Interfața om-mașină a sistemului de control automatizat TP prelegeri. Protocoale de comunicare în sistemele automate de control al proceselor. Nerespectarea standardului este pedepsită de lege

Manualul utilizatorului

1. Introducere
1.1. Zona de aplicare………………………………………………………………. 3
1.2. Scurtă descriere a caracteristicilor…………………………………………………… 3
1.3. Nivelul de utilizator………………………………………………………... 3

2. Scopul și condițiile de utilizare a sistemului automat de control al procesului „VP”…………………………………………………. 4

3. Soluția sistemului automat de control al procesului „VP”…………………………………………………………………. 5

4. Pornirea sistemului…………………………………………………………………………..……… 6

1. Introducere.

1.1. Zona de aplicare

Cerințele acestui document se aplică atunci când:

· teste preliminare complete;

· operațiune de probă;

· teste de acceptare;

· exploatare industrială.

1.2. Scurtă descriere a caracteristicilor

Produsul software „Weight Flow” este conceput pentru munca analitică, automatizarea și optimizarea proceselor de flux de documente și logistică interdepartamentală a diferitelor departamente ale întreprinderii. Sistemul oferă, de asemenea, capacitatea de a monitoriza și ajusta rapid funcționarea proceselor tehnice la întreprinderile asociate cu utilizarea echipamentelor de cântărire în lifturi, nave și depozite de gaze, stații feroviare de marfă și alte instalații industriale.

Complexul software și hardware și software al sistemului automat de control al procesului „Weight Flow” au o structură modulară.

Când se lucrează cu raportare, se folosesc adesea următoarele: software-ul OLE 1C cu funcție de sincronizare online (permite inițierea cântăririi din sistemul de contabilitate) și software-ul SAP RFC cu funcție de sincronizare online (generează cântăriri în sistemul de contabilitate), care oferă următoarele:

· verificarea posibilitatii de trecere a vehiculului pe teritoriul intreprinderii;

· crearea unui document în 1C privind faptul cântăririi vehiculului la întreprindere;

· returnarea datelor privind soldul fondurilor din contul contrapartidei în sistemul 1C;

· căutați un document după numărul vehiculului și returnați numărul documentului. Dacă există mai multe documente, ordinea de ieșire este determinată de dezvoltator; funcția returnează întotdeauna un document;

returnează informații despre document; returnare element de director; introducerea greutății mărfurilor în document; eliberarea unei liste de documente la data de.

1.3. Nivel de utilizator

Utilizatorul trebuie să aibă experiență de lucru cu MS Windows OS (95/98/NT/2000/XP, XP-7), abilități în lucrul cu MS Office și, de asemenea, să aibă următoarele cunoștințe:

· cunoaște domeniul relevant;

· cunoașterea principiului de funcționare al cântarelor de camioane;

· să poată conecta dispozitive periferice.

2. Scopul și condițiile de utilizare ale sistemului automat de control al procesului „VP”.

Dispecerare productie, transport, drumuri, aplicate cu succes in multe domenii de activitate, de la drumuri si treceri comerciale, parcari automate, pana la automatizarea industriei de producere a gazelor.

Complexul software și hardware al sistemului automat de control al procesului „Weight Flow” este proiectat pentru automatizarea sistemelor industriale de cântărire (cântare pentru vehicule, cântare vagoane etc.) și fluxul documentelor, configurarea ținând cont de industria întreprinderii și de caracteristicile contabile.

Toate sistemele au capacitatea de a se integra cu ușurință în alte sisteme, de exemplu, sisteme de contabilitate (1C, Turbobukhgalter, SAP, BAAN etc.) Sistemele sunt echipate și cu o opțiune de control de la distanță/la distanță. Toate proiectele noastre includ cele mai avansate și unice soluții software și hardware folosind tehnologii RFID (identificare prin radiofrecvență), active și pasive.

Sistemul de control al proceselor „Weight Flow” include instalarea sistemelor de securitate și supraveghere video, sisteme de control al accesului la unități industriale pentru diverse scopuri și orice nivel de complexitate, cu integrarea acestora în procesele tehnologice și fluxul documentelor ale întreprinderii, precum și utilizarea tehnologii RFID moderne (activ/pasiv) .

3. Soluția sistemului automat de control al procesului „VP”

Opțiuni tipice pentru completarea sistemelor automate de control al procesului „Flux de greutate”

Opțiuni de identificare a evenimentelor. „Evenimentul” este o componentă importantă care vă permite să organizați funcționarea sistemului fără o persoană, ceea ce elimină „riscurile” asociate activităților angajaților necinstiți.

1. Analiza video inteligentă - sistem de recunoaștere pentru vehicule, numere de vehicule/vagoane/containere;
2. RFID - identificare prin radiofrecvență (activă sau pasivă);
3. Senzori diverși - senzori de inducție, termici;
4. Intrarea umană a datelor despre evenimente

Actuatori: - orice dispozitiv digital al caror design include porturi de conectare (COM USB, RS 232/485, retea IP etc.);
- orice dispozitive analogice cu functii on/off (semafoare/motoare/becuri/bariere/amortizoare etc.);
- senzori/analizori digitali, electronici si cu contacte uscate.

Componentele software ale sistemului automat de control al procesului „VP”
Avem mai multe module APCS - funcționalitatea lor este descrisă pe scurt în specificație, mai detaliat în manual. Mai jos sunt principalele componente software ale sistemului de control al procesului „Weight Flow”. Fiecare modul are anumite funcții de bază:

1. Server - software-ul APCS „Weight Flow”
Nordul central al scărilor (WEB, SQL, URDB)

2. Program de cântărire - sistem automat de control al procesului „Weight Flow” Modul de cântărire automată/călărire feroviară
3. Utilizarea diferitelor dispozitive - sistem automat de control al procesului „Weight Flow” Modulul controler +
în sistem

4. Reglaje, vizibil/invizibil - sistem automat de control al procesului „VP” Modul Laborator

5. Loc de muncă suplimentar - sistem automat de control al procesului „VP” Modulul loc de muncă suplimentar
(posibilitatea de conectare de la distanță sau prin rețea la stația de lucru de control automatizat)

4. Pornirea sistemului

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

Orez. 2. Interfața sistemului automat de control al procesului „Flux de greutate”

Interfață constă din următoarele elemente:

1.Meniu de navigare. Servește la configurarea și gestionarea sistemului.

