Что такое плк в водоснабжении

ПЛК — что это такое?

Доброго времени суток, уважаемые жители Хабра!
Прочитав пост про программирование ПЛК Siemens серии S7, я залез в поиск по Хабру, и был весьма удивлен, что тема промышленной автоматики вообще, и программирования ПЛК в частности, освещена весьма и весьма скудно. Возьму на себя смелость поделиться своим опытом в данной области, описав базовые принципы программирования ПЛК, в частности, производства компании Beckhoff.

Введение

Я занимаюсь автоматизацией зданий. Сложилось так, что в основном мы строим свои системы на базе ПЛК Beckhoff. Такой выбор был сделан прежде всего потому, что эти контроллеры являются свободно-программируемыми в полном смысле этих слов. Что это значит? Возьмите контроллер TAC Xenta, например, и попробуйте на нем реализовать обмен с внешним устройством через RS232 по собственному протоколу, на уровне «байт послал — байт принял». Не получится, эти контроллеры так не умеют — используйте только те протоколы, которые в них заложил разработчик. А Beckhoff умеет. Но прежде чем лезть в такие дебри, давайте посмотрим на среду разработки? На каком, собственно, языке, мы будем писать?

Стандарт МЭК 61131-3

Промышленные ПЛК программируются на языках стандарта МЭК 61131-3. Всего этих языков 5, некоторые производители добавляют свои. Языки друг на друга совсем не похожи, и, наблюдая за коллегами, могу предположить, что выбор того или иного языка связан прежде всего с тем, чем человек занимался до того, как он пришел в эту отрасль.

Из не всеми поддерживаемых языков стоит отметить язык CFC (continuous flow chart), Beckhoff его поддерживает. Это дальнейшее развитие языка FBD, одним из наиболее существенных отличий, на мой взгляд, является поддержка явной обратной связи в схемах. Зачем это нужно? Например, вот такой генератор коротких импульсов на CFC будет работать, а на FBD – нет.

Блок TON — это стандартный блок, таймер с задержкой включения. Логика работы: выход Q становится TRUE, когда на входе IN сигнал TRUE в течение не менее времени PT.
Самая популярная, наверное, среда разработки под ПЛК — это CoDeSys. Многие производители берут ее за основу, и либо делают к ней библиотеку для работы со своим ПЛК, либо доделывают среду под себя.

Как работает ПЛК?

Программа ПЛК работает циклично. Время цикла может быть от единиц миллисекунд до единиц секунд, в зависимости от задач, которые на этот ПЛК возложены. Большинство ПЛК позволяют задавать время цикла разработчику программы, однако в некоторых моделях такой возможности нет. Многие ПЛК, в частности Beckhoff, позволяют в одной программе создать более одной циклически выполняемой задачи, и задать приоритет для этих задач. Что нам дает эта возможность?
Представим ситуацию: ПЛК управляет вентиляционной установкой, и к нему подключена панель управления через RS232. Температура в помещениях меняется не быстро, и запускать алгоритм управления вентиляцией чаще, чем раз в 50 — 100 мс просто нет смысла. Зато панель оператора опрашивает контроллер постоянно, и задержка ответа ПЛК более 10 мс уже выражается в «притормаживании» интерфейса пользователя, а при задержке 20 мс у нас переполнится аппаратный буфер COM-порта. Наличие нескольких задач позволяет нам решить эту проблему красиво: пусть «быстрая» задача работает с COM-портом, и вызывается каждые 2 мс, а «медленная» реализует логику работы вентиляции, и вызывается каждые 50 мс. Все работает хорошо, панель оператора не тормозит, пользователь доволен.

А что у этих железок внутри?

А вот другой вариант — голова Beckhoff серии CX9000 (слева на фото) с набором модулей ввода-вывода.

Помимо всего прочего, на голове еще имеется некая шина, позволяющая объединять ПЛК в сеть, а зачастую еще и менять его программу через эту же сеть. Какая это будет сеть — зависит от ПЛК. Это могут быть и незнакомые тем, кто не сталкивался с промышленными сетями EIA-485, Profibus, CAN, а может быть и вполне привычный Ethernet. Именно через эту сеть, называемую fieldbus, и осуществляется подключение ПЛК к верхнему уровню — к СКАДА-системе, например. На фото выше хорошо видны 2 разъема 8P8C на голове Beckhoff’а — это Ethernet, а у Carel сверху слева видны (плоховато, правда) 2 разъема 6P4C — так они сделали RS-485. У этого интерфейса, к сожалению, нет общепринятого разъема.

