Interfaz hombre-máquina del sistema de control automatizado Conferencias TP. Protocolos de comunicación en sistemas automatizados de control de procesos. El incumplimiento de la norma está penado por la ley.

Guía del usuario

1. Introducción
1.1. Área de aplicación………………………………………………………………. 3
1.2. Breve descripción de características……………………………………………….... 3
1.3. Nivel de usuario…………………………………………………………... 3

2. Objeto y condiciones de uso del sistema automatizado de control de procesos “VP”……………………………………. 4

3. Solución del sistema automatizado de control de procesos “VP”…………………………………………………………. 5

4. Iniciando el sistema………………………………………………………………..……… 6

1. Introducción.

1.1. Área de aplicación

Los requisitos de este documento se aplican cuando:

· pruebas integrales preliminares;

· operación de prueba;

· prueba de aceptacion;

· explotación industrial.

1.2. Breve descripción de las características.

El producto de software "Weight Flow" está diseñado para el trabajo analítico, la automatización y optimización de los procesos de flujo de documentos y la logística interdepartamental de varios departamentos de la empresa. El sistema también brinda la capacidad de monitorear y ajustar rápidamente el funcionamiento de los procesos técnicos en empresas asociadas con el uso de equipos de pesaje en ascensores, instalaciones de almacenamiento de gas y naves, estaciones de carga ferroviarias y otras instalaciones industriales.

El complejo de software, hardware y software del sistema automatizado de control de procesos "Weight Flow" tiene una estructura modular.

Cuando se trabaja con informes, a menudo se utilizan los siguientes: software OLE 1C con función de sincronización en línea (permite iniciar el pesaje desde el sistema de contabilidad) y software SAP RFC con función de sincronización en línea (genera pesajes en el sistema de contabilidad), que proporciona la siguiente:

· comprobar la posibilidad de paso de vehículos al territorio de la empresa;

· crear un documento en 1C sobre el pesaje del vehículo en la empresa;

· devolución de datos sobre el saldo de fondos en la cuenta de la contraparte en el sistema 1C;

· buscar un documento por número de vehículo y devolver el número de documento. Si hay varios documentos, el orden de salida lo determina el desarrollador, la función siempre devuelve un documento;

devolver información sobre el documento; elemento de directorio de retorno; ingresar el peso de la mercancía en el documento; emitir una lista de documentos a la fecha.

1.3. Nivel de usuario

El usuario debe tener experiencia trabajando con el sistema operativo MS Windows (95/98/NT/2000/XP, XP-7), habilidad para trabajar con MS Office y también tener los siguientes conocimientos:

· conocer el área temática relevante;

· conocer el principio de funcionamiento de las básculas para camiones;

· poder conectar dispositivos periféricos.

2. Objeto y condiciones de uso del sistema automatizado de control de procesos “VP”.

El despacho de producción, transporte, carreteras, se aplica con éxito en muchas áreas de actividad, desde carreteras y cruces comerciales, aparcamientos automáticos hasta la automatización de la industria de producción de gas.

El complejo de software y hardware del sistema automatizado de control de procesos "Weight Flow" está diseñado para la automatización de sistemas de pesaje industriales (básculas para vehículos, básculas para vagones, etc.) y el flujo de documentos, la configuración teniendo en cuenta el sector de la empresa y las características contables.

Todos los sistemas tienen la capacidad de integrarse fácilmente con otros sistemas, por ejemplo, sistemas de contabilidad (1C, Turbobukhgalter, SAP, BAAN, etc.). Los sistemas también están equipados con una opción de control remoto/remoto. Todos nuestros proyectos incluyen las más avanzadas y exclusivas soluciones de software y hardware utilizando tecnologías RFID (identificación por radiofrecuencia), activa y pasiva.

El sistema de control de procesos “Weight Flow” incluye la instalación de sistemas de seguridad y videovigilancia, sistemas de control de acceso a instalaciones industriales para diversos fines y cualquier nivel de complejidad, con su integración en los procesos tecnológicos y el flujo documental de la empresa, así como el uso de Tecnologías RFID modernas (activas/pasivas).

3. Solución del sistema automatizado de control de procesos “VP”

Opciones típicas para completar sistemas automatizados de control de procesos "Flujo de peso"

Opciones de identificación de eventos. El "Evento" es un componente importante que le permite organizar el funcionamiento del sistema sin una persona, lo que elimina los "riesgos" asociados con las actividades de los empleados deshonestos.

1. Análisis de vídeo inteligente: sistema de reconocimiento de vehículos, números de vehículos/vagones/contenedores;
2. RFID: identificación por radiofrecuencia (activa o pasiva);
3. Varios sensores: inducción, sensores térmicos;
4. Entrada humana de datos de eventos.

Actuadores: - cualquier dispositivo digital cuyo diseño incluya puertos de conexión (COM USB, RS 232/485, red IP, etc.);
- cualquier dispositivo analógico con función de encendido/apagado (semáforos / motores / bombillas / barreras / amortiguadores, etc.);
- sensores / analizadores digitales, electrónicos y con contactos secos.

Componentes de software del sistema automatizado de control de procesos "VP"
Disponemos de varios módulos APCS; su funcionalidad se describe brevemente en las especificaciones y con más detalle en el manual. A continuación se detallan los principales componentes de software del sistema de control de procesos “Weight Flow”. Cada módulo tiene ciertas funciones básicas:

1. Servidor - Software APCS "Weight Flow"
Centro norte de escalas (WEB, SQL, URDB)

2. Programa de pesaje: sistema automatizado de control de procesos "Weight Flow" Módulo de pesaje automático/pesaje ferroviario
3. Uso de varios dispositivos - sistema de control de procesos automatizado Módulo controlador "Flujo de peso" +
en el sistema

4. Ajustes, visibles/invisibles - sistema automatizado de control de procesos Módulo “VP” Laboratorio

5. Lugar de trabajo adicional: sistema automatizado de control de procesos Módulo "VP" lugar de trabajo adicional
(posibilidad de conectarse remotamente o vía red al puesto de control automatizado)

4. Inicio del sistema

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Arroz. 2. Interfaz del sistema automatizado de control de procesos "Flujo de peso"

Interfaz consta de los siguientes elementos:

1.Menú de navegación. Sirve para configurar y gestionar el sistema.