2.Butoane pentru comutarea între scale. Servește pentru a comuta afișajul stării diferitelor cântar și pentru a indica cântarele active în prezent dacă la sistem este conectată mai mult de o cântar.

3.Meniul operator. Servește la gestionarea cântăririi, a documentelor și a sistemului de control acces. Comută aspectul și funcțiile panoului operator.

4.Panou operator. Servește la gestionarea cântăririi, a documentelor și a sistemului de control acces. Aspectul și funcțiile depind de fila selectată curent în meniul operator (poziția 3). Când sistemul pornește, este afișat panoul de control al cântarului (ca în Fig. 2).

5.Calendar. Servește pentru a selecta rezultatele cântăririi afișate pe panoul de protocol de cântărire (poziția 7) după dată și pentru a afișa data curentă.

6.Butonul „Înregistrează document”. Folosit pentru a crea un document nou.

7.Panou de protocol de cântărire. Servește pentru afișarea rezultatelor cântăririi pentru o anumită dată selectată în calendar (poziția 5).

8. Panoul video. Afișează transmisia video de la camere CCTV.

Meniu de navigatie(Fig. 3) se află în colțul din stânga sus al monitorului și constă din următoarele secțiuni: „Fișier”, „Configurare”, „Module”, „Windows”, „Despre program”.

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

Orez. 4. Meniul „Fișier”.

Meniul "Configurare" (Fig. 5)

Oferă acces la parametrii de service ale sistemului

„Designer de plăci de imprimare” - servește pentru înregistrarea machetelor documentelor

"Setarile sistemului" - servește la configurarea sistemului în conformitate cu parametrii necesari

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

Orez. 6. Meniul „Module”.

Meniul "Fereastră" (Fig. 7)

Afișează o listă de ferestre deschise și vă permite să comutați între ele

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

Delphi creează aplicații Windows

MS-Windows oferă utilizatorilor o interfață grafică (GUI) care oferă un mediu standard de utilizator și programator. (GUI) oferă un mediu mai sofisticat și mai ușor de utilizat decât interfața DOS bazată pe comandă. Lucrul în Windows se bazează pe principii intuitive. Vă este ușor să treceți de la o sarcină la alta și să faceți schimb de informații între ei. Cu toate acestea, dezvoltatorii de aplicații se confruntă în mod tradițional cu provocări de programare, deoarece mediul Windows este extrem de complex.

Delphi este un limbaj de programare și un mediu care aparține clasei de instrumente tehnologice CASE RAD (Rapid Application Development). Delphi a făcut din dezvoltarea de aplicații Windows puternice un proces rapid și plăcut. Aplicațiile Windows care au necesitat mult efort uman pentru a crea, cum ar fi în C++, pot fi acum scrise de o singură persoană folosind Delphi.

Interfața Windows asigură un transfer complet al tehnologiilor CASE într-un sistem integrat pentru a sprijini activitatea de creare a unui sistem de aplicații în toate fazele ciclului de viață al lucrării și al proiectării sistemului.

Delphi are o gamă largă de caracteristici, de la un designer de formulare până la suport pentru toate formatele de baze de date populare. Mediul elimină necesitatea de a programa componente Windows obișnuite, cum ar fi etichete, pictograme și chiar casete de dialog. În timp ce lucrați, ați văzut în mod repetat aceleași „obiecte” în multe aplicații diferite. Panourile de dialog (cum ar fi Alegeți fișierul și Salvați fișierul) sunt exemple de componente reutilizabile încorporate direct în Delphi, ceea ce vă permite să adaptați aceste componente la sarcina în cauză, astfel încât să funcționeze exact așa cum este cerut de aplicația pe care o creați. Există, de asemenea, obiecte vizuale și non-vizuale predefinite, inclusiv butoane, obiecte de date, meniuri și panouri de dialog predefinite. Folosind aceste obiecte, puteți, de exemplu, să asigurați introducerea datelor cu doar câteva clicuri de mouse, fără a recurge la programare. Aceasta este o implementare vizuală a aplicațiilor tehnologiilor CASE în programarea aplicațiilor moderne. Partea care este direct legată de programarea interfeței utilizator de către sistem se numește programare vizuală

Beneficiile proiectării stațiilor de lucru într-un mediu Windows folosind Delphi:

Elimina necesitatea reintroducerii datelor;

Asigură coerența între proiect și implementarea acestuia;

Îmbunătățește productivitatea dezvoltării și portabilitatea programului.

Programarea vizuală adaugă o nouă dimensiune creării de aplicații, făcând posibilă afișarea acestor obiecte pe ecranul monitorului înainte de a executa programul în sine. Fără programare vizuală, procesul de randare necesită scrierea unei bucăți de cod care creează și configurează obiectul în loc. Era posibil să se vadă obiectele codificate numai în timpul execuției programului. Cu această abordare, a face obiectele să arate și să se comporte așa cum doriți devine un proces obositor care necesită repararea în mod repetat a codului, apoi rularea programului și vedea ce se întâmplă.

Datorită instrumentelor de dezvoltare vizuală, poți lucra cu obiecte, ținându-le în fața ochilor și obținând rezultate aproape imediat. Capacitatea de a vedea obiectele așa cum apar în timpul execuției programului elimină nevoia de multă muncă manuală care este tipică lucrului într-un mediu non-vizual, indiferent dacă este orientat pe obiecte sau nu. După ce un obiect este plasat sub forma unui mediu de programare vizuală, toate atributele sale sunt afișate imediat sub formă de cod care corespunde obiectului ca unitate executată în timpul funcționării programului.

Plasarea obiectelor în Delphi implică o relație mai strânsă între obiecte și codul programului real. Obiectele sunt plasate pe formular, iar codul corespunzător obiectelor este scris automat în fișierul sursă. Acest cod se compilează pentru a oferi performanțe semnificativ mai bune decât mediul vizual, care interpretează informațiile doar în timpul execuției programului.

