книги / Проектирование систем управления технологическими процессами и производствами

Легкость реализации P-NET. Одна из причин большого числа инсталляций P-NET, действующих сейчас, может быть связана с низкой стоимостью реализации узла. Отличительная черта P-NET - это использование одного и того же микропроцессора для контроля как за главной задачей (прикладная область), так и за задачей комму­ никации. Данные хранятся в одном определенном месте. При присое­ динении P-NET как составной части устройства она может быть использована для выполнения конфигурации и для чтения состояния устройства.

Обычно это означает, что £>/Р-переключатели могут быть исклю­ чены при выборе скорости передачи в Бодах и размещении адреса узла.

Другие типы данных используют добавочные цепи в каждом узле в форме отдельной платы/микропроцессора для коммуникации. Данные обмениваются через двухпортовую RAM. Этого не нужно для специально установленных схем, когда реализуется P-NET протокол, потому что программа для слэйва может требовать только несколько кбайт кодов. Последнее обеспечивает удобство для использования общего стандарта отдельных микропроцессорных схем, например Н8 - 300, 68НС11, 6805, 8051 и т.д. включая UART.

Следовательно, можно заключить, что использование узлов P-NET обходится не дороже, чем традиционное микропроцессорное оборудование, не обладающее соединением P-NET.

В помощь производителям и для обмена опытом по реализации узлов P-NET создана организация пользователей P-NET.

Краткое описание архитектуры P-NET. P-NET реализована согласно эталонной модели взаимодействия открытых систем на уровне 1, 2, 3, 4, и 7. Обычная шина подключается только на уровне 1, 2, и 7. Поскольку особенностью P-NET является многосетевая структура, протокол реализуется также на уровне 3 и 4.

Уровень 1 обеспечивает передачу необработанного бита по шине. Он точно определяет кабель как 1 или О и выдает сообщение в шину, что уровень подключен и т.д.

Уровень 2 обеспечивает передачу маркера между мастерами, упаковывает данные в блоки для отправки, включая адреса отпра­ вителей и получателей, а также обнаруживает ошибки.

Уровень 3 является “почтой” P-NET, которая получает и отправ­ ляет блок данных согласно адресам получателей. Сообщение может быть отправлено по требованию в другой порт или службу или вер­ нуться обратно по запросу или в том случае, когда адрес неизвестен. Также он выполняет необходимое превращение адресов для того, чтобы можно было вернуть сообщение.

Уровень 4 выполняет две различные задачи. Первая - обеспе­ чение работы услуг P -N E T которые учитывают или записывают данные во внешнюю память через список SOFTWIRE, или ремаршрутизируют запросы, если табло SOFTWIRE показывает, что пере­ менные находятся в другом узле. Вторая задача - содержать подроб­ ную информацию о номерах запросов, которые были посланы, но на них не было получено ответа. Если ответ наконец-то получен, то он отсылает его запрашивавшему.

Уровень 7 используется в прикладных программах для доступа к переменным в других узлах. Для этого производится посылка блока команд, содержащих ссылки на список SOFTWIRE, в котором сдержатся адреса узлов, внутренние адреса и т.д. Список SOFTWIRE используется также внутренними переменными.

Прохождение виртуального маркера. Каждому мастеру P-NET

дается адрес узла, который лежит между 1 и числом мастеров шины. Все мастера содержат “счетчик простоя шины”, который увеличивается каждый раз, когда шина простаивает. Каждый мастер имеет также счетчик доступа, который увеличивается каждый раз,

когда счетчик простоя шины достигает значений 40, 50, 60.

Когда счетчик доступа мастера равен адресу узла, мастер стано­ вится обладателем маркера и ему дозволяется доступ к шине.

7.6.2. Технология “L o n W orks”

Технология LonWorks содержит интеллектуальные устройства, называемые узлами, которые взаимодействуют друг с другом с помощью широкого набора предающих сред, используя общий протокол, основанный на сообщениях.