Так все же, как под него программы писать-то?

Вообще, это тема не статьи, а целой книги. Но расскажу то, что увидел на личном опыте, и пусть это будет ложкой дегтя.
Для профессиональных программистов освоение ПЛК во многом покажется деградацией. ООП? Их нет у нас, есть только структуры, перечисления, и некое подобие класса, которое называется «функциональный блок». Что такое Private, Public и прочее, тоже можно забыть сразу — не пригодится. Из любого места вашей программы можно получить доступ к любому другому месту.
Динамическое выделение памяти? Их нет у нас совсем. Не уверен, сколько тебе пришлют данных? Выделяй буфер с запасом, и забудь про эту память — освободить ее не получится. Либо проявляй чудеса скорости и обрабатывай данные на лету, если успеешь уложиться в заданное время цикла.
Исключения? Да что вы… видел я одно чудо, которое намертво висло при выполнении конструкции вида:

Понятно, что переполнение, не влазит foo * bar в 16 бит, но зачем же виснуть-то? Да еще так, что ничего, кроме сброса по питанию не помогает.
Среда разработки? Не у всех CoDeSys, многим хочется пооригинальничать и написать что-нить свое. Одна из таких самописных сред вылетала с runtime error при попытке записать число 86400 в 16-битный INT. А вы говорите, обработка исключений на ПЛК. Ее и в среде разработки-то не всегда нормально могут сделать.

НО! Зато для любителей той тонкой грани, которая отделяет железо от программного обеспечения, софта в просторечии — это очень интересная ветвь ай-ти, правда.

Надеюсь, что этот небольшой обзор будет полезен. Если хабрасообществу будет интересна эта тема, то расскажу про ПЛК подробнее.

Источник

Что такое ПЛК — программируемый логический контроллер

Главная страница » Что такое ПЛК — программируемый логический контроллер

Программируемый логический контроллер (ПЛК), прежде всего, следует рассматривать индустриальным компьютером. Так более понятно, что такое ПЛК для области промышленной автоматизации. Программируемый логический контроллер представляет систему узкоспециализированную по сравнению с обычными компьютерами. На современном рынке доступны различные типы ПЛК, изготовленные разными производителями. Поэтому логичным видится рассмотрение практикуемых машин, а также типичное исполнение таких систем.

Что такое ПЛК — характеристика индустриального компьютера

Благодаря прочной конструкции, исключительным функциональным возможностям, таким как:

программируемый логический контроллер видится уникальным устройством управления. Очевидный момент — ПЛК изобретён с целью замены традиционных панелей управления, работа которых во многом зависит от механических компонентов. В частности, устаревшее оборудование, как правило, основано на электромагнитных реле.

Современные электронные устройства управления индустриального применения. Чаще этот тип аппаратов называют просто – ПЛК, аббревиатура систем, полностью заменяющих системы электромеханической коммутации

Современные программируемые логические контроллеры способны непрерывно контролировать входные сигналы, поступающие от датчиков и вырабатывать выходные решения для управления исполнительными механизмами.

Достигается такого рода функционал за счёт специально разработанной компьютерной программы. Каждую систему ПЛК составляют как минимум три модуля:

Что представляет собой модуль процессора?

Этот компонент ПЛК содержит центральный микропроцессор и систему памяти. Микропроцессор модуля отвечает за выполнение всех необходимых вычислений, плюс обеспечивает обработку данных, принимая входные сигналы и вырабатывая соответствующие выходные сигналы.

Система памяти обычно организована блоками ROM (Read Only Memory) – постоянная память и блоками RAM (Random Access Memory) – память произвольной выборки. Первый вид (ROM) содержит операционную систему, драйвер и прикладные программы. Второй вид (RAM) хранит написанные пользователем программы и рабочие данные.

