2.6.1 Техникалық құралдар кешенінің құрылымын таңдап алуын негіздеу
Автоматика жүйелерін құрудың қазіргі талаптарына сүйене отырып, техникалық құралдар кешенінің құрылымы едәуір технико-экономикалық талаптарға сай болу керек, және олардың бастылары келесіден тұрады:
- автоматтандыру жүйесінің барлық есептер жинағының шешімін қамтамасыз ету;
- егер басқару есебінің жиынтығы өзгеріп, басқару техникасы жаңаланса, оның құрылым мен дамуының өзгеру мүмкіншілігі;
- оператордың операторлық бөлмеде және басқару мен бақылау үрдістерінің барлық стадиясында КТС-ң басқа элементтерімен кең түрде хабарласу мүмкіншілігі;
- унифицирленген құрылғыларды, блоктарды және буындарды пайдалану;
- қолданылатын кешеннің құрылысын оңай өзгерте алатын агрегирлеудің мүмкіншілігі;
- жоғары сенімділік және жөндеуге келетіндігі;
- сатып алуға және қызмет етуге кететін шығындарды оптималды есептеу.
Демек, осы талаптарды жүзеге асыра отырып, ұсынылған техникалық құралдар кешенінің құрылымы – бағдарламалық және апараттық спецификациясының ашықтығы деген автоматика жүйелерін құрудың негізгі қағидаларына сай келеді, және автоматтандырылған жүйелерін құрудың жаңа концепцияларының келесідей негізгі қағидаларына негізделген:
- мәселелі-бағытталған түрде келу;
- ортақталған бақылау;
- объектті-бағытталған басқару;
- өзіндік диагностика және таңдаулы резервілеу;
- жобалық компоновка;
- ашық архитектура.
Мәселелі-бағытталған түрде әртүрлі ақпараттық масштабтағы өндірістік үрдістерді автоматтандыру есептерін шешу мүмкіндігін береді. Басқарудың барлық құралдарын территориалды топтау арқылы ортақталған бақылау – бір-екі операторға басқару есептерін және үрдістің жүрісін бақылауды жүктеп қоюға мүмкіншілік береді. Өз кезегінде, оперативті басқару қағидасын кең пайдалану мүмкіншілігін береді.
Өзіндік диагностика және таңдаулы резервілеу жоғары сенімділік пен төменгі баға талаптары арасындағы оптималды компромисқа жету мүмкіншілігін береді.
ПО басқаруға визуалды объектті-бағытталған түрде келуін қамтамасыз етеді, және қабылданған ПО-ң компоненттерінің бірі болып – технологиялық бағдарламалау тілі (STEP 7) табылады, бұл техникалық құралдар мен басқару объектісінің өзін оператор алдында басқарылатын объектілердің жиынтығы ретінде қарастыруға мүмкіншілік береді: олардың физикалық немесе бағдарламалық жүзеге асыруымен емес, автоматтандырылған объектінің технологиялық схемасымен байланысты физикалық (датчиктер, механизмдер) немесе логикалық (реттегіштер, қорғау құрылғысы және т.б.). Әрбір басқарылатын объект, оның күйі, жүргізудің алғы шарттары мен басқару мүмкіндіктері туралы толық ақпарат беретін технологиялық параметрлердің жиынтығымен сипатталады.
Жобалық компоновка қолданушыға нақты автоматика жүйесіне керекті техникалық құралдар жиынтығын таңдау мүмкіншілігін береді.
Ашық архитектура жүйені толықтыруға немесе болашақта жүйені кеңейту мен жаңалауды қамтамасыз ете отырып, жаңа техникалық құралдарды пайдалануға мүмкіндік береді.
Апаратты платформа ретінде жоғары өнімділікті және тез жұмыс істейтін қуатты процессор болып табылатын техникалық құралдар таңдап алынған, және онда – кіріс-шығыс модульдерінің көп саны, коммуникационды контроллерлер мен интерфейстердің үлкен жиыны бар. апаратты компоненттер перспективті жаңа технологияларға негізделеді. Бұл жүйені жаңалауға және дамытуға мүмкіндік береді.