2.Botones para cambiar entre escalas. Sirve para cambiar la visualización del estado de diferentes básculas e indicar las básculas actualmente activas si hay más de una báscula conectada al sistema.

3.Menú del operador. Sirve para gestionar pesaje, documentación y sistema de control de acceso. Cambia la apariencia y las funciones del panel del operador.

4.Panel del operador. Sirve para gestionar pesaje, documentación y sistema de control de acceso. La apariencia y las funciones dependen de la pestaña seleccionada actualmente en el menú del operador (posición 3). Cuando se inicia el sistema, se muestra el panel de control de la báscula (como en la Fig. 2).

5.Calendario. Sirve para seleccionar los resultados de pesaje mostrados en el panel de protocolo de pesaje (posición 7) por fecha y mostrar la fecha actual.

6.Botón “Grabar documento”. Se utiliza para crear un nuevo documento.

7.Panel de protocolo de pesaje. Sirve para mostrar los resultados de pesaje para una fecha específica seleccionada en el calendario (posición 5).

8. Panel de vídeo. Muestra la transmisión de video de las cámaras CCTV.

Menú de Navegación(Fig. 3) está ubicado en la esquina superior izquierda del monitor y consta de las siguientes secciones: “Archivo”, “Configuración”, “Módulos”, “Windows”, “Acerca del programa”.

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Arroz. 4. Menú "Archivo".

Menú "Configuración" (Figura 5)

Proporciona acceso a los parámetros de servicio del sistema.

"Diseñador de planchas de impresión" - Sirve para el registro de diseños de documentos.

"Ajustes del sistema" - Sirve para configurar el sistema de acuerdo con los parámetros requeridos.

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Arroz. 6. Menú "Módulos".

Menú "Ventana" (Figura 7)

Muestra una lista de ventanas abiertas y le permite cambiar entre ellas.

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Delphi crea aplicaciones para Windows

MS-Windows proporciona a los usuarios una interfaz gráfica (GUI) que proporciona un entorno estándar para usuarios y programadores. (GUI) ofrece un entorno más sofisticado y fácil de usar que la interfaz DOS basada en comandos. Trabajar en Windows se basa en principios intuitivos. Le resultará fácil pasar de una tarea a otra e intercambiar información entre ellas. Sin embargo, los desarrolladores de aplicaciones tradicionalmente enfrentan desafíos de programación porque el entorno de Windows es extremadamente complejo.

Delphi es un lenguaje y entorno de programación que pertenece a la clase de herramientas tecnológicas CASE RAD (Rapid Application Development). Delphi ha hecho que el desarrollo de potentes aplicaciones de Windows sea un proceso rápido y agradable. Las aplicaciones de Windows que requirieron mucho esfuerzo humano para crearse, como en C++, ahora pueden ser escritas por una sola persona usando Delphi.

La interfaz de Windows garantiza una transferencia completa de las tecnologías CASE a un sistema integrado para respaldar el trabajo de creación de un sistema de aplicación en todas las fases del ciclo de vida del trabajo y el diseño del sistema.

Delphi tiene una amplia gama de funciones, que van desde un diseñador de formularios hasta compatibilidad con todos los formatos de bases de datos populares. El entorno elimina la necesidad de programar componentes comunes de Windows, como etiquetas, iconos e incluso cuadros de diálogo. Mientras trabajaba, ha visto repetidamente los mismos "objetos" en muchas aplicaciones diferentes. Los paneles de diálogo (como Elegir archivo y Guardar archivo) son ejemplos de componentes reutilizables integrados directamente en Delphi, lo que le permite adaptar estos componentes a la tarea en cuestión para que funcionen exactamente como lo requiere la aplicación que está creando. También hay objetos visuales y no visuales predefinidos, incluidos botones, objetos de datos, menús y paneles de diálogo prediseñados. Con estos objetos se puede, por ejemplo, introducir datos con unos pocos clics del ratón, sin necesidad de recurrir a la programación. Esta es una implementación visual de las aplicaciones de las tecnologías CASE en la programación de aplicaciones modernas. La parte que está directamente relacionada con la programación de la interfaz de usuario por parte del sistema se llama programación visual.

Beneficios de diseñar estaciones de trabajo en un entorno Windows utilizando Delphi:

Elimina la necesidad de volver a ingresar datos;

Garantiza la coherencia entre el proyecto y su implementación;

Mejora la productividad del desarrollo y la portabilidad del programa.

La programación visual añade una nueva dimensión a la creación de aplicaciones, permitiendo mostrar estos objetos en la pantalla del monitor antes de ejecutar el programa en sí. Sin programación visual, el proceso de renderizado requiere escribir un fragmento de código que crea y configura el objeto en su lugar. Era posible ver los objetos codificados sólo durante la ejecución del programa. Con este enfoque, lograr que los objetos se vean y se comporten como usted desea se convierte en un proceso tedioso que requiere corregir repetidamente el código, luego ejecutar el programa y ver qué sucede.

