Людина машинний інтерфейс асу тп лекції. Протоколи зв'язку в АСУ ТП. Недотримання стандарту переслідується згідно із законом

Інструкція користувача

1. Введення
1.1. Галузь застосування………………………………………………………………. 3
1.2. Короткий опис можливостей………………………………………………..... 3
1.3. Рівень підготовки користувача………………………………………………... 3

2. Призначення та умови застосування АСУ ТП «ВП»……………………………………. 4

3. Рішення системи АСУ ТП «ВП» ………………………………………………………. 5

4. Запуск системи…………………………………………………………………..……… 6

1. Введення.

1.1. Галузь застосування

Вимоги цього документа застосовуються при:

· Попередніх комплексних випробуваннях;

· Досвідченої експлуатації;

· приймальних випробуваннях;

· Промислової експлуатації.

1.2. Короткий опис можливостей

Програмний продукт «Ваговий потік» призначений для проведення аналітичної роботи, автоматизування та оптимізування процесів документообігу та міжвідомчої логістики різних відділів підприємства. Система також забезпечує можливість оперативного контролю та коригування роботи технічних процесів на підприємствах, пов'язаних з використанням вагового обладнання на елеваторах, нефе- та газосховищах, залізничних товарних станціях та інших промислових об'єктах.

Програмне забезпечення та апаратно-програмний комплекс АСУ ТП «Ваговий Потік» мають модульну структуру.

При роботі зі звітністю найчастіше використовуються: програмне забезпечення «OLE 1C» з функцією online-синхронізації (дозволяє ініціацію зважування із системи бухобліку) та програмне забезпечення "SAP RFC" з функцією online-синхронізації (формує зважування в систему бухобліку), які надає таке:

· Перевірка можливості проїзду ТЗ на територію підприємства;

· Створення документа в «1С» на факт зважування ТЗ на підприємстві;

· Повернення даних про залишок коштів на рахунку контрагента в системі «1С».;

· Пошук документа за номером транспортного засобу та повернення номера документа. Якщо документів кілька, порядок виведення визначається розробником, функція завжди повертає один документ;

повернення інформації про документ; повернення елемента довідника; внесення до документа ваги товару; видача переліку документів на дату.

1.3. Рівень підготовки користувача

Користувач повинен мати досвід роботи з ОС MS Windows (95/98/NT/2000/XP, XP-7), навик роботи з MS Office, а також мати такі знання:

· Знати відповідну предметну область;

· Знати принцип дії автомобільних ваг;

· Вміти навички підключення периферійних пристроїв.

2. Призначення та умови застосування АСУ ТП «ВП».

Диспетчеризація виробництва, транспорту, автошляхів, що успішно застосовується в багатьох галузях діяльності, починаючи від комерційних доріг та переправ, автоматичних паркінгів, закінчуючи автоматизацією роботи газодобувної галузі.

Програмно-апаратний комплекс АСУ ТП «Ваговий Потік» призначений для автоматизації промислових вагових систем (авто ваг, вагонних ваг тощо) та документообігу, конфігурації з урахуванням галузевої приналежності підприємства та особливостей обліку.

Всі системи мають можливість легкої інтеграції в інші системи, наприклад, бухгалтерські системи обліку (1С, «Турбобухгалтер», SAP, ВААN і т. д.) Системи також оснащені опцією дистанційного/віддаленого контролю. Всі наші проекти включають найпрогресивніші та унікальні програмно-апаратні рішення з використання RFID-технологій (радіочастотна ідентифікація), активні та пасивні.

АСУ ТП «Ваговий Потік» включає встановлення систем безпеки та відеоспостереження, СКУД на промислових об'єктах різного призначення та будь-якого рівня складності, з інтеграцією їх у технологічні процеси підприємства та документообіг, а також використання сучасних RFID-технологій, (активні/пасивні) .

3. Рішення системи АСУ ТП "ВП"

Типові варіанти комплектації систем АСУ ТП «Ваговий потік»

Варіанти ідентифікації подій. «Подія» - важлива складова частина, що дозволяє організувати роботу системи без людини, що виключає «ризики», пов'язані з діяльністю непорядних співробітників.

1. Інтелектуальна відео аналітика – система розпізнавання транспортних засобів, номерів ТС/вагони/контейнери;
2. RFID - радіочастотна ідентифікація (активна чи пасивна);
3. Різні датчики – індукційні, теплові датчики;
4. Введення даних про подію людиною

Виконавчі пристрої: - будь-які цифрові пристрої, у конструкції яких закладені порти підключення (COM USB, RS 232/485, мережа IP та ін.);
- будь-які аналогові пристрої з функціями включення/вимкнення (світлофори/двигуни/лампочки/шлагбауми/заслінки та ін.);
- цифрові датчики / аналізатори електронні та з сухими контактами.

Програмні компоненти АСУ ТП "ВП"
У нас існує кілька модулів АСУ ТП ВП - коротко їх функціонал описаний у специфікації, детальніше у посібнику. Нижче наведено основні програмні компоненти Системи АСУ ТП «Ваговий потік». Кожен модуль несе певні основні функції:

1. Сервер - ПО АСУ ТП "Ваговий потік"
Центральна північ ваг (WEB, SQL, УРБД)

2. Вагова програм - АСУ ТП "Ваговий Потік" Модуль авто
3. Використання різних пристроїв – АСУ ТП "Ваговий Потік" Модуль контролер +
в системі

4. Коригування, видимі/невидимі – АСУ ТП «ВП» Модуль Лабораторія

5. Додаткове робоче місце – АСУ ТП «ВП» Модуль додаткове робоче місце
(Можливість підключення віддалено або по мережі до АРМ ПВК)

4. Запуск системи

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

Мал. 2. Інтерфейс АСУ ТП «Ваговий потік»

Інтерфейсскладається з наступних елементів:

1.Меню навігації. Служить для налаштування та керування системою.

