Увидел на Хабр Q&A вопрос как физически происходит управление оборудованием в АСУ ТП, начал писать ответ, в итоге накатал целую статью :)
Технически, управлять оборудованием можно по-разному:
Подавая питание (фазу либо низковольтное - зависит что за прибор). Подали питание - поехало, сняли - остановилось. Здесь подойдёт реле, магнитный пускатель, транзистор/тиристор/симистор…
Аналоговое управление - когда параметры на прибор подаются конкретным значением напряжения/тока. Например, подали 12В - поехало быстро, снизили до 5В - поехало пропорционально медленнее, до 0В - остановилось. Вариант - пропорциональное управление, когда управляющее воздействие зависит от каких-то факторов. Например, нам надо максимально быстро разогнать дрыгатель до штатных оборотов, а потом поддерживать эти обороты. Мы сначала вкачиваем в него максимальную мощность чтобы он резво стартовал, потом по определённому закону её снижаем до достижения нужных оборотов, потом регулируем эту мощность в зависимости от нагрузки на двигатель так чтобы он поддерживал нужные обороты. Разумеется, аналоговым способом можно не только управлять мощным оборудованием, но и малыми напряжениями/токами управлять контроллером, который уже будет качать мощь. Управление напряжением годится на малых дистанциях т.к. при её увеличении становятся значимыми потери в проводах и на выходе линии напряжение м.б. совсем не то что мы подавали, соответственно, контроллер будет работать неправильно. В этом случае мы можем перейти на управление током, см. "токовая петля".
Сухой контакт/Открытый коллектор/Оптопара. Смысл в том что мы маленькой дохлой кнопкой можем управлять чем-то мощным. Пример: на пульте стоит кнопка, к станку тянется провод. Замыкая кнопку, мы подаём 12В на маленькое (промежуточное) реле, которое подаёт фазу на большой пускатель, который подаёт 3 фазы на 100-киловаттный мотор. Или стоит задача сделать пульт дистанционного управления прибором. Есть прибор, возможно имеющий свои собственные кнопки, а мы хотим сделать дополнительный пост управления, который будет дублировать кнопки прибора. Для этого у него м.б. разъём GPI (General Purpose Interface, интерфейс общего назначения), замыкая контакты на котором мы прикидываемся соответствующими кнопками.
Все перечисленные способы, как можно заметить, "однонаправленные", т.е. команду мы дали, а что там на той стороне произошло… можно только догадываться, ну или высунуть ухо, послушать: зажужжало или нет :)
Но ничто нам не мешает прокинуть ещё одну или несколько пар проводов и использовать их в качестве "обратного канала":
подали фазу, на той стороне сработало реле и вернуло нам нашу фазу, у нас зажглась лампа, дрыгатель физически стартовал - сработал датчик, у нас зажглась вторая лампа, установка вышла на режим - третья, произошёл аварийный останов - большая красная :)
подали напряжение, установка завелась, мы сняли обороты с помощью "динамо-машинки" и вернули напряжение на пульт, на котором
напряжометрвольтметр показывает обороты;на приборе с GPI м.б. не только входы, но и выходы (иногда их называют Tally), которые сигнализирую о состоянии прибора. Мы может забрать их себе на пульт и, например, поджигать лампу в кнопке независимо от того это мы её нажали или Васян вдавил на самом приборе.Конечно, все эти способы можно комбинировать, например, туда напряжение, обратно GPI.
RS-232/422/485, Ethernet. Это последовательные интерфейсы, а выше перечисленные были параллельные. В отличие от "просто кнопки" они могут передавать сложные команды, используя одну пару проводов, по которой бегут последовательные биты. Благодаря этому мы можем сложные пульты подключать тонким проводом. К примеру: у нас на пульте 8 кнопок. В случае с GPI нам бы понадобилось 8 проводов + общий (земля). По RS-… на можем упаковать все 8 кнопок в один байт (каждый бит - состояние одной кнопки) и передавать его постоянно, заодно контролируя состояние линии: есть данные - линия цела. Надо больше кнопок - передаём несколько байт. Далее, я сказал одна пара, на самом деле обычно их минимум две. Вторая - это как раз обратный канал для передачи состояния прибора.
Да, ничего не мешает использовать только "половинку" RS-232/422/485 для односторонней передачи, но так обычно не делают. А ещё бывает режим 422/485 с передачей по одной паре с временным уплотнением (линия переключается: сначала "туда", потом "обратно"). Смысл в том что эти интерфейсы "из коробки" двунаправленные.