Interfața cu utilizatorul sistemului

INTRODUCERE

Metodele moderne de proiectare a activităților utilizatorilor sistemului de control automat s-au dezvoltat în cadrul unui concept de proiectare de inginerie a sistemelor, datorită căruia luarea în considerare a factorului uman se limitează la rezolvarea problemelor de coordonare a „intrărilor” și „ieșirilor” ale o persoană și o mașină. În același timp, atunci când se analizează nemulțumirea utilizatorilor sistemului de control automatizat, este posibil să dezvăluie că aceasta se explică adesea prin lipsa unei abordări unificate, integrate, a proiectării sistemelor de interacțiune.

Utilizarea unei abordări de sistem vă permite să luați în considerare mulți factori de natură foarte diferită, să identificați din aceștia pe cei care au cel mai mare impact din punctul de vedere al obiectivelor și criteriilor existente la nivelul întregului sistem și să găsiți modalități și metode de a le influența în mod eficient . Abordarea sistemelor se bazează pe aplicarea unui număr de concepte și prevederi de bază, printre care putem distinge conceptele de sistem, subordonarea scopurilor și criteriilor subsistemelor față de obiectivele și criteriile generale ale sistemului etc. Abordarea sistemelor ne permite să luăm în considerare analiza și sinteza obiectelor care sunt diferite ca natură și complexitate dintr-un singur punct de vedere, identificând în același timp cele mai importante trăsături caracteristice ale funcționării sistemului și luând în considerare cei mai importanți factori pentru întregul sistem. Importanța abordării sistemelor este deosebit de mare în proiectarea și operarea unor sisteme precum sistemele automate de control (ACS), care sunt în esență sisteme om-mașină, unde o persoană joacă rolul de subiect al managementului.

O abordare sistematică a proiectării este o luare în considerare cuprinzătoare, interconectată, proporțională a tuturor factorilor, modalităților și metodelor de rezolvare a unei probleme complexe multifactoriale și multivariate de proiectare a unei interfețe de interacțiune. Spre deosebire de proiectarea clasică de inginerie, atunci când se utilizează o abordare de sistem, toți factorii sistemului proiectat sunt luați în considerare - funcționali, psihologici, sociali și chiar estetici.

Automatizarea controlului presupune inevitabil implementarea unei abordări sistematice, deoarece presupune prezența unui sistem de autoreglare care are intrări, ieșiri și un mecanism de control. Însuși conceptul de sistem de interacțiune indică necesitatea de a lua în considerare mediul în care trebuie să funcționeze. Astfel, sistemul de interacțiune ar trebui considerat ca parte a unui sistem mai mare - un sistem de control automatizat în timp real, în timp ce acesta din urmă este un sistem de mediu controlat.

În prezent, se poate considera dovedit că sarcina principală a proiectării unei interfețe cu utilizatorul nu este de a „încadra” rațional o persoană în bucla de control, ci de a dezvolta, pe baza sarcinilor de control al obiectelor, un sistem de interacțiune între două persoane egale. parteneri (operator uman și complex hardware și software ACS), gestionând rațional obiectul de control.

DOMENIUL SUBIECTULUI

Deci, este evident că operatorul uman este veriga de închidere a sistemului de control, adică. subiect de management, iar APK-ul (complexul hardware-software) al sistemului de control automat este instrument de implementare activitățile sale manageriale (operaționale), de ex. obiect de control. Conform definiției lui V.F. Venda, un sistem de control automatizat este o inteligență hibridă în care personalul operațional (managerial) și complexul agroindustrial al sistemului de control automatizat sunt parteneri egali în rezolvarea problemelor complexe de management.

Organizarea rațională a muncii a operatorilor la locul de muncă automatizat este unul dintre cei mai importanți factori care determină funcționarea eficientă a sistemului în ansamblu. În majoritatea covârșitoare a cazurilor, munca de management este o activitate umană indirectă, deoarece în condițiile unui sistem de control automatizat se descurcă fără să „vadă” obiectul real. Între obiectul de control real și operatorul uman există model informațional obiect(mijloc de afișare a informațiilor). Prin urmare, se pune problema proiectării nu numai a mijloacelor de afișare a informațiilor, ci și a mijloacelor de interacțiune între operatorul uman și mijloacele tehnice ale sistemului de control automatizat, adică. problema de proiectare a sistemului, pe care ar trebui să o numim interfața cu utilizatorul.

Interfața interacțiunii umane cu mijloacele tehnice ale sistemului de control automat poate fi descrisă structural (vezi Fig. 1.). Este format din APK și protocoale de interacțiune. Complexul hardware și software oferă următoarele funcții:

transformarea datelor care circulă în sistemul de control automatizat în modele de informații afișate pe monitoare (SOI - instrumente de afișare a informațiilor);

regenerarea modelelor informaționale (IM);

asigurarea interactiunii dialogului intre o persoana si sistemul de control automatizat;

transformarea influențelor venite de la PO (operatorul uman) în date utilizate de sistemul de control;

implementarea fizică a protocoalelor de interacțiune (armonizarea formatelor de date, controlul erorilor etc.).

Scopul protocoalelor este de a oferi un mecanism pentru livrarea fiabilă și fiabilă a mesajelor între operatorul uman și SOI și, în consecință, între PO și sistemul de control. Protocol- aceasta este o regulă care definește interacțiunea, un set de proceduri pentru schimbul de informații între procese paralele în timp real. Aceste procese (funcționarea complexului agroindustrial al sistemului automatizat de control și activitățile operaționale ale subiectului de control) se caracterizează, în primul rând, prin absența unor relații de timp fixe între apariția evenimentelor și, în al doilea rând, prin absența unor interdependența dintre evenimente și acțiuni la producerea lor.

Funcțiile protocolului sunt legate de schimbul de mesaje între aceste procese. Formatul și conținutul acestor mesaje formează caracteristicile logice ale protocolului. Regulile de executare a procedurilor determină acțiunile efectuate de procesele care participă în comun la implementarea protocolului. Ansamblul acestor reguli este caracteristica procedurală a protocolului. Folosind aceste concepte, acum putem defini formal un protocol ca un set de caracteristici logice și procedurale ale unui mecanism de comunicare între procese. Definiția logică alcătuiește sintaxa, iar definiția procedurală alcătuiește semantica protocolului.