2.Кнопки перемикання між вагами. Служать для перемикання відображення стану різних ваг та індикації активних в даний момент ваг, якщо до системи підключено більше ваг.

3.Меню оператора. Служить для керування зважуванням, документами та системою контролю доступу. Перемикає зовнішній вигляд та функції панелі оператора.

4.Панель оператора. Служить для керування зважуванням, документами та системою контролю доступу. Зовнішній вигляд і функції залежать від обраної закладки в меню оператора (поз 3). При запуску системи з'являється панель керування вагою (як на рис. 2).

5.Календар. Служить для вибору результатів зважування, що відображаються на панелі протоколу зважування (поз. 7) за датою та відображення поточної дати.

6.Кнопка "Записати документ". Служить до створення нового документа.

7.Панель протоколу зважувань. Служить для відображення результатів зважування за дату, вибрану в календарі (поз. 5).

8.Панель відео. Відображає відео, яке транслюється з камер відеоспостереження.

Меню навігації(Рис.3) розташовується у верхньому лівому куті монітора і складається з наступних розділів: "Файл", "Конфігурація", "Модулі", "Вікна", "Про програму".

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

Мал. 4. Меню "Файл".

Меню «Конфігурація» (рис. 5)

Надає доступ до службових параметрів системи

«Дизайнер друкованих форм» -служить для реєстрації макетів документів

«Налаштування системи» -служить для конфігурування системи відповідно до необхідних параметрів

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

Мал. 6. Меню "Модулі".

Меню «Вікна» (Мал. 7)

Відображає список відкритих вікон та дозволяє перемикатися між ними

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

Delphi створює програми Windows

MS-Windows надає користувачам оболонку графічного інтерфейсу (GUI), яка забезпечує стандартне середовище користувача та програміста. (GUI) пропонує більш складне та доброзичливе оточення користувача, ніж командно-керований інтерфейс DOS. Робота Windows заснована на інтуїтивно зрозумілих принципах. Вам легко переключитися із завдання на завдання та здійснювати обмін інформацією між ними. Однак розробники програм традиційно стикаються з труднощами програмування, оскільки організація середовища Windows є надзвичайно складною.

Delphi – мова та середовище програмування, що відноситься до класу RAD- (Rapid Application Development «Засіб швидкої розробки додатків») засобів CASE – технології. Delphi зробила розробку потужних програм Windows швидким процесом, що приносить вам задоволення. Програми Windows, для створення яких була потрібна велика кількість людських зусиль, наприклад С++, тепер можуть бути написані однією людиною, яка використовує Delphi.

Інтерфейс Windows забезпечує повне перенесення CASE-технологій до інтегрованої системи підтримки робіт зі створення прикладної системи на всіх фазах життєвого циклу роботи та проектування системи.

Delphi має широкий вибір можливостей, починаючи від проектувальника форм і закінчуючи підтримкою всіх форматів популярних баз даних. Середовище усуває необхідність програмувати такі компоненти Windows загального призначення, як мітки, піктограми та навіть діалогові панелі. Працюючи, ви неодноразово бачили однакові «об'єкти» в багатьох різноманітних додатках. Діалогові панелі (наприклад Choose File і Save File) є прикладами багаторазово використовуваних компонентів, вбудованих безпосередньо в Delphi, який дозволяє пристосувати ці компоненти до наявного завдання, щоб вони працювали саме так, як потрібно додатку, що створюється. Також тут є попередньо визначені візуальні та невізуальні об'єкти, включаючи кнопки, об'єкти з даними, меню та побудовані діалогові панелі. За допомогою цих об'єктів можна, наприклад, забезпечити введення даних кількома натисканнями кнопок миші, не вдаючись до програмування. Це наочна реалізація застосувань CASE-технологій у програмуванні програм. Та частина, яка безпосередньо пов'язана з програмуванням інтерфейсу користувача системою, отримала назву візуальне програмування.

Вигоди від проектування АРМ серед Windows за допомогою Delphi:

Усувається необхідність повторного введення даних;

Забезпечується узгодженість проекту та його реалізації;

Збільшується продуктивність розробки та переносимість програм.

Візуальне програмування як би додає новий вимір під час створення додатків, даючи можливість зображати ці об'єкти на екрані монітора до виконання самої програми. Без візуального програмування процес відображення вимагає написання фрагмента коду, що створює та настроює об'єкт «за місцем». Побачити закодовані об'єкти було можливо лише під час виконання програми. При такому підході досягнення того, щоб об'єкти виглядали і поводилися заданим чином, стає стомлюючим процесом, який вимагає неодноразових виправлень програмного коду з подальшим прогонуванням програми і спостереження за тим, що в результаті вийшло.

Завдяки засобам візуальної розробки можна працювати з об'єктами, тримаючи їх перед очима та отримуючи результати практично одразу. Здатність бачити об'єкти такими, якими вони з'являються в ході виконання програми, знімає необхідність проведення безлічі операцій вручну, що характерно для роботи в середовищі, що не має візуальних засобів - незалежно від того, є вона об'єктно-орієнтованою чи ні. Після того, як об'єкт поміщений у форму середовища візуального програмування, всі його атрибути відразу відображаються у вигляді коду, який відповідає об'єкту як одиниці, що виконується під час роботи програми.

