Контроллер Modicon TSX Quantum в системах автоматизации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИВАНОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Микропроцессорные

информационно-управляющие системы»

 

Тема: Контроллер Modicon TSX Quantum

в системах автоматизации 

 

 

 

 

 

 

                Выполнил:      

студент группы 5/35                                             Кованов А. А.

 

                Проверил:

доцент кафедры  ТКиА                              Грименицкий П. Н.

 

                

 

 

 

 

 

 

 

 

Иваново 2012

Министерство образования и  науки  Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

ИВАНОВСКИЙ   ГОСУДАРСТВЕННЫЙ   ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет Химической техники и кибернетики Кафедра Технической кибернетики и автоматики 

Специальность                       Автоматизация технологических процессов и производств               .  

 

 

                                                                                                                                      УТВЕРЖДАЮ

 

                                                                                                          Зав. кафедрой        Лабутин А. Н.

                                                                                                          «        »                                    2012 г.

 

З А Д А Н И Е

 

На курсовую работу по дисциплине                    МИУС                                            .

 

Студенту   Кованову А. А.    курса                5                    группы              35           .

 

1. Тема работы   Контроллер Modicon TSX Quantum в системах                 автоматизации_________________________________________________________

 

2. Исходные  данные к работе   1. Литературные источники и интернет-ресурсы. 2. Технологический регламент действующего производства.                     .

______________________________________________________________________

 

3. Объем выполнения 1. Анализ современного рынка микропроцессорных информационно-управляющих   систем.     2.   Описание  и работа  контроллера. 3. Система автоматизации. 4. Описание схем подключений.                                      .

______________________________________________________________________

 

4. Практическая  часть   1. Разработать структуру АСУТП. 2. Составить карту заказа на контроллер. 3. Обосновать выбор SCADA-системы. 4. Разработать схемы подключений к каналам ввода/вывода. 5. Разработать схему подключения модулей контроллера.                                                                                                       .

______________________________________________________________________

 

5. Срок сдачи  законченной работы                          26. 12. 12 г.                      .

 

6. Дата выдачи  задания                                    26. 09. 12 г.                                .

 

7. Руководитель                            Грименицкий Павел Николаевич                 . 

 

8. Задание принял  к исполнению 26. 09. 12 г. студент _________________

 

 

Аннотация

 

 

 

 

Олывпрл

 

 

 

 

Оглавление

 

 

 

 

 

1. Анализ современного рынка микропроцессорных информационно- управляющих систем

Для технологических  объектов отрасли, как объектов автоматизации, характерными являются следующие особенности: наличие разнородных функциональных задач, возникающих при автоматизации; сравнительно высокий уровень автоматизации существующих ТОУ; повышение актуальности задач оптимизации и др. Управлять подобными объектами невозможно без современных средств автоматизации и вычислительной техники, без высокоэффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

АСУТП относятся к классу сложных систем, которым присущи следующие черты: наличие у всех элементов общей цели; системный характер реализуемых алгоритмов обмена и обработки информации; большое число входящих в систему функциональных подсистем.

Современный этап развития АСУТП характеризуется применением  индустриальных технологий создания и внедрения АСУТП на базе серийно выпускаемых промышленных контроллеров, совместимых с персональными компьютерами и мощных программно-технических комплексов (ПТК) поддержки программирования АСУТП - SCADA систем, а также развития и стандартизации сетевых технологий.

Построение АСУТП на основе концепции открытых систем позволяют  аппаратно-программные средства различных  производителей совмещать снизу  доверху и обеспечивать проверку всей системы. При таком подходе  значительно уменьшается общая стоимость системы в результате применения более дешевого оборудования (при аналогичных функциональных характеристиках), частичной и поэтапной замене имеющихся на предприятии аппаратно-программных средств или даже сохранении некоторого старого оборудования.

Важнейшими свойствами открытых систем являются: мобильность прикладных программ; мобильность персонала; четкие условия взаимодействия частей системы с использованием открытых спецификаций.

