Interface homme-machine du système de contrôle automatisé Cours TP. Protocoles de communication dans les systèmes de contrôle de processus automatisés. Le non-respect de la norme est puni par la loi

Mode d'emploi

1. Introduction
1.1. Champ d'application………………………………………………………………. 3
1.2. Brève description des fonctionnalités……………………………………………..... 3
1.3. Niveau utilisateur………………………………………………………... 3

2. Objet et conditions d'utilisation du système automatisé de contrôle des processus « VP »……………………………………. 4

3. Solution du système de contrôle de processus automatisé « VP »………………………………………………………. 5

4. Démarrage du système………………………………………………………………..……… 6

1. Introduction.

1.1. Champ d'application

Les exigences de ce document s'appliquent lorsque :

· tests préliminaires complets ;

· opération d'essai;

· tests d'acceptation ;

· exploitation industrielle.

1.2. Brève description des fonctionnalités

Le produit logiciel « Weight Flow » est conçu pour le travail analytique, l'automatisation et l'optimisation des processus de flux de documents et de la logistique interservices des différents départements de l'entreprise. Le système offre également la possibilité de surveiller et d'ajuster rapidement le fonctionnement des processus techniques dans les entreprises associés à l'utilisation d'équipements de pesage dans les ascenseurs, les nefs et les installations de stockage de gaz, les gares de marchandises ferroviaires et autres installations industrielles.

Le complexe logiciel, matériel et logiciel du système de contrôle de processus automatisé « Weight Flow » a une structure modulaire.

Lorsque l'on travaille avec le reporting, on utilise souvent : le logiciel OLE 1C avec une fonction de synchronisation en ligne (permet de lancer la pesée à partir du système comptable) et le logiciel SAP RFC avec une fonction de synchronisation en ligne (génère des pesées dans le système comptable), qui fournit ce qui suit:

· vérifier la possibilité de passage des véhicules sur le territoire de l'entreprise ;

· créer un document en 1C sur le fait de peser les véhicules dans l'entreprise ;

· restitution des données sur le solde des fonds sur le compte de la contrepartie dans le système 1C ;

· rechercher un document par numéro de véhicule et renvoyer le numéro du document. S'il y a plusieurs documents, l'ordre de sortie est déterminé par le développeur, la fonction renvoie toujours un document ;

renvoyer des informations sur le document ; retourner l'élément de répertoire ; saisir le poids de la marchandise dans le document ; délivrer une liste de documents à ce jour.

1.3. Niveau de l'utilisateur

L'utilisateur doit avoir une expérience de travail avec le système d'exploitation MS Windows (95/98/NT/2000/XP, XP-7), des compétences dans l'utilisation de MS Office et également posséder les connaissances suivantes :

· connaître le domaine pertinent ;

· connaître le principe de fonctionnement des ponts-bascules pour camions;

· être capable de connecter des périphériques.

2. Objet et conditions d'utilisation du système automatisé de contrôle des processus « VP ».

Répartition de la production, transport, routes, appliquée avec succès dans de nombreux domaines d'activité, depuis les routes et passages commerciaux, le stationnement automatique, jusqu'à l'automatisation de l'industrie de production de gaz.

Le complexe logiciel et matériel du système de contrôle de processus automatisé "Weight Flow" est conçu pour l'automatisation des systèmes de pesage industriels (balances pour véhicules, balances pour wagons, etc.) et du flux de documents, la configuration prenant en compte le secteur d'activité de l'entreprise et les caractéristiques comptables.

Tous les systèmes ont la capacité de s'intégrer facilement à d'autres systèmes, par exemple des systèmes comptables (1C, Turbobukhgalter, SAP, BAAN, etc.). Les systèmes sont également équipés d'une option de contrôle à distance/à distance. Tous nos projets incluent les solutions logicielles et matérielles les plus avancées et uniques utilisant les technologies RFID (identification par radiofréquence), actives et passives.

Le système de contrôle de processus « Weight Flow » comprend l'installation de systèmes de sécurité et de vidéosurveillance, de systèmes de contrôle d'accès dans des installations industrielles à des fins diverses et à tout niveau de complexité, avec leur intégration dans les processus technologiques et le flux de documents de l'entreprise, ainsi que l'utilisation de technologies RFID modernes (actives/passives) .

3. Solution du système de contrôle de processus automatisé « VP »

Options typiques pour compléter les systèmes de contrôle de processus automatisés « Débit de poids »

Options d'identification d'événement. « Événement » est un élément important qui permet d'organiser le fonctionnement du système sans personne, ce qui élimine les « risques » associés aux activités d'employés malhonnêtes.

1. Analyse vidéo intelligente – système de reconnaissance des véhicules, numéros de véhicules/wagons/conteneurs ;
2. RFID - identification par radiofréquence (active ou passive) ;
3. Divers capteurs - capteurs à induction, thermiques ;
4. Saisie humaine des données d'événement

Actionneurs : - tous appareils numériques dont la conception comporte des ports de connexion (COM USB, RS 232/485, réseau IP, etc.) ;
- tous appareils analogiques dotés de fonctions marche/arrêt (feux tricolores / moteurs / ampoules / barrières / registres, etc.) ;
- capteurs/analyseurs numériques, électroniques et à contacts secs.

Composants logiciels du système de contrôle de processus automatisé "VP"
Nous disposons de plusieurs modules APCS - leurs fonctionnalités sont décrites brièvement dans les spécifications, plus en détail dans le manuel. Vous trouverez ci-dessous les principaux composants logiciels du système de contrôle de processus « Débit de poids ». Chaque module a certaines fonctions de base :

1. Serveur - Logiciel APCS "Weight Flow"
Centre nord des échelles (WEB, SQL, URDB)

2. Programme de pesage - système de contrôle de processus automatisé "Weight Flow" Module de pesage automatique/pesage ferroviaire
3. Utilisation de divers appareils - système de contrôle de processus automatisé Module contrôleur "Weight Flow" +
dans le système

4. Ajustements, visible/invisible - Laboratoire du module « VP » du système de contrôle de processus automatisé

5. Poste de travail supplémentaire - système de contrôle de processus automatisé Module "VP" poste de travail supplémentaire
(possibilité de se connecter à distance ou en réseau au poste de contrôle automatisé)

4. Démarrage du système

https://pandia.ru/text/80/223/images/image002_125.jpg" width="672 hauteur=361" hauteur="361">

Riz. 2. Interface du système de contrôle de processus automatisé « Débit de poids »

Interface se compose des éléments suivants :

1.Menu de navigation. Sert à configurer et à gérer le système.