Благодаря тому что последовательные интерфейсы "умные", через них можно передавать сложные команды. Например, нам надо управлять прибором с высокой точностью, доли секунды. Конечно, речь идёт не о кнопках, а об автоматизированных контроллерах. GPI тут не годится так как не гарантирует время срабатывания. Но мы можем заранее дать такую команду: "Включись в 10:11:12.16" или "Откатись на 5 сек от точки входа и запустись так чтобы в 17:18:19.00 выйти на режим" или "Примерно в 12:00:00.00 переключись с источника 5 на источник 55, но не раньше чем там появится стабильный сигнал", а умный контроллер, имея источник точного времени, выполнит команду как надо и отрапортует чем-то вроде "CAPSTAN LOCK". Конечно, всё даётся не просто так, последовательные интерфейсы сложнее в реализации. Если надо передавать что-то сложнее состояния 8 кнопок, уже требуется протокол обмена - набор правил формирования пакетов данных, благодаря которому оборудование разных производителей может понимать друг друга. Могут быть протоколы поверх протоколов, например, физический транспорт RS-422, в котором живёт логический транспорт Modbus, поверх которого для передачи команд реализован оригинальный протокол фирмы "Васян и пацаны, Ltd.". Ну или см. "модель OSI" - это про то как организована иерархия (стек) протоколов поверх физического интерфейса Ethernet.
В этой статье мы очень кратно рассмотрели основные физические интерфейсы передачи данных, наиболее используемые для управления всяким оборудованием в народном хозяйстве. Это, конечно, далеко не всё. Например, совсем не затронута важнейшая тема помехозащищённости тех или иных типов линий, передача сигналов на дальные расстояния, использование других физических сред кроме медного провода (радио, оптика и др.). Но об этом как-нибудь в другой раз.
Комментарии (32)
lumen_xp
05.06.2023 10:54+1Не понятно кто и зачем плюсует статью. Есть вполне годная литература, например Денисенко, В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. Ну и гуглится его же сайт. Всем далеким от темы предлагаю начать с этой литературы. Стиль изложения в статье только запутает читателя не давая представления о том, как работает АСУ ТП. Публикацию спасти нельзя!
Wan-Derer Автор
05.06.2023 10:54+2Отлично! Кто-то перейдёт в комменты и увидит эту ссылку. Значит сработало!
vassabi
05.06.2023 10:54+5вот я плюсанул. Мне эта простенькая статья больше по душе чем очередные обзор ЧатЖПТ, миджорни и коммерческой джинсы.
А вы можете написать что-то своими словами про автоматизацию, кроме "Есть вполне годная литература" ?
Дать какой-то обзор литературы - что проще, что полнее, что устарело, что новинка ?Я же правильно понимаю, что вы специалист и сможете написать статью получше, чем тут написано, да ?
lumen_xp
05.06.2023 10:54+4Возможно занудство мое вызвано 13ю годами преподавания по данному направлению и около 14 лет практики ПНР. Статью написать могу, но не буду давать обещаний, что сделаю это быстро. Обещаю лишь, что сделаю.
Yukr
05.06.2023 10:54+2А мне понравилось, ставлю плюс! Пути в профессию неисповедимы, если бы в далеком 1988 году я не увлёкся бы весёлой книгой В.Полякова "Посвящение в радиоэлектронику" (рекомендую!), может и не нашёл бы любимое дело жизни.
vassabi
05.06.2023 10:54о знакомые картинки! тоже читал ее.
Но не потянуло, программировать собранные компьютеры мне было больше по душе, чем собирать по деталям железо
sepetov
05.06.2023 10:54Ещё вчера хотел написать вам, что готов помочь. Не написал, так как не специалист в этой теме (с оборудованием работал на уже более высоком уровне абстракции - слал команды через сокет, либо за апишечку дёргал).
А сегодня подумал: если будет потребность в рецензировании, вычитке - обращайтесь. Всё-таки где-то и я могу быть полезным :-)
vassabi
05.06.2023 10:54Статью написать могу, но не буду давать обещаний, что сделаю это быстро. Обещаю лишь, что сделаю.