Розміщення об'єктів у Delphi пов'язане з тіснішими відносинами між об'єктами та реальним програмним кодом. Об'єкти розміщуються у вашій формі, при цьому код, що відповідає об'єктам, автоматично записується у вихідний файл. Цей код компілюється, забезпечуючи значно вищу продуктивність, ніж візуальне середовище, яка інтерпретує інформацію лише під час виконання програми.

Інтерфейс користувача системою

ВСТУП

Сучасні методи проектування діяльності користувачів АСУ склалися в рамках системотехнічної концепції проектування, внаслідок чого облік людського фактора обмежився вирішенням проблем узгодження «входів» та «виходів» людини та машини. Разом з тим, при аналізі незадоволеності користувачів АСУ вдається виявити, що вона часто пояснюється відсутністю єдиного, комплексного підходу до проектування систем взаємодії.

Використання системного підходу дозволяє взяти до уваги безліч факторів різного характеру, виділити їх ті, які мають найбільший вплив з погляду наявних загальносистемних цілей і критеріїв, і знайти шляхи і методи ефективного на них. Системний підхід заснований на застосуванні низки основних понять та положень, серед яких можна виділити поняття системи, підпорядкованості цілей та критеріїв підсистем загальносистемним цілям та критеріям тощо. Системний підхід дозволяє розглядати аналіз та синтез різних за своєю природою та складністю об'єктів з єдиної точки зору, виявляючи при цьому найважливіші характерні риси функціонування системи та враховуючи найбільш суттєві для всієї системи фактори. Значення системного підходу особливо велике при проектуванні та експлуатації таких систем, як автоматизовані системи управління (АСУ), які по суті є людино-машинними системами, де людина виконує роль суб'єкта управління.

Системний підхід при проектуванні є комплексним, взаємопов'язаним, пропорційним розглядом всіх факторів, шляхів і методів вирішення складної багатофакторної та багатоваріантної задачі проектування інтерфейсу взаємодії. На відміну від класичного інженерно-технічного проектування під час використання системного підходу враховуються всі чинники проектованої системи - функціональні, психологічні, соціальні і навіть естетичні.

Автоматизація управління неминуче тягне у себе здійснення системного підходу, оскільки передбачає наявність саморегулирующейся системи, що має входами, виходами і механізмом управлінням. Вже саме поняття системи взаємодії вказує на необхідність розгляду навколишнього середовища, в якому вона має функціонувати. Таким чином, система взаємодії повинна розглядатися як частина більш широкої системи – АСУ реального часу, тоді як остання – системи керованого середовища.

В даний час можна вважати доведеним, що головне завдання проектування інтерфейсу користувача полягає не в тому, щоб раціонально «вписати» людину в контур управління, а в тому, щоб, виходячи із завдань управління об'єктом, розробити систему взаємодії двох рівноправних партнерів (людина-оператор) та апаратно-програмний комплекс АСУ), що раціонально управляють об'єктом управління.

ПРЕДМЕТНА ОБЛАСТЬ

Отже, зрозуміло, що людина-оператор є замикаючим ланкою системи управління, тобто. суб'єктом управління,а АПК (апаратно-програмний комплекс) АСУ є інструментальним засобом реалізаціїйого управлінської (оперативної) діяльності, тобто. об'єктом управління. За визначенням В.Ф.Венды, АСУ є гібридний інтелект, у якому оперативний (управлінський) склад і АПК АСУ є рівноправними партнерами під час вирішення складних завдань управління.

Раціональна організація праці операторів АРМ одна із найважливіших чинників, визначальних ефективне функціонування системи загалом. У переважній більшості випадків управлінський працю - опосередкована діяльність людини, оскільки за умов АСУ він веде управління, «не бачачи» реального об'єкта. Між реальним об'єктом управління та людиною-оператором знаходиться інформаційна модель об'єкту(Засоби відображення інформації). Тому виникає проблема проектування як засобів відображення інформації, а й засобів взаємодії людини-оператора з технічними засобами АСУ, тобто. проблема проектування системи, яку слід назвати інтерфейс користувача.

Інтерфейс взаємодії людини з технічними засобами АСУ може бути структурно зображений (див. рис.1.). Він складається з АПК та протоколів взаємодії. Апаратно-програмний комплекс забезпечує виконання функцій:

перетворення даних, що циркулюють в АПК АСУ, в інформаційні моделі, що відображаються на моніторах (СОІ – засоби відображення інформації);

регенерація інформаційних моделей (ІМ);

забезпечення діалогової взаємодії людини з ТЗ АСУ;

перетворення впливів, що надходять від ЧО (людини-оператора), у дані, що використовуються системою управління;

фізична реалізація протоколів взаємодії (узгодження форматів даних, контроль помилок тощо).

Призначення протоколів полягає в тому, щоб забезпечити механізм достовірної та надійної доставки повідомлень між людиною-оператором та СОІ, а отже, між ЧО та системою управління. Протокол- це правило, що визначає взаємодію, набір процедур обміну інформацією між паралельними процесами в реальному масштабі часу. Ці процеси (функціонування АПК АСУ та оперативна діяльність суб'єкта управління) характеризуються, по-перше, відсутністю фіксованих тимчасових співвідношень між настанням подій та, по-друге, відсутністю взаємозалежності між подіями та діями при їх настанні.

Функції протоколу пов'язані з обміном повідомленнями між цими процесами. Формат зміст цих повідомлень утворюють логічні характеристики протоколу. Правила виконання процедур визначають ті дії, які виконують процеси, що спільно беруть участь у реалізації протоколу. Набір цих правил є процедурною характеристикою протоколу. Використовуючи ці поняття, ми можемо формально визначити протокол як сукупність логічних і процедурних характеристик механізму зв'язку між процесами. Логічне визначення становить синтаксис, а процедурне – семантику протоколу.

