Контроллеры для автоматизации производства: классификация и архитектура

В процессе проектирования систем, обеспечивающих производственные задачи, учитывается множество эксплуатационных нюансов. Каждый комплекс индивидуален, но принципы его реализации опираются на базовый набор требований. Система должна быть эффективной, надежной, функциональной и в то же время эргономичной. Связку между непосредственно технической частью производственного обеспечения и задачами управления реализуют контроллеры для автоматизации процессов. В них концентрируется информация, поступающая от разных технологических участков, которая и выступает основой для принятия тех или иных решений.

Классификация контроллеров по сфере применения

Практически каждое современное предприятие в определенной степени использует системы, позволяющие автоматизировать рабочие процессы. Причем характер обслуживаемых функций может быть совершенно разным. Так, в сфере химической промышленности программируемая аппаратура через контроллеры управляет дозированием, объемами подачи сыпучих и жидкостных материалов, отслеживает свойства разных веществ с помощью датчиков и т.д. В сфере обслуживания транспортных организаций упор делается на управлении силовой техникой, как правило, погрузочно-разгрузочной. Широко распространены и универсальные контроллеры для автоматизации систем вентиляции, отопления и водоснабжения. Это группа систем, управляющих инженерно-коммунальным обеспечением на предприятиях в разных сферах. И напротив, существуют узкоспециализированные области, в которых необходима именно индивидуальная разработка систем под конкретные нужды. К таким направлениям можно отнести нефтедобывающую промышленность и металлургические комбинаты.

Принцип действия контроллеров

Промышленный контроллер представляет собой микропроцессор, в котором предусматривается аппаратная и программная часть. Первая часть, собственно, обслуживает физическую работу системы, основанной на вложенной программе выполнения задач. Важным аспектом любой конфигурации данного типа является регулирующая инфраструктура. То есть программная основа отвечает за принятие тех или иных решений, но в дальнейшем получаемые сигналы поступают на пункты команд, отдаваемых непосредственно рабочему оборудованию. Таким образом контроллеры для автоматизации управляют станками, конвейерными линиями, техническими силовыми средствами и т.д.

Другим не менее важным компонентом общей управляющей инфраструктуры являются датчики и индикаторы, на основе показателей которых контроллер вырабатывает решения или стратегические цепочки, определяющие режимы работы оборудования. Это могут быть датчики, оценивающие состояние аппаратов и агрегатов, обслуживаемых материалов, параметры микроклимата в производственном помещении и другие характеристики.

Видео: Автоматизация вентустановок для специалистов ОПС ч1

Архитектуры контроллеров автоматизации

Под архитектурой контроллера понимается совокупность компонентов, за счет которых реализуется функция управления автоматикой. Как правило, архитектурная конфигурация предполагает наличие в комплексе процессора, сетевых интерфейсов, запоминающего устройства и систем ввода-вывода. Это базовая комплектация, но в зависимости от нужд конкретного проекта состав и характеристики отдельных частей могут меняться. Сложные контроллеры для автоматизации называются модульными. Если традиционная простая архитектура представляет собой унифицированный блок с типовым составом функциональных элементов, которые недоступны для изменения оператором, то в сложных архитектурных моделях реализуется многокомпонентная модульная конфигурация. В ней допускается не просто обслуживание единого закрытого блока, но и каждого модуля по отдельности. Теперь стоит рассмотреть отдельные части архитектуры подробнее.

Разновидности модулей архитектуры

Базовое модульное устройство представлено микропроцессором. От его мощности зависит, насколько сложными могут быть задачи, решаемые конкретным контроллером. Также имеет значение и запоминающее устройство. Оно может быть интегрировано в систему без возможности дальнейшего изменения. Но чаще всего используются внешние флеш-модули памяти, которые вполне можно менять в зависимости от текущих задач. Ответственность за действия, которые принимают промышленные контроллеры автоматизации, во многом несут устройства ввода-вывода. По этим каналам процессор принимает информацию для обработки и в дальнейшем дает соответствующие команды. В современных комплексах все большую роль играют интерфейсные модули, от которых зависят коммуникационные возможности контроллера.

Основные характеристики процессорного модуля

При разработке управляющей системы особенно важно учитывать базовые характеристики и возможности микропроцессора. Что касается основных рабочих параметров данного модуля, то к ним относится тактовая частота, разрядность, периоды выполнения задач, память и др. Но даже эти характеристики не всегда становятся решающими, поскольку рабочих показателей современных даже бюджетных микропроцессоров хватает на обслуживание большей части производственных процессов. Гораздо важнее определиться с коммуникационными возможностями и функциями, которые выполняют контроллеры для автоматизации работы предприятия. В частности, на первое место по требованиям операторы ставят способность работы с широким спектром сетевых каналов, интерфейсов и языков программирования. Отдельно стоит отметить и возможность подключения устройств индикации, органов управления, современных дисплеев и других компонентов.

Операторская панель

Независимо от характеристик начинки контроллера для управления его функциями обязательно должен быть предусмотрен и операторский пункт с соответствующим реле. Внешне такие устройства напоминают небольшой компьютер, обеспеченный устройствами ввода и вывода, датчиками технологических процессов и дисплеем. Самые простые контроллеры для автоматизации производства предусматривают возможность программирования через данную панель. Причем под программированием могут подразумеваться элементарные установки команд начального уровня. Наиболее сложные операторские панели также выполняют самодиагностику и самокалибровку.

Источники питания системы автоматизации

Средний диапазон напряжений, питающих промышленные контроллеры, находится в диапазоне 12-48 В. Источником обычно выступает местная сеть на 220В. При этом далеко не всегда блок питания находится в близости по отношению к обслуживаемой аппаратуре. Например, если используются контроллеры для автоматизации котельной на металлургическом многоступенчатом производстве, то распределенная сеть питания может быть равноудалена от нескольких потребителей энергии. То есть один контур будет обслуживать котел для мягких металлов, а другой – для твердых. При этом в линиях может меняться и напряжение.

Видео: Микропроцессор 1879ВМ4

Заключение

Системы автоматизации рабочих процессов все плотнее входят в инфраструктуру современных предприятий. Соответственно, получают широкое распространение и контроллеры для систем автоматизации в разных модификациях. Само по себе содержание такого устройства не требует особых затрат. Основные сложности в работе с данной аппаратурой касаются качества программирования и оптимизации конфигурационной компоновки. Но вместе с этим для упрощения операторских функций становятся все популярнее и модули, предполагающие самостоятельную настройку по основным данным, введенным пользователем.