2. Boutons pour basculer entre les échelles. Servir à changer l'affichage de l'état des différentes balances et à indiquer les balances actuellement actives si plus d'une balance est connectée au système.

3.Menu opérateur. Sert à gérer le système de pesée, de documents et de contrôle d’accès. Change l'apparence et les fonctions du panneau de commande.

4. Panneau de commande. Sert à gérer le système de pesée, de documents et de contrôle d’accès. L'apparence et les fonctions dépendent de l'onglet actuellement sélectionné dans le menu opérateur (position 3). Lorsque le système démarre, le panneau de commande de la balance s'affiche (comme sur la Fig. 2).

5.Calendrier. Permet de sélectionner les résultats de pesée affichés sur le panneau du protocole de pesée (position 7) par date et d'afficher la date du jour.

6.Bouton « Enregistrer le document ». Utilisé pour créer un nouveau document.

7. Panneau de protocole de pesage. Sert à afficher les résultats de pesée pour une date spécifique sélectionnée dans le calendrier (position 5).

8. Panneau vidéo. Affiche la diffusion vidéo des caméras de vidéosurveillance.

Le menu de navigation(Fig. 3) est situé dans le coin supérieur gauche du moniteur et comprend les sections suivantes : « Fichier », « Configuration », « Modules », « Windows », « À propos du programme ».

https://pandia.ru/text/80/223/images/image004_81.jpg" align="left" width="120" height="76">

Riz. 4. Menu "Fichier".

Menu "Configuration" (Fig.5)

Donne accès aux paramètres du service système

"Concepteur de plaques d'impression" - sert à l'enregistrement des mises en page des documents

"Les paramètres du système" - sert à configurer le système conformément aux paramètres requis

https://pandia.ru/text/80/223/images/image006_48.jpg" align="left" width="171" height="92 src=">

Riz. 6. Menu "Modules".

Menu "Fenêtre" (Fig.7)

Affiche une liste des fenêtres ouvertes et vous permet de basculer entre elles

https://pandia.ru/text/80/223/images/image008_40.jpg" width="675 hauteur=356" hauteur="356">

Delphi crée des applications Windows

MS-Windows fournit aux utilisateurs un shell d'interface graphique (GUI) qui fournit un environnement utilisateur et programmeur standard. (GUI) offre un environnement plus sophistiqué et plus convivial que l'interface DOS pilotée par commandes. Travailler sous Windows repose sur des principes intuitifs. Il vous est facile de passer d'une tâche à l'autre et d'échanger des informations entre elles. Cependant, les développeurs d'applications sont traditionnellement confrontés à des défis de programmation car l'environnement Windows est extrêmement complexe.

Delphi est un langage et un environnement de programmation qui appartient à la classe des outils technologiques CASE RAD (Rapid Application Development). Delphi a fait du développement d'applications Windows puissantes un processus rapide et agréable. Les applications Windows dont la création nécessitait beaucoup d'efforts humains, comme en C++, peuvent désormais être écrites par une seule personne à l'aide de Delphi.

L'interface Windows assure un transfert complet des technologies CASE dans un système intégré pour prendre en charge les travaux de création d'un système d'application à toutes les phases du cycle de vie du travail et de la conception du système.

Delphi dispose d'un large éventail de fonctionnalités, allant d'un concepteur de formulaires à la prise en charge de tous les formats de bases de données courants. L'environnement élimine le besoin de programmer des composants Windows courants tels que des étiquettes, des icônes et même des boîtes de dialogue. En travaillant, vous avez vu à plusieurs reprises les mêmes « objets » dans de nombreuses applications différentes. Les panneaux de dialogue (tels que Choisir un fichier et Enregistrer le fichier) sont des exemples de composants réutilisables intégrés directement dans Delphi, ce qui vous permet d'adapter ces composants à la tâche à accomplir afin qu'ils fonctionnent exactement comme l'exige l'application que vous créez. Il existe également des objets visuels et non visuels prédéfinis, notamment des boutons, des objets de données, des menus et des panneaux de dialogue prédéfinis. Grâce à ces objets, vous pouvez par exemple assurer la saisie de données en quelques clics de souris, sans recourir à la programmation. Il s'agit d'une implémentation visuelle des applications des technologies CASE dans la programmation d'applications modernes. La partie directement liée à la programmation de l'interface utilisateur par le système est appelée programmation visuelle.

Avantages de la conception de postes de travail dans un environnement Windows à l'aide de Delphi :

Élimine le besoin de ressaisir les données ;

Assure la cohérence entre le projet et sa mise en œuvre ;

Améliore la productivité du développement et la portabilité des programmes.

La programmation visuelle ajoute une nouvelle dimension à la création d'applications, permettant d'afficher ces objets sur l'écran du moniteur avant d'exécuter le programme lui-même. Sans programmation visuelle, le processus de rendu nécessite l'écriture d'un morceau de code qui crée et configure l'objet en place. Il était possible de voir les objets codés uniquement pendant l'exécution du programme. Avec cette approche, faire en sorte que les objets ressemblent et se comportent comme vous le souhaitez devient un processus fastidieux qui nécessite de corriger le code à plusieurs reprises, puis d'exécuter le programme et de voir ce qui se passe.

Grâce aux outils de développement visuel, vous pouvez travailler avec des objets, en les tenant devant vos yeux et en obtenant des résultats presque immédiatement. La possibilité de voir les objets tels qu'ils apparaissent pendant l'exécution du programme élimine le besoin de beaucoup de travail manuel typique du travail dans un environnement non visuel, qu'il soit orienté objet ou non. Une fois qu'un objet est placé sous la forme d'un environnement de programmation visuel, tous ses attributs sont immédiatement affichés sous forme de code qui correspond à l'objet en tant qu'unité exécutée lors du fonctionnement du programme.