Программируемый логический контроллер - это микропроцессорная система специального назначения с проблемно-ориентированным программным обеспечением для реализации алгоритмов логического управления и/или замкнутых систем автоматического управления в сфере промышленной автоматики. ПЛК отличаются от специализированных встраиваемых микропроцессорных контроллеров универсальностью структуры и инвариантностью по отношению к объекту управления в пределах указанного класса задач.

1. Быстродействие ПЛК

Быстродействие  ПЛК принято оценивать эквивалентным  временем «опроса» 1024 (IK) дискретных входов. Обычно указывается время выполнения одного цикла программы средней сложности для IK дискретных входов, включая этапы чтения PII и загрузки данных из POI в буферы. В некоторых случаях может быть указано эквивалентное время опроса одного входа. Следует отчетливо представлять, что последнее зависит от быстродействия ЦП, но оно всегда превышает время выполнения одной битовой инструкции микроконтроллером ЦП, так как реализация полного цикла даже для одного дискретного входа требует выполнения строго определенной последовательности. В грамотно составленном проспекте ПЛК обычно указано две величины, характеризующие быстродействие: время выполнения битовой инструкции ЦП и время опроса 1К    дискретных    входов.     Первая    характеризует быстродействие ЦП, вторая — быстродействие ПЛК как законченного устройства, включая особенности операционной системы. Следует отметить, что рассмотренный исторически сложившийся способ оценки быстродействия в настоящее время используется преимущественно для малых ПЛК. Для средних и мощных ПЛК программы управления, которых включают большое число вычислительных операций, оценки, основанные на модели логического управления,    перестали быть актуальными. Для этих ПЛК указывается время выполнения операций определенного типа.

 

Таблица 1

Быстродействие  некоторых ПЛК

Тип ПЛК	Оценка быстродействия, мс	Примечание
SIMATIC S7-200	Время выполнения 1К бинарных команд-0,8	ПЛК малого формата
Modicon TSX Micro	Время выполнения 1К бинарных команд-0,15 Время опроса 1К дискретных входов - 0,7
SIMATIC S7-300	Время выполнения 1К бинарных команд-0,3 Время выполнения 1К смешанных команд-0,8	ПЛК среднего формата
DL-305 Direct Logic	Время выполнения 1К бинарных команд-0,87 Время опроса 1К дискретных входов-4........5
SIMATIC S7-400	Время выполнения 1К бинарных команд-0,08 Время выполнения 1К операций сложения-0,08 Время выполнения 1К операций сложения в формате  с плавающей запятой - 0,48	Мощный ПЛК

2. Классификация ПЛК

ПЛК принято  подразделять на три группы. Ранее  эти группы называли гаммами. Сейчас в русскоязычной литературе используют термин «формат», а в англоязычной эти три группы характеризуют как «Micro PLC», «Mini PLC» и «Power PLC». В таблице приведенной ниже даны количественные и качественные критерии для ПЛК разного формата, принятые 20 лет назад и существующие в настоящее время.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Функции ПЛК разного формата

Критерии определения  гаммы ПЛК в 1979г.			Критерии определения  формата ПЛК в 2006 г.
ПЛК	Число дискрет. вх./ вых.	Выполняемые функции	ПЛК	Число дискрет. вх./ вых.	Выполняемые функции
нижней гаммы	20 < N < 100	Обработка цифровых данных не производится	малого формата Micro PLC	5...10 <N < 100	Типовые: логические, временные, счетные, арифметические в формате с фиксированной запятой. Расширенные: арифметические в формате с плавающей   запятой, ПИД-регулирование.
средней гаммы	100 < N < 500	Производится упрощенная  цифровая обработка	среднего формата Mini PLC	100 < N < 500	Логические, временные, счетные, совершенная цифровая   обработка, ПИД- регулирование, регулирование по законам нечеткой логики (Fuzzy logic). Сетевые возможности.
верхней гаммы	100 < N < 4096	Производится совершенная цифровая обработка	мощные Power PLC	100<N< 128K	Логические, временные, счет-ные, совершенная цифровая   обработка, ПИД- регулирование, регулирование по законам нечеткой логики (Fuzzy logic). Работа с таблицами, средства MMI интерфейса, расширенные сетевые возможности.