Generarea unei imagini folosind APC vă permite să obțineți nu numai imagini bidimensionale proiectate pe un plan, ci și să implementați grafice tridimensionale folosind planuri și suprafețe de ordinul doi cu transferul texturii suprafeței imaginii.

În funcție de tipul de imagine reprodusă, trebuie evidențiate cerințele pentru alfabetul IM, metoda de formare a caracterelor și tipul de utilizare a elementelor de imagine. Alfabetul folosit caracterizează tipul de model și capacitățile sale vizuale. Este determinată de clasa problemelor care se rezolvă, specificate de numărul și tipul de caractere, numărul de gradări de luminozitate, orientarea caracterelor, frecvența de pâlpâire a imaginii etc.

Alfabet trebuie să asigure construirea oricăror modele informative în cadrul clasei afișate. De asemenea, este necesar să ne străduim să reducem redundanța alfabetului.

Metode formarea semnelor sunt clasificate în funcție de elementele de imagine utilizate și sunt împărțite în modelare, sintetizare și generare. Pentru un caracter care este format pe un ecran CRT, este de preferat formatul matricei.

Observarea monitorului permite utilizatorului să construiască o imagine a modului sistemului, care se formează pe baza antrenamentului, pregătirii și experienței (model conceptual), prin urmare, este posibil să compare această imagine cu imaginea teoretică în conformitate cu situația . Cerința de adecvare, izomorfism, asemănări Structura spațio-temporală a obiectelor de control afișate și a mediului determină eficacitatea modelului. Rezumat >> Informatică

Funcții de serviciu de sprijin, oferă prietenos interfata utilizator. 2.4. Solutie de partitionare functionala... mediu inconjurator dezvoltare Inprise Delphi Client/Server Suite v. 4. 3.4.1. Informații de intrare și de ieșire Caracteristici distinctive ale acestuia AC ...

Dezvoltare sistem automat de completare a documentației primare a unei întreprinderi

Teză >> Informatică

Sistem. sistem automatizat ( AC) este o persoană... de diverse acțiuni utilizator. Alegere mediu inconjurator dezvoltare asta... De la a cincea versiune în mediu inconjurator Delphi Alte tehnologii disponibile... : Ușor de utilizat interfata- Este necesar să se organizeze...

Dezvoltare vizualizator pentru a găsi debitul maxim în rețea

Curs >> Comunicații și comunicări

sisteme de management al întreprinderii ( ACS). ACS include mai multe... etichete automate, butoane care suportă interfata utilizator cu o bază de date. Oferă... imagini. Versiunea locală mediu inconjurator dezvoltare – Delphi Desktop Edition, proiectat...

Dezvoltare sistem informatic (2)

Rezumat >> Informatică

Productie, intreprinderi. ACS folosit in... miercuri Delphi include un set complet de instrumente vizuale pentru viteza dezvoltare... dezvoltare), susținere dezvoltare personalizat interfatași conectând... documente cu utilizator si complet...

Rețelele de date industriale sunt unul dintre elementele principale ale sistemelor moderne de control al proceselor automatizate. Apariția protocoalelor de comunicare industrială a marcat începutul introducerii sistemelor de control distribuite geografic capabile să acopere numeroase instalații tehnologice, unind ateliere întregi, iar uneori fabrici. Astăzi, domeniul comunicațiilor industriale se dezvoltă vertiginos: sunt cunoscute peste 50 de standarde de rețele de comunicații, special adaptate pentru aplicații industriale, iar în fiecare an apar noi tehnologii avansate de transmisie a datelor. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece rețelele de comunicații sunt cele care determină în mare măsură calitatea, fiabilitatea și funcționalitatea sistemelor automate de control al proceselor în ansamblu.

Rețelele de transmisie a datelor utilizate în sistemele automate de control al proceselor pot fi împărțite în două clase:

Autobuze de teren;

Rețele de nivel superior (nivel de operator, Terminal Buses).

1. Autobuze de teren

Funcția principală a magistralei de câmp este de a asigura interacțiunea în rețea între controlere și periferice la distanță (de exemplu, nodurile I/O). În plus, la magistrala de câmp pot fi conectate diverse instrumente și actuatoare (Field Devices), echipate cu interfețe de rețea corespunzătoare. Astfel de dispozitive sunt adesea numite dispozitive inteligente de teren, deoarece acceptă protocoale de comunicare de rețea de nivel înalt.

După cum sa menționat, există multe standarde fieldbus, dintre care cele mai comune sunt:

Profibus DP;
Profibus PA;
Foundation Fieldbus;
Modbus RTU;
CERB;
DeviceNet.

În ciuda nuanțelor implementării fiecărui standard (rata de transfer de date, format de cadru, mediu fizic), acestea au o caracteristică comună - algoritmul de schimb de date în rețea utilizat, bazat pe principiul clasic Master-Slave sau pe micile sale modificări. Busele de teren moderne îndeplinesc cerințe tehnice stricte, făcându-le potrivite pentru utilizare în medii industriale dure. Aceste cerințe includ:

1. Determinism. Aceasta înseamnă că transmiterea unui mesaj de la un nod de rețea la altul durează o perioadă de timp strict fixă. Rețelele de birou construite folosind tehnologia Ethernet sunt un exemplu excelent de rețea nedeterministă. Algoritmul de accesare a unui mediu partajat folosind metoda CSMA/CD nu determină timpul în care un cadru de la un nod al rețelei va fi transmis la altul și, strict vorbind, nu există nicio garanție că cadrul va ajunge chiar la destinație. Acest lucru este inacceptabil pentru rețelele industriale. Timpul de transmitere a mesajului trebuie limitat și, în general, ținând cont de numărul de noduri, viteza de transmitere a datelor și lungimea mesajului, poate fi calculat în avans.