Le placement d'objets dans Delphi implique une relation plus étroite entre les objets et le code du programme réel. Les objets sont placés sur votre formulaire et le code correspondant aux objets est automatiquement écrit dans le fichier source. Ce code se compile pour offrir des performances nettement supérieures à celles de l'environnement visuel, qui interprète uniquement les informations pendant l'exécution du programme.

Interface utilisateur du système

INTRODUCTION

Les méthodes modernes de conception des activités des utilisateurs de systèmes de contrôle automatisés se sont développées dans le cadre d'un concept de conception d'ingénierie système, grâce auquel la prise en compte du facteur humain se limite à résoudre les problèmes de coordination des « entrées » et des « sorties » de une personne et une machine. Parallèlement, l'analyse de l'insatisfaction des utilisateurs des systèmes de contrôle automatisés révèle qu'elle s'explique souvent par l'absence d'une approche unifiée et intégrée de la conception des systèmes d'interaction.

L'utilisation d'une approche systémique vous permet de prendre en compte de nombreux facteurs de nature très différente, d'en identifier ceux qui ont le plus d'impact du point de vue des objectifs et critères existants à l'échelle du système, et de trouver des moyens et des méthodes pour les influencer efficacement. . L'approche systémique repose sur l'application d'un certain nombre de concepts et de dispositions de base, parmi lesquels on peut distinguer les concepts de système, la subordination des objectifs et critères des sous-systèmes aux objectifs et critères généraux du système, etc. L'approche systémique permet d'envisager l'analyse et la synthèse d'objets de nature et de complexité différentes d'un seul point de vue, tout en identifiant les caractéristiques les plus importantes du fonctionnement du système et en prenant en compte les facteurs les plus significatifs pour le système entier. L'importance de l'approche systémique est particulièrement grande dans la conception et l'exploitation de systèmes tels que les systèmes de contrôle automatisés (ACS), qui sont essentiellement des systèmes homme-machine, où une personne joue le rôle d'un sujet de gestion.

Une approche systématique de la conception est une considération globale, interconnectée et proportionnelle de tous les facteurs, voies et méthodes permettant de résoudre un problème multifactoriel et multivarié complexe de conception d'une interface d'interaction. Contrairement à la conception technique classique, lors de l'utilisation d'une approche systémique, tous les facteurs du système conçu sont pris en compte - fonctionnels, psychologiques, sociaux et même esthétiques.

L'automatisation du contrôle implique inévitablement la mise en œuvre d'une approche systématique, car elle présuppose la présence d'un système d'autorégulation comportant des entrées, des sorties et un mécanisme de contrôle. Le concept même de système d’interaction indique la nécessité de considérer l’environnement dans lequel il doit fonctionner. Ainsi, le système d'interaction doit être considéré comme faisant partie d'un système plus vaste - un système de contrôle automatisé en temps réel, tandis que ce dernier est un système à environnement contrôlé.

À l'heure actuelle, il peut être considéré comme prouvé que la tâche principale de la conception d'une interface utilisateur n'est pas d'« intégrer » rationnellement une personne dans la boucle de contrôle, mais de, sur la base des tâches de contrôle des objets, développer un système d'interaction entre deux égaux. partenaires (opérateur humain et complexe matériel et logiciel ACS), gérant rationnellement l'objet de contrôle.

DOMAINE

Il est donc évident que l'opérateur humain est le maillon de fermeture du système de contrôle, c'est-à-dire sujet de gestion, et l'APK (complexe matériel-logiciel) du système de contrôle automatisé est outil de mise en œuvre ses activités de gestion (opérationnelles), c'est-à-dire objet de contrôle. Selon la définition de V.F. Venda, un système de contrôle automatisé est une intelligence hybride dans laquelle le personnel opérationnel (de direction) et le complexe agro-industriel du système de contrôle automatisé sont des partenaires égaux dans la résolution de problèmes de gestion complexes.

L'organisation rationnelle du travail des opérateurs des postes de travail automatisés est l'un des facteurs les plus importants déterminant le fonctionnement efficace du système dans son ensemble. Dans l'écrasante majorité des cas, le travail de gestion est une activité humaine indirecte, puisque dans les conditions d'un système de contrôle automatisé, il gère sans « voir » l'objet réel. Entre l'objet de contrôle réel et l'opérateur humain, il y a modèle d'informations sur les objets(moyens d'affichage d'informations). Dès lors, se pose le problème de concevoir non seulement des moyens d'affichage d'informations, mais également des moyens d'interaction entre l'opérateur humain et les moyens techniques du système de contrôle automatisé, c'est-à-dire problème de conception du système, que nous devrions appeler interface utilisateur.

L'interface de l'interaction humaine avec les moyens techniques du système de contrôle automatisé peut être représentée structurellement (voir Fig. 1.). Il se compose d’APK et de protocoles d’interaction. Le complexe matériel et logiciel assure les fonctions suivantes :

transformation des données circulant dans le système de contrôle automatisé en modèles d'informations affichés sur des moniteurs (SOI - outils d'affichage d'informations) ;

régénération des modèles d'information (IM);

assurer l'interaction de dialogue entre une personne et le système de contrôle automatisé ;

transformation des influences provenant du PO (opérateur humain) en données utilisées par le système de contrôle ;

mise en œuvre physique des protocoles d'interaction (harmonisation des formats de données, contrôle des erreurs, etc.).

Le but des protocoles est de fournir un mécanisme permettant la transmission fiable et fiable de messages entre l'opérateur humain et le SOI et, par conséquent, entre le PO et le système de contrôle. Protocole- c'est une règle qui définit l'interaction, un ensemble de procédures d'échange d'informations entre processus parallèles en temps réel. Ces processus (le fonctionnement du complexe agro-industriel du système de contrôle automatisé et les activités opérationnelles du sujet de contrôle) se caractérisent, d'une part, par l'absence de relations temporelles fixes entre l'apparition des événements et, d'autre part, par l'absence de interdépendance entre les événements et les actions lors de leur survenance.