Gracias a las herramientas de desarrollo visual, puedes trabajar con objetos, sosteniéndolos frente a tus ojos y obteniendo resultados casi de inmediato. La capacidad de ver los objetos tal como aparecen durante la ejecución del programa elimina la necesidad de mucho trabajo manual típico de trabajar en un entorno no visual, ya sea orientado a objetos o no. Después de que un objeto se coloca en forma de un entorno de programación visual, todos sus atributos se muestran inmediatamente en forma de código que corresponde al objeto como una unidad ejecutada durante la operación del programa.

La colocación de objetos en Delphi implica una relación más estrecha entre los objetos y el código del programa real. Los objetos se colocan en su formulario y el código correspondiente a los objetos se escribe automáticamente en el archivo fuente. Este código se compila para proporcionar un rendimiento significativamente mejor que el entorno visual, que sólo interpreta la información mientras se ejecuta el programa.

Interfaz de usuario del sistema

INTRODUCCIÓN

Los métodos modernos para diseñar las actividades de los usuarios de sistemas de control automatizados se han desarrollado en el marco de un concepto de diseño de ingeniería de sistemas, por lo que tener en cuenta el factor humano se limita a resolver los problemas de coordinación de las "entradas" y "salidas" de una persona y una máquina. Al mismo tiempo, al analizar la insatisfacción de los usuarios de los sistemas de control automatizados, se puede revelar que a menudo se explica por la falta de un enfoque unificado e integrado para el diseño de los sistemas de interacción.

El uso de un enfoque sistémico le permite tener en cuenta muchos factores de naturaleza muy diferente, identificar a partir de ellos aquellos que tienen el mayor impacto desde el punto de vista de los objetivos y criterios existentes en todo el sistema y encontrar formas y métodos para influir en ellos de manera efectiva. . El enfoque sistémico se basa en la aplicación de una serie de conceptos y disposiciones básicos, entre los que podemos distinguir los conceptos de sistema, la subordinación de las metas y criterios de los subsistemas a las metas y criterios generales del sistema, etc. El enfoque de sistemas nos permite considerar el análisis y síntesis de objetos de diferente naturaleza y complejidad desde un único punto de vista, identificando los rasgos característicos más importantes del funcionamiento del sistema y teniendo en cuenta los factores más significativos para el sistema entero. La importancia del enfoque de sistemas es especialmente grande en el diseño y operación de sistemas como los sistemas de control automatizado (ACS), que son esencialmente sistemas hombre-máquina, donde una persona desempeña el papel de sujeto de gestión.

Un enfoque sistemático del diseño es una consideración integral, interconectada y proporcional de todos los factores, formas y métodos para resolver un problema complejo multifactorial y multivariado de diseño de una interfaz de interacción. A diferencia del diseño de ingeniería clásico, cuando se utiliza un enfoque de sistemas, se tienen en cuenta todos los factores del sistema diseñado: funcional, psicológico, social e incluso estético.

La automatización del control implica inevitablemente la implementación de un enfoque sistemático, ya que presupone la presencia de un sistema autorregulador que tiene entradas, salidas y un mecanismo de control. El concepto mismo de sistema de interacción indica la necesidad de considerar el entorno en el que debe operar. Por tanto, el sistema de interacción debe considerarse parte de un sistema más amplio: un sistema de control automatizado en tiempo real, mientras que este último es un sistema de entorno controlado.

Actualmente, se puede considerar probado que la tarea principal del diseño de una interfaz de usuario no es "encajar" racionalmente a una persona en el circuito de control, sino, a partir de las tareas de control de objetos, desarrollar un sistema de interacción entre dos iguales. socios (operador humano y complejo de hardware y software ACS), gestionando racionalmente el objeto de control.

ÁREA TEMÁTICA

Entonces, es obvio que el operador humano es el eslabón final del sistema de control, es decir. tema de gestión, y el APK (complejo hardware-software) del sistema de control automatizado es herramienta de implementación sus actividades de gestión (operativas), es decir objeto de control. Según la definición de V.F. Venda, un sistema de control automatizado es una inteligencia híbrida en la que el personal operativo (gerencial) y el complejo agroindustrial del sistema de control automatizado son socios iguales para resolver problemas complejos de gestión.

La organización racional del trabajo de los operadores de lugares de trabajo automatizados es uno de los factores más importantes que determinan el funcionamiento eficaz del sistema en su conjunto. En la inmensa mayoría de los casos, el trabajo de gestión es una actividad humana indirecta, ya que en las condiciones de un sistema de control automatizado gestiona sin "ver" el objeto real. Entre el objeto de control real y el operador humano hay modelo de información del objeto(medios para mostrar información). Por lo tanto, surge el problema de diseñar no sólo medios para mostrar información, sino también medios de interacción entre el operador humano y los medios técnicos del sistema de control automatizado, es decir. problema de diseño del sistema, que deberíamos llamar interfaz de usuario.

La interfaz de la interacción humana con los medios técnicos del sistema de control automatizado se puede representar estructuralmente (ver Fig. 1). Consta de APK y protocolos de interacción. El complejo de hardware y software proporciona las siguientes funciones:

transformación de los datos que circulan en el sistema de control automatizado en modelos de información mostrados en monitores (SOI - herramientas de visualización de información);

regeneración de modelos de información (IM);

asegurar la interacción de diálogo entre una persona y el sistema de control automatizado;

transformación de influencias provenientes del PO (operador humano) en datos utilizados por el sistema de control;

Implementación física de protocolos de interacción (armonización de formatos de datos, control de errores, etc.).