Сонымен, жүйені құрудың ұсынылған концепциясы, басқарудың техникалық құралдарына қойылатын келесі талаптарды жүзеге асырады:
- жоғары сенімділік таратылған басқару, өзіндік диагностика және таңдаулы резервілеу, сонымен қатар жоғары сенімді апараттық құралдарды пайдалану арқылы жүзеге асады;
- қолдану қарапайымдылығы технологиялық бағдарламалау мен объектті-бағытталған басқару арқылы жүзеге асады;
- төмен баға – экономды апаратты шешулер, ортақталған таңдаулы басқару және резервілеу кезінде “ақылды жеткіліктік” қағидасын қолдану арқылы жүзеге асады.
Құрудың қабылданған концепциясы автоматтандыру схемаларымен анықталған басқарудың технологиялық объектісін (БТО) құрудың функционалды-топтасқан қағидасына максималды мүмкін болатын жақындықпен ПТК-ның құрылғылары мен деңгейлері арасындағы өзіндік байланысты анықтайды.
КТС-ң ұсынылған құрылымы жаңа халықаралық стандарттарды қанағаттандырады. Бұл базалық бағдарламалық қамтамасыздандыруға, апаратты және бағдарламалық коммуникационды протоколдарға, магистральды шиналарға, конструктивтарға қатысты.
2.6.2 Техникалық құралдар кешенінің құрылымдық схемасының сипаты
Техникалық құралдар кешенінің құрылымының үш деңгейлі иерархиясы бар:
- операторлық станция (ОР27) және жергілікті пульт (РР17);
- бағдарламаланатын контроллерлер (SIMATIC S7-300 және ЕТ150-2);
- датчиктер, өлшеу түрлендіргіштер, орындағыш механизмдерді жергілікті басқару жүйелері, өртті сигнализацияның жүйесі.
Шартты түрде, иерархияның бірінші деңгейінің техникалық құралдары жоғары деңгейдің техникалық құралдарына, ал екінші мен үшінші – төменгі деңгейдің техникалық құралдарына жатқызылады.
Берілген жобада ОР27 және РР17 жалпы және арнайы бағдарламалық қамтамасыздандыруды орындаудың техникалық қолдауын, сақтауын және сонымен қатар төмендегілерді қамтамасыз ететін технологиялық үрдістерді басқару кезінде оператордың құралы болып табылады:
- ақпаратты типті өңдеу;
- мнемосхемалар, графиктер, текстік хабарламалар түрінде технологиялық үрдістің жүрісі туралы ақпаратты визуалдау;
- басқарылатын әсерлерді оператордан қабылдау және беру;
- протоколдау және құжаттау;
- жүйе конфигурациясын сақтау және енгізу;
- құрылғылар күйін бақылау мен диагностика;
- жұмыс кезінде пайда болатын барлық штаттық емес жағдайлар мен сигнализация;
- ПК-дан бақыланатын объектілер күйі туралы ақпаратты қабылдауын және ПК-ға командаларды беруін жүзеге асыра отырып, бағдарламаланатын контроллерлердің жұмыс істеуі арқылы координерлеу;
- Жүйеге рұқсатты бақылау.
Бағдарламалық контроллер (ПК) микропроцессорлы құрылғы болып табылады, және оның архитектурасы объектті-бағытталған қағида бойынша құралған және нақты уақыт масштабында басқарудың таратылған жүйеде жұмыс істеу мен келесі есептерді шешу үшін оптималданған:
- БТО датчиктерінен (түрлендіргіштерінен) ақпаратты алу;
- Ақпаратты біріншілік өңдеу;
- өлшенетін каналдар күйін бақылау;
- ОР27 мен РР17-ден алмасуларды қолдау;
- Басқару алгоритмдерін орындау және технологиялық буындардың жетегіне басқарылатын әсерлерді беру.