Технология LonWorks включает в себя все элементы, требуемые для разработки, построения и дальнейшей поддержки управляющих сетей, такие как:

- нейрон-чипы МС143150 и МС143120;

-магнитными картами;

-устройствами передачи данных инфракрасным излучением;

-дифференциальными кодерами/декодерами;

-UART-

-специальными запоминающими устройствами типа Touch Memories.

Одной из особенностей систем автоматизации, построенных с применением LonWorks, является их децентрализация. Децентра­ лизованная система на базе LonWorks обладает следующими свойствами:

-все устройства являются равноправными (нет деления на ведущее и ведомое устройство);

-инициализация передачи данных, как правило, производится отправителем. Получение данных методом опроса считается неэф­ фективным;

-функции каждого узла программируются с помощью со­

бытий.

Локальные вычислительные сети, в частности LonWorks, иде­ ально подходят для построения сетей по децентрализованному прин­ ципу, при этом ресурсы распределены среди большого числа узлов. Так, в автоматизации зданий одна сеть может содержать около 10000 узлов. Узлы. LonWorks могут использоваться для применения в различных областях и оптимально сконфигурированы.

Сетевая технология LonWorb предоставляет разработчику си­ стемы все основные типы передающих сред, таких как витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, передача данных, используя радиотракт, инфракрасные передатчики и силовые линии.

Особенности LonWorks

1. Основой построения узла является нейрон-чип, который для передачи использует манчестерское кодирование. Основное достоин­ ство этого метода - отсутствие постоянной составляющей в сигнале, что позволяет совместить шину питания и информационную шину.

2.LonWorks использует метод доступа к шине CSMA, что означает, что узел самостоятельно определяет, занята ли шина, и обрабатывает возникающие коллизии.

3.LonWorks использует схему адресации, допускающую сег­ ментацию сети, которая реализуется с помощью маршрутизаторов.

4. На сеансовом уровне LonWorks предоставляет службу иден­ тификации, с помощью которой можно реализовать защиту пере­ даваемых данных от повреждения или подмены.

Реализация приложений

Враспоряжении разработчиков имеется семейство нейрон-чипов.

Взависимости от требований можно использовать различные их типы. Интересно, что коммуникационный протокол реализован аппаратно в каждом нейрон-чипе и не требует дополнительных затрат на реализацию.

От пользователя требуется записать пользовательское приложе­ ние в нейрон-чип и, используя специальные программные средства, связать их между собой (различные приложения, находящиеся в разных узлах).

Протокол LonTalk

Протокол, реализованный в нейрон-чипе, является независимым от среды передачи данных. Среди передающих сред доступны витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, инфракрасные передатчики и силовые линии.

Канал - это физическая передающая среда для информационных пакетов. Канал может содержать максимум 32835 узлов. Сеть может содержать, в свою очередь, один или несколько каналов. Для передачи данных из одного канала в другой используются маршрутизаторы. Маршрутизатор чаще всего представляет собой два нейрон-чипа, соединенных напрямую друг с другом (цифровыми входами/выходами), при этом каждый нейрон-чип содержит свой приемоперед­ атчик, возможно работающий с другой передающей средой.

Каналы могут быть сконфигурированы на различную скорость передачи, это может зависеть от различных внешних условий (рас­ стояние, питающего напряжения и пр.). Доступные скорости: 0,6; 1,2; 2,4; 4,9; 9,8; 19,5; 39,1; 78,1; 156,3; 312,5; 625,2 и 1250 Кбит/с. Средняя длина пакета находится в пределах от 10 до 16 байт, но при этом максимальная длина равна 255 байтам, включая адрес, домен и служебную информацию.

Верхним уровнем иерархии при адресации является домен. Идентификатор домена может иметь длину 0, 1, 3, 6 байт. Каждый узел может входить в два домена максимум.

Второй уровень адресации - это подсеть. В домене может быть до 255 подсетей. Подсеть - логическое объединение узлов одного или нескольких каналов.

