1 komponenter i kontrollsystemet
Komponentene i et industrielt kontrollsystem IC -er kan bredt deles inn i to kategorier avhengig av hvor de er lokalisert: Kontrollsenterenheter og enheter for eksterne nettsteder. Control Center -enheter er lokalisert i System Control Center og inkluderer Human Machine Interface (HMI), Engineer Workstations og History Server (Historian). Eksternt nettstedenheter er enheter som ligger på produksjonsstedet og er direkte koblet til aktuatorer og sensorer hvis primære funksjon er å føre tilsyn med og kontrollere den fysiske prosessen. Selv om nettstedenheter ikke vanligvis samhandler direkte med mennesker, er det mer sannsynlig at de blir angrepet og kompromittert fordi produksjonssteder vanligvis er mindre sikre enn kontrollsentre.
1.1 Kontrollsenterutstyr
Human Machine Interface HMIS (noen ganger kalt SCADA -systemer) er systemer som lar operatører overvåke og kontrollere prosesser. HMIS HMI er vanligvis rene programmer som kjører på en datamaskin med generell formål, som vanligvis kjører i Microsoft Windows-familien i operativsystemmiljøer. Vanlige HMI-er i industrien inkluderer Wonderware, Siemens 'WINCC, Rockwells RSVIEW og AREVA E-TERRA, hvor Kineal også er et godt valg.
History Server Historian er en databaseserver som registrerer historien til tilstanden til et prosesskontrollsystem. I noen tilfeller, hvis historiker er mektig nok, kan den også brukes som HMI for kontrollsystemet. Historiker kjører vanligvis på større operativsystemer og vanlige maskinvareenheter, og speiles vanligvis på bedriftsnettverket.
1.2 Eksternt nettstedsenheter
Eksternt nettstedsenheter inkluderer PLS, RTUS RTUS RTU -er, intelligente elektroniske enheter IED -er og elektroniske reléer. Selv om funksjonene til disse enhetene varierer veldig, kan de grovt gruppert sammen basert på deres beliggenhet og likheter. Det er også likheter i maskinvarearkitekturen som brukes i disse enhetene, som generelt gir analoge eller digitale inngang/utgang (I/O) og kontrollfunksjoner. De leser data direkte fra sensorer og sender driftskommandoer til aktuatorer, og i noen tilfeller er de koblet til andre feltenheter.
En forenklet diskusjon av enhetene er gitt i denne artikkelen. Faktisk utfører hver av disse enhetene som er nevnt ovenfor (PLC, RTU, IEDS og elektroniske reléer) en viss delmengde av funksjoner i Control System Object Relationship Model (ORM). For eksempel vil RTU -er, som vanligvis er funksjonen til SCADA -systemer som bare gir I/O -kontroll, utfører prøvetaking via felt I/O -sensorer, og individuelt vil RTU generere triggere for aktuatorer. Elektroniske reléer vil alltid utføre prøvetakings- og utløsende funksjoner. RTU vil generere statusdatafeltpunkter, og i noen tilfeller vil behandle kommando -datafeltpunkter. Reléer vil generere statusdatafeltpunkter, men har mindre sannsynlighet for å håndtere kommanderte datafeltpunkter. RTU -er har generelt ikke lokal kontrollfunksjonalitet, men reléer har den funksjonaliteten. I tillegg til å kommunisere med sensorer, aktuatorer og kontrollfunksjoner på høyere nivå, har PLC -er viktige lokale kontrollfunksjoner. Disse funksjonene kan virke like, men det er signifikante forskjeller i ORM -ene.
2 Typisk kontrollsystemarkitektur
Figur 1 viser en typisk kontrollsystemarkitektur. I den kommuniserer en vanlig kommersiell PC som kjører en HMI med feltenheter som PLS via standard nettverksprotokoller (f.eks. Ethernet). Ingeniørstasjonen og historiedatabasen er også typisk vanlige kommersielle PC -er eller servere som kommuniserer med feltenhetene via standard nettverksprotokoller. Feltenheter kobles til andre feltenheter ved bruk av Ethernet-baserte industrielle kontrollprotokoller som FieldBus. Noen feltenheter kobles til intelligente enheter ved hjelp av standard serielle busskommunikasjonsprotokoller som RS232 eller RS485, og noen feltenheter kobles direkte til sensorer, i \ o -enheter og maskinenheter.
3 Programmerbar logikkontroller PLC
En PLC er en feltenhet som kan kobles direkte til sensorer og aktuatorer eller andre feltenheter. PLC -er kontrolleres lokalt gjennom logikkprogrammer (vanligvis i et format definert i henhold til IEC 61131-3 standard), og er i stand til å motta kontroll og spørring fra en HMI gjennom kontrollsystemets kommunikasjonsprotokol Bruk i hovedsak de samme underliggende komponentene. Typer bruker i hovedsak de samme underliggende komponentene.