ПК-ның құрамына басқарудың техникалық құралдары, ақпаратты жинау, сақтау жіне өңдеу креді:
- орталық процессор мәліметтерді басқару мен жинау бойынша ПК-ға жүктелген алгоритмдерді жүзеге асырады, ПК-ң техникалық құралдары арасындағы мәліметтер алмасуын ұйымдастырады және жоғары деңгейдің техникалық құралдармен байланысты қолдайды;
- сандық немесе аналогты модельдер датчиктерден (түрлендіргіштерден) ақпаратты санды түрде түрлендіреді немесе тікелей орындаушы механизмдерге басқарылатын әсерлерді беруін жүзеге асырады.
Бағдарламаланатын контроллерлердің ОР27 және РР17-мен байланысты PROFIBUS-DP желісі арқылы ұйымдасқан.
2.6.3 Автоматтандыру жүйесінің құралдары
Жүйе апаратты түрде екі бөлімге бөлінуі мүмкін:
§ Процессорлы бөлім,
§ Қосымша бөлім.
Екі бөлім бірімен-бірі PROFIBUS-DP интерфейсті шинамен байланысқан.
Процессорлы бөлімнің құрамына кіретіндер:
§ Оператор панелі ОР27,
§ Қорек блогі PS 307,
§ Орталық процессор CPU 315-2DP,
§ Аналогты сигналдарды енгізу блогы, оптикалық оқшаулағыш, 2 кіріс, кернеу/тоқ түші/термопаралар/ кедергі сигналдарын өлшеу, тоқтаулар, диагностика, рұқсат 9/12/14 бит, кернеу астында орнату/ауыстыру;
§ Аналогты сигналдарды шығару модулі, оптикалық оқшаулағыш, 2 шығыс, кернеу/тоқ күшінің шығыс сигналдары, рұқсат 11/12 бит, кернеу астында орнату/жою;
§ Дискретті сигналдардың кіріс-шығыс модулі, оптикалық оқшаулағыш, 16 кіріс және 16 шығыс.
Қосымша бөлімнің құрамы:
§ Деортақталған периферия құрылғысы ЕТ 150-2;
§ Кнопкалы понель РР17;
§ Кернеу блогы PS 307;
§ Интерфейсті модуль ІМ 365;
§ Аналогты сигналдарды енгізу блогы, оптикалық оқшаулағыш, 8 кіріс, кернеу/тоқ түші/термопаралар/ кедергі сигналдарын өлшеу, тоқтаулар, диагностика, рұқсат 9/12/14 бит, кернеу астында орнату/ауыстыру;
§ Аналогты сигналдарды енгізу модулі, оптикалық оқшаулағыш, 8 шығыс, Pt1006, Pt200, Pt500, Pt1000, Cu10, Ni100, Ni120, Ni200, Ni500, Ni1000, 0…150 Ом, 0…300Ом, 0…600Ом, 16 бит (50мс) сигналдарын өлшеу, 2 кірістен 4 топ;
§ Аналогты сигналдарды енгізудің 2 модулі, 8 кіріс, кернеу/тоқ түші/термопаралар/ кедергі сигналдарын өлшеу, тоқтаулар, диагностика, рұқсат 9/12/14 бит, кернеу астында орнату/ауыстыру;
§ Дискретті сигналдардың кіріс модулі, оптикалық оқшаулағыш, 32 кіріс = 24В;
§ Дискретті сигналдардың шығыс модулі, оптикалық оқшаулағыш, 32 шығыс = 24В;
§ Дискретті сигналдардың шығыс модулі, оптикалық оқшаулағыш, 8 шығыс = 24В;
Төменгі деңгейдің техникалық құралдары технологиялық құрылғының күйі туралы ақпаратты жинау мен өңдеу, басқару есептерін шешу мен басқарылатын әсерлерді беру үшін арналған және оның құрамына физикалық шамаларды жүйенің осы деңгейімен қабылданатын электрлі сигналдарға түрлендіру үшін арналған жүйенің барлық апаратты құралдары кіреді.