El propósito de los protocolos es proporcionar un mecanismo para la entrega confiable y confiable de mensajes entre el operador humano y el SOI y, en consecuencia, entre el PO y el sistema de control. Protocolo- esta es una regla que define la interacción, un conjunto de procedimientos para el intercambio de información entre procesos paralelos en tiempo real. Estos procesos (el funcionamiento del complejo agroindustrial del sistema de control automatizado y las actividades operativas del sujeto de control) se caracterizan, en primer lugar, por la ausencia de relaciones temporales fijas entre la ocurrencia de eventos y, en segundo lugar, por la ausencia de Interdependencia entre eventos y acciones cuando ocurren.

Las funciones del protocolo están relacionadas con el intercambio de mensajes entre estos procesos. El formato y el contenido de estos mensajes forman las características lógicas del protocolo. Las reglas de ejecución de los procedimientos determinan las acciones realizadas por los procesos que participan conjuntamente en la implementación del protocolo. El conjunto de estas normas es la característica procesal del protocolo. Usando estos conceptos, ahora podemos definir formalmente un protocolo como un conjunto de características lógicas y procedimentales de un mecanismo de comunicación entre procesos. La definición lógica constituye la sintaxis y la definición procesal constituye la semántica del protocolo.

Generar una imagen usando APC le permite obtener no solo imágenes bidimensionales proyectadas en un plano, sino también implementar gráficos tridimensionales utilizando planos y superficies de segundo orden con la transferencia de la textura de la superficie de la imagen.

Dependiendo del tipo de imagen que se reproduzca, se deben resaltar los requisitos del alfabeto IM, el método de formación de caracteres y el tipo de uso de los elementos de la imagen. El alfabeto utilizado caracteriza el tipo de modelo y sus capacidades visuales. Está determinado por la clase de problemas a resolver, especificado por el número y tipo de caracteres, el número de gradaciones de brillo, la orientación de los caracteres, la frecuencia de parpadeo de la imagen, etc.

Alfabeto debe garantizar la construcción de cualquier modelo de información dentro de la clase mostrada. También es necesario esforzarse por reducir la redundancia del alfabeto.

Métodos formación de signos Se clasifican según los elementos de imagen utilizados y se dividen en modelar, sintetizar y generar. Para un carácter que se forma en una pantalla CRT, es preferible el formato matricial.

La observación del monitor permite al usuario construir una imagen del modo del sistema, que se forma a partir de la formación, la formación y la experiencia (modelo conceptual), por lo que es posible comparar esta imagen con la imagen teórica de acuerdo con la situación. . Requisito de adecuación, isomorfismo, similitudes La estructura espaciotemporal de los objetos de control mostrados y el entorno determina la eficacia del modelo. Resumen >> Ciencias de la Computación

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Desarrollo sistema automatizado para completar la documentación primaria de una empresa

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Las redes de datos industriales son uno de los elementos principales de los modernos sistemas automatizados de control de procesos. La aparición de protocolos de comunicación industrial marcó el comienzo de la introducción de sistemas de control distribuidos geográficamente capaces de cubrir muchas instalaciones tecnológicas, uniendo talleres enteros y, a veces, fábricas. Hoy en día, el campo de las comunicaciones industriales se está desarrollando a pasos agigantados: se conocen más de 50 estándares de redes de comunicaciones, especialmente adaptados para aplicaciones industriales, y cada año aparecen nuevas tecnologías avanzadas de transmisión de datos. Esto no es sorprendente, ya que son las redes de comunicación las que determinan en gran medida la calidad, confiabilidad y funcionalidad de los sistemas automatizados de control de procesos en su conjunto.

Las redes de transmisión de datos utilizadas en sistemas automatizados de control de procesos se pueden dividir en dos clases:

1. Autobuses de campo;
2. Redes de nivel superior (nivel operador, Buses Terminales).

1. Autobuses de campo

La función principal del bus de campo es proporcionar interacción de red entre controladores y periféricos remotos (por ejemplo, nodos de E/S). Además, al bus de campo se pueden conectar diversos instrumentos y actuadores (dispositivos de campo), equipados con interfaces de red adecuadas. Estos dispositivos suelen denominarse dispositivos de campo inteligentes porque admiten protocolos de comunicación de red de alto nivel.

Como se señaló, existen muchos estándares de bus de campo, los más comunes son:

1. Profibus DP;
2. Profibus PA;
3. Fundación Fieldbus;
4. Modbus RTU;
5. CIERVO;
6. DispositivoNet.

A pesar de los matices de la implementación de cada uno de los estándares (velocidad de transferencia de datos, formato de fotograma, entorno físico), tienen una característica común: el algoritmo de intercambio de datos de red utilizado, basado en el principio clásico maestro-esclavo o sus ligeras modificaciones. Los buses de campo modernos cumplen estrictos requisitos técnicos, lo que los hace adecuados para su uso en entornos industriales hostiles. Estos requisitos incluyen:

1. Determinismo. Esto significa que la transmisión de un mensaje de un nodo de la red a otro lleva un período de tiempo estrictamente fijo. Las redes de oficina construidas con tecnología Ethernet son un excelente ejemplo de red no determinista. El algoritmo para acceder a un medio compartido utilizando el método CSMA/CD no determina el tiempo durante el cual una trama de un nodo de la red se transmitirá a otro y, estrictamente hablando, no hay garantía de que la trama llegue siquiera al destino. Esto es inaceptable para las redes industriales. El tiempo de transmisión del mensaje debe ser limitado y, en general, teniendo en cuenta el número de nodos, la velocidad de transmisión de datos y la longitud del mensaje, se puede calcular de antemano.

2. Soporte a larga distancia. Este es un requisito imprescindible, ya que la distancia entre los objetos de control puede alcanzar en ocasiones varios kilómetros. El protocolo utilizado debe estar orientado para su uso en redes de larga distancia.

