1 ohjausjärjestelmän komponentit
Teollisuusohjausjärjestelmän ICS: n komponentit voidaan jakaa laajasti kahteen luokkaan riippuen siitä, missä ne sijaitsevat: ohjauskeskuksen laitteet ja etäpaikan laitteet. Ohjauskeskuksen laitteet sijaitsevat System Control Centerissä ja sisältävät HMI: n (HMI), insinöörityöasemat ja historiapalvelimet (historioitsija). Etäpaikan laitteet ovat laitteita, jotka sijaitsevat tuotantopaikalla ja jotka ovat suoraan yhteydessä toimilaitteisiin ja antureihin, joiden ensisijainen tehtävä on valvoa ja hallita fyysistä prosessia. Vaikka sivustolaitteet eivät yleensä ole vuorovaikutuksessa suoraan ihmisten kanssa, niitä hyökätään todennäköisemmin ja vaarannetaan, koska tuotantopaikat ovat yleensä vähemmän turvallisia kuin valvontakeskukset.
1.1 Ohjauskeskuksen laitteet
Ihmisen koneen rajapinta HMIS (joskus kutsutaan SCADA -järjestelmiksi) ovat järjestelmiä, joiden avulla operaattorit voivat seurata ja hallita prosesseja. HMIS HMI: t ovat yleensä puhtaita ohjelmistosovelluksia, jotka toimivat yleiskäyttöisellä tietokoneella, jotka ovat tyypillisesti Microsoft Windowsin käyttöjärjestelmäympäristöissä. Yleisiä teollisuuden HMI-arvoja ovat Wonderware, Siemensin Wincc, Rockwellin RSView ja Areva E-Terra, ja myös Kinseal on hyvä valinta.
Historiapalvelinhistorioitsija on tietokantapalvelin, joka tallentaa prosessinhallintajärjestelmän tilan. Joissakin tapauksissa, jos historioitsija on riittävän voimakas, sitä voidaan käyttää myös HMI: nä ohjausjärjestelmään. Historioitsija toimii tyypillisesti suurissa käyttöjärjestelmissä ja yleisissä laitteistoissa, ja se heijastuu yleensä yritysverkossa.
1.2 Etäpaikan laitteet
Etäpaikan laitteita ovat PLC: t, etäpääteyksiköt RTU: t, älykkäät elektroniset laitteet IED: t ja elektroniset releet. Vaikka näiden laitteiden toiminnot vaihtelevat suuresti, ne voidaan karkeasti ryhmitellä yhteen niiden sijainnin ja yhtäläisyyksien perusteella. Näissä laitteissa käytetyssä laitteistoarkkitehtuurissa on myös yhtäläisyyksiä, jotka yleensä tarjoavat analogisen tai digitaalisen tuloa/lähtöä (I/O) ja ohjaustoiminnot. He lukevat tietoja suoraan antureista ja lähettävät toimintakomentoja toimilaitteille, ja joissain tapauksissa ne on kytketty muihin kenttälaitteisiin.
Tässä artikkelissa esitetään yksinkertaistettu keskustelu laitteista. Itse asiassa kukin näistä yllä mainituista laitteista (PLC: t, RTU: t, IED: t ja elektroniset releet) suorittaa tietyn osat toimintojen osajoukon ohjausjärjestelmän objektimallissa (ORM). Esimerkiksi RTU: t, jotka ovat yleensä vain SCADA -järjestelmien, jotka tarjoavat vain kentän I/O -ohjauksen, funktio, suorittavat näytteenottoa kentän I/O -anturien kautta ja erikseen RTU: t tuottavat liipaisimia toimilaitteille. Elektroniset releet suorittavat aina näytteenotto- ja laukaisut toiminnot. RTU tuottaa tilatietokenttäpisteitä ja joissain tapauksissa käsittelevät komentotietokenttäpisteitä. Releet tuottavat tilatietokenttäpisteitä, mutta ne käsittelevät vähemmän käskettyjä tietokenttäpisteitä.RTU: lla ei yleensä ole paikallista ohjaustoimintoa, mutta releissä on tämä toiminnallisuus. Sen lisäksi, että PLC: llä on kommunikointia anturien, toimilaitteiden ja korkeamman tason ohjaustoimintojen kanssa, on tärkeitä paikallisia ohjaustoimintoja. Nämä toiminnot voivat vaikuttaa samanlaisilta, mutta ORM: issa on merkittäviä eroja.