Третий уровень - это сам узел. Количество узлов для одной подсети ограничено 127. Таким образом, один домен может содержать 127 х 255 = 32385 узлов. Домен может состоять из нескольких каналов, подсети и группы также могут состоять из нескольких каналов.

Узлы могут быть также сгруппированы. В домене может быть определено до 256 групп, в каждой группе до 64 узлов.

Наконец, каждый нейрон-чип хранит уникальный 48-битный идентификатор, который также может быть использован для адре­ сации.

Адресация узла может быть следующей:

ид е н т и ф и к а т о р

Втабл. 7.14 представлены основные характеристики различных приемопередатчиков, применяемые для различных сред.

При передаче данных с использованием силовых линий рассто­ яние зависит от конкретных условий и может составлять от 100 до 1500 м. Для передачи по радиочастотам дальность зависит от применяемого оборудования, например для RF-49 дальность составляет 400 - 750 м.

7.7. Пример проектирования автоматизированной системы управления технологическим процессом

В качестве примера АСУТП рассмотрим автоматизированную систему управления нефтеперерабатывающей станцией (АСУ НПС).

Автоматизированная система управления НПС обеспечивает

автоматизированное управление транспортировкой нефти из

Основные характеристики приемопередатчиков

центрального диспетчерского пункта нефтепровода и операторной НПС, контроль и управление технологическими системами и механизмами НПС из операторной НПС и защиту от аварийных ситуаций.

Автоматизированная система управления НПС является вос­ станавливаемой в процессе работы многофункциональной системой длительного непрерывного функционирования и представляет собой двухуровневую систему с резервированием наиболее важных составных частей.

Технологические (функциональные) компоненты управления АСУ НПС включают:

-магистральные насосные агрегаты;

-подпорные насосные агрегаты и резервуарные парки (для головных насосных станций);

-основные вспомогательные системы - маслосистему, подпор­ ную вентиляцию помещения электродвигателей и вентиляцию камер беспромвальной установки;

-систему откачки утечек нефти;

-систему регулирования давления;

-систему пожарной сигнализации и систему пенного пожаротушения;

-систему высоковольтного и низковольтного электро­ снабжения;

-вспомогательные системы - приточно-вытяжную вентиляцию производственных помещений, хозяйственно-производственного и противопожарного водоснабжения, канализации и др.

К основным функциям, выполняемым автоматизированной системой управления, следует отнести:

-задание оператором режимов работы, программное и кнопоч­ ное управление технологическим процессом и защита магистральных насосных агрегатов, других исполнительных механизмов и НПС в целом по предельным значениям контролируемых параметров, задаваемых уставками;

-ручное управление в аварийных ситуациях с пульта резерв­ ного управления, обеспечивающего непосредственное воздействие на исполнительные механизмы с соответствующей индикацией;

-автоматическое регулирование давления на входе и выходе НПС на основе алгоритмов ПИДрегулирования и ручное регули­ рование давления при помощи резервного пульта управления регулирующими заслонками;

-автоматическое определение места возникновения пожара с

использованием системы пожарной сигнализации, автоматическое и автоматизированное пенотушение в определенных помещениях;

- оперативное представление оператору и на центральный диспетчерский пункт необходимой текущей информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования НПС, режимах работы АСУ НПС и состоянии ее технических средств, автома­ тическая выдача оператору рекомендаций для парирования нештат­ ных ситуаций;

-восстановление нормального функционирования системы (запуск вспомогательных систем) после кратковременного исчез­ новения внешнего электроснабжения;

-учет числа часов работы магистральных и подпорных агре­ гатов, технологического оборудования, выдачу этой информации оператору и запись ее в архив;

-отображение на мониторах ПЭВМ автоматизированного рабочего места оператора мнемокадров всей НПС и отдельных систем, графиков изменения отдельных параметров и т. д..

-адаптацию АСУ к изменению количества и характеристик технологического оборудования НПС.

Основные компоненты и технические характеристики автома­ тизированной системы управления нефтеперерабатывающей станции представлены в табл. 7.15.