і дискретними процесами, а персональні або промислові комп'ютери служать в якості операторського інтерфейсу і виконують функції диспетчерського управління.

Не можна сказати, що за допомогою PLC можна реалізувати будь-яку систему управління безперервними процесами. Є деяка «область», в якій витрати при використанні PLC разом з витратами на інжиніринг менше аналогічних витрат при використанні DCS. Для більшості компаній кордону цій галузі визначаються з практичного досвіду. Первісна вартість апаратури і програмного забезпечення для систем управління на базі PLC практично завжди нижче, ніж у систем на базі DCS. Однак у великих системах, що вимагають спеціальних робіт по інтеграції та програмування, вартість системи на базі PLC може істотно зрости і звести нанівець всю первісну економію. Як правило, застосування PLC виправдано в невеликих і середніх додатках до 150 контурів регулювання я. А при подальшому збільшенні контурів регулювання вартість інжинірингу та задіяних контролерів починають невиправдано зростати.

Мережі DCS спроектовані так, щоб забезпечувати високу працездатність і надмірність всіх системних компонент, що дозволяє виключити збої. Тісний стикування операторського інтерфейсу, контролерів і системного програмного забезпечення гарантує високу безпеку системи. Деякі системи на базі PLC не можуть дати такий же рівень надмірності.

Виробники DCS пропонують загальносистемну підтримку, здійснювану обслуговуючим персоналом однієї фірми на основі контрактів. 11роізводітелі ПЛК та SCADA- систем зазвичай не здійснюють загальносистемного обслуговування, особливо, якщо замовник користується обладнанням різних виробників.

Поділ програмно-апаратних засобів автоматизації на два класи - PLC і DCS - є історичним. Саме під такими назвами ці кошти з'явилися на російському ринку, але тоді реалізовані ними функції в системах управління були істотно різними. Зараз вже можна констатувати, що функціональні можливості цих двох класів значною мірою перекриваються.

У Росії контролери і системи провідних світових фірм відразу завоювали велику популярність. Зносостійка модульна структура, можливість реалізації розподілених систем управління, висока надійність забезпечили успіх західним виробникам. Але вартість цих контролерів і систем була (та й зараз залишається) дуже високою.

З середини 1980-х рр. в системах управління все частіше стали використовуватися персональні комп'ютери. Спочатку вони грали роль інженерних станцій для конфігурації DCS і технічної діагностики. З появою персональних комп'ютерів в промисловому виконанні і розвитком програмного забезпечення їх все частіше стали використовувати в якості операторських станцій в системах моніторингу та диспетчерського управління.

З середини 1990-х р в системах управління поступово стала проявлятися тенденція зосередження функцій управління на так званих промислових комп'ютерах. Це було пов'язано з різким падінням цін на комп'ютери і комплектуючі вироби, плати вводу / виводу і засоби комунікації, а також з появою універсального прикладного програмного забезпечення типу SCADA і засобів програмування контролерів на базі IBM PC.

Використання IBM PC-платформи в контролерах за кордоном називається «softlogic» (софтлоджік), а самі РС- сумісні контролери - «soft PLC» (софт ПЛК).

Поява в Росії таких контролерів і подальше їх розвиток зумовлений, зокрема, тим, що у промислових контролерів співвідношення проізводітелиюсть / ціна виявилося краще на 30-50% в порівнянні з традиційними PLC.

Промислові комп'ютери (контролери) являють собою програмно сумісні зі звичайними персональними комп'ютерами IBM PC машини (PC-сумісні контролери), адаптовані для жорстких умов експлуатації - для установки на виробництві, в цехах, газокомпресорних станціях і т.д. Адаптація відноситься не тільки до конструктивного виконання, але і до архітектури і схемотехніки, так як зміни температури навколишнього середовища призводять до дрейфу електричних параметрів. Як пристрої сполучення з об'єктом управління ці системи комплектуються додатковими платами (адаптерами) розширення. В якості операційної системи в промислових PC, що працюють в ролі віддалених терміналів, все частіше починає застосовуватися Windows NT, а також різні розширення реального часу, спеціально розроблені для цієї операційної системи.

Компанії - виробники DCS , PLC і РС-контролерів постачають широкий комплекс програмно-технічних засобів автоматизації.

Крім мікропроцесорних контролерів декількох модифікацій до складу такого комплексу входять набори модулів введення / виведення, різні дисплейні пульти операторів. Для об'єднання цих компонентів в систему фірми пропонують різні мережеві рішення, забезпечуючи свої комплекси наборами комунікаційних модулів для взаємодії з мережами різних рівнів. Обов'язковим компонентом є і прикладне програмне забезпечення. Ці системи в Росії отримали назву програмно-технічних комплексів (ПТК).

Таким чином, до теперішнього часу склалося два напрямки на шляху створення багаторівневих систем управління технологічними процесами:

  • • системи, побудовані на базі PLC зі своїм пакетом програмування і станцій оператора / диспетчера (ПК), оснащених SCADA -пакет людино-машинного інтерфейсу, що отримали назву SCADA-системи;
  • DCS-c истема - інтегровані системи, що включають контролери (процесори), станції оператора (ПК), комунікаційне обладнання та інтегроване програмне забезпечення.

У цьому посібнику розглянуто контролери та програмно-технічні комплекси, що знайшли застосування в системах управління технологічними процесами.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >