Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 6

величина тока на входе приёмника такая же, как на выходе источникасигнала. При переменном токе влияние емкостного эффекта становится заметным, и часть тока будет теряться по длине кабеля, уходя либо в обратный провод,либо в заземленный экран. Стандарт МЭК 381 рекомендует для передачи сигналов диапазон токов 4–20 мА. Минимальный уровень сигнала определён как 4 мА,чтобы можно было обнаружить разрыв цепи (0 мА).Подводя итоги, можно сказать, что измерительная система, использующаяток для передачи сигнала имеет несколько преимуществ:• удовлетворительно работает на протяжённых коммуникациях;• допускает простую процедуру проверки, поскольку величина тока 0 мАозначает, что датчик отключён или линия разомкнута;• обеспечивает хорошую защиту от помех.Вопросы для самоконтроля1. В чём отличие между физическим и техническим/технологическим процессом?2.

Что такое «режим реального времени»?3. Перечислите основные компоненты системы управления.264. На какие классы можно разделить датчики по типу вырабатываемых имисигналов?5. Перечислите основные статические и динамические характеристики аналоговых датчиков.6. Дайте определение термину «эффект нагрузки». В каком случае он можетвозникнуть при согласовании сигналов?7. Как должны подбираться импедансы согласуемых устройств при передаче сигнала напряжением? током?8. Укажите преимущества и недостатки сбалансированной цепи, по сравнению с несбалансированной.9.

Что такое дифференциальная помеха? синфазная?10. Какой тип связи между источником помех и сигнальными проводамивозникает при расположении сигнальных проводов рядом с мощными силовымиустановками (электродвигателями)? рядом с высоковольными проводами?11. Укажите способы борьбы с гальванической, емкостной и индуктивнойсвязями между источником помех и сигнальным проводником.12. Перечислите преимущества и недостатки передачи измерительного сигнала током по сравнению с передачей напряжением.272. АППАРАТНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ЭВМ2.1. ОСНОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТНОЙ ОРГАНИЗАЦИИУПРАВЛЯЮЩИХ ЭВМУправляющие компьютеры, применяющиеся для построения систем цифрового управления могут значительно отличаться друг от друга как по конструктивному исполнению, так и по вычислительной мощности. Обычно выбор компьютера обусловлен требованиями технического процесса по количеству подключаемых датчиков и исполнительных механизмов, сложностью управляющего алгоритма, а также требованиями по быстродействию системы.

Основные свойства итенденции развития современных управляющих ЭВМ (УВМ) можно сформулировать следующим образом [9].1) Магистрально-модульное исполнение. Модульность – свойство УВМ, означающее конструктивное выполнение всех узлов УВМ в виде набора функционально законченных автономных модулей, имеющих одинаковый интерфейс собщей магистралью или шиной, таким образом, подразумевается, что все модулисвязаны между собой через одинаковые разъёмы с параллельно соединённымиконтактами.

Каждый контакт и соединяющая их линия имеют определённое назначение и наименование. Временные и электрические параметры сигналов такжеопределены правилами, созданными для конкретного типа шины.Модульность позволяет легко заменять вышедшие из строя модули, т.е. повышается ремонтопригодность системы.2) Гибкость − свойство модульных УВМ легко изменять свою структуру засчёт различного сочетания модулей. Кроме того, под гибкостью системы понимается возможность осуществления модернизации УВМ за счёт независимой модернизации каждого из модулей. Облегчается разработка новых систем и увеличивается срок морального старения за счёт применения комбинации новых и ужесуществующих модулей, повышаются регулярность структуры и, как следствие,контрольно-диагностические качества, обеспечивается простота переориентацииУВМ на другой объект управления.3) Наращиваемость (масштабируемость) − свойство, заключающееся ввозможности простого увеличения или уменьшения количества модулей УВМ.4) Многофункциональность − свойство УВМ, означающее, что она не имеетжёсткой специализации и привязки к объекту управления и, соответственно, может выполнять разные функции.5) «Интеллектуальность» – свойство большинства модулей современныхУВМ, связанное с наличием в них микроконтроллеров или микропроцессоров, работающих по своей индивидуальной программе, уровень интеллектуальности28можно легко увеличивать в уже работающей УВМ путём модификации программного обеспечения модулей.6) Конструктивное единство – понятие, означающее конструктивное единообразное исполнение всех модулей УВМ.Развитие магистрально-модульных УВМ предполагает обеспечение принципа максимальной универсализации, состоящего в том, что каждый вводимый в состав УВМ модуль должен обеспечивать построение системы, удовлетворяющейтребованиям максимального числа применений.Кроме того, очевидно выполнение принципа асинхронности и минимальности количества сигналов управления, упрощающего протокол обмена между модулями, повышающего надёжность связи и быстродействие обмена.2.2.

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫВ большинстве случаев, при построении автоматизированных систем управления технологическими процессами, используются программируемые логическиеконтроллеры (ПЛК, PLC – Programmable Logic Controller).Первоначально термином ПЛК обозначали специальные УВМ, предназначенные для выполнения операций переключения в промышленных условиях. Внастоящее время это название не соответствует действительности, т.к.

