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.

контроллеры для автоматизации

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

промышленные контроллеры автоматизации

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.


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

контроллеры для автоматизации производства

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.

контроллеры для автоматизации котельной

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.

Заключение

контроллеры для автоматизации систем вентиляции

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.

Умный дом: управляющий контроллер. Умный дом: составляющие элементы, ...
Статья посвящена управляющим контроллерам для "умных домов". Рассмотрены особенности таких систем, функции, рабочие элементы, а также модели.
далее
Микроконтроллеры Atmega8. Программирование Atmega8 для начинающих
Микроконтроллеры Atmega8 являются самыми популярными представителями своего семейства. Во многом они этим обязаны, с одной стороны, простоте работы и понятной структуре, с другой - довольно широким функциональным возможностям. В статье будет ...
далее
Геркон: определение и как работает?
В самых разнообразных электрических и электронных схемах применяется радиодеталь с красивым названием «геркон». Что это такое и как она работает?
далее
Что это - доводчик стеклоподъемника
Доводчик стеклоподъемника – это очень полезное устройство, которое автоматизирует закрытие окон при постановке автомобиля на охрану. Оно позволяет значительно улучшить систему сигнализации и упростить жизнь водителю. При каждой стоянке ему не ...
далее
Заманчивая работа: «фасовщица». Все не так просто...
Выполнение ее обязанностей - это простая неквалифицированная работа. Фасовщица производит тяжелый и монотонный труд. Даже если приходится просто раскладывать конфеты в пакеты или сортировать по размерам зерна кофе. Фасовщице приходится целый день ...
далее
Киришский нефтеперерабатывающий завод КИНЕФ
Все время технологии совершенствуются и строятся новые заводы по переработке нефти. В данной статье пойдет речь об одном из них, а именно о нефтеперерабатывающем заводе в городе Кириши Ленинградской области.
далее
Киришский нефтеперерабатывающий завод КИНЕФ
Steinberg UR22: полный обзор, инструкция, отзывы
В данной статье мы расскажем вам о внешней звуковой карте Steinberg UR22, её достоинствах и недостатках.
далее
Steinberg UR22: полный обзор, инструкция, отзывы
Схема АВР. АВР (автоматический ввод резерва) для генератора
В нормальном режиме электроснабжения энергия предоставляется энергокомпанией и подводится к месту ее использования. Когда основной ее источник перестает работать, мощность от второго сетевого ввода или используемого резервного генератора должна вручную или автоматически подаваться к нагрузкам, для чего служит схема АВР (автоматического ввода резерва). Ее основной задачей является перераспределение мощности от энергосистемы на резервный источник питания.
далее
Схема АВР. АВР (автоматический ввод резерва) для генератора
Восстановление SD-карты: пошаговая инструкция
Попробуем разобраться в этом вопросе и обозначить лучшие программы для восстановления файлов с SD-карт, отличившиеся своей качественной составляющей, а главное – эффективностью работы.
далее
Восстановление SD-карты: пошаговая инструкция