razvoj primjena standardi tisak.ppt - bib.irb.hr · izradi programskih rješenja industrijskih računala (IEC 61131-3), standardizaciju nekoliko najvažnijih rješenja na području

1

Primjena računala u sustavima Primjena računala u sustavima

automatizacije industrijskih postrojenjaautomatizacije industrijskih postrojenja

Razvoj i primjena standardaRazvoj i primjena standarda

industrijskih upravljačkih sustavaindustrijskih upravljačkih sustava

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u

graditeljstvugraditeljstvu

mr.sc. Goran Malčić v.pred.mr.sc. Goran Malčić v.pred.

XII. Tečaj, 10. i 11. veljače 2012.XII. Tečaj, 10. i 11. veljače 2012.

Industrijski upravljački sustaviIndustrijski upravljački sustavi

Pristup projektiranju i izgradnji upravljačkih sustava od samihpočetaka primjene industrijskih postrojenja se kontinuirano mijenja ipoboljšava. Paralelno sa napretkom raznih tehnologija povećavaju se idodatni zahtjevi kod razvoja upravljačkih sustava čime njihove mogućnostipostaju sve veće i veće.

Kao odgovor na ove zahtjeve posljednih dvadesetak godina jerazvijeno nekoliko otvorenih meñunarodnih standarda za industriju koji seodnose na programske jezike, pristupe projektiranju upravljačkih sustava,otvorenu komunikaciju, itd. Primjena otvorenih standarda omogućila je razvojnovih vrsta upravljačkih sustava.

U prvom dijelu je dan povijesni pregled razvoja raznih izvedbiindustrijskih upravljačkih sustava kako bi se što bolje shvatili razlozi uvoñenjaotvorenih standarda za industriju.

U drugom dijelu je dan pregled otvorenih standarda industrijskihupravljačkih sustava. Opisana je problematika koja je dovela do razvojatrenutno najvažnijih standarda upravljačkih sustava - IEC 61131-3 koji se bavistandardizacijom programiranja industrijskih kontrolera, standardi u područjukomunikacijskih tehnologija te OPC standard koji omogućuje povezivanjeureñaja različitih proizvoñača u jedinstvenu cjelinu.

U trećem dijelu prikazane su osnove SoftPLC tehnologije kojapredstavlja izraz za jedno od rješnja PC baziranog upravljačkog sustava.

2


Prvi upravljački sustavisu razvijeni tijekomindustrijske revolucijekrajem 19. stoljeća.Tijekom 20-ih godinaprošlog stoljećamehanički upravljačkiureñaji su zamijenjenielektromagnetskimrelejima i sklopnicimakoji su bili jedna odnajvažnijihkomponenata urazvoju upravljačkihsustava.

Relejni upravljački sustavi se sastoje od niza releja koji se aktiviraju pod utjecajem kontakata digitalnih pretvornika. Upravljačke funkcije ovise o tome kako su mirni i radni kontakti releja meñusobno spojeni ili kako su spojeni na odgovarajuće svitke releja.

PREGLED RAZVOJA UPRAVLJAČKIH SUSTAVA


Pojavom mikroprocesora početkom 70-ih godina prošlog stoljeća došlo je do revolucije u razvoju računala što je dovelo do puno manjih i jefitinih računalnih sustava.

Tada su se pojavili mnogi upravljački sustavi koji su koristili mikroprocesore kao kontrolere. Činjenica da se računala mogu programirati je ponudila velike prednosti u odnosu na ožičene logičke funkcije u upravljačkim sustavima temeljenim na relejima ili integriranim krugovima.

Računala su takoñer vrlo prikladna za obavljanje aritmetičkih operacija i pohranu velike količine podataka. Meñutim, standardna računala nisu predviñena za komunikaciju sa industrijskom opremom. Prvi upravljački sustavi temeljeni na računalima su trebali dodatnu opremu koja je služila kao sučelje prema pretvornicima signala i aktuatorima. Takva sučelja je trebalo razvijati za svako pojedinačno postrojenje u kojem se računalo koristilo kao upravljački ureñaj.

Svi računalni programi se sastoje od niza instrukcija koje govore računalu što treba radti kada se program izvršava. Računalne instrukcije se bitno razlikuju od ljudskog poimanja pojedinih akcija budući da računala obrañuju binarne podatke. Zbog toga se u programiranju kao pomagala koriste razni programi koji se koriste za obradu i prevoñenje ljudskih funkcionalnih opisa u jezik koji računalo prepoznaje.