Генерування зображення за допомогою АПК дозволяє отримувати не тільки двовимірні спроектовані на площину зображення, а й реалізувати картинну тривимірну графіку з використанням площин і поверхонь другого порядку з передачею текстури поверхні зображення.

Залежно від виду зображення, що відтворюється, слід виділити вимоги по алфавіту ІМ, за способом формування символів і по різновиду використання елементів зображення. Використовуваний алфавіт характеризує тип моделі, її образотворчі можливості. Він визначається класом розв'язуваних завдань, задається числом та типом знаків, кількістю градацій яскравості, орієнтацією символів, частотою мерехтіння зображення та ін.

Алфавітповинен забезпечувати побудову будь-яких інформаційних моделей в межах класу, що відображається. Необхідно також прагнути зменшення надмірності алфавіту.

Способи формування знакукласифікуються відповідно до використовуваних елементів зображення і діляться на моделюючі, синтезуючі та генеруючі. Для знака, який формується на екрані ЕЛТ, передчим є матричний формат.

Спостереження за монітором дозволяє користувачеві побудувати зображення режиму системи, яке формується на основі навченості, тренування та досвіду (концептуальна модель), отже, можливе порівняння цього зображення із теоретичним зображенням відповідно до ситуації. Вимога адекватності, ізоморфізму, подібностіпросторово-часової структури відображуваних об'єктів управління та навколишнього середовища визначає ефективність моделі. Реферат >> Інформатика

Підтримка сервісних функцій, забезпечення дружнього інтерфейсу користувача. 2.4. Рішення щодо функціонального розбиття... середи розробки Inprise Delphi Client/Server Suite v. 4. 3.4.1. Вхідна та вихідна інформація Відмінними ознаками даної АС ...

Розробкаавтоматизованої системи заповнення первинної документації підприємства

Дипломна робота >> Інформатика

Системі. Автоматизована система ( АС) – це людина... різних діях користувача. Вибір середи розробкиданої... Починаючи з п'ятої версії в середовищі Delphiдоступні й інші технології, ... : Дружній користувальницький інтерфейс- Необхідно організувати...

Розробкавізуалізатора для знаходження максимального потоку в мережі

Курсова робота >> Комунікації та зв'язок

Систем управління підприємствами ( АСУ). АСУвключають кілька автоматизованих... мітки, кнопки, які підтримують інтерфейс користувачаіз базою даних. Забезпечує... зображень. Локальна версія середи розробки – Delphi Desktop Edition, призначений для...

Розробкаінформаційної системи (2)

Реферат >> Інформатика

Виробництва, підприємства. АСУзастосовуються в... Середа Delphiвключає повний набір візуальних інструментів для швидкісної розробки... development), що підтримує розробкукористувальницького інтерфейсута підключення... документів з користувачемі повного...

Промислові мережі передачі - це одне з основних елементів сучасних АСУ ТП. Поява промислових комунікаційних протоколів започаткувала впровадження територіально розподілених систем управління, здатних охопити безліч технологічних установок, об'єднати цілі цехи, котрий іноді заводи. Сьогодні сфера промислових комунікацій розвивається семимильними кроками: відомо понад 50 стандартів комунікаційних мереж, спеціально адаптованих для промислового застосування, щороку з'являються нові прогресивні технології передачі даних. Це не дивно, адже саме комунікаційні мережі більшою мірою визначають якість, надійність та функціональні можливості АСУ ТП загалом.

Мережі передачі даних, що використовуються в АСУ ТП, можна умовно поділити на два класи:

1. Польові шини (Field Buses);
2. Мережі верхнього рівня (операторського рівня, Terminal Buses).

1. Польові шини

Головною функцією польової шини є забезпечення мережевої взаємодії між контролерами та віддаленою периферією (наприклад, вузлами вводу/виводу). Крім цього, до польової шини можуть підключатися різні контрольно-вимірювальні прилади та виконавчі пристрої (Field Devices), забезпечені відповідними мережевими інтерфейсами. Такі пристрої часто називають інтелектуальними (Intelligent Field Devices), оскільки підтримують високорівневі протоколи мережного обміну.

Як було зазначено, існує безліч стандартів польових шин, найбільш поширеними з яких є:

1. Profibus DP;
2. Profibus PA;
3. Foundation Fieldbus;
4. Modbus RTU;
5. HART;
6. DeviceNet.

Незважаючи на нюанси реалізації кожного зі стандартів (швидкість передачі даних, формат кадру, фізичне середовище), у них є одна спільна риса - алгоритм мережевого обміну даними, що використовується, заснований на класичному принципі Master-Slave або його невеликих модифікаціях. Сучасні польові шини задовольняють суворим технічним вимогам, завдяки чому стає можливою їх експлуатація у важких промислових умовах. До цих вимог належать:

1. Детермінованість.Під цим мається на увазі, що передача повідомлення з одного вузла мережі до іншого займає строго фіксований відрізок часу. Офісні мережі, побудовані за технологією Ethernet, – це чудовий приклад недетермінованої мережі. Сам алгоритм доступу до середовища за методом CSMA/CD не визначає час, за який кадр з одного вузла мережі буде переданий іншому, і, строго кажучи, немає жодних гарантій, що кадр взагалі дійде до адресата. Для промислових мереж це неприпустимо. Час передачі повинен бути обмежений і в загальному випадку, з урахуванням кількості вузлів, швидкості передачі даних і довжини повідомлень, може бути заздалегідь розрахований.

2. Підтримка великих відстаней.Це суттєва вимога, адже відстань між об'єктами управління може часом досягати кількох кілометрів. Протокол, що застосовується, повинен бути орієнтований на використання в мережах великої протяжності.