Les fonctions du protocole sont liées à l'échange de messages entre ces processus. Le format et le contenu de ces messages constituent les caractéristiques logiques du protocole. Les règles d'exécution des procédures déterminent les actions effectuées par les processus qui participent conjointement à la mise en œuvre du protocole. L'ensemble de ces règles constitue la caractéristique procédurale du protocole. Grâce à ces concepts, nous pouvons désormais définir formellement un protocole comme un ensemble de caractéristiques logiques et procédurales d'un mécanisme de communication entre processus. La définition logique constitue la syntaxe et la définition procédurale constitue la sémantique du protocole.

Générer une image à l'aide d'APC permet non seulement d'obtenir des images bidimensionnelles projetées sur un plan, mais également de réaliser des graphiques tridimensionnels utilisant des plans et des surfaces du second ordre avec transfert de la texture de la surface de l'image.

Selon le type d'image reproduite, les exigences relatives à l'alphabet IM, à la méthode de formation des caractères et au type d'utilisation des éléments de l'image doivent être soulignées. L'alphabet utilisé caractérise le type de modèle et ses capacités visuelles. Elle est déterminée par la classe de problèmes à résoudre, précisée par le nombre et le type de caractères, le nombre de gradations de luminosité, l'orientation des caractères, la fréquence de scintillement de l'image, etc.

Alphabet doit assurer la construction de tout modèle d’information au sein de la classe affichée. Il faut également s’efforcer de réduire la redondance de l’alphabet.

Méthodes formation des signes sont classés en fonction des éléments d'image utilisés et sont divisés en modélisation, synthèse et génération. Pour un caractère formé sur un écran CRT, le format matriciel est préférable.

L'observation du moniteur permet à l'utilisateur de construire une image du mode système, qui est formée sur la base de la formation, de la formation et de l'expérience (modèle conceptuel), il est donc possible de comparer cette image avec l'image théorique en fonction de la situation. . Exigence d'adéquation, isomorphisme, similitudes La structure spatio-temporelle des objets de contrôle affichés et de l'environnement détermine l'efficacité du modèle. Résumé >> Informatique

Fonctions de service de support, fournir convivial interface utilisateur. 2.4. Solution de cloisonnement fonctionnel... environnement développement Inclus Delphes Suite client/serveur v. 4.3.4.1. Informations d'entrée et de sortie Caractéristiques distinctives de ce CA ...

Développement système automatisé pour remplir la documentation primaire d'une entreprise

Thèse >> Informatique

Système. Système automatisé ( CA) est une personne... aux actions diverses utilisateur. Choix environnement développement ceci... Depuis la cinquième version en environnement Delphes Autres technologies disponibles... : Convivial interface- Il faut s'organiser...

Développement visualiseur pour trouver le débit maximum dans le réseau

Cours >> Communications et communications

Systèmes de gestion d'entreprise ( ACS). ACS inclure plusieurs étiquettes automatisées, des boutons qui prennent en charge interface utilisateur avec une base de données. Fournit... des images. Version locale environnement développement – DelphesÉdition de bureau, conçue...

Développement système d'information (2)

Résumé >> Informatique

Production, entreprises. ACS utilisé dans... Mercredi Delphes comprend un ensemble complet d'outils visuels pour la vitesse développement... développement), soutenant développement coutume interface et connecter... des documents avec utilisateur et complet....

Les réseaux de données industrielles sont l'un des principaux éléments des systèmes de contrôle de processus automatisés modernes. L'émergence des protocoles de communication industriels a marqué le début de l'introduction de systèmes de contrôle géographiquement répartis, capables de couvrir de nombreuses installations technologiques, fédérant des ateliers entiers, et parfois des usines. Aujourd'hui, le domaine des communications industrielles se développe à pas de géant : plus de 50 normes de réseaux de communication sont connues, spécialement adaptées aux applications industrielles, et de nouvelles technologies avancées de transmission de données apparaissent chaque année. Cela n'est pas surprenant, puisque ce sont les réseaux de communication qui déterminent en grande partie la qualité, la fiabilité et la fonctionnalité des systèmes de contrôle de processus automatisés dans leur ensemble.

Les réseaux de transmission de données utilisés dans les systèmes de contrôle de processus automatisés peuvent être divisés en deux classes :

1. Bus de terrain ;
2. Réseaux de niveau supérieur (niveau opérateur, bus terminaux).

1. Bus de terrain

La fonction principale du bus de terrain est de fournir une interaction réseau entre les contrôleurs et les périphériques distants (par exemple, les nœuds d'E/S). De plus, divers instruments et actionneurs (Field Devices), équipés d'interfaces réseau appropriées, peuvent être connectés au bus de terrain. De tels appareils sont souvent appelés appareils de terrain intelligents car ils prennent en charge des protocoles de communication réseau de haut niveau.

Comme indiqué, il existe de nombreuses normes de bus de terrain, dont les plus courantes sont :

1. Profibus-DP ;
2. Profibus PA ;
3. Bus de terrain de la Fondation ;
4. Modbus RTU ;
5. CERF;
6. DeviceNet.

Malgré les nuances de mise en œuvre de chacune des normes (taux de transfert de données, format de trame, environnement physique), elles ont une caractéristique commune : l'algorithme d'échange de données réseau utilisé, basé sur le principe classique Maître-Esclave ou ses légères modifications. Les bus de terrain modernes répondent à des exigences techniques strictes, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans des environnements industriels difficiles. Ces exigences comprennent :

1. Déterminisme. Cela signifie que la transmission d'un message d'un nœud du réseau à un autre prend un laps de temps strictement fixé. Les réseaux de bureau construits à l'aide de la technologie Ethernet sont un excellent exemple de réseau non déterministe. L'algorithme d'accès à un support partagé par la méthode CSMA/CD ne détermine pas le temps pendant lequel une trame d'un nœud du réseau sera transmise à un autre et, à proprement parler, il n'y a aucune garantie que la trame parviendra même à destination. C’est inacceptable pour les réseaux industriels. Le temps de transmission des messages doit être limité et, en général, peut être calculé à l'avance en tenant compte du nombre de nœuds, de la vitesse de transmission des données et de la longueur du message.