2. Suport pe distanțe lungi. Aceasta este o cerință esențială, deoarece distanța dintre obiectele de control poate ajunge uneori la câțiva kilometri. Protocolul utilizat ar trebui să fie orientat pentru utilizare în rețele de distanță lungă.

3. Protecție împotriva interferențelor electromagnetice. Liniile lungi sunt deosebit de susceptibile la efectele dăunătoare ale interferențelor electromagnetice emise de diferite echipamente electrice. Interferența puternică pe linie poate distorsiona datele transmise dincolo de recunoaștere. Pentru a proteja împotriva unor astfel de interferențe, sunt utilizate cabluri ecranate speciale, precum și fibră optică, care, datorită naturii ușoare a semnalului de informații, este în general insensibilă la interferența electromagnetică. În plus, rețelele industriale trebuie să utilizeze metode speciale de codificare a datelor digitale care să prevină distorsionarea datelor în timpul transmisiei sau, cel puțin, să permită ca datele distorsionate să fie detectate efectiv de către nodul receptor.

4. Proiectare mecanică consolidată a cablurilor și conectorilor. Nici aici nu este nimic surprinzător, dacă vă imaginați condițiile în care de multe ori trebuie puse linii de comunicare. Cablurile și conectorii trebuie să fie puternice, durabile și potrivite pentru utilizare în cele mai severe condiții (inclusiv atmosfere agresive, condiții de nivel ridicat de vibrații, umiditate).

Pe baza tipului de mediu fizic de transmisie a datelor, magistralele de teren sunt împărțite în două tipuri:

Fieldbus-uri construite pe baza de cablu de fibră optică. Avantajele utilizării fibrei optice sunt evidente: capacitatea de a construi linii lungi de comunicație (până la 10 km sau mai mult); lățime de bandă mare; insensibilitate la interferența electromagnetică; Posibilitate de instalare in zone periculoase. Dezavantaje: cost relativ ridicat al cablului; complexitatea conexiunii fizice și a conexiunii prin cablu. Aceste lucrări trebuie efectuate de specialiști calificați.
Autobuze de teren construite pe bază de cablu de cupru. De regulă, acesta este un cablu de pereche răsucite cu două fire, cu izolație și ecranare speciale. Avantaje: preț rezonabil; ușurința de așezare și de a realiza conexiuni fizice. Dezavantaje: susceptibil la interferențe electromagnetice; lungime limitată a liniilor de cablu; lățime de bandă mai mică în comparație cu fibra optică.

Un exemplu de modul care conectează un controler Simatic S7-300 la o rețea Profibus DP cu un cablu de fibră optică este procesorul de comunicații CP 342-5 FO. Pentru a conecta S7-300 la o rețea Profibus DP cu un cablu de cupru, puteți utiliza modulul CP 342-5.

2. Rețele de nivel superior

Rețelele de nivel superior ale sistemelor automate de control al proceselor sunt utilizate pentru a transfera date între controlori, servere și stații de lucru ale operatorului. Uneori, astfel de rețele includ noduri suplimentare: un server de arhivă centrală, un server de aplicații industriale, o stație de inginerie etc. Dar acestea sunt deja opțiuni.

Ce rețele sunt utilizate la nivelul superior al sistemului de control al procesului? Spre deosebire de standardele fieldbus, nu există prea multă varietate aici. De fapt, majoritatea rețelelor de nivel superior utilizate în sistemele moderne de control al proceselor se bazează pe standardul Ethernet (IEEE 802.3) sau pe variantele sale mai rapide Fast Ethernet și Gigabit Ethernet. În acest caz, de regulă, se utilizează protocolul de comunicare TCP/IP. În acest sens, rețelele de calitate operator sunt foarte asemănătoare cu rețelele LAN convenționale utilizate în aplicațiile de birou. Utilizarea industrială pe scară largă a rețelelor Ethernet se datorează următoarelor puncte evidente:

1) Rețelele industriale de nivel superior conectează multe stații de operator și servere, care în cele mai multe cazuri sunt computere personale. Standardul Ethernet este excelent pentru organizarea unor astfel de rețele LAN; Pentru a face acest lucru, trebuie să echipați fiecare computer doar cu un adaptor de rețea (NIC, placă de interfață de rețea). Multe controlere moderne au module de comunicație pentru conectarea la rețele Ethernet (de exemplu, procesorul de comunicații CP 343-1 vă permite să conectați S7-300 la o rețea Industrial Ethernet).

2) Există pe piață o gamă largă de echipamente de comunicații ieftine pentru rețele Ethernet, inclusiv cele special adaptate pentru uz industrial.

3) Rețelele Ethernet au rate ridicate de transfer de date. De exemplu, standardul Gigabit Ethernet permite transferul de date la viteze de până la 1 Gb pe secundă utilizând un cablu torsadat categoria 5. După cum va fi clar mai târziu, debitul ridicat al rețelei devine extrem de important pentru aplicațiile industriale.

4) Utilizarea unei rețele Ethernet la nivelul superior al sistemului automat de control al procesului face posibilă conectarea simplă a rețelei de control automat al procesului cu rețeaua locală a fabricii (sau a întreprinderii). De obicei, rețeaua LAN existentă a unei fabrici se bazează pe standardul Ethernet. Utilizarea unui singur standard de rețea face posibilă simplificarea integrării sistemelor automate de control al proceselor în rețeaua globală a întreprinderii.

Cu toate acestea, rețelele industriale de nivel superior al sistemelor automate de control al proceselor au specificul lor, determinat de condițiile de aplicare industrială. Cerințele tipice pentru astfel de rețele sunt:

1. Lățime de bandă mare și viteză de transfer de date. Volumul traficului depinde direct de mulți factori: numărul de parametri tehnologici arhivați și vizualizați, numărul de servere și stații operator, aplicațiile aplicației utilizate etc. Spre deosebire de rețelele de câmp, nu există o cerință strictă de determinism: strict vorbind, nu contează cât timp durează transferul unui mesaj de la un nod la altul - 100 ms sau 700 ms (desigur, acest lucru nu contează atâta timp cât este este în limite rezonabile). Principalul lucru este că rețeaua în ansamblu poate face față volumului total de trafic într-un anumit timp. Cel mai intens trafic circulă prin secțiuni ale rețelei care conectează serverele și stațiile de operator (clienți). Acest lucru se datorează faptului că la stația de operator, informațiile tehnologice sunt actualizate în medie o dată pe secundă și pot fi transmise câteva mii de parametri tehnologici. Dar nici aici nu există restricții stricte de timp: operatorul nu va observa dacă informațiile sunt actualizate, să zicem, la fiecare secundă și jumătate în loc de cea necesară. În același timp, dacă controlerul (cu un ciclu de scanare de 100 ms) întâmpină o întârziere de 500 ms în sosirea de noi date de la senzor, acest lucru poate duce la procesarea incorectă a algoritmilor de control.