3.1 PLC -programmering
PLC -er kan programmeres ved hjelp av et av språkene som er oppført i IEC 61131-3:
Stigediagram (LD), grafisk
Funksjonsblokkdiagram (FBD), grafisk
Strukturert tekst (ST), tekstlig
Instruksjonsliste (IL), tekstlig
Sekvensfunksjonskart (SFC), grafisk
PLS -en fungerer i sykliske sykluser som kalles "skanninger", som består av innganger, logisk utførelse og utganger.
3.2 Generell modulær PLC -arkitektur
Modulære PLC -er er sammensatt av individuelle moduler koblet med et bakplan. En ikke-modulær PLC integrerer alle komponenter i et enkelt brett.
3.3 PLC -modulinteraksjon
I den generelle PLC-arkitekturen vist i figur 2 har hver modul et fysisk spor og tildeles en serie bakplan adresser. Grensesnittregistre og bufferminner blir utsatt innenfor området for bakplan -adresser. Meldinger sendes og mottas av moduler som leser og skriver til registre eller andre modulbuffere.
3.4 Prosessormodul
Prosessormodulen er hjertet i PLS. Det implementerer koordinering mellom moduler og brukes noen ganger som en lovforberobler. Prosessormodulen konfigurerer andre moduler på Power-Up hvis de ikke lagrer sine egne konfigurasjoner.
Prosessormodulen tolker og utfører stigelogikk, leser verdier fra kommunikasjonsmodulen eller I/O -modulen, opprettholder operasjonell tilstand, kjører "skanner" sykluser av stigelogikken og skriver utgangsverdier til kommunikasjonsmodulen eller I/O -modulen.
3.5 Kommunikasjonsmodul
Kommunikasjonsmodulene tar kommunikasjonsprotokollrelatert kode fra prosessormodulen. De tar den tidsfølsomme protokollinteraksjonsdata fra prosessormodulen, og sikrer at prosessormodulen er i sin egen tidsfølsomme kontrollsløyfe. Fordi noen kontrollsystemprotokoller er veldig komplekse, kan kommunikasjonsmodulen ha høy prosessorkraft, så kommunikasjonsmodulen kan være like kompleks som prosessormodulen.
3.6 I/O -moduler
I/O -moduler konverterer signaler mellom lavspenning (3,3 volt eller 5 volt), lavstrøm (milliampere nivå) kontrolllogikk og høyspenning (24 volt eller mer), høy strøm (ampere nivå) prosesskontroll. Analoge I/O-moduler inneholder analoge-til-digitale omformere (ADC) og digitale-til-analog-omformere (DAC). Disse modulene har relativt enkel logikk og relativt lite intelligent maskinvare, og deres eneste oppgave er å konvertere mellom analoge og digitale signaler.
3.7 Generelle formål prosessorer
Det er tre typer prosessorarkitekturer som oftest finnes i PLS:
Armarkitektur (7 eller 9 -serie)
Motorola/Freescale 68000 Series Architecture
IBMs maktarkitektur
ARM -arkitekturen ble designet av ARM, et selskap med base i Storbritannia med mer enn 1700 ansatte. ARM produserer ikke brikker, men designer og lisenser den intellektuelle eiendommen (IP) for dem. (1) ARM -arkitekturen er mye brukt i innebygde systemer og enheter, og den har en spesielt stor andel av forbrukerelektronikk, for eksempel mobiltelefoner og personlige digitale assistenter (PDA), med en markedsandel på over 90%. (2) ARM-prosessorer kan kjøre i Big-Endian eller Little-Endian-modus, og kan også bruke armen (32- bit) og tommel (16- bit) instruksjonssett. ARM-prosessorer er ofte en del av tilpassede systemer-på-chips (SOCS).
Motorola (nå Freescale) 68000 -serien er en 32- bit Complex Instruction Set (CISC) mikroprosessor. Det er mye brukt i innebygde systemer. Det var verdens mest solgte 32- bitarkitekturprosessor i 2000, og 68000-serien er Big-Endian.
Kraftarkitekturen inkluderer PowerPC, en redusert instruksjonssett (RISC) mikroprosessorarkitektur implementert av IBM, Freescale, AMCC, Tundra og PA, blant andre. Kraftarkitekturen bruker stor-endian byte-sekvenser.
3.8 Minneoppsett
PLC-er bruker vanligvis ikke-flyktige flashminnelagring for å lagre prosessormodulfirmware og stigelogiske programmer (eller andre IEC 61131-3 språk). Adressen til flashminnet er kartlagt til adresserommet til prosessoren, og det samme er kontrollregistrene for andre ombord enheter. RAM brukes til å lagre status for kjøretid.
3.9 innebygde operativsystemer
Mange innebygde operativsystemer er også sanntids operativsystemer (RTOs). For å bli betraktet som en RTOS, må operativsystemet være "deterministisk forsinket, eller garantere en worst-case avbrytelsesforsinkelse eller kontekstbrytertid".
PLC-er bruker ofte kommersielle RTOS-implementeringer som VXWorks, Windows CE eller QNX, men kan også bruke tilpassede "interne" operativsystemer. Selv om det ennå ikke er vanlig, har noen produsenter begynt å bruke Linux-baserte operativsystemer på PLS.