2. Assistance longue distance. Il s'agit d'une exigence essentielle, car la distance entre les objets de contrôle peut parfois atteindre plusieurs kilomètres. Le protocole utilisé doit être orienté pour une utilisation dans les réseaux longue distance.

3. Protection contre les interférences électromagnétiques. Les longues lignes sont particulièrement sensibles aux effets nocifs des interférences électromagnétiques émises par divers équipements électriques. De fortes interférences sur la ligne peuvent déformer les données transmises au point de les rendre méconnaissables. Pour se protéger contre de telles interférences, des câbles blindés spéciaux sont utilisés, ainsi que des fibres optiques qui, en raison de la nature légère du signal d'information, sont généralement insensibles aux interférences électromagnétiques. De plus, les réseaux industriels doivent utiliser des méthodes spéciales de codage des données numériques qui empêchent la distorsion des données pendant la transmission ou, au moins, permettent aux données déformées d'être détectées efficacement par le nœud de réception.

4. Conception mécanique renforcée des câbles et des connecteurs. Il n'y a rien d'étonnant ici non plus, si l'on imagine les conditions dans lesquelles les lignes de communication doivent souvent être posées. Les câbles et connecteurs doivent être solides, durables et adaptés à une utilisation dans les conditions les plus sévères (notamment atmosphères agressives, conditions de niveaux de vibrations élevés, humidité).

En fonction du type de support physique de transmission des données, les bus de terrain sont divisés en deux types :

1. Bus de terrain construits sur la base d'un câble à fibre optique. Les avantages de l'utilisation de la fibre optique sont évidents : la possibilité de construire de longues lignes de communication (jusqu'à 10 km ou plus de longueur) ; grande bande passante ; insensibilité aux interférences électromagnétiques; Possibilité d'installation en zones dangereuses. Inconvénients : coût du câble relativement élevé ; complexité de la connexion physique et de la connexion par câble. Ces travaux doivent être réalisés par des spécialistes qualifiés.
2. Bus de terrain construits à base de câble en cuivre. En règle générale, il s'agit d'un câble à paire torsadée à deux fils avec une isolation et un blindage spéciaux. Avantages : prix raisonnable ; facilité de pose et de réalisation de connexions physiques. Inconvénients : sensible aux interférences électromagnétiques ; longueur limitée des lignes de câbles ; bande passante inférieure à celle de la fibre optique.

Un exemple de module qui connecte un contrôleur Simatic S7-300 à un réseau Profibus DP avec un câble à fibre optique est le processeur de communication CP 342-5 FO. Pour connecter le S7-300 à un réseau Profibus DP avec un câble en cuivre, vous pouvez utiliser le module CP 342-5.

2. Réseaux de niveau supérieur

Des réseaux de niveau supérieur de systèmes de contrôle de processus automatisés sont utilisés pour transférer des données entre les contrôleurs, les serveurs et les postes de travail des opérateurs. Parfois, ces réseaux incluent des nœuds supplémentaires : un serveur d'archives central, un serveur d'applications industrielles, une station d'ingénierie, etc. Mais ce sont déjà des options.

Quels réseaux sont utilisés au niveau supérieur du système de contrôle des processus ? Contrairement aux normes de bus de terrain, il n'y a pas beaucoup de variété ici. En fait, la plupart des réseaux de niveau supérieur utilisés dans les systèmes de contrôle de processus modernes sont basés sur la norme Ethernet (IEEE 802.3) ou sur ses variantes plus rapides Fast Ethernet et Gigabit Ethernet. Dans ce cas, le protocole de communication TCP/IP est généralement utilisé. À cet égard, les réseaux de niveau opérateur sont très similaires aux réseaux locaux conventionnels utilisés dans les applications bureautiques. L'utilisation industrielle généralisée des réseaux Ethernet est due aux évidences suivantes :

1) Les réseaux industriels de niveau supérieur connectent de nombreux postes opérateur et serveurs, qui sont dans la plupart des cas des ordinateurs personnels. La norme Ethernet est excellente pour organiser de tels réseaux locaux ; Pour ce faire, vous devez équiper chaque ordinateur uniquement d'un adaptateur réseau (NIC, carte d'interface réseau). De nombreux automates modernes disposent de modules de communication pour la connexion aux réseaux Ethernet (par exemple, le processeur de communication CP 343-1 permet de connecter le S7-300 à un réseau Ethernet industriel).

2) Il existe sur le marché un large choix d'équipements de communication bon marché pour les réseaux Ethernet, y compris ceux spécialement adaptés à un usage industriel.

3) Les réseaux Ethernet ont des taux de transfert de données élevés. Par exemple, la norme Gigabit Ethernet permet le transfert de données à des vitesses allant jusqu'à 1 Go par seconde à l'aide d'un câble à paire torsadée de catégorie 5. Comme nous le verrons plus tard, une bande passante réseau élevée devient extrêmement importante pour les applications industrielles.

4) L'utilisation d'un réseau Ethernet au niveau supérieur du système de contrôle de processus automatisé permet de connecter simplement le réseau de contrôle de processus automatisé au réseau local de l'usine (ou de l'entreprise). En règle générale, le réseau local existant d'une usine est basé sur la norme Ethernet. L'utilisation d'une norme de réseau unique permet de simplifier l'intégration des systèmes de contrôle de processus automatisés dans le réseau global de l'entreprise.