2. Toleranță la erori. Acest lucru se realizează, de regulă, prin echipamente de comunicație redundante și linii de comunicație conform schemei 2*N, astfel încât, în cazul unei defecțiuni ale comutatorului sau al unei întreruperi de canal, sistemul de control să poată localiza locația defecțiunii în cel mai scurt timp posibil (nu mai mult de 1-3 s) și efectuați restructurarea automată a topologiei și redirecționarea traficului către rutele de rezervă.

3. Conformitatea echipamentelor de rețea cu condițiile industriale de funcționare. Aceasta înseamnă măsuri tehnice atât de importante precum: - protejarea echipamentelor de rețea de praf și umiditate; - interval extins de temperatură de funcționare; - ciclu de viață crescut; - posibilitate de instalare convenabilă pe șină DIN; - alimentare de joasă tensiune cu redundanță; - conectori și conectori durabili și rezistenți la uzură.

Funcțiile echipamentelor de rețea industrială nu sunt practic diferite de analogii de birou, cu toate acestea, datorită designului special, costă puțin mai mult. Figura 1 prezintă, ca exemplu, fotografii ale comutatoarelor de rețea industriale care oferă suport pentru o topologie de rețea redundantă.

Fig.1Întrerupătoare industriale SCALANCE X200 de la Siemens (stânga) și LM8TX de la Phoenix Contact (dreapta): montare pe șină DIN

Când vorbim despre rețelele industriale construite pe tehnologia Ethernet, termenul Ethernet industrial este adesea folosit, sugerând astfel scopul lor industrial. Există acum discuții ample despre separarea Industrial Ethernet într-un standard industrial separat, dar în acest moment Industrial Ethernet este doar o listă de recomandări tehnice pentru organizarea rețelelor în medii industriale și este, strict vorbind, o completare neformalizată la specificația stratului fizic al standardul Ethernet.

Există un alt punct de vedere asupra a ceea ce este Industrial Ethernet. Faptul este că în ultima perioadă au fost dezvoltate multe protocoale de comunicație pe baza standardului Ethernet și optimizate pentru transmiterea de date critice în timp. Astfel de protocoale sunt numite în mod convențional protocoale în timp real, ceea ce înseamnă că pot fi utilizate pentru a organiza schimbul de date între aplicații distribuite care sunt critice în timp și necesită sincronizare precisă a timpului. Scopul final este atingerea unui determinism relativ în transferul de date. Exemple de Ethernet industrial includ:

Profinet;
EtherCAT;
Ethernet Powerlink;
Eter/IP.

Aceste protocoale modifică protocolul standard TCP/IP în grade diferite, adăugând noi algoritmi de schimb de rețea, funcții de diagnosticare, metode de autocorecție și funcții de sincronizare. În același timp, legătura de date Ethernet și straturile fizice rămân neschimbate. Acest lucru permite utilizarea noilor protocoale de transfer de date pe rețelele Ethernet existente folosind echipamente de comunicații standard.

Schimbul de informații între dispozitivele care fac parte dintr-un sistem automatizat (calculatoare, controlere, senzori, actuatoare) are loc în general prin retea industriala(Fieldbus, „field bus”) [Cucej].

LAN(Local Area Network) - rețele situate într-o zonă limitată (într-un atelier, birou, în cadrul unei fabrici);
OM(Rețele metropolitane) - rețele de orașe;
WAN(Rețea de arie largă) - o rețea globală care acoperă mai multe orașe sau continente. În mod obișnuit, tehnologia Internet este utilizată pentru aceasta.

În prezent, există peste 50 de tipuri de rețele industriale (Modbus, Profibus, DeviceNet, CANopen, LonWorks, ControlNet, SDS, Seriplex, ArcNet, BACnet, FDDI, FIP, FF, ASI, Ethernet, WorldFIP, Foundation Fieldbus, Interbus, BitBus , etc.). Cu toate acestea, doar unele dintre ele sunt răspândite. În Rusia, marea majoritate a sistemelor automate de control al proceselor utilizează rețele Modbus și Profibus. În ultimii ani, interesul pentru rețelele bazate pe CANopen și DeviceNet a crescut. Prevalența uneia sau alteia rețele industriale în Rusia este legată, în primul rând, de preferințele și activitatea companiilor rusești care vând echipamente importate.

2.1. Informații generale despre rețelele industriale

Rețea industrială numit un complex de echipamente și software care asigură schimbul de informații (comunicarea) între mai multe dispozitive. Rețea industrială este baza pentru construirea sistemelor de colectare și control distribuite a datelor.

Deoarece în automatizarea industrială interfețele de rețea pot fi o parte integrantă a dispozitivelor conectate, iar software-ul de rețea al stratului de aplicație model OSI este executat pe procesorul principal al controlerului industrial, uneori este imposibil din punct de vedere fizic să se separe partea rețelei de dispozitivele conectate în rețea. . Pe de altă parte, schimbarea de la o rețea la alta poate fi adesea realizată prin schimbarea software-ului de rețea și a adaptorului de rețea sau prin introducerea unui convertor de interfață, așa că adesea același tip de PLC poate fi utilizat în diferite tipuri de rețele.

