ЕвроТехсервис

Архитектура асу тп. Нижний Тагил

Структуры АСУТП

Архитектура АСУТП диктуется "сложностью" автоматизируемого производства. В простейшем случае АСУТП могут быть централизованными (сосредоточенными). При увеличении количества контролируемых параметров используется распределенная архитектура. При дальнейшем увеличении количества контролируемых параметров, а следовательно, датчиков, преобразователей, модулей ввода, модулей вывода, исполнительных устройств, а также компьютеров, отслеживающих состояние системы, становится целесообразно разделить АСУТП на уровни.

Централизованные (сосредоточенные) АСУТП

Основная отличительная особенность централизованной АСУТП: отслеживание состояния системы и отправка управляющих воздействий производится с использованием одного ПЛК или компьютера.

Централизованная АСУТП может рассматриваться, как частный случай распределенной системы.

Характеристики

  • подключение устройств осуществляется по технологии "точка-точка";
  • ограниченная надежность - центральный элемент системы - компьютер, в случае отказа которого система становится неуправляемой; дублирующих элементов, обычно не предусматривается;
  • проста в обслуживании - сравнительно небольшое количество элементов АСУТП;
  • защищенность - в системе может быть реализована защита от неквалифицированных пользователей;
  • экономичность - система, как правило, реализуется в минимально необходимом и достаточном виде и не содержит большого количества элементов;
  • ограниченная модифицируемость - количество элементов системы ограничено, для ее модификации могут потребоваться новые отсутствующие элементы;
  • ограниченная функциональная расширяемость и наращиваемость - количество элементов системы ограничивается количеством разъемов и разветвителей, которые может поддерживать компьютер;
  • минимальное время на монтаж и пусконаладку - простота системы обуславливается количеством ее элементов; в данном случае это количество минимально;
  • относительная простота алгоритмов управления.

Типовые сферы применения

  • домашняя автоматизация;
  • испытательный стенд для тестирования серийной продукции;
  • лабораторные работы в ВУЗах;
  • локальное управление технологическим процессом;
  • контроль температуры в теплице или элеваторе.

Распределенные АСУТП

Распределенные АСУТП состоят из множества территориально разнесенных ПЛК и модулей ввода-вывода. Каждый контроллер работает с определенной группой устройств ввода-вывода и обслуживает определенную часть объекта управления и взаимодействует с остальными контроллерами на минимально необходимом уровне, достаточном для выполнения общей задачи.

Необходимость построения распределенных систем обуславливается ростом количества контролируемых параметров, увеличением территории, на которой должна функционировать АСУТП, а также усложнением алгоритмов управления.

Характеристики

  • подключение устройств может осуществляться по технологиям "точка-точка" или "общая шина" в зависимости от количества контроллеров;
  • большее быстродействие - задачи распределяются между параллельно работающими процессорами;
  • повышенная надежность и устойчивость к сбоям - отказ одного из ПЛК не влияет на работу других;
  • более простое наращивание и переконфигурирование системы;
  • упрощенная процедура модернизации;
  • простота проектирования, настройки, диагностики и обслуживания - архитектура распределенной системы обычно соответствует архитектуре объекта управления;
  • улучшенная помехоустойчивость - устройства ввода в распределенной системе обычно размещяются в непосредственной близости от датчиков;
  • пониженные требования к кабелю и его низкая стоимость, меньшие расходы на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства;
  • меньшие требования, предъявляемые к ОС реального времени - на каждом ПЛК установлена отдельная ОС.

Многоуровневые АСУТП

Многоуровневая архитектура применяется в случаях, когда контроль за функционированием производства должен осуществляться несколькими ответственными лицами. Система в этом случае обычно делится на три уровня:

  1. уровень датчиков и исполнительных устройств (нулевой уровень);
  2. уровень технологического оборудования (первый уровень);
  3. диспетчерский уровень (второй уровень).

Уровень датчиков и исполнительных устройств

Устройства подключаются к первому уровню через интерфейсы ASI, 1-Wire, CAN, HART и др. Интерфейсы аналогового уровня (4-20 мА, 0-5 В) считаются морально устаревшими. В настоящее время многие датчики содержат в своем составе встроенный микроконтроллер, выполняющий автоматическую калибровку и компенсацию нелинейностей датчика и цифровой интерфейс. При проектировании датчики выбираются таким образом, чтобы в них использовался одинаковый протокол обмена и физический интерфейс связи.

Уровень технологического оборудования

Уровень представлен ПЛК и модулями ввода-вывода, которые обмениваются информацией по промышленной сети типа Modbus RTU, Modbus TCP, Profibus и т.п.

Диспетчерский уровень

Уровень представлен рабочими станциями с человеко-машинным интерфейсом (HMI), предоставляемым SCADA-системами.

Литература

"Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием". Денисенко В.В. М. 2009 г.