Cependant, les réseaux industriels du niveau supérieur des systèmes de contrôle de processus automatisés ont leurs propres spécificités, déterminées par les conditions d'application industrielle. Les exigences typiques pour de tels réseaux sont :

1. Bande passante élevée et vitesse de transfert de données. Le volume de trafic dépend directement de nombreux facteurs : le nombre de paramètres technologiques archivés et visualisés, le nombre de serveurs et de postes opérateur, les applications applicatives utilisées, etc. Contrairement aux réseaux de terrain, il n'y a pas d'exigence stricte de déterminisme : à proprement parler, peu importe le temps qu'il faut pour transférer un message d'un nœud à un autre - 100 ms ou 700 ms (bien sûr, cela n'a pas d'importance tant qu'il est dans des limites raisonnables). L'essentiel est que le réseau dans son ensemble puisse faire face au volume total de trafic sur une certaine période. Le trafic le plus intense transite par des sections du réseau reliant les serveurs et les postes opérateurs (clients). Cela est dû au fait qu'au poste opérateur, les informations technologiques sont mises à jour en moyenne une fois par seconde et plusieurs milliers de paramètres technologiques peuvent être transmis. Mais même ici, il n'y a pas de restrictions de temps strictes : l'opérateur ne remarquera pas si les informations sont mises à jour, par exemple toutes les secondes et demie au lieu de celles requises. Dans le même temps, si le contrôleur (avec un cycle de scrutation de 100 ms) rencontre un retard de 500 ms dans l'arrivée de nouvelles données du capteur, cela peut entraîner un traitement incorrect des algorithmes de contrôle.

2. Tolérance aux pannes. Ceci est généralement réalisé grâce à des équipements de communication et des lignes de communication redondants selon le schéma 2*N, de sorte qu'en cas de panne de commutateur ou de rupture de canal, le système de contrôle soit capable de localiser l'emplacement de la panne dans le temps le plus court possible (pas plus de 1 à 3 s) et effectuez une restructuration automatique de la topologie et une redirection du trafic vers des routes de secours.

3. Conformité des équipements réseau aux conditions d'exploitation industrielles. Cela implique des mesures techniques aussi importantes que : - la protection des équipements de réseau contre la poussière et l'humidité ; - plage de température de fonctionnement étendue ; - cycle de vie augmenté; - possibilité d'installation pratique sur un rail DIN ; - alimentation basse tension avec redondance ; -Connecteurs et connecteurs durables et résistants à l'usure.

Les fonctions des équipements de réseau industriels ne diffèrent pratiquement pas de celles de leurs homologues de bureau, mais en raison de leur conception spéciale, cela coûte un peu plus cher. La figure 1 montre, à titre d'exemple, des photographies de commutateurs de réseau industriels prenant en charge une topologie de réseau redondante.

Fig. 1 Commutateurs industriels SCALANCE X200 de Siemens (à gauche) et LM8TX de Phoenix Contact (à droite) : montage sur rail DIN

Lorsqu'on parle de réseaux industriels construits sur la technologie Ethernet, le terme Ethernet industriel est souvent utilisé, faisant ainsi allusion à leur vocation industrielle. Il existe actuellement de nombreuses discussions sur la séparation de l'Ethernet industriel en une norme industrielle distincte, mais pour le moment, l'Ethernet industriel n'est qu'une liste de recommandations techniques pour l'organisation des réseaux dans les environnements industriels et constitue, à proprement parler, un ajout non formalisé à la spécification de la couche physique de la norme Ethernet.

Il existe un autre point de vue sur ce qu'est l'Ethernet industriel. Le fait est que récemment, de nombreux protocoles de communication ont été développés sur la base de la norme Ethernet et optimisés pour la transmission de données à temps critique. De tels protocoles sont classiquement appelés protocoles temps réel, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés pour organiser des échanges de données entre des applications distribuées dont le temps est critique et nécessitent une synchronisation temporelle précise. Le but ultime est d’atteindre un déterminisme relatif dans le transfert de données. Exemples d'Ethernet industriel :

• Profinet ;
• EtherCAT ;
• Ethernet Powerlink ;
• Éther/IP.

Ces protocoles modifient le protocole TCP/IP standard à des degrés divers, en ajoutant de nouveaux algorithmes d'échange réseau, des fonctions de diagnostic, des méthodes d'autocorrection et des fonctions de synchronisation. Dans le même temps, la liaison de données Ethernet et les couches physiques restent inchangées. Cela permet d'utiliser de nouveaux protocoles de transfert de données sur les réseaux Ethernet existants à l'aide d'équipements de communication standard.

L'échange d'informations entre les appareils faisant partie d'un système automatisé (ordinateurs, contrôleurs, capteurs, actionneurs) s'effectue généralement via réseau industriel(Fieldbus, "bus de terrain") [Cucej].

• Réseau local(Local Area Network) - réseaux situés dans une zone limitée (dans un atelier, un bureau, au sein d'une usine) ;
• HOMME(Réseaux métropolitains) - réseaux de villes;
• BLÊME(Réseau à grande distance) - un réseau mondial couvrant plusieurs villes ou continents. La technologie Internet est généralement utilisée à cet effet.

Il existe actuellement plus de 50 types de réseaux industriels (Modbus, Profibus, DeviceNet, CANopen, LonWorks, ControlNet, SDS, Seriplex, ArcNet, BACnet, FDDI, FIP, FF, ASI, Ethernet, WorldFIP, Foundation Fieldbus, Interbus, BitBus , etc. .). Cependant, seules quelques-unes d’entre elles sont répandues. En Russie, la grande majorité des systèmes de contrôle de processus automatisés utilisent les réseaux Modbus et Profibus. Ces dernières années, l'intérêt pour les réseaux basés sur CANopen et DeviceNet s'est accru. La prédominance de l'un ou l'autre réseau industriel en Russie est liée avant tout aux préférences et à l'activité des entreprises russes vendant des équipements importés.

2.1. Informations générales sur les réseaux industriels

Réseau industriel appelé un complexe d'équipements et de logiciels qui assurent l'échange d'informations (communication) entre plusieurs appareils. Réseau industriel constitue la base de la création de systèmes distribués de collecte et de contrôle de données.

Étant donné que dans l'automatisation industrielle, les interfaces réseau peuvent faire partie intégrante des appareils connectés et que le logiciel réseau de couche d'application du modèle OSI est exécuté sur le processeur principal du contrôleur industriel, il est parfois physiquement impossible de séparer la partie réseau des appareils mis en réseau. . D'un autre côté, le passage d'un réseau à un autre peut souvent être réalisé en changeant le logiciel réseau et l'adaptateur réseau ou en introduisant un convertisseur d'interface, si bien que le même type d'automate peut souvent être utilisé dans différents types de réseaux.