2 Tyypillinen ohjausjärjestelmän arkkitehtuuri
Kuvio 1 esittää tyypillisen ohjausjärjestelmän arkkitehtuurin. Siinä yleinen HMI: tä käyttävä kaupallinen tietokone kommunikoi kenttälaitteiden, kuten PLC: n kanssa vakioverkkoprotokollien (EG Ethernet), kanssa. Insinööriasema ja historiatietokanta ovat myös tyypillisesti tavallisia kaupallisia tietokoneita tai palvelimia, jotka kommunikoivat kenttälaitteiden kanssa vakioverkkoprotokollien kautta. Kenttälaitteet muodostavat yhteyden muihin kenttälaitteisiin, jotka käyttävät Ethernet-pohjaisia teollisuusohjausprotokollia, kuten FieldBus. Jotkut kenttälaitteet muodostavat yhteyden älykkäisiin laitteisiin käyttämällä tavanomaisia sarjaväylän viestintäprotokollia, kuten RS232 tai RS485, ja jotkut kenttälaitteet yhdistyvät suoraan antureihin, I \ O -laitteisiin ja konelaitteisiin.
3 ohjelmoitava logiikkaohjain plc
PLC on kenttälaite, joka voidaan kytkeä suoraan antureihin ja toimilaitteisiin tai muihin kenttälaitteisiin.plc -tiedostoja ohjataan paikallisesti logiikkaohjelmien kautta (yleensä muodossa, joka on määritelty IEC: n 61131-3} standardin mukaisesti), ja ne kykenevät vastaanottamaan ohjauskomentoja ja kyselypyyntöjä HMI: ltä ohjausjärjestelmän viestintäprotokollien kautta. Käytä samoja taustalla olevia komponentteja. Tyypit käyttävät olennaisesti samoja taustalla olevia komponentteja.
3.1 PLC -ohjelmointi
PLC: t voidaan ohjelmoida yhdellä IEC 61131-3 luetelluista kielistä:
Tikkaat kaavio (LD), graafinen
Funktiolohkon kaavio (FBD), graafinen
Jäsennelty teksti (ST), teksti
Ohjiluettelo (IL), teksti
Sekvenssifunktiokaavio (SFC), graafinen
PLC toimii syklisissä sykleissä, joita kutsutaan "skannauksiksi", jotka koostuvat tuloista, logiikan suorittamisesta ja lähtöistä.
3.2 Yleinen Modular PLC -arkkitehtuuri
Modulaariset PLC: t koostuvat yksittäisistä moduuleista, jotka on kytketty taustatasolla. Ei-modulaarinen PLC integroi kaikki komponentit yhteen levyyn.
3.3 PLC -moduulin vuorovaikutus
Kuvassa 2 esitetyssä yleiskäyttöisessä PLC-arkkitehtuurissa jokaisessa moduulissa on fyysinen paikka ja se on määritetty sarja taustatason osoitteita. Rajapintarekisterit ja puskurimuistit paljastetaan taustalevyosoitteiden alueella. Viestit lähetetään ja vastaanottavat moduulit lukemassa ja kirjoittamalla rekistereille tai muille moduulipuskureille.
3.4 Prosessorimoduuli
Prosessorimoduuli on PLC: n sydän. Se toteuttaa moduulien välistä koordinaatiota ja sitä käytetään joskus taustalevyn välimiesnä. Prosessorimoduuli määrittää muut moduulit Power-Upissa, jos ne eivät tallenna omia kokoonpanojaan.
Prosessorimoduuli tulkitsee ja suorittaa tikkaiden logiikan, lukee arvot viestintämoduulista tai I/O -moduulista, ylläpitää toimintatilaa, suorittaa tikkaiden logiikan "skannaus" -syklit ja kirjoittaa lähtöarvot viestintämoduuliin tai I/O -moduuliin.