 

Эти данные свидетельствуют  о том, что порог рентабельности ПЛК сместился. В 1979 г. ПЛК нижней гаммы считались рентабельными, если они заменяли устройство автоматики с общим числом входов/выходов, равным 20 , в настоящее время можно встретить ПЛК с пятью-десятью входами-выходами (например, контроллеры LOGO и TeleSAFE). Произошло это не потому, что микропроцессорная элементная база стала относительно дешевой. Повысился уровень требований к простым устройствам автоматизации, которые должны обладать более развитым интерфейсом визуализации, а также обеспечивать возможность работы в общей информационно-управляющей сети предприятия. Две последние функции затруднительно реализовать какими-либо другими средствами, кроме микропроцессорных. Одновременно повысилась функциональная сложность всех ПЛК. Раньше ПЛК нижней гаммы выполняли только логические, счетные и временные функции, сейчас примерно половина ПЛК малого формата реализует алгоритмы регулирования.

ПЛК верхней  гаммы существенно расширили  функциональную гибкость. Так, число  дискретных входов/выходов, обслуживаемых SIMATIC S7-400, может доходить до 128К, число аналоговых входов — до 8 К. Мощные ПЛК реализуют задачи логического управления, регулирования, в том числе по законам нечеткой логики, выполняют функции работы с таблицами для создания баз данных, оснащены программной поддержкой средств визуализации систем SCADA.

Как уже отмечалось, реализация станции оператора с  использованием выделенного промышленного  компьютера не всегда оправданна, поэтому  в ПЛК среднего формата и особенно мощных ПЛК особое внимание уделяется возможности подключения и программной поддержке пультов оператора и устройств визуализации технологического процесса. Практически все фирмы-изготовители ПЛК имеют в номенклатуре продукции ряд текстовых и графических панелей операторов, а также программное продукты для их параметрирования. Диапазон возможностей панелей оператора кратко рассмотрим на примере продукции фирмы Siemens. Текстовые панели OP3/OP7/OPI7 предназначены для простых применений, так, ОРЗ рекомендуются в качестве переносного пульта. Дисплей панелей жидкокристаллический с подсветкой, число строк - от 2 до 4, число символов в строке — от 20 до 40. Максимальное число клавиш панели - 46 для OPI7. Графические панели ОР27/ОР35/ DP37 имеют разрешающую способность до 640x480 точек, число клавиш - до 68. Панели имеют встроенный процессор, что разгружает ПЛК от операций формирования изображения в реальном времени.

Построение  систем комплексной автоматизации  предприятий требует включения практически каждого ПЛК в информационную сеть предприятия, способную работать в сложных промышленных условиях, поэтому одним из основных требований к современному ПЛК любого формата является аппаратная и программная совместимость с одним или несколькими стандартами сетей промышленного назначения. В недалеком прошлом многие фирмы изготовители ПЛК и средств автоматизации разрабатывали собственные протоколы обмена (DH-485 для Allen Bradley, Resequence для PLC-Direct, Telway для Telemecanique). Это в значительной степени обусловлено иерархической топологией сети для крупных производственных установок, которые требуют использования нескольких децентрализованных систем управления, выполненных, как правило, на ПЛК одной фирмы и подключенных к мощному ПЛК верхнего уровня той же фирмы. Такой подход был выгоден фирмам производителям, так как вынуждал применять только его оборудование. Однако очевидное усиление интеграции на уровне SCADA требует получения информации в централизованное пользование практически от каждого ПЛК.