Conectarea unei rețele industriale cu componentele sale (dispozitive, noduri de rețea) se realizează folosind interfețe. O interfață de rețea este o graniță logică și (sau) fizică între un dispozitiv și mediul de transmitere a informațiilor. De obicei, această limită este un set de componente electronice și software asociat. Cu modificări semnificative ale structurii interne a dispozitivului sau software-ului, interfața rămâne neschimbată, ceea ce este una dintre caracteristicile care face posibilă distingerea interfeței ca parte a echipamentului.

Cei mai importanți parametri ai interfeței sunt lățimea de bandă și lungimea maximă a cablului conectat. Interfețele industriale asigură de obicei izolație galvanică între dispozitivele conectate. Cele mai comune interfețe seriale în automatizarea industrială sunt RS-485, RS-232, RS-422, Ethernet, CAN, HART, AS-interfață.

Pentru a face schimb de informații, dispozitivele care interacționează trebuie să aibă același lucru protocol de schimb. În forma sa cea mai simplă, un protocol este un set de reguli care guvernează schimbul de informații. Acesta definește sintaxa și semantica mesajelor, operațiunile de control, sincronizarea și stările de comunicare. Protocolul poate fi implementat în hardware, software sau firmware. Numele rețelei coincide de obicei cu numele protocolului, care se explică prin rolul său decisiv în crearea rețelei. În Rusia, se folosesc protocoale de rețea, descrise într-o serie de standarde [GOST - GOST].

De obicei, o rețea folosește mai multe protocoale care alcătuiesc stiva de protocoale- un set de protocoale de comunicare aferente care funcționează împreună și utilizează unele sau toate cele șapte straturi ale modelului OSI [Ghid]. Pentru majoritatea rețelelor, stiva de protocoale este implementată folosind cipuri de rețea specializate sau încorporate într-un microprocesor de uz general.

Interacțiunea dispozitivelor în rețelele industriale se realizează în conformitate cu modelele client server sau editor-abonat (producator-consumator) [Thomesse]. În modelul client-server, două obiecte interacționează. Un server este un obiect care oferă un serviciu, adică, care efectuează unele acțiuni la cererea unui client. O rețea poate conține mai multe servere și mai mulți clienți. Fiecare client poate trimite cereri către mai multe servere și fiecare server poate răspunde la solicitările de la mai mulți clienți. Acest model este util pentru transmiterea datelor care apar periodic sau la momente predeterminate, cum ar fi valorile temperaturii într-un proces batch. Cu toate acestea, acest model este incomod pentru transmiterea unor evenimente care apar aleatoriu, de exemplu, un eveniment constând într-o activare aleatorie a unui senzor de nivel, deoarece pentru a primi acest eveniment clientul trebuie periodic, cu o frecvență înaltă, să solicite starea senzorului și să analizeze aceasta, supraîncărcând rețeaua cu trafic inutil.

Există trei forme de comunicare pentru transmiterea în serie a datelor digitale:

A) comunicare simplex presupune prezența unui emițător și a unui receptor; informațiile sunt transmise într-o singură direcție, comunicarea se realizează printr-o pereche separată de fire;

B) comunicare semi-duplex permite transferul bidirecțional de date, dar nu simultan; comunicarea se realizează printr-un cablu format din două sau patru fire;

ÎN) comunicare duplex asigură transmisia bidirecțională simultană a datelor, iar comunicarea se realizează și prin intermediul unui cablu format din două sau patru fire.

Fiecare dintre formele de comunicare de mai sus necesită ca dispozitivul de recepție să fie pregătit să primească și să identifice fiecare set de date transmis de transmițător. Există două moduri de a rezolva această problemă. La transmisie asincronă fiecare pachet de date este precedat de start bit, iar la finalizarea transmiterii acestui pachet de date ar trebui oprește puțin. În acest fel, receptorul identifică clar începutul și sfârșitul mesajului. Cu toate acestea, din cauza necesității de a verifica în mod constant biții de pornire și oprire, viteza de transmisie pentru acest tip de comunicare este limitată și, de regulă, nu depășește 1200 bps.

Transmisia asincronă este utilizată în condiții de recepție incertă și niveluri ridicate de interferență. Transmisie sincronă nu necesită biți de pornire și oprire, transmițător și receptor sincronizate. Începutul transmisiei și recepției de date este pre-sincronizat de un impuls de ceas, iar apoi fiecare cuvânt al pachetului de date este recunoscut ca un bloc de șapte sau opt biți. Transferul de date sincron poate oferi viteze de peste 1200 bps și este cel mai adesea folosit pentru a transfera fluxuri de date, cum ar fi fișierele de program.

Senzori și comenzi inteligente moderne alături de cele tradiționale Interfață RS-232C poate include, de asemenea, un subsistem serial de intrare/ieșire bazat pe Interfață RS-485. Controlerele logice programabile de la majoritatea producătorilor conțin una sau alta implementare a interfețelor ca mijloc de organizare a sistemelor de achiziție și control de date distribuite geografic RS-422A/RS-485.

RS-232C– o interfață serială standard utilizată pe scară largă. Poate fi folosit pentru transmisia de date sincronă la viteze de până la 20.000 bps pe distanțe de până la 15 metri; pe distante mai mari viteza de transmisie scade. interfata RS-449– acesta este un standard ulterior, are caracteristici îmbunătățite în ceea ce privește viteza și distanța de transmisie față de RS-232; aici se pot atinge viteze de până la 10.000 bps pe o distanță de până la 1 km. Nivelurile de tensiune corespunzătoare standardului RS-232 sunt +12 V pentru „0” logic și –12 V pentru „1” logic. Interfața RS-232 este în prezent standard pentru COM-porturile computerelor personale. Deoarece marea majoritate a microprocesoarelor sunt construite pe TTL-structura(logica tranzistor-tranzistor), unde nivelul zero logic este 0 V, iar nivelul celui logic este +5 V, atunci, evident, nivelurile semnalului trebuie convertite pentru potrivire. Acesta din urmă se realizează folosind circuite integrate - convertoare de nivel, cum ar fi: MS1488 pentru a converti nivelurile TTL în niveluri RS-232 și MS1489 pentru a converti nivelurile RS-232 în niveluri TTL.

Interfață RS-485(EIA-485) este unul dintre cele mai comune standarde de nivel de comunicare fizică (canal de comunicare + metoda de transmitere a semnalului).