Буду ждать. Даже и не быструю :)
ivan58
05.06.2023 10:54Здравствуйте, вы очень широко рассказали про управление. Мой вопрос гораздо узкий. Есть некий ПЛК ОВЕН 212 ТРМ. У него есть порт RS 485. По этой линии связи с помощью программы можно и считывать параметры и менять уставки, то есть заводить команды? Но это только часть управления. У ТРМ еще и выходные реле имеются для регулирования приводом. А если нам надо привод открыть или закрыть? Тогда тоже через RS485 канал? А канал в это время занят передачей с датчиков давления или расхода. Тут как каналы развести?
lumen_xp
05.06.2023 10:54Все не совсем так. Управляет приводом трубопроводной арматуры сам ТРМ. Внутри него есть программный ПИД регулятор, который рассчитывает рассогласование (ошибку регулирования) и формирует выходной сигнал, например на пускатель открытия. Про ПИД-регуляторы у Денисенко тоже есть. RS-485 у локальных регуляторов обычно используется чисто для мониторинга параметров. Через него конечно можно управлять, но для локального регулятора производитель уже все положил внутрь коробочки ТРМ. А вот если Вам из АСУ ТП верхнеуровневой нужно рулить, то да можно перевести ТРМ в режим внешнего управления и через него просто транслировать сигналы.
ivan58
05.06.2023 10:54Вот ! Значит мое знакомство с оборудованием только на нижнем уровне. Верхний уровень и как он электрически изолирован от нижнего мне не понятно. И вот как электрически они стыкуются и как расходятся меня и интересует.
Yukr
05.06.2023 10:54Позвольте мне попробовать ответить.
Порт RS485 можно использовать для задания/изменения параметров. Датчики подключаются на другие входы ТРМ, и влияют на регулировку "сами", без дополнительных команд. Вот схема с сайта Овен:
Похоже на использование навигатора - Вы задали по RS485 уставки ( как в навигаторе - конечный пункт назначения), запустили регулировку, а далее прибор отслеживает показания датчиков ( навигатор определяет положение по GPS), и корректирует сигнал на задвижку (навигатор говорит "поверните направо/ налево").
ivan58
05.06.2023 10:54Мне это знакомо. Это описано как нижний уровень АСУ. А меня интересует, как дистанционно еще вмешаться в работу регулятора и закрыть или открыть его, в то время когда регулятор выполняет свои задания, но технологически задвижку надо закрыть. Закрыть ее можно остановив пид, чтобы не мешал, а потом закрыть или открыть по требованию или надобности. Какими средствами реализуется такая конфигурация АСУ?
Yukr
05.06.2023 10:54Тогда по RS485.Ставите на компьютер программу Овена. Команды описаны в руководстве, стр 51. Как только Вы посылкой команды переключаете прибор в режим дистанционного управления, регулировка прекращается, а значит сигналы с датчиков игнорируются.
ivan58
05.06.2023 10:54Вы сейчас описали верхний уровень? Это он и есть? Получается что канал связи остается прежним , тот же RS485 тот же его вход. Так что ли? Насколько я знаю верхний уровень имеет свой изолированный канал связи. Или я не прав? А может он и не нужен? В том случае если система продублирована . Одну в ремонт, А вторая в работе.
Yukr
05.06.2023 10:54+1Это скорее канал связи между верхним и средним уровнем, на котором контроллеры. Под верхним уровнем обычно считают визуализацию управления (т.е. панели оператора) и сбор данных (система СКАДА). Нижний у нас это датчики, реле, прочие исполнительные механизмы.
В ТРМ один канал - RS485, он используется как в режиме автоматического регулирования ( задали параметры и дальше прибор сам регулирует), так и в режиме дистанционного управления ( сигнал открыть/закрыть задвижку). Пусть Вас это не смущает, скорости передачи хватает на всё. Тем более, что сигнал не "висит" на линии, пакет команды из битов-импульсов дошёл до прибора, был принят, и дальше прибор его отрабатывает без занятия линии RS485.
Дублирование системы здесь может быть, если поставить рядом второй прибор, уже с заданными параметрами, ВЫКЛЮЧЕННЫЙ, и при аварии быстро переключить питание с неисправного на исправный. НО! так не делают, потому что в приборе, в процессе регулировки, изменяются величины ПИД параметров, а в новом приборе их не будет. Соответственно, для выхода на имеющийся режим понадобится некоторое время, задвижка может пойти не туда и т.п. Возможно, эти текущие параметры регулировки можно периодически считывать ( по тому же RS) и сохранять в ПК, а потом быстро записать в новый прибор, но тут я наверняка не скажу, не углублялся сильно в документацию.
ivan58
05.06.2023 10:54Не по теме: почему не могу ставить плюсы, они не реагируют.?