3. Protección contra interferencias electromagnéticas. Las líneas largas son especialmente susceptibles a los efectos nocivos de las interferencias electromagnéticas emitidas por diversos equipos eléctricos. Una fuerte interferencia en la línea puede distorsionar los datos transmitidos hasta dejarlos irreconocibles. Para protegerse contra tales interferencias, se utilizan cables blindados especiales, así como fibra óptica que, debido a la naturaleza luminosa de la señal de información, generalmente es insensible a las interferencias electromagnéticas. Además, las redes industriales deben utilizar métodos especiales de codificación de datos digitales que eviten que los datos se distorsionen durante la transmisión o, al menos, permitan que el nodo receptor detecte eficazmente los datos distorsionados.

4. Diseño mecánico reforzado de cables y conectores. Tampoco en este caso hay nada sorprendente si se imaginan las condiciones en las que a menudo deben tenderse las líneas de comunicación. Los cables y conectores deben ser resistentes, duraderos y aptos para su uso en las condiciones más severas (incluidas atmósferas agresivas, condiciones de altos niveles de vibración, humedad).

Según el tipo de medio físico de transmisión de datos, los buses de campo se dividen en dos tipos:

1. Buses de campo construidos a base de cable de fibra óptica. Las ventajas del uso de fibra óptica son obvias: la capacidad de construir líneas de comunicación largas (de hasta 10 km o más de longitud); gran ancho de banda; insensibilidad a las interferencias electromagnéticas; Posibilidad de instalación en zonas peligrosas. Desventajas: costo relativamente alto del cable; complejidad de la conexión física y la conexión de cables. Estos trabajos deben ser realizados por especialistas cualificados.
2. Autobuses de campo construidos a base de cable de cobre. Como regla general, se trata de un cable de par trenzado de dos hilos con aislamiento y blindaje especiales. Ventajas: precio razonable; facilidad de colocación y realización de conexiones físicas. Desventajas: susceptible a interferencias electromagnéticas; longitud limitada de líneas de cable; Menor ancho de banda en comparación con la fibra óptica.

Un ejemplo de módulo que conecta un controlador Simatic S7-300 a una red Profibus DP con un cable de fibra óptica es el procesador de comunicaciones CP 342-5 FO. Para conectar el S7-300 a una red Profibus DP con un cable de cobre, puede utilizar el módulo CP 342-5.

2. Redes de nivel superior

Se utilizan redes de nivel superior de sistemas automatizados de control de procesos para transferir datos entre controladores, servidores y estaciones de trabajo de operadores. A veces, estas redes incluyen nodos adicionales: un servidor de archivo central, un servidor de aplicaciones industriales, una estación de ingeniería, etc. Pero estas ya son opciones.

¿Qué redes se utilizan en el nivel superior del sistema de control de procesos? A diferencia de los estándares de bus de campo, aquí no hay mucha variedad. De hecho, la mayoría de las redes de nivel superior utilizadas en los sistemas de control de procesos modernos se basan en el estándar Ethernet (IEEE 802.3) o sus variantes más rápidas Fast Ethernet y Gigabit Ethernet. En este caso se utiliza normalmente el protocolo de comunicación TCP/IP. En este sentido, las redes de nivel de operador son muy similares a las LAN convencionales utilizadas en aplicaciones de oficina. El uso industrial generalizado de las redes Ethernet se debe a los siguientes puntos obvios:

1) Las redes industriales de nivel superior conectan muchas estaciones de operador y servidores, que en la mayoría de los casos son ordenadores personales. El estándar Ethernet es excelente para organizar este tipo de LAN; Para hacer esto, debe equipar cada computadora solo con un adaptador de red (NIC, tarjeta de interfaz de red). Muchos controladores modernos tienen módulos de comunicación para conectarse a redes Ethernet (por ejemplo, el procesador de comunicaciones CP 343-1 permite conectar el S7-300 a una red Industrial Ethernet).

2) Existe en el mercado una gran selección de equipos de comunicación económicos para redes Ethernet, incluidos aquellos especialmente adaptados para aplicaciones industriales.

3) Las redes Ethernet tienen altas tasas de transferencia de datos. Por ejemplo, el estándar Gigabit Ethernet permite la transferencia de datos a velocidades de hasta 1 Gb por segundo utilizando un cable de par trenzado de categoría 5. Como quedará claro más adelante, un alto ancho de banda de red se vuelve extremadamente importante para las aplicaciones industriales.

4) El uso de una red Ethernet en el nivel superior del sistema de control de procesos automatizado permite conectar simplemente la red de control de procesos automatizado con la red local de la planta (o empresa). Normalmente, la LAN existente de una planta se basa en el estándar Ethernet. El uso de un único estándar de red permite simplificar la integración de sistemas de control de procesos automatizados en la red empresarial general.

Sin embargo, las redes industriales del nivel superior de sistemas automatizados de control de procesos tienen sus propias particularidades, determinadas por las condiciones de aplicación industrial. Los requisitos típicos para este tipo de redes son:

1. Alto ancho de banda y velocidad de transferencia de datos. El volumen de tráfico depende directamente de muchos factores: la cantidad de parámetros tecnológicos archivados y visualizados, la cantidad de servidores y estaciones de operador, las aplicaciones utilizadas, etc. A diferencia de las redes de campo, no existe un requisito estricto de determinismo: estrictamente hablando, no importa cuánto tiempo lleva transferir un mensaje de un nodo a otro: 100 ms o 700 ms (por supuesto, esto no importa siempre que está dentro de límites razonables). Lo principal es que la red en su conjunto puede hacer frente al volumen total de tráfico durante un tiempo determinado. El tráfico más intenso fluye a través de secciones de la red que conectan servidores y estaciones de operador (clientes). Esto se debe al hecho de que en la estación del operador la información tecnológica se actualiza en promedio una vez por segundo y pueden transmitirse varios miles de parámetros tecnológicos. Pero incluso aquí no hay restricciones de tiempo estrictas: el operador no se dará cuenta si la información se actualiza, por ejemplo, cada segundo y medio en lugar del requerido. Al mismo tiempo, si el controlador (con un ciclo de exploración de 100 ms) encuentra un retraso de 500 ms en la llegada de nuevos datos del sensor, esto puede provocar un procesamiento incorrecto de los algoritmos de control.