Техникалық құралдардаң төменгі деңгейінің құрамына датчиктер, нормалауыш түрлендіргіштер, мультипрексорлар, орындаушы механизмдер басқару жүйесі, бақылаудың автономды жүйесі, өртті сигнализация жүйесі, қорек көздері, бағдарламаланатын контроллерлер, төменгі деңгейдің локалді желісінің адаптерлері, объектімен байланыс құрылғысының модульдері, бағдарламаланатын контроллерлердің шкафтары, аспапты құрылғылардың шкафтары кіреді.
ПК-ның ТҚ-н таңдау келесі қағидаларға негізделеді:
- нақты уақыттағы таратылған басқару жүйесінде жұмыс (иерархия деңгейі бойынша жоғары және төмен тұрған техникалық құралдармен алмасуын апаратты қолдау, жылдам жұмыс істеуі және т.б.);
- бағдарламалық қамтамасыздандырумен және объектімен басқару алгоритмдерін орындау бойынша үйлесімділік;
- ашық архитектура;
- адамы жоқ технологиялардың талаптарына сай келетін сенімділіктің жоғары дәрежесі;
- объектті-бағытталған компоновка;
- стандарттау мен унифицирлеу қағидаларын ескере отырып, жаңа микропроцессорлы техниканы қолдану.
ПК-ны жобалаған кезде, жоғарыда айтылып кеткен қағидалардың жүзеге асырылуы, модульді компоновка, бағдарламалық қамтамасыздандырумен үйлесімді есептеу техникасының жаңа құралдарын қолдану, стандартты интерфейстерді қолдану арқылы орындалады.
ПК SIEMENS (Германия) фирмасының SIMATIC топтарының техникалық құралдарымен жүзеге асады.
Бұл фирманың бұйымдары ISO 9001 талаптарына сай және нақты уақытта жұмыс істейтін өндірістік басқару жүйелеріндегі жұмыс үшін арналған.
ПК келесі түрдегі аналогты және дискретті (немесе екіншілік түрлендіргіштер сигналдары) датчигін сұрау арқылы НПС-тің технологиялық жабдықтар буынының (немесе ішкі жүйенің) жұмысы туралы ақпаратты жинайды:
- тоқтың унифицирленген сигналдары 4 – 20 мА;
- дискретті сигналдар “құрғақ” контакт 24 В;
- айнымалы кернеу сигналдары ±10mB;
- кедергі термометрдің сигналдары Pt 100.
2.6.4 Периферийлік техникалық құралдар
Берілген жобада периферийлік техникалық құралдарға біріншілік (датчиктер) және екіншілік сигналдар түрлендіргіштері, автономды типтік аспаптар және бақылау жүйелері, хабарландыру аппаратурасы, және БТП-10М-Э пештер құрылғыларын жергілікті басқару буындары жатады.
Біріншілік түрлендіргіштерді таңдау критерийлері келесі қағидаларға негізделген:
- климаттық факторлар әсеріне тұрақтылығы МЕСТ 15150-69 бойынша ТС1 пайдалану тобына сәйкес болу керек, бұл температураның –40-тан +600С диапазонында, температура 250С кезінде ауа ылғалдылығы 100% болғанда жұмыс істеу қабілеттілігін сақтап тұруын қамтамасыз етеді;
- механикалық әсерлерге тұрақтылығы МЕСТ 12997-84 бойынша Ғ2 пайдалану тобына сәйкес келу керек, бұл жиілігі 10-нан 50 Гц-ке дейін және орын ығысуы 0,15 мм-ге дейін болатын синусойдалы вибрация кезінде жұмыс істеу қабілеттілігін сақтап тұруын қамтамасыз етеді;
- түрлендіргіш диапазонының реттелінетін параметрдің диапазонына сәйкес келуі;
- “жарылыс өтпейтін қабат” немесе “ұшқынға қаіпсіз электр тізбесі” типті қорғаныштың болуы;
- датчиктің құрамында екіншілік түрлендіргіштердің болуы;
- қажетті дәлдік.