Если я попаду в отдел АСУ, мне предлагают заниматься наладкой кип, а это нижний уровень. То чем будучи заниматься? Что это за работа? Менять датчики неисправные, обследовать реле, приводы. Ремонт тоже на мне? Составлять протоколы, отправ лять на поверку, тестить датчики аналоговые тоже наверное. Что я не указал?
Yukr
05.06.2023 10:54+1про плюсы не скажу, модераторы лучше знают
Для наладчика КИП самое частое занятие - выяснять, почему не работает так, как надо. При этом часто эксплуатанты стоят за спиной и нудят, что всё горит и надо быстрее ))) Зато решённая проблема приносит чувство глубого удовлетворения! Если имеете устойчивую психику и любите головоломки - это Ваше. Но при условии, что работодатель не жмётся на нормальный инструмент (как измерительный, так и обычный, отвёртки, кусачки, кримпер, утконосы,....) и материал (от проводов до изоленты). Если требуется сделать и г.. конфету, ремонтировать без запчастей, то мой Вам не совет, это ведёт к отвращению к делу и депрессии себя.
остальное Вы указали. Удачи!
shurshur
05.06.2023 10:54Могу сказать за их регулятор TPM 251. Я пару лет нзад собирал на его базе для отца контроллер для самогонного аппарата. Причём выбор был обусловлен тем, что он по своей работе с этим оборудованием уже давно знаком, сам я ничего не выбирал. Самый простой вариант: TPM, термодатчик, твердотельное реле.
Там всё вполне конфигурируется с самого устройства (правда, без руководства это делать нереально), включая настройку трёх программ.
Тогда же я нашёл и фирменную программу, которая даже запустилась в wine, но из-за отсутствия возможности подключиться к 485 вживую потестировать не смог. Но по интерфейсу (запущенному в офлайн-режиме) выглядит так, что более-менее всё там настраивается, в том числе видно, что можно менять те самые три программы. Так что вероятно в других моделях может быть всё так же, но это надо проверять. Я бы лучше потестировал фирменной программой или просто спросил производителя, тем более что он вроде как довольно отзывчивый.
roundzero
05.06.2023 10:54Все комментарии не читал, по теме статьи на уровне ПТУ. АСУТП это всегда система с хотя бы одним каналом ос но как правило это система с несколькими оос. Если это конечно не утюг.
Yorique
Это было стыдно читать, простите.
Wan-Derer Автор
Позвольте, сударь, а что не так?
segment
Всё
Wan-Derer Автор
Окей.... Что самое отвратительное?
plFlok
опечатки
очень... странный... стиль... с многоточиями... и смайлами :)
Не укладывается в стилистику ресурса: с сухим и конструктивным выкладыванием информации.
и главное: отсутствие хоть какой-либо практической пользы для тех, кто хоть раз видел электронные приборы за последние лет 50.
Wan-Derer Автор
По 3 пункту частично согласен. Думаю, публикацию можно спасти, добавив картинок. Будут силы - займусь :)
plFlok
Не надо. Имхо, Вы и так на грани хабрасуицида.
ivan58
Мне полезная инфа
eteh
Ну нужно разделять типы данных и их передачу и преобразование сигналов. Управляет не условный rs или токовая петля, а управляет преобразователь сигнала в изменение частоты или другого параметра. В случае реле там все проще - там преобразователь сухой контакт, в случае исполнительных механизмов там сложнее - уже открываются и катушки для штоков и другие устройства. Про мир пневматики с ее исполнительными механизмами я вообще молчу. Если коротко - то как управлять это задача алгоритмизации, а с помощью чего это приборов и устройств.
Wan-Derer Автор
Я хотел "для самых маленьких" рассказать о физических интерфейсах управления приборами, причём в самом общем виде. Управление это не только цеха, а техпроцесс это не только литьё в кокиль. Научное оборудование тоже требует АСУ, ЖКХ это тоже техпроцессы, плюс всякое там узкоспециальное.
Но о том что управление бывает не только электрическое, но и механическое, гидравлическое, пневматическое - как-то не подумал. Что ж, будет как расширить тему тем кто в этом хорошо понимает :)
eteh
Ну тогда стоило бы расписать о физических типах передачи данных - аналоговые(токовые и напряжения) и дискретные, плюс огромная подчасть дискретных - цифровые. Ну и далее рассказать о логических типах цифровых типов - Modbus, Profibus, Can и т.д. И вынести в отдельную часть конвертеры типов сигналов - передача любого типа например через TCP/IP.