2. Tolerancia a fallos. Esto se consigue, por regla general, mediante equipos de comunicación redundantes y líneas de comunicación según el esquema 2*N, de modo que en caso de fallo de un interruptor o de una rotura de canal, el sistema de control sea capaz de localizar el lugar del fallo en el el menor tiempo posible (no más de 1-3 s) y realizar una reestructuración automática de la topología y redirigir el tráfico a rutas de respaldo.

3. Cumplimiento de los equipos de red con las condiciones de funcionamiento industrial. Esto significa medidas técnicas tan importantes como: - proteger los equipos de red del polvo y la humedad; - rango de temperatura de funcionamiento ampliado; - mayor ciclo de vida; - posibilidad de instalación cómoda en carril DIN; - alimentación de baja tensión con redundancia; - Conectores y conectores duraderos y resistentes al desgaste.

Las funciones de los equipos de redes industriales prácticamente no difieren de las de los análogos de oficina, sin embargo, debido al diseño especial, cuestan un poco más. La Figura 1 muestra, a modo de ejemplo, fotografías de conmutadores de redes industriales que brindan soporte para una topología de red redundante.

Figura 1 Switches industriales SCALANCE X200 de Siemens (izquierda) y LM8TX de Phoenix Contact (derecha): montaje en carril DIN

Cuando se habla de redes industriales basadas en tecnología Ethernet, se suele utilizar el término Ethernet industrial, insinuando así su finalidad industrial. Actualmente hay amplios debates sobre la separación de Industrial Ethernet en un estándar industrial separado, pero por el momento Industrial Ethernet es solo una lista de recomendaciones técnicas para organizar redes en entornos industriales y es, estrictamente hablando, una adición informal a la especificación de la capa física de el estándar Ethernet.

Existe otro punto de vista sobre qué es Industrial Ethernet. El hecho es que últimamente se han desarrollado muchos protocolos de comunicación basados ​​en el estándar Ethernet y se han optimizado para la transmisión de datos en los que el tiempo es crítico. Estos protocolos se denominan convencionalmente protocolos en tiempo real, lo que significa que pueden utilizarse para organizar el intercambio de datos entre aplicaciones distribuidas que son críticas en el tiempo y requieren una sincronización horaria precisa. El objetivo final es lograr un determinismo relativo en la transferencia de datos. Ejemplos de Ethernet industrial incluyen:

• Profinet;
• EtherCAT;
• enlace de alimentación Ethernet;
• Éter/IP.

Estos protocolos modifican el protocolo TCP/IP estándar en diversos grados, agregando nuevos algoritmos de intercambio de red, funciones de diagnóstico, métodos de autocorrección y funciones de sincronización. Al mismo tiempo, el enlace de datos Ethernet y las capas físicas permanecen sin cambios. Esto permite utilizar nuevos protocolos de transferencia de datos en redes Ethernet existentes utilizando equipos de comunicaciones estándar.

El intercambio de información entre dispositivos que forman parte de un sistema automatizado (computadoras, controladores, sensores, actuadores) generalmente ocurre a través de red industrial(Fieldbus, "bus de campo") [Cucej].

• LAN(Red de área local): redes ubicadas en un área limitada (en un taller, oficina, dentro de una planta);
• HOMBRE(Redes del Área Metropolitana) - redes de ciudades;
• PÁLIDO(Red de área amplia) - una red global que cubre varias ciudades o continentes. Normalmente, para ello se utiliza la tecnología de Internet.

Actualmente existen más de 50 tipos de redes industriales (Modbus, Profibus, DeviceNet, CANopen, LonWorks, ControlNet, SDS, Seriplex, ArcNet, BACnet, FDDI, FIP, FF, ASI, Ethernet, WorldFIP, Foundation Fieldbus, Interbus, BitBus , etc. .). Sin embargo, sólo algunos de ellos están muy extendidos. En Rusia, la gran mayoría de los sistemas automatizados de control de procesos utilizan redes Modbus y Profibus. En los últimos años ha aumentado el interés por las redes basadas en CANopen y DeviceNet. La prevalencia de una u otra red industrial en Rusia está relacionada, en primer lugar, con las preferencias y la actividad de las empresas rusas que venden equipos importados.

2.1. Información general sobre redes industriales.

Red industrial Se denomina complejo de equipos y software que aseguran el intercambio de información (comunicación) entre varios dispositivos. Red industrial es la base para construir sistemas distribuidos de control y recopilación de datos.

Dado que en la automatización industrial las interfaces de red pueden ser una parte integral de los dispositivos conectados, y el software de red de la capa de aplicación del modelo OSI se ejecuta en el procesador principal del controlador industrial, a veces es físicamente imposible separar la parte de la red de los dispositivos que se conectan en red. . Por otro lado, el cambio de una red a otra a menudo se puede lograr cambiando el software de red y el adaptador de red o introduciendo un convertidor de interfaz, por lo que a menudo se puede utilizar el mismo tipo de PLC en diferentes tipos de redes.

La conexión de una red industrial con sus componentes (dispositivos, nodos de red) se realiza mediante interfaces. Una interfaz de red es un límite lógico y (o) físico entre un dispositivo y el medio de transmisión de información. Normalmente, este límite es un conjunto de componentes electrónicos y software asociado. Con modificaciones significativas en la estructura interna del dispositivo o software, la interfaz se mantiene sin cambios, que es una de las características que permite distinguir la interfaz como parte del equipo.

