- Иерархия уровней управления
Лекция 3
Иерархия уровней управления. Пирамида управления.
Рисунок 3 – иерархия уровней управления.
Иерархия уровней управления предполагает наличие 4х уровней, которые можно определить формально названиями исполняющих функций.
1. Самый верхний уровень - директор обладает минимальным объёмом обрабатываемой информации и максимальной ответственностью за принятие решения (представлен людьми);
2. Технологи – лица, осуществляющие подготовку производства, оперируют большим количеством информации (представлен людьми);
3. Операторы (серверы) – информации ещё больше. (представлен и людьми и аппаратурой)
4. Исполнительные механизмы – только аппаратура, которая обладает максимальной информацией;
Рекомендуемые материалы
Решаются:
ü стратегические задачи управления
ü тактические задачи управления
ü уровень (задачи) управления
Особенности промышленных ИУС.
1. Распределённость ИУС (пространственная распределённость);
2. Иерархичность системы ИУС (заключается в том, что различные уровни управления будут реализованы по-разному);
3. Гетерогенность систем и интерфейсов (заключается в использовании различных модулей и ЭВМ, в различных местах ИУС);
4. Сравнительно низкое быстродействие;
Иерархическая структура использования интерфейсов
Рисунок 4 – Иерархия ИУС.
1 уровень – персональные ЭВМ, которые соответствуют директорскому уровню управления; используемые на этом уровне интерфейсы – радиоканальные и Ethernet, в дальнейшем с помощью моста преобразуются в интерфейсы 2 уровня - уровня локальной сети предприятия (чаще всего промышленный Ethernet (своя аппаратура, свои кабель каналы)).
К промышленным Ethernet подключают ПЭВМ.
С помощью следующего моста формируется сеть 3 уровня – промышленная сеть (промышленный Ethernet) – подключаются ПЭВМ, ПЛК и блок HMI (человеко-машинный интерфейс), составляющие 4 уровень.
На 5 уровне иерархии используется так называемая полевая шина – интерфейс, предназначенный для подключения промышленных устройств, характеризующаяся следующими характеристиками:
1. Высокая протяжность;
2. Многоабонентность;
3. Высокая помехоустойчивость;
4. Гарантия работы;
Принципы построения симметричных и несимметричных линий связи
Несимметричная линия связи (небалансные) реализуется на основании использования линий «общий провод». Для передачи информации используется по одному проводнику на каждый сигнал, воздействуя внешне, электромагнитная помеха создаёт на данном проводнике ЭДС-помехи, которые формируют напряжение помехи на сопротивлении приёмника.
Рисунок 5 - Реализация несимметричной цепи.
Преимущества несимметричной линии:
1. простота схемотехнической реализации;
2. экономное использование линий связи;
Недостатки несимметричной линии:
1. низкая помехоустойчивость, и, следовательно, низкая протяжённость интерфейса;
Например, интерфейс RS-232.
Симметричная цепь (балансная) основана на организации кольца из проводников. Для передачи одного сигнала используется 2 линии связи, замыкаемые в кольцо, в простейшем случае трансформаторами. В этом случае сигнал передаётся по двум, расположенным рядом проводникам. Под воздействием электромагнитной помехи, в них создаётся одинаковые, но разнонаправленные ЭДС, т.е. сумма токов помехи в кольце интерфейса примерно равна 0. Таким образом, данная реализация интерфейса более помехоустойчива.
Рисунок 6 - Реализация симметричной цепи.
Устройства преобразования балансных в небалансные (и наоборот) – балун (красный или синий, в зависимости от того, что и во что преобразовывает).
Преимущества:
1. Высокая помехоустойчивость;
2. Значительная протяжённость;
Недостатки:
1. Сложность аппаратной реализации;
2. Удвоенное количество линий связи;
3. Сложность организации многоабонементности;
Использование трансформаторов с одной стороны приводит к гальванической изоляции друг от друга передатчика от приёмника, а с другой создаёт проблемы при реализации многоабонементности, в силу чего используются в реальных промышленных сетях не трансформаторы, а резистивные терминаторы (для уменьшения отражений в интерфейсе данных).
Например, Ethernet (использование трансформаторов), а также RS-485 (использование резистивных терминаторов).
Реализация симметричных линий связей в RS-485
Рисунок 7 - Реализация симметричных линий связи в RS-485.
Используется активный терминатор, в котором присутствует 3 резистора, соединённых сигнальными линиями, общим проводом и проводом напряжения питания. В ряде случаев (иные интерфейсы), резисторы, подключённые к напряжению питания и общему проводу, могут отсутствовать.
Преимущества:
1. Высокая помехозащищённость
2. Простота реализации многоабонентности
3. Малое число линий связи
Недостаток: отсутствие гальванической изоляции абонентов сети.
Логическая реализация интерфейса USB
Рисунок 8 - Логическая реализация USB.
Логическая реализация интерфейса CAN
Балансные линии связи. Мультимастерность: все абоненты сети являются активными устройствами. Конфигурационная гибкость: идентификации пакетов с помощью 11-битных, или 29-битных адресов. Неразрушающий арбитраж доступа к шине.
Рисунок 9 - Механизм неразрушающего арбитража.
На рисунке показаны принципы голосования 3х пакетов сети (линии 1, 2, 3) – это та информация, которая выдаётся устройством, однако на общей линии связи (линия 0) будет обобщение сигналов по принципу монтажного «И». Таким образом, доступ к сети получает абонент, имеющий минимальный адрес.
Логическая реализация интерфейса PROFI-bus
Интерфейс предложен фирмой Siemens для организации полевых шин. Все устройства делятся на активные (master) и подчинённые (slave). Право активизировать процесс передачи принадлежит master-устройству, обладающему токеном. Все master-устройства связаны в кольцо передачи токена. В каждый момент времени идёт только одна информационная транзакция. В том случае, если master-устройство захочет получить или передать данные slave-устройству, оно должно предварительно передать ему соответствующую команду, в данной сети регламентируется время удержания маркера, активным master-устройством. В случае превышения этого времени master-устройство признаётся за неработоспособное, и исключается из кольца маркера.
Рисунок 10 - Механизм передачи маркера в PB.
Способы подключения датчиков
Рисунок 11 - Двухпроводная схема подключения датчиков.
Двухпроводная схема
Преимущество – простота реализации
Недостаток – влияние на измеренную информацию характеристик проводов подключения.
Для минимизации влияния проводов подключения используется трёхпроводная схема, в которой один из проводов, идентичный двум оставшимся, используется для определения их влияния.
Рисунок 12 - Трёхпроводная схема подключения датчиков.
Четырёхпроводная схема – позволяет осуществить изменение отклонения параметров датчика от устройства, установленного эталона. Это так называемая мостовая схема, на которую подаётся напряжение питания, а с которой снимается парафазный (дифференциальный) сигнал, пропорциональный характеристике одного из элементов моста.
Вам также может быть полезна лекция "Предпосылки (кратко)".
Рисунок 13 - Четырёхпроводная схема подключения датчиков.
Рисунок 14 - Активная и реактивная мостовые схемы.
Рисунок 15 - Свойства различных способов подключения датчиков.