3. Захист від електромагнітних наведень.Довгі лінії особливо схильні до згубного впливу електромагнітних перешкод, випромінюваних різними електричними агрегатами. Сильні перешкоди в лінії можуть спотворити дані до невпізнання. Для захисту від таких перешкод застосовують спеціальні екрановані кабелі, а також оптоволокно, яке через світлову природу інформаційного сигналу взагалі нечутливе до електромагнітних наведень. Крім цього, в промислових мережах повинні використовуватися спеціальні методи цифрового кодування даних, що перешкоджають їх спотворенню в процесі передачі або, принаймні, дозволяють ефективно детектувати спотворені дані вузлом, що приймає.

4. Зміцнена механічна конструкція кабелів та з'єднувачів.Тут також немає нічого дивного, якщо уявити, в яких умовах найчастіше доводиться прокладати комунікаційні лінії. Кабелі та з'єднувачі повинні бути міцними, довговічними та пристосованими для використання у найважчих умовах (у тому числі в агресивних атмосферах, в умовах підвищеного рівня вібрацій, вологості).

По виду фізичного середовища передачі даних польові шини поділяються на два типи:

1. Польові шини, побудовані з урахуванням оптоволоконного кабелю. Переваги використання оптоволокна очевидні: можливість побудови протяжних комунікаційних ліній (довжиною до 10 км і більше); велика смуга пропускання; нечутливість до електромагнітних перешкод; можливість прокладання у вибухонебезпечних зонах. Недоліки: - відносно висока вартість кабелю; складність фізичного підключення та з'єднання кабелів. Ці роботи мають виконуватися кваліфікованими фахівцями.
2. Польові шини, побудовані з урахуванням мідного кабелю. Як правило, це двопровідний кабель типу "вита пара" зі спеціальною ізоляцією та екрануванням. Переваги: ​​прийнятна вартість; легкість прокладання та виконання фізичних з'єднань. Недоліки: схильний до впливу електромагнітних наведень; обмежена довжина кабельних ліній; менша порівняно з оптоволокном смуга пропускання.

Прикладом модуля, що забезпечує підключення контролера Simatic S7-300 до мережі Profibus DP з оптоволоконним кабелем, є процесор комунікаційний CP 342-5 FO. Для підключення S7-300 до мережі Profibus DP з мідним кабелем можна використовувати модуль CP 342-5.

2. Мережі верхнього рівня

Мережі верхнього рівня АСУ ТП служать передачі даних між контролерами, серверами і операторськими робочими станціями. Іноді до таких мереж входять додаткові вузли: центральний сервер архіву, сервер промислових додатків, інженерна станція тощо. Але це вже налаштування.

Які мережі використовують на верхньому рівні АСУ ТП? На відміну від стандартів польових шин тут особливого розмаїття немає. Фактично більшість мереж верхнього рівня, що застосовуються в сучасних АСУ ТП, базуються на стандарті Ethernet (IEEE 802.3) або на його швидших варіантах Fast Ethernet і Gigabit Ethernet. При цьому зазвичай використовується комунікаційний протокол TCP/IP. У цьому плані мережі операторського рівня дуже схожі на звичайні ЛОМ, що застосовуються в офісних програмах. Широке промислове застосування мереж Ethernet обумовлено такими очевидними моментами:

1) Промислові мережі верхнього рівня об'єднують безліч операторських станцій та серверів, які в більшості випадків є персональними комп'ютерами. Стандарт Ethernet відмінно підходить для організації подібних ЛОМ; при цьому необхідно забезпечити кожен комп'ютер лише мережним адаптером (NIC, network interface card). Багато сучасних контролерів мають комунікаційні модулі для підключення до мереж Ethernet (наприклад, комунікаційний процесор CP 343-1 дозволяє підключити S7-300 до мережі Industrial Ethernet).

2) На ринку існує великий вибір недорого комунікаційного обладнання для мереж Ethernet, зокрема спеціально адаптованого для промислового застосування.

3) Мережі Ethernet мають велику швидкість передачі даних. Наприклад, стандарт Gigabit Ethernet дозволяє передавати дані зі швидкістю до 1 Gb в секунду при використанні кручений пари категорії 5. Як буде зрозуміло далі, велика пропускна спроможність мережі стає надзвичайно важливим моментом для промислових додатків.

4) Використання на верхньому рівні АСУ ТП мережі Ethernet забезпечує можливість простого стикування мережі АСУ ТП з локальною мережею заводу (або підприємства). Як правило, існуюча ЛОМ заводу базується на стандарті Ethernet. Використання єдиного мережевого стандарту дозволяє спростити інтеграцію АСУ ТП у загальну мережу підприємства.

Проте промислові мережі верхнього рівня АСУ ТП мають свою специфіку, обумовлену умовами промислового застосування. Типовими вимогами до таких мереж є:

1. Велика пропускна спроможність та швидкість передачі даних. Обсяг трафіку безпосередньо залежить від багатьох факторів: кількості технологічних параметрів, що архівуються і візуалізуються, кількості серверів і операторських станцій, використовуваних прикладних додатків і т.д. На відміну від польових мереж жорсткої вимоги детермінованості тут немає: строго кажучи, неважливо, скільки часу займе передача повідомлення від одного вузла до іншого - 100 мс або 700 мс (звісно, ​​це не важливо, поки що знаходиться в розумних межах). Головне, щоб мережа загалом могла справлятися із загальним обсягом трафіку за певний час. Найбільш інтенсивний трафік йде ділянками мережі, що з'єднує сервери та операторські станції (клієнти). Це пов'язано з тим, що на операторській станції технологічна інформація оновлюється в середньому раз на секунду, причому технологічних параметрів, що передаються, може бути кілька тисяч. Але й тут немає жорстких тимчасових обмежень: оператор не помітить, якщо інформація оновлюватиметься, скажімо, кожні півтори секунди замість однієї. У той же час, якщо контролер (з циклом сканування 100 мс) зіткнеться з 500-мілісекундною затримкою надходження нових даних від датчика, це може призвести до некоректного відпрацювання алгоритмів управління.