3.5 Viestintämoduuli
Viestintämoduulit ottavat viestintäprotokollaan liittyvän koodin prosessorimoduulista. He ottavat aikaherkän protokollan vuorovaikutustiedot prosessorimoduulista varmistaen, että prosessorimoduuli on omassa aikaherkässä ohjaussilmukassaan. Koska jotkut ohjausjärjestelmän protokollat ovat erittäin monimutkaisia, viestintämoduulilla voi olla korkea prosessointivoima, joten viestintämoduuli voi olla yhtä monimutkainen kuin prosessorimoduuli.
3.6 I/O -moduulit
I/O -moduulit muuntavat signaalit matalan jännitteen (3,3 voltin tai 5 voltin), alhaisen virran (milliamphere -taso) ohjauslogiikan ja korkeajännitteen (vähintään 24 voltin), korkean virran (ampeeritason) prosessin hallinnan välillä. Analogia I/O-moduulit sisältävät analogia-digitaalimuuntimet (ADC) ja digitaaliset analogiset muuntimet (DAC). Näillä moduuleilla on suhteellisen yksinkertainen logiikka ja suhteellisen vähän älykkäitä laitteita, ja niiden ainoa tehtävä on muuntaa analogisten ja digitaalisten signaalien välillä.
3.7 Yleiskäyttöiset prosessorit
Plcs: ssä yleisimmin löytyy kolmen tyyppisiä prosessoriarkkitehtuureja:
ARM -arkkitehtuuri (7 tai 9 -sarja)
Motorola/Freescale 68000 -sarjan arkkitehtuuri
IBM: n valtaarkkitehtuuri
ARM -arkkitehtuurin on suunnitellut ARM, Yhdistyneessä kuningaskunnassa sijaitseva yritys, jolla on yli 1 700 työntekijää. (1) ARM -arkkitehtuuria käytetään laajasti sulautetuissa järjestelmissä ja laitteissa, ja sillä on erityisen suuri osuus kulutuselektroniikasta, kuten matkapuhelimista ja henkilökohtaisista digitaalisista avustajista (PDA), joiden markkinaosuus on yli 90%. (2) ARM-prosessorit voivat toimia iso-endian- tai vähän endian-tilassa ja voivat käyttää myös ARM (32- bittiä) ja peukaloa (16- bitti) -sarjoja.Marm-prosessorit ovat usein osa räätälöityjä järjestelmiä-siruja (Socs).
Motorola (nyt Freescale) 68000 -sarja on 32- bittikompleksin käskyjoukko (CISC) mikroprosessori. Sitä käytetään laajasti sulautetuissa järjestelmissä. Se oli maailman myydyin 32- bittiarkkitehtuuriprosessori vuonna 2000, ja 68000-sarja on iso-endian.
Power-arkkitehtuuri sisältää PowerPC: n, vähentyneen ohjeet (RISC) mikroprosessorin arkkitehtuurin, jonka ovat toteuttaneet muun muassa IBM, Freescale, AMCC, Tundra ja PA Semi. Power-arkkitehtuuri hyödyntää iso-endian tavusekvenssejä.
3.8 Muistin asettelu
PLC: t käyttävät tyypillisesti haihtumattomia flash-muistin tallennustilaa prosessorimoduulin laiteohjelmiston ja tikkaiden logiikkaohjelmien (tai muiden IEC 61131-3 kielten) tallentamiseen. Flash-muistin osoite on kartoitettu prosessorin osoitetilaan, samoin kuin muiden ajoneuvojen laitteiden ohjausrekisterit.
3.9 Sulautetut käyttöjärjestelmät
Monet sulautetut käyttöjärjestelmät ovat myös reaaliaikaisia käyttöjärjestelmiä (RTO). RTOS: n pitämiseksi käyttöjärjestelmää on "viivästynyt deterministisesti tai taataan pahimman tapauksen keskeytysviive tai kontekstin kytkin aika".
PLC: t käyttävät usein kaupallisia RTOS-toteutuksia, kuten VXWorks, Windows CE tai QNX, mutta ne voivat käyttää myös räätälöityjä "sisäisiä" käyttöjärjestelmiä. Vaikka jotkut valmistajat eivät ole vielä yleisiä, ne ovat alkaneet käyttää Linux-pohjaisia käyttöjärjestelmiä PLC: issä.