Los parámetros más importantes de la interfaz son el ancho de banda y la longitud máxima del cable conectado. Las interfaces industriales suelen proporcionar aislamiento galvánico entre los dispositivos conectados. Las interfaces serie más comunes en la automatización industrial son RS-485, RS-232, RS-422, Ethernet, CAN, HART, AS-interface.

Para intercambiar información, los dispositivos que interactúan deben tener la misma protocolo de intercambio. En su forma más simple, un protocolo es un conjunto de reglas que rigen el intercambio de información. Define la sintaxis y semántica de los mensajes, las operaciones de control, la sincronización y los estados de comunicación. El protocolo se puede implementar en hardware, software o firmware. El nombre de la red suele coincidir con el nombre del protocolo, lo que se explica por su papel decisivo en la creación de la red. En Rusia se utilizan protocolos de red, descritos en una serie de estándares [GOST - GOST].

Normalmente, una red utiliza varios protocolos que conforman pila de protocolos- un conjunto de protocolos de comunicación relacionados que operan juntos y utilizan algunas o todas las siete capas del modelo OSI [Guía]. Para la mayoría de las redes, la pila de protocolos se implementa mediante chips de red especializados o integrados en un microprocesador de uso general.

La interacción de dispositivos en redes industriales se realiza de acuerdo con los modelos. Servidor de cliente o editor-suscriptor (productor-consumidor) [Thomesse]. En el modelo cliente-servidor, dos objetos interactúan. Un servidor es un objeto que proporciona un servicio, es decir, que realiza algunas acciones a petición de un cliente. Una red puede contener varios servidores y varios clientes. Cada cliente puede enviar solicitudes a múltiples servidores y cada servidor puede responder a solicitudes de múltiples clientes. Este modelo es útil para transmitir datos que ocurren periódicamente o en momentos predeterminados, como valores de temperatura en un proceso por lotes. Sin embargo, este modelo es inconveniente para transmitir eventos que ocurren aleatoriamente, por ejemplo, un evento que consiste en una activación aleatoria de un sensor de nivel, ya que para recibir este evento el cliente debe periódicamente, con alta frecuencia, solicitar el estado del sensor y analizar. sobrecargando la red con tráfico inútil.

Existen tres formas de comunicación para la transmisión en serie de datos digitales:

A) comunicación simplex asume la presencia de un transmisor y un receptor; la información se transmite en una dirección, la comunicación se realiza a través de un par de cables separados;

B) comunicación semidúplex permite la transferencia de datos bidireccional, pero no simultáneamente; la comunicación se realiza mediante un cable que consta de dos o cuatro hilos;

EN) comunicación dúplex proporciona transmisión de datos bidireccional simultánea, y la comunicación también se realiza a través de un cable que consta de dos o cuatro hilos.

Cada una de las formas de comunicación anteriores requiere que el dispositivo receptor esté preparado para recibir e identificar cada conjunto de datos transmitidos por el transmisor. Hay dos formas de resolver este problema. En transmisión asíncrona cada paquete de datos está precedido por bit de inicio, y al finalizar la transmisión de este paquete de datos debe bit de parada. De esta forma, el receptor identifica claramente el inicio y el final del mensaje. Sin embargo, debido a la necesidad de comprobar constantemente los bits de inicio y parada, la velocidad de transmisión para este tipo de comunicación es limitada y, por regla general, no supera los 1200 bps.

La transmisión asíncrona se utiliza en condiciones de recepción incierta y altos niveles de interferencia. Transmisión síncrona no requiere bits de inicio y parada, transmisor y receptor sincronizado. El inicio de la transmisión y recepción de datos se sincroniza previamente mediante un pulso de reloj y luego cada palabra del paquete de datos se reconoce como un bloque de siete u ocho bits. La transferencia de datos síncrona puede proporcionar velocidades superiores a 1200 bps y se utiliza con mayor frecuencia para transferir flujos de datos, como archivos de programa.

Sensores y controles inteligentes modernos junto con los tradicionales Interfaz RS-232C También puede incluir un subsistema de entrada/salida en serie basado en Interfaz RS-485. Los controladores lógicos programables de la mayoría de los fabricantes contienen una u otra implementación de interfaces como medio para organizar sistemas de control y adquisición de datos distribuidos geográficamente. RS-422A/RS-485.

RS-232C– una interfaz serie estándar ampliamente utilizada. Se puede utilizar para transmisión de datos síncrona a velocidades de hasta 20.000 bps en distancias de hasta 15 metros; en distancias más largas, la velocidad de transmisión disminuye. interfaz RS-449– es un estándar posterior, tiene características mejoradas en términos de velocidad y distancia de transmisión en comparación con RS-232; Aquí se pueden alcanzar velocidades de hasta 10.000 bps en una distancia de hasta 1 km. Los niveles de tensión correspondientes al estándar RS-232 son +12 V para “0” lógico y –12 V para “1” lógico. La interfaz RS-232 es actualmente estándar para COM-Puertos de ordenadores personales. Dado que la gran mayoría de los microprocesadores se basan en TTL-estructura(lógica transistor-transistor), donde el nivel del cero lógico es 0 V y el nivel del uno lógico es +5 V, entonces, obviamente, los niveles de la señal deben convertirse para coincidir. Esto último se logra mediante circuitos integrados: convertidores de nivel, como: MS1488 para convertir niveles TTL a niveles RS-232 y MS1489 para convertir niveles RS-232 a niveles TTL.

Interfaz RS-485(EIA-485) es uno de los estándares de capa de comunicación física más comunes (canal de comunicación + método de transmisión de señal).