O rețea construită pe interfața RS-485 constă din transceiver conectate folosind pereche răsucită– două fire răsucite. Interfața RS-485 se bazează pe principiu diferenţial (echilibrat) transferuri date. Esența sa este de a transmite un semnal pe două fire. Mai mult, pe un fir (condițional A) semnalul original merge, iar celălalt (convențional B) este copia sa inversă. Astfel, există întotdeauna o diferență de potențial între cele două fire ale unei perechi răsucite (Fig. A1.1).

Figura A1.1

Această metodă de transmisie oferă imunitate ridicată la interferența în modul comun, care afectează în mod egal ambele fire ale liniei. Dacă semnalul este transmis prin potențial într-un fir în raport cu comunul, ca în RS-232, atunci interferența pe acest fir poate distorsiona semnalul în raport cu comunul (masă) care absoarbe bine interferența. În plus, diferența de potențial a punctelor comune va scădea peste rezistența unui fir comun lung ca o sursă suplimentară de distorsiune. Cu transmisia diferențială, astfel de distorsiuni nu apar, deoarece într-o pereche răsucită, captarea ambelor fire este aceeași. Astfel, potențialul în firele încărcate egal se modifică în mod egal, în timp ce diferența de potențial informativ rămâne neschimbată.

Implementarea hardware a interfeței - cipuri transceiver cu intrări/ieșiri diferențiale (la linie) și porturi digitale (la porturile controlerului UART). Există două opțiuni pentru această interfață: RS-422Și RS-485.

RS-422 – interfață duplex. Recepția și transmisia sunt asigurate prin două perechi separate de fire. Nu poate exista decât un transmițător pe fiecare pereche de fire.

RS-485 este un trunk analog al interfeței RS-422 semi-duplex. Recepția și transmisia se realizează pe o pereche de fire cu o separare în timp. Pot exista multe transmițătoare într-o rețea, deoarece acestea se pot opri în timpul recepției.

Toate dispozitivele sunt conectate la un cablu torsadat în același mod: ieșiri directe ( A) la un fir, invers ( B) - altcuiva.

Impedanța de intrare a receptorului pe partea de linie este de obicei de 12 kOhm. Deoarece puterea emițătorului nu este infinită, aceasta creează o limită a numărului de receptoare conectate la linie. Conform standardului RS-485, luând în considerare rezistențele de potrivire, emițătorul poate conduce până la 32 de receptoare. Cu toate acestea, folosind microcircuite cu impedanță de intrare crescută, puteți conecta un număr semnificativ mai mare de dispozitive la linie (mai mult de 100 de dispozitive). În acest caz, dispozitivele sunt conectate la linie în paralel, iar controlerul (calculatorul) trebuie să fie echipat cu un dispozitiv suplimentar - un convertor de port serial RS-485/RS-232.

Viteza maximă de comunicare în RS-485 poate ajunge la 10 Mbit/s, iar lungimea maximă a liniei de comunicație este de 1200 m. Dacă este necesar să se organizeze comunicarea la o distanță care depășește 1200 m, sau să se conecteze mai multe dispozitive decât capacitatea de încărcare transmițătorului permite, apoi sunt utilizate repetoare speciale ( repetoare).

Domeniul de tensiune al „1“ și „0“ logic în transmițătorul RS-485 este, respectiv, +1,5...+6 V și, respectiv, -1,5...–6 V și intervalul de tensiune în modul comun al transmițătorului este (–1 ...+3 V).

Valorile parametrilor sunt determinate astfel încât orice dispozitiv care face parte din sistemul informatic de măsurare să rămână operațional în prezența zgomotului de tip general la bornele sale conectate la linia de comunicație, a cărei tensiune este în intervalul de la –7 până la +7 V.

Pentru transferul paralel de date în sistemele informaționale de măsurare, este adesea folosită o interfață standard IEEE-488 (Institutul de Ingineri Electrici și Electronici), numit si HP-IB(Autobuz de interfață Hewlett-Packard) sau GPIB(Bus de interfață de uz general - magistrală de interfață de uz general). Comisia Electrotehnică Internațională ( IEC) a recomandat acest standard ca fiind unul internațional, din acest motiv în spațiul post-sovietic se numește Interfață digitală IEC.

Interfața IEEE-488 a fost dezvoltată pentru instrumente și convertoare electronice programabile și neprogramabile. Este conceput pentru schimbul de informații asincron, axat pe împerecherea dispozitivelor situate unul față de celălalt la o distanță de până la 20 m și asigură funcționarea dispozitivelor de complexitate variabilă în IIS, permite schimbul direct de informații între acestea, la distanță și local. controlul dispozitivelor. Interfața descrisă are o structură principală (Fig. A1.2).

Trunchiul de interfață este format din 24 de linii de semnal, dintre care opt sunt linii de sol, iar liniile rămase sunt împărțite în trei grupuri. Primul grup, format din opt linii de semnal bidirecționale, este magistrala de date. Este conceput pentru a transmite date și comenzi între diferite dispozitive conectate la interfață. Un alt grup de cinci linii de semnal - magistrala de control general, semnalele de control și stare sunt transmise prin intermediul acestuia. Ultimul grup de trei linii este folosit pentru a controla transferul de date ( autobuz de strângere de mână).

Dispozitivele conectate la interfață pot funcționa ca receptori sau surse de mesaje. În orice moment, un singur dispozitiv poate fi o sursă de informații, în timp ce mai multe dispozitive pot acționa simultan ca receptori de mesaje. Unul dintre dispozitivele de pe coloana vertebrală este controlor interfata.

Numărul total de receptoare și surse de informații din IEEE-488 nu trebuie să depășească 31 cu adresare pe un singur octet, iar numărul de dispozitive conectate în paralel trebuie să fie de 15 (inclusiv controlerul de control).

În standardul IEEE-488, un nivel ridicat de semnal într-o linie corespunde unei valori de tensiune egală sau mai mare de 2 V, iar un nivel scăzut corespunde unei valori de tensiune egală sau mai mică de 0,8 V.

Anexa A2