Біріншілік түрлендіргіштердің негізгі келтірілген қатесі келесі мәндерден аспауы керек:
- сұйықтық температурасы, 0,5%
- құбырдағы мұнай қысымы, 0,6%
- мұнай шығыны, 1,5%
- тоқ күші, кернеу, қуат, 0,6%
2.7 Бағдарламалық қамтамасыздандырудың сипаты
Бағдарламалық қамтамасыздандыру пакеті STEP7 конфигурлеу, коммуникацияларды анықтау, бағдарламалау, тестілеу мен қызмет ету, бағдарламаланатын логикалық контроллерлер SIMATIC S7, M7, C7 үшін жасалған жобаларды құжаттау мен архивтеу үшін арналған. Берілген пакет стандартты сайманды құралдар бөлігі болып табылады,ол орындаушыға күрделі жобаларды жасау жұмысын жеңілдететін инжинирингті пакеттермен толықтырылуы мүмкін. STEP7 дегеніміз – SIMATIC S7 / М7 / С7 бағдарламаланатын контроллерге арналған негізгі бағдарламалық қамтама пакет. STEP7 –де автоматтандыру жүйесін жобалаудың барлық фазалары үшін үйлесімді интерфейс бар. сонымен қатар, STEP7 бұған дейін “қолмен” орындалып келген көптеген есептерді шығарады. STEP7 – PG 720/720С, PG 740, және PG 760 программаторларға орнатылған стандартты бағдарламалық қамтаманың бөлігі болып табылады. Ол, бұдан басқа, ПК-ға арналған (Windows 95/ NT) бағдарламалар пакеті ретінде де қолданылады.
Негізгі пакет STEP7 орындаушыға жобасын жүзеге асыру үшін іртүрлі саймандарды береді:
§ SIMATIC Manager – SIMATIC S7, SIMATIC C7 мен SIMATIC M7 үшін барлық сайманды құралдарды және берілгендерді жеңіл шолумен ұжымдық (коллективное) басқару үшін. Барлық инструменттер автоматты түрде SIMATIC Manager-ден шақырылады.
§ Symbol Editor – символдық белгіленулерді, мәліметтердің типтерін, және глобалды айнымалылар үшінкомметарийлерді анықтау үшін. Символды белгіленулер барлық қосымшаларда бар.
§ Hardware Configuration – автоматтандыру жүйелерінің аппаратты қамтамасыздандырудың бағдарламалық конфигурирлеу және барлық модульдерді параметрлеу үшін. Барлық енгізілетін параметрлер рұқсатқа тексеріледі.
§ Communication – автоматтандыру компоненттері арасындағы мәліметтерді уақыт бойынша басқарылатын циклді берілісті MPI арқылы немесе жағдайлармен басқарылатын мәліметтерді MPI, PROFIBUS немесе Industrial Ethernet арқылы беру үшін.
§ System diagnosis – қолданушыға контроллер күйін шолуын көрсетеді.
§ Information functions – CPU мәліметтерін тез шолу және қолданушымен жазылған бағдарламаның әрекеті үшін.
§ Құжаттау – қолданушыға барлық жобаның құжаттау функцияларын келтіреді.
§ Бағдарламалар редакторы – қолданушының бағдарламасын жасау үшін STEP7 EN 61131-3 стандартын қанағаттандыратын келесідей бағдарламалау тілдері бар бағдарламалар редакторын ұсынады: Statemtnt List (STL); Ladder Diagram (LAD); Function Block Diagram (FBD). Бұдан басқа, арнайы есептер үшін жоғары деңгейлі немесе технологияға бағытталған қосымша бағдарламалау тілдері қолданылуы мүмкін. STEP7-де барлық қолданбалы бағдарламалар және блоктар түріндегі барлық мәліметтер бар. Бір блоктың ішіндегі басқа блоктарды, егер олар жүйе ішінде болса, шақыру мүмкіншілігі – қолданушы бағдарламасын құрылымдау мүмкіндігін береді. Бұл ПЛК бағдарламаларының ұйымдық нақтылығын, түсінуін және сүйемелдеу жеңілдігін едәуір жоғарылатады.