2. Відмовостійкість. Досягається, як правило, шляхом резервування комунікаційного обладнання та ліній зв'язку за схемою 2*N так, що у разі виходу з ладу комутатора або обриву каналу система управління здатна в найкоротші терміни (не більше 1-3 с) локалізувати місце відмови, виконати автоматичну перебудову топології та перенаправити трафік на резервні маршрути.

3. Відповідність мережного обладнання промисловим умовам експлуатації. Під цим маються на увазі такі важливі технічні заходи, як: - захист мережного обладнання від пилу та вологи; - Розширений температурний діапазон експлуатації; - Збільшений цикл життя; - Можливість зручного монтажу на DIN-рейку; - низьковольтне харчування з можливістю резервування; - міцні та зносостійкі роз'єми та конектори.

Функції промислового мережевого обладнання практично не відрізняються від офісних аналогів, проте, зважаючи на спеціальне виконання, коштує воно дещо дорожче. На малюнку 1 наведено приклад фотографії мережевих комутаторів промислового виконання, що забезпечують підтримку резервованої топології мережі.

Рис.1Промислові комутатори SCALANCE X200 виробництва Siemens (ліворуч) та LM8TX від Phoenix Contact (праворуч): монтаж на DIN-рейку

Говорячи про промислові мережі, побудовані з урахуванням технології Ethernet, часто використовують термін Industrial Ethernet, натякаючи цим їх промислове призначення. Зараз ведуться великі дискусії про виділення Industrial Ethernet в окремий промисловий стандарт, проте на даний момент Industrial Ethernet - це лише перелік технічних рекомендацій щодо організації мереж у виробничих умовах, і є, строго кажучи, неформалізованим доповненням до специфікації фізичного рівня стандарту Ethernet.

Є й інша думка про те, що таке Industrial Ethernet. Справа в тому, що останнім часом розроблено безліч комунікаційних протоколів, що базуються на стандарті Ethernet та оптимізовані для передачі критичних на час даних. Такі протоколи умовно називають протоколами реального часу, маючи на увазі, що з їхньою допомогою можна організувати обмін даними між розподіленими додатками, які критичні на час виконання та вимагають чіткої тимчасової синхронізації. Кінцева мета – досягти відносної детермінованості під час передачі даних. Як приклад Industrial Ethernet можна навести:

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

Ці протоколи різною мірою модифікують стандартний протокол TCP/IP, додаючи до нього нові алгоритми мережного обміну, діагностичні функції, методи самокоригування та функції синхронізації. При цьому канальний та фізичний рівні Ethernet залишаються незмінними. Це дозволяє використовувати нові протоколи передачі даних у існуючих мережах Ethernet із використанням стандартного комунікаційного обладнання.

Обмін інформацією між пристроями, що входять до складу автоматизованої системи (комп'ютерами, контролерами, датчиками, виконавчими пристроями) відбувається у загальному випадку через промислову мережу(Fieldbus, "польову шину") [Cucej].

• LAN(Local Area Network) – мережі, розташовані на обмеженій території (у цеху, офісі, в межах заводу);
• MAN(Metropolitan Area Networks) -мережі міст;
• WAN(Wide Area Network) -глобальна мережа, що охоплює кілька міст чи континентів. Зазвичай цього використовують Internet -технологию.

В даний час налічується більше 50 типів промислових мереж (Modbus, Profibus, DeviceNet, CANopen, LonWorks, ControlNet, SDS, Seriplex, ArcNet, BACnet, FDDI, FIP, FF, ASI, Ethernet, WorldFIP, Fitation .). Проте найпоширенішими є лише частина їх. У Росії переважна більшість АСУ ТП використовують мережі Modbus та Profibus. В останні роки зріс інтерес до мереж на основі CANopen та DeviceNet. Поширеність у Росії тій чи іншій промислової мережі пов'язана, насамперед, з перевагами та активністю Російських фірм, які продають імпортне устаткування.

2.1. Загальні відомості про промислові мережі

Промислова мережаназивають комплекс обладнання та програмного забезпечення, які забезпечують обмін інформацією (комунікацію) між декількома пристроями. Промислова мережає основою для побудови розподілених систем збирання даних та управління.

Оскільки в промисловій автоматизації мережеві інтерфейси можуть бути невід'ємною частиною пристроїв, що з'єднуються, а мережне програмне забезпечення прикладного рівня моделі OSI виконується на основному процесорі промислового контролера, то відокремити мережеву частину від пристроїв, що об'єднуються в мережу, іноді фізично неможливо. З іншого боку, зміну однієї мережі на іншу часто можна виконати за допомогою заміни мережного програмного забезпечення та мережного адаптера або введенням перетворювача інтерфейсу, тому часто той самий тип ПЛК може використовуватися в мережах різних типів.

З'єднання промислової мережі з її компонентами (пристроями, вузлами мережі) виконується за допомогою інтерфейсів. Мережевим інтерфейсом називають логічну та (або) фізичну межу між пристроєм та середовищем передачі інформації. Зазвичай цією межею є набір електронних компонентів та пов'язаного з ними програмного забезпечення. При суттєвих модифікаціях внутрішньої структури пристрою або програмного забезпечення інтерфейс залишається без змін, що є одним із ознак, що дозволяють виділити інтерфейс у складі обладнання.

