Щербина Ю. В.
Технические средства автоматизации и управления
Министерство образования Российской Федерации
Московский государственный университет печати
Учебное пособие
Допущено УМО по образованию в области полиграфии и книжного дела для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах»
Москва 2002
Рецензенты: Г.Б. Фалк, профессор Московского государственного института электроники и математики технического университета; А.С. Сидоров, профессор Московского государственного университета печати
В учебном пособии рассмотрены архитектура и принципы функционирования современных систем управления технологическим процессом. Описаны системы управления на базе компьютерной техники общепромышленного типа и для полиграфического производства, основные технические средства автоматизации (датчики, преобразователи сигналов, микроконтроллеры, исполнительные устройства), а также программное обеспечение систем автоматизации и управления.
Щербина Ю.В. Технические средства автоматизации и управления: Учебное пособие; Моск. гос. ун-т печати. М.: МГУП, 2002. 448 с.
© Ю.В. Щербина, 2002
© Оформление. Московский государственный университет печати, 2002
Содержание книги
Технические средства автоматизации и управления
Введение
1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗБИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
1.1. Понятие производственной системы
1.2. Эволюция автоматизированных комплексов и производств
1.3. Гибкие автоматизированные производственные системы
1.4. Комплексная многоуровневая система автоматизации и управления полиграфическим производством
2. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА БАЗЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ
2.1. Структура системы автоматизации на базе компьютерной техники
2.2. Основные функции компьютера или микроконтроллера
2.3. Требования к программному обеспечению
2.4. Объекты управления
2.5. Системы регулирования и методы управления
2.6. Датчики систем управления
2.7. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи
2.8. Примеры реализации промышленных микропроцессорные систем управления производством
2.8.1. Аппаратно-программный комплекс реального времени для намерения характеристик транспортного потока
2.8.2. Комплексная распределенная система управления гидроагрегатами ГЭС
3. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫМ ПРОЦЕССОМ
3.1. Архитектура микропроцессорных систем управления печатью
3.2. Интегрированные системы управления современными печатными машинами
3.3. Отраслевой формат печатной продукции
3.4. Системы централизованной настройки и управления печатной машины
3.5. Системы ли станционного управления подачей краски и приводкой
3.6. Системы контроля качества печатной продукции
4. ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
4.1. Правила информационного обмена в соответствии с моделью ISO/OSI
4.2. Функции уровней модели ISO/OSI
4.3. Протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной подсистемы
4.4. Стек TCP/IP
4.5. Методы доступа к среде передачи данных ЛВС
4.6. Протоколы информационного обмена в ЛВС
4.7. Аппаратные средства ЛВС
4.8. Сети Ethernet
4.9. Сеть Token Ring
4.10. Сеть Arcnet
4.11. Сеть FDDI
4.12. Другие высокоскоростные ЛВС
4.13. Корпоративные сети
4.14. Сети промышленной автоматизации
5. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ CAN-СЕТЕЙ
5.1. Основные преимущества CAN-сетей
5.2. Принцип работы CAN-интерфейса в локальных промышленных сетях
5.3. Архитектура действующих протоколов CAN-сетей
5.4. Протокол CAL (CAN Application Layer)
5.5. Протокол CANopen
5.6. Протокол CAN Kingdom
5.7. Протокол DeviceNet
5.8. Протокол SDS (Smart Distributed System)
5.9. Сравнение протоколов. Прочие HLP
5.10. Применение в индустриальных приложениях
ВВЕДЕНИЕ
Технические средства являются наиболее динамичной частью систем автоматизации и управления, обновляемой несравненно быстрее, чем происходит эволюция, например, принципов организации и состава функциональных типовых задач управления. Развитие микропроцессорной элементной базы и ее значительное удешевление послужили предпосылками для массового использования программируемых логических и регулирующих микроконтроллеров.
Объединение микропроцессорных устройств в локальные сети привело к появлению принципиально новых систем с распределенным управлением, имеющих гибкую структуру и обеспечивающих возможность легкого приспособления к требованиям конкретного производства. Использование микропроцессорных систем (промышленных компьютеров), периферийных устройств с развитыми функциями, современной техники коммуникации, такой, например, как волоконно-оптические каналы связи, в системах супервизор-ного контроля, сбора данных и управления привело к появлению «интеллектуальных» технических систем. Примером такой системы является рассмотренная в данном пособии комплексная многоуровневая система автоматизации и управления полиграфическим производством РЕСОМ, разработанная фирмой Man Roland.
Анализ состояния и перспектив развития современных средств автоматизации показывает основные направления их совершенствования:
• интеграция отдельных функций сбора, промежуточная обработка и преобразование информации в единых устройствах, построенных на базе цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), многопроцессорных модулей и модулей удаленного ввода-вывода сигналов;
• разработка новых типов различных процессорных плат (полноразмерных, половинных), одноплатных компьютеров (All-in-one) формата 3,5" и 5,25", процессорных плат Compact PCI, обеспечивающих полное соответствие открытой архитектуре РС-совместимого компьютера;
• развитие быстродействующих сетевого сбора и обработки сетевой информации на основе CAN-интерфейсов, AS-интерфейсов и последовательных протоколов передачи кодированных сигналов RS-482/485.