La connexion d'un réseau industriel avec ses composants (appareils, nœuds de réseau) s'effectue à l'aide interfaces. Une interface réseau est une frontière logique et (ou) physique entre un appareil et le support de transmission d'informations. Généralement, cette frontière est un ensemble de composants électroniques et de logiciels associés. Avec des modifications significatives de la structure interne de l'appareil ou du logiciel, l'interface reste inchangée, ce qui est l'une des caractéristiques qui permettent de distinguer l'interface comme faisant partie de l'équipement.

Les paramètres les plus importants de l'interface sont la bande passante et la longueur maximale du câble connecté. Les interfaces industrielles assurent généralement une isolation galvanique entre les appareils connectés. Les interfaces série les plus courantes dans l'automatisation industrielle sont RS-485, RS-232, RS-422, Ethernet, CAN, HART et AS-interface.

Pour échanger des informations, les appareils en interaction doivent avoir le même protocole d'échange. Dans sa forme la plus simple, un protocole est un ensemble de règles qui régissent l'échange d'informations. Il définit la syntaxe et la sémantique des messages, les opérations de contrôle, la synchronisation et les états de communication. Le protocole peut être implémenté sous forme matérielle, logicielle ou micrologicielle. Le nom du réseau coïncide généralement avec le nom du protocole, ce qui s'explique par son rôle déterminant dans la création du réseau. En Russie, des protocoles réseau sont utilisés, décrits dans une série de normes [GOST - GOST].

Généralement, un réseau utilise plusieurs protocoles qui constituent pile de protocoles- un ensemble de protocoles de communication associés qui fonctionnent ensemble et utilisent tout ou partie des sept couches du modèle OSI [Guide]. Pour la plupart des réseaux, la pile de protocoles est implémentée à l'aide de puces réseau spécialisées ou intégrée à un microprocesseur à usage général.

L'interaction des appareils dans les réseaux industriels est réalisée conformément aux modèles serveur client ou éditeur-abonné (producteur-consommateur) [Thomesse]. Dans le modèle client-serveur, deux objets interagissent. Un serveur est un objet qui fournit un service, c'est-à-dire qui effectue certaines actions à la demande d'un client. Un réseau peut contenir plusieurs serveurs et plusieurs clients. Chaque client peut envoyer des requêtes à plusieurs serveurs et chaque serveur peut répondre aux requêtes de plusieurs clients. Ce modèle est utile pour transmettre des données qui se produisent périodiquement ou à des moments prédéterminés, telles que les valeurs de température dans un processus par lots. Cependant, ce modèle est peu pratique pour transmettre des événements aléatoires, par exemple un événement consistant en une activation aléatoire d'un capteur de niveau, car pour recevoir cet événement, le client doit périodiquement, avec une fréquence élevée, demander l'état du capteur et analyser cela, surchargeant le réseau avec un trafic inutile.

Il existe trois formes de communication pour la transmission série de données numériques :

UN) communication simplexe suppose la présence d'un émetteur et d'un récepteur ; les informations sont transmises dans un sens, la communication s'effectue via une paire de fils distincte ;

B) communication semi-duplex permet le transfert de données bidirectionnel, mais pas simultanément ; la communication s'effectue via un câble composé de deux ou quatre fils ;

DANS) communication recto-verso assure une transmission de données bidirectionnelle simultanée, et la communication s'effectue également via un câble composé de deux ou quatre fils.

Chacune des formes de communication ci-dessus nécessite que le dispositif de réception soit prêt à recevoir et à identifier chaque ensemble de données transmis par l'émetteur. Il existe deux manières de résoudre ce problème. À transmission asynchrone chaque paquet de données est précédé de peu de démarrage, et une fois la transmission de ce paquet de données terminée, peu d'arrêt. De cette manière, le destinataire identifie clairement le début et la fin du message. Cependant, en raison de la nécessité de vérifier constamment les bits de démarrage et d'arrêt, la vitesse de transmission pour ce type de communication est limitée et ne dépasse généralement pas 1 200 bps.

La transmission asynchrone est utilisée dans des conditions de réception incertaine et de niveaux d'interférences élevés. Transmission synchrone ne nécessite pas de bits de démarrage et d'arrêt, d'émetteur et de récepteur synchronisé. Le début de la transmission et de la réception des données est pré-synchronisé par une impulsion d'horloge, puis chaque mot du paquet de données est reconnu comme un bloc de sept ou huit bits. Le transfert de données synchrone peut fournir des vitesses supérieures à 1 200 bps et est le plus souvent utilisé pour transférer des flux de données tels que des fichiers de programme.

Des capteurs et des commandes intelligents modernes aux côtés des capteurs traditionnels Interface RS-232C peut également inclure un sous-système d'entrée/sortie série basé sur Interface RS-485. Les contrôleurs logiques programmables de la plupart des fabricants contiennent l'une ou l'autre implémentation d'interfaces comme moyen d'organiser des systèmes d'acquisition et de contrôle de données géographiquement répartis. RS-422A/RS-485.

RS-232C– une interface série standard largement utilisée. Il peut être utilisé pour la transmission de données synchrone à des vitesses allant jusqu'à 20 000 bps sur des distances allant jusqu'à 15 mètres ; sur de longues distances, la vitesse de transmission diminue. interface RS-449– il s'agit d'une norme plus récente, elle présente des caractéristiques améliorées en termes de vitesse et de distance de transmission par rapport au RS-232 ; ici, des vitesses allant jusqu'à 10 000 bps sont réalisables sur une distance allant jusqu'à 1 km. Les niveaux de tension correspondant à la norme RS-232 sont de +12 V pour le « 0 » logique et de –12 V pour le « 1 » logique. L'interface RS-232 est actuellement standard pour COM-ports d'ordinateurs personnels. Puisque la grande majorité des microprocesseurs sont construits sur Durée de vie-structure(logique transistor-transistor), où le niveau du zéro logique est de 0 V et le niveau du un logique est de +5 V, alors, évidemment, les niveaux de signal doivent être convertis pour correspondre. Cette dernière est réalisée à l'aide de circuits intégrés - convertisseurs de niveau, tels que : MS1488 pour convertir les niveaux TTL en niveaux RS-232 et MS1489 pour convertir les niveaux RS-232 en niveaux TTL.