Системы ПЛК используют блоки памяти для сохранения пользовательских программ и данных. Поэтому даже при отсутствии источника питания все технологические данные сохраняются, благодаря чему выполнение пользовательской программы становится возможным сразу после возобновления питания.

Устройствам подобного типа не страшны перебои электричества или прекращение подачи питания продолжительное время. Вся технологическая информация по управлению надёжно сохраняется

Своеобразной особенностью ПЛК является отсутствие необходимости использования клавиатуры или монитора для перепрограммирования процессора каждый раз, когда это необходимо. Сохраняемая память может быть реализована посредством использования:

Что такое схемные шины индустриальных ПЛК?

Некоторые модульные ПЛК содержат на задней панели схемные шины (стойки), где все модули, такие как ЦП и другие модули ввода / вывода, подключены к соответствующим слотам. Эта шина обеспечивает связь между процессором и модулями ввода / вывода для отправки или получения данных.

Связь устанавливается путём адресации модулей ввода / вывода в соответствии с расположением модуля ЦП вдоль шины. Некоторые шины обеспечивают необходимую мощность для схемы модуля ввода / вывода, но не обеспечивают питание датчикам, исполнительным механизмам, в схеме ввода / вывода.

Что такое модуль питания ПЛК индустриальный?

Питающие модули обеспечивают необходимую мощность всей системы контроллера посредством преобразования доступной мощности переменного тока в мощность постоянного тока для модулей ЦП и ввода / вывода.

Обычно выход постоянного напряжения 5В управляет схемой компьютера, тогда как напряжением 24 вольта постоянного тока питаются шины, где используется несколько датчиков, а также исполнительных механизмов.

Что такое модульная организация ввода / вывода?

Модули ввода и вывода ПЛК позволяют подключать датчики и различные исполнительные механизмы к системе для определения или контроля переменных в реальном времени:

Схематичное исполнение ввода / вывода различается по типу, диапазону и возможностям. Некоторые схемы включают следующее:

Типичное исполнение программируемых логических контроллеров

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) интегрируются как единичные или модульные системы.

Блок-схема типичного устройства: 1 – входы датчиков и прочих устройств; 2 – коммуникационная схема ввода; 3 – блок питания системы; 4 – микропроцессор; 5 – коммуникационная схема вывода; 6 – выходные сигналы устройств; 7 – блоки памяти; 8 – подключение программатора

Индустриальный единичный ПЛК содержит несколько схемных блоков в одном корпусе. Следовательно, возможности ввода / вывода определяются производителем, а не пользователем. Некоторые интегрированные ПЛК позволяют подключать дополнительные входы / выходы, обеспечивая модульность системы.

Модульный ПЛК также содержит ряд компонентов, подключаемых к общей шине ввода / вывода. При этом поддерживается возможность аппаратного расширения. Такая система содержит блок питания, процессор, схемы ввода / вывода, подключаемые к одной шине с поддержкой определения пользователем.

Модульные ПЛК выпускают разные по размерам, укомплектованные источником питания переменного тока, наделённые вычислительными возможностями и широкой поддержкой ввода / вывода.

Между тем модульные индустриальные ПЛК разделятся на:

устройства в зависимости от объёма памяти, программ и количества функций ввода / вывода.

Что такое ПЛК малые или компактные?

Конструкция спроектирована в виде компактного, прочного блока, который обычно размещается в непосредственной близости с контролируемым оборудованием. Компактные ПЛК используются для замены встроенной логики реле, счетчиков, таймеров и т. д.

Расширяемость такой системы в плане ввода / вывода ограничена до одного или двух устройств. Малые аппараты используют список логических команд или язык релейной логики в качестве языка программирования.

Что такое ПЛК в конструкции среднего размера?

Эта разновидность в основном используется в промышленно-производственном секторе. Аппараты позволяют использовать множество подключаемых модулей, которые монтируются на объединительной плате системы.

Несколько сотен точек ввода / вывода обеспечиваются путём добавления дополнительных плат ввода / вывода. Дополнительно к этому средние по размерности ПЛК предоставляют средства связи.

Что такое ПЛК как большие производительные системы?