Una red construida sobre la interfaz RS-485 consta de transceptores conectados mediante par trenzado– dos cables trenzados. La interfaz RS-485 se basa en el principio diferencial (equilibrado) transferencias datos. Su esencia es transmitir una señal a través de dos cables. Además, en un cable (condicionalmente A) va la señal original, y la otra (convencionalmente B) es su copia inversa. Por tanto, siempre existe una diferencia de potencial entre los dos hilos de un par trenzado (figura A1.1).

Figura A1.1

Este método de transmisión proporciona una alta inmunidad a la interferencia de modo común, que afecta a ambos cables de la línea por igual. Si la señal se transmite por potencial en un cable en relación con el común, como en RS-232, entonces la interferencia en este cable puede distorsionar la señal en relación con el común (tierra), que absorbe bien la interferencia. Además, la diferencia de potencial de los puntos comunes disminuirá a través de la resistencia de un cable común largo como fuente adicional de distorsión. Con la transmisión diferencial, tales distorsiones no ocurren, ya que en un par trenzado la captación en ambos cables es la misma. Por tanto, el potencial en cables igualmente cargados cambia igualmente, mientras que la diferencia de potencial informativa permanece sin cambios.

Implementación de hardware de la interfaz: chips transceptores con entradas/salidas diferenciales (a la línea) y puertos digitales (a los puertos del controlador UART). Hay dos opciones para esta interfaz: RS-422 Y RS-485.

RS-422 – interfaz dúplex. La recepción y la transmisión se realizan a través de dos pares de cables separados. Sólo puede haber un transmisor en cada par de cables.

RS-485 es un análogo troncal semidúplex de la interfaz RS-422. La recepción y transmisión se realizan a través de un par de cables con una separación temporal. Puede haber muchos transmisores en una red, ya que pueden apagarse mientras reciben.

Todos los dispositivos están conectados a un cable de par trenzado de la misma manera: salidas directas ( A) a un cable, inversa ( B) - a otro.

La impedancia de entrada del receptor en el lado de la línea suele ser de 12 kOhm. Dado que la potencia del transmisor no es infinita, esto crea un límite en la cantidad de receptores conectados a la línea. Según el estándar RS-485, teniendo en cuenta las resistencias terminales, el transmisor puede controlar hasta 32 receptores. Sin embargo, al utilizar microcircuitos con mayor impedancia de entrada, puede conectar una cantidad significativamente mayor de dispositivos a la línea (más de 100 dispositivos). En este caso, los dispositivos se conectan a la línea en paralelo y el controlador (computadora) debe estar equipado con un dispositivo adicional: un convertidor de puerto serie RS-485/RS-232.

La velocidad máxima de comunicación en RS-485 puede alcanzar los 10 Mbit/s, y la longitud máxima de la línea de comunicación es de 1200 m, si es necesario organizar la comunicación a una distancia superior a 1200 m, o conectar más dispositivos que la capacidad de carga del transmisor lo permite, entonces se utilizan repetidores especiales ( repetidores).

El rango de voltaje de “1” y “0” lógico en el transmisor RS-485 es, respectivamente, +1,5...+6 V y –1,5...–6 V, y el rango de voltaje de modo común del transmisor es (–1 ...+3 V).

Los valores de los parámetros se determinan de tal manera que cualquier dispositivo que forme parte del sistema de información de medición permanezca operativo ante la presencia de ruido de tipo general en sus terminales conectados a la línea de comunicación, cuyo voltaje esté en el rango de –7 a +7 V.

Para la transferencia de datos en paralelo en sistemas de información de medición, a menudo se utiliza una interfaz estándar IEEE-488 (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), también llamado HP-IB(Bus de interfaz de Hewlett-Packard) o GPIB(Bus de interfaz de propósito general – bus de interfaz de propósito general). Comisión Electrotécnica Internacional ( CEI) recomendó esta norma como internacional, por eso en el espacio postsoviético se la llama Interfaz digital IEC.

La interfaz IEEE-488 fue desarrollada para convertidores e instrumentos de medición electrónicos programables y no programables. Está diseñado para el intercambio de información asíncrono, enfocado a emparejar dispositivos ubicados entre sí a una distancia de hasta 20 m, y asegura el funcionamiento de dispositivos de diversa complejidad en el IIS, permite el intercambio directo de información entre ellos, remoto y local. control de dispositivos. La interfaz descrita tiene una estructura principal (Fig. A1.2).

La interfaz troncal consta de 24 líneas de señal, ocho de las cuales son líneas de tierra y las líneas restantes se dividen en tres grupos. El primer grupo, que consta de ocho líneas de señal bidireccionales, es bus de datos. Está diseñado para transmitir datos y comandos entre varios dispositivos conectados a la interfaz. Otro grupo de cinco líneas de señal. autobús de control general, a través de él se transmiten señales de control y estado. El último grupo de tres líneas se utiliza para controlar la transferencia de datos ( autobús de apretón de manos).

Los dispositivos conectados a la interfaz pueden funcionar como receptores o fuentes de mensajes. En un momento dado, sólo un dispositivo puede ser fuente de información, mientras que varios dispositivos pueden actuar simultáneamente como receptores de mensajes. Uno de los dispositivos en la red troncal es controlador interfaz.

El número total de receptores y fuentes de información en IEEE-488 no debe exceder los 31 con direccionamiento de un solo byte, y el número de dispositivos conectados en paralelo debe ser 15 (incluido el controlador de control).

En el estándar IEEE-488, un nivel de señal alto en una línea corresponde a un valor de voltaje igual o mayor a 2 V, y un nivel bajo corresponde a un valor de voltaje igual o menor a 0,8 V.

Apéndice A2