Контролери для автоматизації виробництва: класифікація та архітектура

У процесі проектування систем, які забезпечують виробничі завдання, враховується безліч експлуатаційних нюансів. Кожен комплекс індивідуальний, але принципи його реалізації спираються на базовий набір вимог. Система повинна бути ефективної, надійної, функціональної і в той же час ергономічної. Зв'язку між технічною частиною виробничого забезпечення і завданнями управління реалізують контролери для автоматизації процесів. У них концентрується інформація, що надходить від різних технологічних ділянок, яка і виступає основою для прийняття тих чи інших рішень.

Класифікація контролерів по сфері застосування

Практично кожне сучасне підприємство певною мірою використовує системи, що дозволяють автоматизувати робочі процеси. Причому характер обслуговуються функцій може бути абсолютно різним. Так, у сфері хімічної промисловості програмована апаратура через контролери управляє дозуванням, обсягами подачі сипучих і рідинних матеріалів, відстежує властивості різних речовин за допомогою датчиків і т. д. В сфері обслуговування транспортних організацій упор робиться на управлінні силовий технікою, як правило, вантажно-розвантажувальної. Широко поширені і універсальні контролери для автоматизації систем вентиляції, опалення та водопостачання. Це група систем, керуючих інженерно-комунальним забезпеченням на підприємствах у різних сферах. І навпаки, існують вузькоспеціалізовані області, в яких необхідна індивідуальна розробка систем під конкретні потреби. До таких напрямків можна віднести нафтовидобувну промисловість і металургійні комбінати.

Принцип дії контролерів

Промисловий контролер являє собою мікропроцесор, в якому передбачається апаратна і програмна частина. Перша частина, власне, обслуговує фізичну роботу системи, заснованої на вкладеній у програмі виконання завдань. Важливим аспектом будь-якої конфігурації даного типу є регулююча інфраструктура. Тобто програмна основа відповідає за прийняття тих чи інших рішень, але в подальшому отримані сигнали надходять на пункти команд, що віддаються безпосередньо робочого обладнання. Таким чином контролери для автоматизації керують верстатами, конвеєрними лініями, технічними силовими засобами і т. д. Іншим не менш важливим компонентом загальної керуючої інфраструктури є датчики та індикатори, на основі показників яких контролер виробляє рішення або стратегічні ланцюжки, що визначають режими роботи обладнання. Це можуть бути датчики, які оцінюють стан апаратів і агрегатів, що обслуговуються матеріалів, параметри мікроклімату у виробничому приміщенні та інші характеристики.

Архітектури контролерів автоматизації

Під архітектурою контролера розуміється сукупність компонентів, за рахунок яких реалізується функція управління автоматикою. Як правило, архітектурна конфігурація припускає наявність у комплексі процесора, мережних інтерфейсів, запам'ятовуючого пристрою і систем вводу-виводу. Це базова комплектація, але в залежності від потреб конкретного проекту склад і характеристики окремих частин можуть змінюватися. Складні контролери для автоматизації називаються модульними. Якщо традиційна проста архітектура являє собою уніфікований блок з типовим складом функціональних елементів, які недоступні для зміни оператором, то в складних архітектурних моделях реалізується багатокомпонентна модульна конфігурація. В ній допускається не просто обслуговування єдиного закритого блоку, але і кожного модуля окремо. Тепер варто розглянути окремі частини архітектури докладніше.

Різновиди модулів архітектури

Базове модульний пристрій представлено мікропроцесором. Від його потужності залежить, наскільки складними можуть бути завдання, які вирішуються конкретним контролером. Також має значення і запам'ятовуючий пристрій. Воно може бути інтегровано в систему без можливості подальшої зміни. Але найчастіше використовуються зовнішні флеш-модулі пам'яті, які цілком можна змінювати в залежності від поточних завдань. Відповідальність за дії, які беруть промислові контролери автоматизації, багато в чому несуть пристрої введення-виведення. По цих каналах процесор приймає інформацію для обробки і надалі дає відповідні команди. В сучасних комплексах все більшу роль відіграють інтерфейсні модулі, від яких залежать комунікаційні можливості контролера.

Основні характеристики процесорного модуля

При розробці керуючої системи особливо важливо враховувати базові характеристики і можливості мікропроцесора. Що стосується основних робочих параметрів даного модуля, то до них відноситься тактова частота, розрядність, періоди виконання завдань, пам'ять та ін Але навіть ці характеристики не завжди стають вирішальними, оскільки робочих показників сучасних навіть бюджетних мікропроцесорів вистачає на обслуговування більшої частини виробничих процесів. Набагато важливіше визначитися з комунікаційними можливостями і функціями, які виконують контролери для автоматизації роботи підприємства. Зокрема, на перше місце за вимогами оператори ставлять здатність роботи з широким спектром мережевих каналів, інтерфейсів і мов програмування. Окремо варто відзначити і можливість підключення пристроїв індикації, органів управління, сучасних дисплеїв і інших компонентів.

Операторська панель

Незалежно від характеристик начинки контролера для управління його функціями обов'язково повинен бути передбачений і операторський пункт з відповідним реле. Зовні такі пристрої нагадують невеликий комп'ютер, забезпечений пристроями введення та виведення, датчиками технологічних процесів і дисплеєм. Найпростіші контролери для автоматизації виробництва передбачають можливість програмування через дану панель. Причому під програмуванням можуть матися на увазі елементарні установки команд початкового рівня. Найбільш складні операторські панелі також виконують самодіагностику і самокалібрування.

Джерела живлення системи автоматизації

Середній діапазон напруги, що живлять промислові контролери, знаходиться в діапазоні 12-48 Ст. Джерелом зазвичай виступає місцева мережа на 220В. При цьому далеко не завжди блок живлення знаходиться в близькості по відношенню до обслуговується апаратурі. Наприклад, якщо використовуються контролери для автоматизації котельної на металургійному багатоступінчастому виробництві, то розподілена мережа живлення може бути рівновіддалена від декількох споживачів енергії. Тобто один контур буде обслуговувати котел для м'яких металів, а інший – для твердих. При цьому в лініях може змінюватися і напруга.

Висновок

Системи автоматизації робочих процесів все щільніше входять в інфраструктуру сучасних підприємств. Відповідно, отримують широке поширення і контролери для систем автоматизації в різних модифікаціях. Саме по собі зміст такого пристрою не вимагає особливих витрат. Основні труднощі в роботі з даною апаратурою стосуються якості програмування і оптимізації конфігураційної компонування. Але разом з цим для спрощення операторських функцій стають все популярнішими і модулі, що передбачають самостійне налаштування за основним даних, введених користувачем.