Конструкции подобного исполнения используются на местах, где востребованы сложные функции управления процессом. Производительность больших контроллеров управления значительно выше, чем средних аппаратов с точки зрения памяти, языков программирования, точек ввода / вывода, коммуникационных модулей и т. д.

В основном крупные индустриальные контроллеры используются:

Что такое ПЛК — технический вывод

Комбинация управляющих структур PLC и SCADA, в основном задействованных в секторе промышленной автоматизации. Оборудование применяемое также в системах электроснабжения — передача и распределение электроэнергии.

Программируемая последовательная коммутация — ещё одно важное направление определяющее, что такое ПЛК. Следовательно, выбор оборудования для определённого применения неизбежно сопровождается применением разных типов программируемых логических контроллеров.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Источник

Автоматизированные установки систем водоснабжения, примеры схем

Подача воды на объекты осуществляется целым рядом механизмов и сооружений: насосные станции, трубопроводы, станции фильтрации, водоприемники. Слаженная работа всех компонентов увеличивает эффективность и надежность систем, уменьшает расход энергоресурсов и улучшает конечные показатели воды. Для координации отдельных блоков оборудуются автоматизированные системы водоснабжения и водоотведения.

Требования к автоматическим установкам водоснабжения

автоматическая повысительная насосная установка

Современные технологии позволяют автоматизировать практически любую систему водоснабжения:

Необходимо учитывать то, что процесс добычи, очистки и доставки воды связан с разнообразными физическими, химическими и биологическими реакциями. Автоматизация процесса водоснабжения проводится с учетом следующих особенностей:

Комплектация автоматизированной системы водоснабжения

шкаф управления с контроллером

Автоматизация процесса водоснабжения осуществляется с помощью:

Датчики определяют характеристики, регулируют и сигнализируют о неполадках в процессах.

Модули (блоки) ввода и вывода переводят информацию, полученную от датчиков в удобный для обработки формат и поставляющие далее на контроллер.

Измерительные преобразователи преобразуют контролируемые параметры или сигналы в удобную для хранения или обработки форму.

Контроллер управляет технологическими процессами, используя данные датчиков. В отличие от бытовых компьютеров, промышленные контроллеры оснащены мощной системой ввода и вывода сигналов с периферии. Они не требуют постоянного контроля и выдерживают неблагоприятные климатические условия.

Исполнительный механизм — получает сигнал от контроллера и преобразует его в движение. Схема исполнительного механизма автоматизации водоснабжения состоит из реле, гидравлического или пневматического привода, двигателя.

Для доставки информации с периферии в пункт управления используются:

Схема автоматизации артезианских источников

Автоматизация процесса водозабора из глубинных скважин и снабжения водой потребителя должна соответствовать условиям:

Схема автоматизации водоснабжения

схема автоматизации скважины

Каждая автоматизированная система водоснабжения и водоотведения оснащается программой управления. В результате насосы работают без присутствия человека, поддерживая нужное количество воды в цистернах. Они обеспечивают заданный напор в водопроводных трубах. Эффективно работает схема, когда один насос ведущий, другие ведомые. Через определенный период ведущий насос меняется, это предотвращает преждевременный износ оборудования. Контроллер автоматизированной системы водоснабжения подсчитывает количество часов, наработанных каждым насосом.

Контроллер анализирует ошибки оборудования: обрывы или замыкания в цепях, отсутствие связи с датчиками, скачки напряжения, аварийные пределы. Если датчик ломается, на пульт управления приходит информация об этом. В автоматическом режиме контроллер разрешает насосу работать, регулируя расход воды и поток.

Оператор видит на мониторе информацию о взломе оборудования, затоплении или возгорании, температуре воздуха, давлении и расходе воды, количестве воды в баках. Схема автоматизированного водоснабжения позволяет оператору дистанционно включать или выключать насосы, перезапускать механизм плавного спуска.

Автоматизация башенных установок водозабора

схема башенной водокачки

В сельском хозяйстве преимущественно распространено водоснабжение автоматизированными установками башенного типа с погружными насосами. Схема управления башенной водокачкой дает возможность автоматически или вручную включать или выключать насос, предохраняет электромотор от замыканий и перегрузок, подает световые сигналы о состоянии насоса.