Важным аспектом совершенствования САиУ является повышение надежности их функционирования и «живучести» входящих в них устройств с реализацией функции диагностики и протоколирования состояния системы управления в рабочих и нештатных условиях ее работы. Эта задача решается как за счет горячего резервирования каналов передачи данных, так и за счет передачи отдельных функций обработки информации исправным микропроцессорным устройствам. Большое внимание уделяется созданию агрегатных комплексов с объектной ориентацией, способных работать в составе локальных управляющих вычислительных сетей.
В настоящем учебном пособии рассмотрены отдельные вопросы истории развития автоматизированных систем управления, назначение и функции гибких производственных систем. Достаточно подробно освещены системы автоматизации технологических процессов на базе компьютерной техники, рассмотрена их структура, основные функции компьютера и микроконтроллеров, а также роль операционного и прикладного программного обеспечения. В качестве примеров промышленных микропроцессорных систем описан аппаратно-программный комплекс для измерения характеристик транспортного потока и комплексная распределенная система управления гидроагрегатами ГЭС, разработанные НПЦ «Модуль».
В отдельную главу выделено описание микропроцессорной системы управления печатным процессом, в которой освещены вопросы архитектуры микропроцессорных систем управления печатью, интегрированные системы управления современными листовыми печатными машинами, возможности отраслевого формата печатной продукции CIP3. На примере комплексной системы автоматизированного управления печатью фирмы Heidelberg рассмотрены системы централизованной настройки и управления печатной машиной ЦПТроник и системы дистанционного управления подачей краски и приводкой, а также системы управления качеством печатной продукции.
Большое внимание уделено принципам функционирования управляющих локальных вычислительных сетей (LAN) и распределенным системам обработки информации, поступающей от микропроцессорных модулей на базе CAN-сетей. Здесь рассмотрены правила информационного обмена в соответствии с моделью ISO/OSI, функции информационных уровней, протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной системы, аппаратные средства ЛВС, сети Ethernet, Token Ring, Arcnet и др. Рассмотрены достоинства CAN-сетей , принципы работы. Освещены особенности их архитектуры и даны описания различных протоколов CAN-сетей (CAL, CANopen, CAN Kingdom, DeviceNet и др.).
Описание аппаратных средств содержит данные об аналого-цифровых преобразователях (АЦП), датчиках систем автоматизации и управления, цифровых сигнальных процессорах, цифроаналоговых преобразователях и исполнительных устройствах систем автоматики. Наряду с рассмотрением традиционных вопросов автор пытался привести технические данные современных технических устройств, которые выпускаются фирмами «Motorola», «Honeywell» и др. Эти изделия сейчас активно продвигаются на российском рынке средств промышленной автоматизации такими компаниями, как «Прософт», «Ракурс», «PLC-Systems», «Родник» и др.
Здесь же приведены примеры использования данных устройств при решении некоторых задач автоматического контроля и управления. Эти материалы могут быть полезны при выполнении курсовых работ и в дипломном проектировании.
Дополнительно были включены две главы. В одной из них рассматриваются прикладные программные средства микропроцессорных систем. Хотя вопросы программного обеспечения требуют более подробного рассмотрения, но и здесь их освещение стало необходимым. Организация работы как локальных, так и сетевых систем напрямую связана с особенностями конструкций микропроцессорных устройств и с конкретными возможностями программного обеспечения. В данной работе описаны некоторые средства разработки промышленных микроконтроллеров (например, комплект программного обеспечения LASDK), SCADA-система GENESIS32-6.0, а также прикладное программное обеспечение LabWindowsAAH сбора и обработки данных и другие программные пакеты.
В главе «Микропроцессорные модули удаленного сбора информации и управления» на основании каталогов компаний «Прософт», ИКОС и других описаны микропроцессорные устройства и модули удаленного ввода-вывода фирм Advantech и ICP. Здесь приведены перечни устройств, входящих в семейства ADAM 5000 и ROBO 8000, даны их паспортные данные и описаны примеры реализации распределенных систем сбора информации и управления.
Целью подготовки данной рукописи было единое описание чрезвычайно разнородной и быстро меняющейся номенклатуры устройств и методов построения систем промышленной автоматизации и управления. Поэтому автор уделил повышенное внимание не только самим аппаратным средствам, но и архитектуре, информационному обеспечению и способам построения сетевых управляющих систем.
При подготовке этой работы использовались статьи научных и общетехнических журналов, учебники, справочники, монографии, а также материалы информационных и коммерческих WEB-сайтов Интернета. Список рекомендуемой литературы приведен в конце рукописи. Для удобства читателей он разбит на три раздела. Дополнительно приложен перечень WEB-сайтов по промышленной автоматизации, компьютерной и микропроцессорной технике.
Данное учебное пособие рекомендуется студентам специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах» при изучении курса ТСАиУ, а также для использования в курсовом и дипломном проектировании. Кроме того, это учебное пособие может использоваться студентами специальности 170800 «Полиграфические машины и автоматизированные комплексы», а также 281400 «Технология полиграфического производства» при изучении курсов «Управление в технических системах» и «Автоматизация полиграфического производства».
Скачать книгу "Технические средства автоматизации и управления". Москва, Московский государственный университет печати, 2002
|