STEP7- нің STEPS-қа ұқсайтын негізгі командалар жиыны бар. Бұл күрделі функцияларды жеңіл және тез бағдарламалауға мүмкіндік береді:
§ Екілік логика, ығысулар, сөздермен жасалатын операциялар
§ Таймерлер/счётчиктер; Салыстыру, түрлендіру опреациялары
§ Математикалық функциялар (тригонометрриялықтарды, дәрежеліктерді, логарифмдіктерді қоса)
§ Бағдарламаны басқару (жақшалар, өтулер, шақырулар)
§ Үзу нүктелерін орнату, Кіріс/шығыстарды орнату; көп процессорлы жұмысты қолдау (тек S7-400)
ОР27 оператор панелін бағдарламалау үшін лицензиялы бағдарламалар пакеті Pro Toll/Pro қолданылады.
Автоматтандырудың жаңа концепциялары үрдістердің визуалдауына маңызды талаптарды тудырады. Үрдістің берілгендері тез, нақты және түсінікті формада көрсетілуі керек. Бұдан басқа, мәліметтерді архивтеуге қойылатын талаптар көбейеді. Сондықтан үрдістің мәліметтерін машиналық деңгейде архивтеу қажет.
Жаңа, адам-машиналық интерфейсте негізделген РС-бағытталған SIMATIC Pro Toll/Pro жүйесі осы талаптарды қанағаттандырады. Ол Microsoft Windows 95/98 және Windows NT 4.0 операциялық жүйелер ортасында жұмыс істейді. Pro Toll/Pro қуатты бағдарламалық қамтама Runtime-нан (нақты уақытта) және SIMATIC Pro Toll/Pro Configuration конфигурирлеу пакетінен тұрады.
SIMATIC Pro Toll/Pro Runtime келесілерді қамтамасыз етеді: кіріс-шығыс стандартты жолдарын, аудандарды, графиктерді, векторлы графиктерді және динамикалық атрибуттарды таңдауын визуалды үрдісі.
§ Хабарларды ауыстыруының интегралданған жүйесі.
§ Хабарларды және үрдістің берілгендерін архивтеу.
§ Visual Basic пайдаланушы функицялары үшін.
§ Simatic S5/S7-ге және оптикалық интерфейспен қоса, басқа өндірілушілердің контроллерларына стандартты интерфейстар.
SIMATIC Pro Toll/Pro Configuration арқылы текстті дисплейлер, операторлар панельдері, РС үшін SIMATIC және Pro Toll/Pro Runtime сенсорлы панелдер, басқару объектісінің адам-машиналық интерфейсінің функциялары жасалуы мүмкін.
SIMATIC C7.
Негізгі сипаттамалар:
§ Windows – оператордың қосарланған интерфейсі.
§ Тышқан және функционалды клавишалар арқылы басқару.
§ 256 бояу, векторлы графика, Windows шрифттерін қолдану.
§ Элементтер кітапханасы.
§ Объектілерді динамикалық позициялау.
§ Үрдістің берілгендері мен хабарларының архивтелуінің әртүрлі түрлері.
§ Ұлғайту мен көру функциялары бар диаграммалр арқылы үрдістің архивтелінген мәндерін интерактивті бейнелеу.
§ Стандартты құралдар арқылы мәндердің сырқты бейнелеуі.
§ Visual Basic арқылы қажетті қосымша функцияларды жүзеге асыру.
§ Контроллерге немесе үрдіске анық түрде қоспай мәліметтерді өңдеуді моделдеу.
