Промышленные контроллеры и компьютеры с сетевой структурой (ПККСС)

 

Реализация иерархически распределенных АСУ различного рода объектами: аппаратами, технологическими процессами, производственными процессами, цехами требует пространственного разделения модулей объектных промышленных контроллеров (ОПШК) или модулей промышленных компьютеров (ПШКМ), но при этом эти модули должны быть связанны друг с другом информационно.

Решение этих задач может быть осуществлен в виде так называемых внутренних сетей ОПШК (ПРКМ). Принципиально возможно два подхода к построению внутренних сетей:

индивидуальные закрытые архитектуры;

открытые стандарты для организации сетевого интерфейса для модулей ОПК различных производителей.

Второй вариант более перспективен и все чаще для организации связей ОПК применяют бит–последовательные промышленные шины (Fieldbus). FB – это двунаправленная многоточечная коммуникационная система.

Физически в Fieldbus могут применяться три вида топологий межсоединений: двухточечная, древовидная, многоточечная. Среднее число приборов, присоединяемых к Fieldbus 50…200, при длине сети 100…1000м.

В соответствии с американским стандартом EIA RS 485 вариант с медным проводом (витая пара) является базовым для промышленных приложений. Основные характеристики среды передачи RS 485:

· топология сети – линейная шина с оконечными нагрузками на обоих концах;

· количество станций – до 32 в каждом сегменте без повторителей или до 127 с повторителями;

· максимальная длина шины (без повторителя) – 200м и до 1.5км с повторителями;

· скорость передачи от 9.6 до 1500 кбит/с.

В качестве примера рассмотрим реализацию сетевой структуры ПШК с использованием модулей удаленного сбора данных (УСО) и управления ADAM-4000 и среды передачи RS 485.

Модули ADAM-4000 предназначены для организации взаимодействия между управляющим промышленным компьютером (контроллером) и объектом (Д, ИУ). При этом модули осуществляют обмен командами и информацией по каналу RS 485; ввод и нормализацию аналоговых сигналов; опрос состояния дискретных входов; фильтрацию сигналов; вывод аналоговых и дискретных сигналов; аналого-цифровое преобразование; цифро-аналоговое преобразование; формирование и передачу в адрес управляющего компьютера информации, после получения соответствующего запроса по каналу RS 485.

Номенклатура модулей и их краткая характеристика:

1 группа – модули аналогового и дискретного ввода/вывода (аналогового ввода - 4011¸4019, аналоговый вывод 4021, дискретные вводы/выводы 4050¸4053, 4060, 4080);

2 группа – модули коммуникационные (ADAM 4510, 4520, 4521);

3 группа – модуль контроллера сети (ADAM 4500).

2 группа:

ADAM 4510 – двунаправленный повторитель общего назначения. Служит для увеличения протяжности линии связи в сети на основе интерфейса RS 485;

ADAM 4520 – реализует согласование интерфейсов RS 232/RS 422/RS 485 с автоматическим определителем направления потока данных и гальванической изоляции (содержит микропроцессор и два универсальных приемо-передатчика)

ADAM 4550 – радиомодем;

ADAM 4540 ­– модуль для организации двунаправленного обмена по оптоволоконному каналу.

  3 группа: ADAM 4500 – полноценный контроллер сети. Содержит микропроцессор МП 80C188, два последовательных порта RS 232, RS 422/485, FLASH-память для хранения ROM-DOS и исполняемой прикладной программы, часы реального времени, сторожевой таймер.

Рассмотренные модули серии ADAM могут быть объединены в сетевую структуру. Объединяющим началом такой сети является контроллер сети (КС). Взаимодействие между КС и модулями сети осуществляется путем последовательной передачи из КС в адрес каждого модуля запроса, содержащего:

атрибут типа команды;

символьное представление адреса запрашиваемого модуля и т. д.

При получении команды встроенное программное обеспечение модуля производит проверку ее корректности и идентификацию, после чего исполняет команду и посылает в адрес КС запрашиваемую информацию в виде строки символов.

Возможные варианты объединения модулей ADAM 4000 в сеть показаны на рис. 5.6.4.1 и 5.6.4.5.

В качестве контроллера сети используется промышленный компьютер.

Рис.5.6.4.1 Внутренняя сеть типа линейная шина

 

Промышленный компьютер (фирма Advantech): одноплатный промышленный компьютер с процессором 486DX4-100, дополненный монитором, клавиатурой.

Модули УСО: ADAM 4017 (аналоговые входы) – 5 штук, ADAM 4052 (дискретные входы) – 2 штуки. Для сбора, преобразования и передачи в компьютер по каналу RS 485 информации от датчиков.

 

Рис.5.6.4.2 Внутренняя сеть на основе радиоканала

 

Рис.5.6.4.3 Внутренняя сеть типа звезда

Эта сеть типа звезда практически реализует иерархическую структуру на основе двух разделенных сред типа RS 485.

Рис.5.6.4.4 Внутренняя сеть на основе сетевых контроллеров (ADAM 4500)

Эта схема, как и предыдущая, изображает соединение модулей в звезду, но не сегментов, а автономных сетей, управляемых соответствующим сетевым контроллером ADAM 4500 (1,2…N).