Найбільш важливими параметрами інтерфейсу є пропускна здатність і максимальна довжина кабелю, що підключається. Промислові інтерфейси зазвичай забезпечують гальванічну розв'язку між пристроями, що з'єднуються. Найбільш поширені у промисловій автоматизації послідовні інтерфейси RS-485, RS-232, RS-422, Ethernet, CAN, HART, AS-інтерфейс.

Для обміну інформацією пристрої, що взаємодіють, повинні мати однаковий протокол обміну. У найпростішій формі протокол – це набір правил, які керують обміном інформацією. Він визначає синтаксис та семантику повідомлень, операції управління, синхронізацію та стани при комунікації. Протокол може бути реалізований апаратно, програмно чи програмно-апаратно. Назва мережі зазвичай збігається з назвою протоколу, що пояснюється його визначальною роллю під час створення мережі. У Росії її використовуються мережеві протоколи, описані у серії стандартів [ГОСТ - ГОСТ].

Зазвичай мережа використовує кілька протоколів, що утворюють стек протоколів- Набір пов'язаних комунікаційних протоколів, які функціонують спільно і використовують деякі або всі сім рівнів моделі OSI [Посібник]. Для більшості мереж стек протоколів реалізовано за допомогою спеціалізованих мережевих мікросхем або вбудовано в універсальний мікропроцесор.

Взаємодія пристроїв у промислових мережах виконується відповідно до моделей клієнт-серверабо видавець-передплатник (виробник-споживач) [Thomesse]. У моделі клієнт-сервер взаємодіють два об'єкти. Сервером є об'єкт, який надає сервіс, тобто який виконує деякі дії на запит клієнта. Мережа може містити кілька серверів та кілька клієнтів. Кожен клієнт може надсилати запити кільком серверам, а кожен сервер може відповідати запити кількох клієнтів. Ця модель зручна для передачі даних, які з'являються періодично або заздалегідь відомий час, як, наприклад, значення температури в періодичному технологічному процесі. Однак ця модель незручна для передачі випадково виникає подій, наприклад, події, що полягає у випадковому спрацьовуванні датчика рівня, оскільки для отримання цієї події клієнт повинен періодично, з високою частотою, запитувати стан датчика та аналізувати його, перевантажуючи мережу марним трафіком.

Для послідовної передачі цифрових даних існує три форми зв'язку:

а) симплексний зв'язокпередбачає наявність одного передавача та одного приймача; інформація передається в одному напрямку, зв'язок здійснюється через окрему пару дротів;

Б) напівдуплексний зв'язокдопускає двонаправлену передачу даних, але з одночасно; зв'язок здійснюється по кабелю, що складається із двох або чотирьох проводів;

в) дуплексний зв'язокзабезпечує одночасну двонаправлену передачу даних, а зв'язок здійснюється також кабелю, що складається з двох або чотирьох проводів.

Для кожної із зазначених вище форм зв'язку необхідно, щоб приймальний пристрій був готовий прийняти та ідентифікувати кожен набір даних, переданий передавачем. Існують два способи вирішення цього завдання. При асинхронної передачікожному пакету даних передує старт-біт, а після передачі цього пакета даних слід стоп-біт. Таким чином, приймач чітко визначає початок та кінець повідомлення. Однак через необхідність постійної перевірки старт-і стоп-бітів швидкість передачі при даному виді зв'язку обмежена і, як правило, не перевищує 1200 біт/с.

Асинхронна передача використовується в умовах невпевненого прийому та високого рівня перешкод. Синхронна передачане вимагає старт-і стоп-бітів, передавач та приймач синхронізовані. Початок прийому-передачі даних попередньо синхронізується синхроімпульсом, а потім кожне слово пакета даних розпізнається як блок семи або восьми біт. Синхронна передача даних може забезпечувати швидкість понад 1200 біт/с і найчастіше застосовується передачі таких потоків даних, як програмні файли.

Сучасні інтелектуальні датчики та елементи управління поряд із традиційним інтерфейсом RS-232Cможуть мати також у своєму складі підсистему послідовного введення-виведення на базі інтерфейсу RS-485. Програмовані логічні контролери більшості виробників як засоби організації територіально-розподілених систем збору даних та управління містять ту чи іншу реалізацію інтерфейсів RS-422А/RS-485.

RS-232C– поширений стандартний послідовний інтерфейс. Він може бути використаний для синхронної передачі даних зі швидкістю до 20000 біт/с на відстань до 15 метрів; більш довгі дистанції швидкість передачі зменшується. інтерфейс RS-449– це більш пізній стандарт, він має покращені порівняно з RS-232 характеристики зі швидкості та відстані передачі; тут можна досягти швидкість до 10 000 біт/с на відстань до 1 км. Рівні напруги, що відповідають стандарту RS-232, становлять +12 для логічного "0" і -12 для логічного "1". інтерфейс RS-232 є в даний час стандартним для СОМ-портів персональних комп'ютерів Оскільки переважна більшість мікропроцесорів побудовано на ТТЛ-структурі(транзисторно-транзисторна логіка), де рівень логічного нуля становить 0, а логічної одиниці +5, то, очевидно, що рівні сигналів необхідно перетворювати для узгодження. Останнє досягається використанням інтегральних мікросхем – перетворювачів рівня, таких як: МС1488для перетворення ТТЛ-рівнів на рівні RS-232 і МС1489для перетворення рівнів RS-232 у ТТЛ-рівні.

Інтерфейс RS-485(EIA-485) – один із найбільш поширених стандартів фізичного рівня зв'язку (канал зв'язку + спосіб передачі сигналу).