Interface RS-485(AIE-485) est l'une des normes de couche de communication physique les plus courantes (canal de communication + méthode de transmission du signal).

Un réseau construit sur l'interface RS-485 se compose d'émetteurs-récepteurs connectés via paire torsadée– deux fils torsadés. L'interface RS-485 est basée sur le principe différentiel (équilibré) transferts données. Son essence est de transmettre un signal sur deux fils. De plus, sur un fil (sous condition UN) le signal original part, et l'autre (conventionnellement B) est sa copie inverse. Ainsi, il existe toujours une différence de potentiel entre les deux fils d'une paire torsadée (Fig. A1.1).

Graphique A1.1

Cette méthode de transmission offre une haute immunité aux interférences de mode commun, qui affectent également les deux fils de la ligne. Si le signal est transmis par le potentiel d'un fil par rapport au commun, comme dans RS-232, alors les interférences sur ce fil peuvent déformer le signal par rapport au commun (terre) qui absorbe bien les interférences. De plus, la différence de potentiel des points communs chutera à travers la résistance d'un long fil commun, ce qui constituera une source supplémentaire de distorsion. Avec la transmission différentielle, de telles distorsions ne se produisent pas, car dans une paire torsadée, le capteur sur les deux fils est le même. Ainsi, le potentiel des fils également chargés change de la même manière, tandis que la différence de potentiel informative reste inchangée.

Implémentation matérielle de l'interface - puces émetteur-récepteur avec entrées/sorties différentielles (vers la ligne) et ports numériques (vers les ports du contrôleur UART). Il existe deux options pour cette interface : RS-422 Et RS-485.

RS-422 – interface duplex. La réception et la transmission sont assurées sur deux paires de fils distinctes. Il ne peut y avoir qu'un seul émetteur sur chaque paire de fils.

RS-485 est un analogue de ligne réseau semi-duplex de l'interface RS-422. La réception et la transmission sont effectuées sur une paire de fils avec un intervalle de temps. Il peut y avoir de nombreux émetteurs dans un réseau, car ils peuvent s'éteindre pendant la réception.

Tous les appareils sont connectés à un câble à paire torsadée de la même manière : sorties directes ( UN) à un fil, inverse ( B) - à un autre.

L'impédance d'entrée du récepteur côté ligne est généralement de 12 kOhm. La puissance de l'émetteur n'étant pas infinie, cela crée une limite sur le nombre de récepteurs connectés à la ligne. Selon la norme RS-485, compte tenu des résistances de terminaison, l'émetteur peut piloter jusqu'à 32 récepteurs. Cependant, en utilisant des microcircuits à impédance d'entrée accrue, vous pouvez connecter un nombre beaucoup plus important d'appareils à la ligne (plus de 100 appareils). Dans ce cas, les appareils sont connectés à la ligne en parallèle et le contrôleur (ordinateur) doit être équipé d'un appareil supplémentaire - un convertisseur de port série RS-485/RS-232.

La vitesse de communication maximale en RS-485 peut atteindre 10 Mbit/s et la longueur maximale de la ligne de communication est de 1 200 M. S'il est nécessaire d'organiser la communication à une distance supérieure à 1 200 m, ou de connecter plus d'appareils que la capacité de charge de l'émetteur le permet, des répéteurs spéciaux sont alors utilisés ( répéteurs).

La plage de tension du « 1 » et du « 0 » logiques dans l'émetteur RS-485 est respectivement +1,5...+6 V et –1,5...–6 V, et la plage de tension en mode commun de l'émetteur est (–1 ...+3 V).

Les valeurs des paramètres sont déterminées de telle manière que tout appareil faisant partie du système d'information de mesure reste opérationnel en présence de bruit de type général à ses bornes connectées à la ligne de communication, dont la tension est comprise entre –7 à +7 V.

Pour le transfert de données parallèle dans les systèmes d'information de mesure, une interface standard est souvent utilisée IEEE-488 (Institut d'ingénieurs en électricité et électronique), aussi appelé HP-IB(Bus d'interface Hewlett-Packard) ou GPIB(Bus d'interface à usage général – bus d'interface à usage général). Commission internationale en électrotechnique ( CEI) a recommandé cette norme comme norme internationale, pour cette raison dans l'espace post-soviétique, elle est appelée Interface numérique CEI.

L'interface IEEE-488 a été développée pour les instruments de mesure et convertisseurs électroniques programmables et non programmables. Il est conçu pour l'échange d'informations asynchrone, axé sur le couplage d'appareils situés les uns par rapport aux autres à une distance allant jusqu'à 20 m, et assure le fonctionnement d'appareils de complexité variable dans IIS, permet un échange direct d'informations entre eux, à distance et local contrôle des appareils. L'interface décrite a une structure de base (Fig. A1.2).

Le réseau d'interface se compose de 24 lignes de signal, dont huit sont des lignes de terre, et les lignes restantes sont divisées en trois groupes. Le premier groupe, composé de huit lignes de signaux bidirectionnels, est bus de données. Il est conçu pour transmettre des données et des commandes entre différents appareils connectés à l'interface. Un autre groupe de cinq lignes de signal - bus de commande générale, les signaux de contrôle et d'état y sont transmis. Le dernier groupe de trois lignes est utilisé pour contrôler le transfert de données ( bus de poignée de main).

Les appareils connectés à l'interface peuvent fonctionner comme récepteurs ou sources de messages. À un moment donné, un seul appareil peut être une source d’informations, tandis que plusieurs appareils peuvent simultanément agir comme récepteurs de messages. L'un des appareils sur le backbone est manette interface.

Le nombre total de récepteurs et de sources d'informations dans IEEE-488 ne doit pas dépasser 31 avec un adressage sur un seul octet, et le nombre de périphériques connectés en parallèle doit être de 15 (y compris le contrôleur de contrôle).

Dans la norme IEEE-488, un niveau de signal haut dans une ligne correspond à une valeur de tension égale ou supérieure à 2 V, et un niveau bas correspond à une valeur de tension égale ou inférieure à 0,8 V.

Annexe A2