Чтобы на водокачке башенного типа перевести установки водоснабжения из автоматического на ручной режим, тумблер SA устанавливают на P. При переводе на О установка выключается. Когда в башне воды нет, контакты датчиков размыкаются, а магнитного пускателя соединяются. В установке водоснабжения башенного типа автоматически запускается насос и закачивает необходимое количество воды. Как только вода доходит до контактов реле КV, отключается подача тока на насос. При включенном насосе светится красный индикатор, при выключенном — зеленый.

Автоматизированная система водоснабжения позволяет, уменьшить численность обслуживающего персонала, прослеживать все процессы, показатели датчиков, режимы работы оборудования, контролировать производительность источников водозабора, в реальном времени учитывать объем добываемой воды.

Видеопример автоматизации водоснабжения поселка в Забайкалье:

Источник

Система диспетчеризации водоканала

Назначение

Система предназначена для автоматизации процессов сбора и обработки информации о работе объектов водоканала, программно-логического управления объектами, диспетчерского контроля и централизованного управления, а также для решения задач технического и коммерческого учёта гидроресурсов, потребления тепла и электроэнергии.

Цели и задачи

Повышение эффективности работы водоканалов за счет:

Экономическая эффективность комплексной автоматизации водоканала

Объект диспетчеризации

Система водоснабжения и водоотведения города – сложный многофункциональный комплекс, работающий 24 часа в сутки, 365 дней в году. Можно выделить подсистемы водозабора, водоподготовки, распределения водоснабжения, водоотведения и очистки стоков.

Классическая схема системы водоснабжения и водоотведения города

Архитектура и выполняемые функции

Система строится с использованием программно-логических контроллеров и в общем случае имеет трёхуровневую структуру:

На супервизорном уровне реализуются:

На диспетчерском уровне реализуются:

На уровне локальных АСУ ТП реализуются:

АСКУЭ, как специфическая часть уровня АСУ ТП, выполняет следующие функции:

Функция АСКУВ – коммерческий учёт отпускаемых потребителям воды по всем контролируемым объектам.

Подсистема визуализации, которая может быть составляющей любого из вышеперечисленных уровней, обеспечивает отображение технологической информации на экране операторской станции в виде:

Система диспетчеризации водоканала

Отличительные особенности и преимущества системы

Локальные АСУ ТП могут работать в двух режимах: автоматическом и дистанционном. В автоматическом режиме поддерживаются заданные величины параметров. В дистанционном режиме управление исполнительными механизмами (насосами, задвижками) осуществляется оператором диспетчерского уровня. При отсутствии связи с диспетчерским уровнем контроллер переключается в автоматический режим работы и работает как локальная станция управления. При возникновении нештатной ситуации контроллер нижнего уровня осуществляет посылку данных автоматически, независимо от установленного периода связи.

Встроенные функции контроллеров, применяемых в локальных АСУТП, позволяют вести архивы внутри контроллера и передавать их на «верхние» уровни системы диспетчеризации. Обмен информацией может происходить как по инициативе «сверху» и «снизу», так и по расписанию. Контроллеры могут передавать информацию на «верхний» уровень с использованием протоколов OPC DA и HDA. При работе в комплексе со SCADA КРУГ-2000 обмен информацией осуществляется по «закрытому» внутрифирменному протоколу, позволяющему работать по медленным и неустойчивым каналам связи. При восстановлении связи после её пропадания вся информация, включая архивы параметров и протокол событий, «поднимается» в SCADA-систему.

Обмен информацией с контроллерами может осуществляться как по Ethernet, по линиям телефонной модемной связи, так и по GSM-каналам. Для этого опционально в составе контроллеров предусмотрены встроенные модули GSM с поддержкой двух SIM-карт. Каналы связи могут быть зарезервированы. Поддерживается работа как с «белыми», так и с «серыми» IP-адресами. Обмен данными с диспетчерскими пунктами может быть реализован и с использованием радиоканала.

При работе в открытых сетях применяются механизмы защиты от «внешнего» воздействия и перехвата информации. Для защиты от вмешательства извне при работе в «открытых» сетях в контроллере предусмотрен программный firewall. При передаче информации между контроллером и SCADA КРУГ-2000 применяются механизмы шифрования.

Источник