ПЛК сегодня могут гораздо больше, чем просто выполнять логические операции. Однакоэта аббревиатура сохранена, чтобы избежать путаницы с более общими терминами (программируемый контроллер – ПК, персональный компьютер – ПК).Конструктивно ПЛК обычно приспособлены для работы в типовых промышленных условиях, с учётом уровней сигналов, термо- и влагостойкости, ненадёжности источников питания, механических ударов и вибраций. Кроме того, терминПЛК отображает ещё одну особенность конструктивного исполнения такой УВМ– это отсутствие интерфейса с оператором. Т.е.

в состав типового ПЛК не входятни клавиатура, ни мышь, ни монитор – ничего из тех устройств, которые используются оператором для взаимодействия с обычным компьютером. Конечно, вслучае необходимости ПЛК может быть оснащён средствами отображения информации, однако его основная задача – обмен информацией с техническим процессом, а не с человеком.Типичный программируемый логический контроллер состоит из следующихчастей:• промышленное шасси или крейт (от англ. crate – корзина);• модуль центрального процессора;• модули ввода-вывода данных.29Промышленное шасси представляет собой сборный конструктив (рис.

2.1),включающий защитный кожух, пассивную объединительную плату (кросс-плата,backplane), вентиляторы, фильтры, источник питания.1.Рис. 2.1. Промышленное шасси стандарта CompactPCIЗащитный кожух изготавливается из прочной стали, возможно, оцинкованной, и алюминиевых элементов. Он обеспечивает защиту компьютера от пыли,вибрации, влаги, ударов, перегрева, электромагнитных помех и позволяет размещать компьютер в сложных цеховых условиях. В шасси устанавливаются и фик30сируются электронные компоненты компьютера. Пассивная объединительнаяплата, которая содержит несколько разъёмов служит для электрического объединения электронных компонентов.

Тип разъёмов определяется стандартом шины.Модуль центрального процессора (одноплатный компьютер), содержит процессор и оперативную память, контроллер шины и контроллер интерфейса дляпрограммирования. В некоторых случаях здесь же может размещаться и контроллер сети.Модуль центрального процессора устанавливается в один из разъёмов объединительной платы, а остальные заполняются модулями ввода-вывода данных.Пользователь может выбрать наиболее подходящее шасси, отвечающее лучшим образом требованиям по количеству посадочных мест, мощности источникапитания и т.д.В том случае, когда каждый модуль выполнен в корпусе с соответствующейзащитой, промышленное шасси может выродиться до рейки или стойки (rack –стойка), иногда выполняющей функции объединительной платы.

В этом случае всостав контроллера должен входить и модуль источника питания.В качестве системного интерфейса ПЛК используются либо открытые стандарты шин (VME, ISA, CompactPCI), либо собственные стандарты фирмизготовителей контроллеров (закрытые стандарты). Естественно, собственныестандарты могут позволить себе только крупные фирмы, которые в состоянии поставлять на рынок весь спектр модулей расширения для своей шины, а такжесредства программирования таких контроллеров.

К таким компаниям относятсяSiemens, Schneider Electric, ABB, Mitsubishi.2.3. КОНСТРУКТИВ «ЕВРОМЕХАНИКА»Любой стандарт системной шины должен описывать не только электрические характеристики и назначения сигналов, не только протокол обмена по шине,но и конструктивное исполнение устройств, подключаемых к шине. Сюда относятся типы разъёмов, размеры подключаемых устройств, расстояние или шаг между разъёмами.В настоящее время два наиболее популярных открытых стандарта системныхмагистралей VME и CompactPCI используют для описания конструктивного исполнения модулей стандарт «Евромеханика» (Eurocard) [10].

Это международныйстандарт на типоразмеры и конструктивы печатных плат, модулей, субблоков,блоков и 19-дюймовых (19”) шкафов и стоек (рис. 2.2).В начале 1960-х годов стандарт Евромеханики или 19” стандарт МЭК 60297разрабатывался на базе стандарта США ASA C 83.9 как нормативный документ,определявший размеры передних панелей блоков (прежде всего источников пита31ния) для установки в шкафы [11, 12]. В 1980 году стандарт был дополнен спецификациями, определившими типоразмеры модулей и печатных плат для установки в монтажные субблоки (крейты), а в 1983 году принял законченный вид, определив и габаритные размеры шкафов. Естественно, в следующие 20 лет стандартне оставался статичным, а постоянно совершенствовался, дополняясь спецификациями, призванными обеспечить оптимальное использование определяемых стандартом конструктивов с шинами, созданными на базе новых стандартов и находившими применение в промышленной, военной сфере, на транспорте и в областителекоммуникаций.

Но основные параметры конструкции были определены ещётогда.2.Рис. 2.2. Стойки и шкафы для размещения оборудования в стандарте 19”Базовым параметром в евроконструктивах является уже упоминавшийся размер 19 дюймов, который равен 482,6 мм (один дюйм равен 25,4 мм) – это ширинапередней панели субблока. Высота субблоков определяется в единицах U (Unit,модуль), каждая из которых равна 1,75 дюйма, или 44,45 мм. Субблоки могутбыть разной высоты, но рекомендуются к применению субблоки под модули высотой 3U и 6U. Соответственно, стандартные размеры модуля для установки всубблок высотой 3U составляют 100 мм в высоту и 160 мм в глубину. Глубинамодуля может быть и больше, увеличиваясь с шагом 60 мм (рис.