Мережа, побудована на інтерфейсі RS-485, є приймачами, з'єднаними за допомогою кручений пари- Двох скручених проводів. В основі інтерфейсу RS-485 лежить принцип диференціальної (балансною) передачіданих. Суть його полягає у передачі одного сигналу по двох дротах. Причому по одному дроту (умовно A) йде оригінальний сигнал, а інакше (умовно B) – його інверсна копія. Таким чином, між двома проводами крученої пари завжди є різниця потенціалів (рис. А1.1).

Малюнок А1.1

Такий спосіб передачі забезпечує високу стійкість до синфазної перешкоди, що діє на обидва дроти лінії однаково. Якщо сигнал передається потенціалом в одному дроті відносно загального, як в RS-232, то наведення на цей провід можуть спотворити сигнал відносно загального, що добре поглинає наведення («землі»). Крім того, на опорі довгого загального дроту падатиме різниця потенціалів загальних точок як додаткове джерело спотворень. При диференціальній передачі таких спотворень немає, оскільки у кручений парі наведення на обидва дроти однакова. Таким чином, потенціал у однаково навантажених дротах змінюється однаково, при цьому інформативна різниця потенціалів залишається без змін.

Апаратна реалізація інтерфейсу – мікросхеми приймачів з диференціальними входами/виходами (до лінії) та цифровими портами (до портів UART-контролера). Існують два варіанти такого інтерфейсу: RS-422і RS-485.

RS-422 – дуплексний інтерфейс. Прийом та передача забезпечуються за двома окремими парами проводів. На кожній парі проводів може бути лише по одному передавачу.

RS-485 – напівдуплексний магістральний аналог інтерфейсу RS-422. Прийом та передача виконуються по одній парі проводів із поділом у часі. У мережі може бути багато передавачів, оскільки вони можуть вимикатися в режимі прийому.

Всі пристрої підключаються до однієї кручений пари однаково: прямі виходи ( A) до одного дроту, інверсні ( B) - До іншого.

Вхідний опір приймача з боку лінії зазвичай становить 12 кОм. Оскільки потужність передавача не безмежна, це створює обмеження кількості приймачів, підключених до лінії. Відповідно до стандарту RS-485, з урахуванням резисторів, що погоджують, передавач може вести до 32 приймачів. Однак, застосовуючи мікросхеми з підвищеним вхідним опором, можна підключати до лінії значно більше пристроїв (більше 100 приладів). При цьому прилади підключаються до лінії паралельно, а контролер (комп'ютер) має бути додатковим пристроєм – перетворювачем послідовного порту RS-485/RS-232.

Максимальна швидкість зв'язку в RS-485 може досягати 10 Мбіт/сек, а максимальна довжина лінії зв'язку – 1200 м. Якщо необхідно організувати зв'язок на відстані, що перевищує 1200 м, або підключити більше пристроїв, ніж допускає здатність навантаження передавача, то застосовують спеціальні повторювачі ( репітери).

Діапазон напруг логічних “1“ та “0“ у передавачі RS-485 становлять, відповідно, +1,5...+6 В та –1,5...–6 В, а діапазон синфазної напруги передавача – (–1 ...+3 У).

Значення параметрів визначені таким чином, що будь-який пристрій, що входить до складу вимірювальної інформаційної системи, зберігає працездатність за наявності на його клемах, підключених до лінії зв'язку, перешкоди загального вигляду, напруга якої знаходиться в діапазоні від -7 до +7.

Для паралельної передачі у вимірювальних інформаційних системах часто використовується стандартний інтерфейс IEEE-488 (Institute of Electrical and Electronics Engineers), званий також HP-IB(Hewlett-Packard Interface Bus)або GPIB(General Purpose Interface Bus –інтерфейсна шина загального застосування. Міжнародна електротехнічна комісія ( ПЕК) рекомендувала цей стандарт як міжнародний, тому на пострадянському просторі він носить назву цифровий інтерфейс МЕК.

інтерфейс IEEE-488 був розроблений для програмованих та непрограмованих електронних вимірювальних приладів та перетворювачів. Він розрахований на асинхронний обмін інформацією, орієнтований на сполучення пристроїв, що розташовуються відносно один одного на відстані до 20 м, та забезпечує роботу в ІІС приладів різної складності, допускає прямий обмін інформацією між ними, дистанційне та місцеве управління приладами. Описуваний інтерфейс має магістральну структуру (рис. А1.2).

Магістраль інтерфейсу складається з 24 сигнальних ліній, вісім із яких – лінії заземлення, інші лінії розбиті втричі групи. Перша група, що складається з восьми двонаправлених сигнальних ліній, є шиною даних. Вона призначена передачі даних і команд між різними приладами, приєднаними до інтерфейсу. Інша група із п'яти сигнальних ліній – шина загального керування, по ній передаються сигнали керування та стану. Остання група з трьох ліній використовується для управління передачею даних ( шина квитування).

Прилади, приєднані до інтерфейсу, можуть працювати як приймачі чи джерела повідомлень. У кожний момент часу лише один пристрій може бути джерелом інформації, тоді як приймачами повідомлень можуть одночасно працювати кілька пристроїв. Один із пристроїв на магістралі є контролеромінтерфейсу.

Загальна кількість приймачів і джерел інформації в IEEE-488 не повинна перевищувати 31 при однобайтовій адресації, а число приладів, що паралельно підключаються, - 15 (включаючи керуючий контролер).

У стандарті IEEE-488 високому рівню сигналу лінії відповідає значення напруги, рівне чи більше 2 У, а низькому рівню – значення, рівне чи менше 0,8 У.

Додаток А2