Računala u upravljačkim sustavima

3


Neovisno o proizvoñaču, većina PLC ureñaja sadrži tri osnovne funkcionalne cjeline: centralnu procesorsku jedinicu (eng. Central Processing

Unit), memoriju i U / I jedinice koje sve meñusobno komuniciraju putem sabirnice . CPU koordinira svim aktivnostima u PLC ureñaju i izvršava upravljački program u memoriji dok se stanje procesa prati i uzorkuje putem U/I kartica na koje se spajaju pretvornici i aktuatori iz postrojenja.

Prvi PLC ureñaji su se programirali pomoću posebnih terminala koji su razvijani posebno za svakog proizvoñača. U današnje vrijeme se PLC ureñaji u pravilu programiraju pomoću standardnih osobnih računala na kojima je instaliran pripadajući razvoji alat.


Distribuirani sustavi upravljanja (eng. Distributed Control Systems, DCS) su uvedeni 1975. godine kada su u otprilike isto vrijeme tvrtka Honeywell i japananska elektrotehnička tvrtka Yokogawa predstavile vlastita, neovisno razvijena, rješenja takvih sustava. Njezina svojstva su sljedeća:

-distribuirana, decentralizirana – sastoji se od velikog broja procesorskih, operatorskih i akvizicijskih jedinica razmještenih po čitavom objektu;

-mrežna – pojedine jedinice meñusobno su povezane putem komunikacijskih mreža;

- slojevita, hijerarhijska – pojedine funkcije, komponente i komunikacijske mreže hijerarhijski su organizirane u više razina; svaka razina ima vlastita pravila izvedbe i norme standardizacije;

- otvorena – sastoji se od komponenti i podsustava više različitih proizvoñača koji zadovoljavaju zadane standarde i norme povezivanja što znači da se ne postavljaju zahtjevi za upotrebom opreme za automatizaciju samo jednog dobavljača i proizvoñača.

Distribuirani sustavi upravljanja (DCS)

4


Prvi SCADA sustavi su koristili velika računala (eng. mainframe) te su zahtijevali operatere koji su donosili odluke o pojednim akcijama i pratili informacije o procesu. Operateri su preko sinoptičkih ploča sa ugrañenim signalnim lampicama, pokaznim instrumenatima i pisačima nadzirali stanja procesa dok su njime upravljali preko ugrañenih tipkala, preklopki i potenciometara (Slika). Budući da su ovakva rješenja nadzora i upravljanja procesom povećavala troškove ljudskog rada prvi SCADA sustavi su bili vrlo skupi za korištenje i održavanje.

Pojavom računala, a potom i PLC ureñaja u upravljačkim sustavima dolazi do razvoja modernih SCADA sustava u kojima se nadzor i upravljanje temelji na računalima

5


Novija rješenja upravljačkih sustava – SoftPLC i PAC

Jedan od problema koji se javlja kod primjene PLC ureñaja u industrijskim postrojenjima je da svi proizvoñači koriste vlastiti hadrver svojstven samo njihovim kontrolerima koji se programiraju u pripadajućim programskim jezicima.

Ovakvi problemi su tokom 90-ih godina prošlog stoljeća potaknuli neke proizvoñače programskih aplikacija na razvoj nove vrste kontrolera koji se naziva SoftPLC. Ovaj naziv predstavlja softver omogućuje da se upravljačka aplikacija izvršava u realnom vremenu na standardnom PC računalu. Pritom je komunikacija sa postrojenjem omogućena preko standardiziranih modularnih U/I jedinica. Dakle, za implementaciju SoftPLC kontrolera potreban je hardver i softver kojima se postiže da standardno PC računalo radi kao PLC ureñaj

Osnova prednost SoftPLC-a je da sav potreban hardver nije ovisan o proizvoñaču. Unatoč ovoj prednosti ni jedan proizvoñač softvera nije uspio postaviti svoje rješenje SoftPLC softvera kao industrijski standard što znači da aplikacije razvijene za jednu SoftPLC aplikaciju ne mogu biti prenešene u SoftPLC nekog drugog proizvoñača.

6


International Electrotechnical Commission, IECwww.iec.ch

Industrial Automation Open Networking Alliance, IAONA http://www.iaona-eu.com

Interface for Distributed Automation, IDA www.modbus-ida.org

Open Device Net Vendor Association, ODVA http://www.odva.org

The Organization for Machine Automation and Control, OMAC http://www.omac.org/

Association Connecting Electronics Industries, IPC http://www.ipc.org

International Electronics Manufacturing Initiative , iNEMI http://www.inemi.org

OPC Foundation http://www.opcfoundation.org

Standardization in Industrial Control Programming, PLCopenhttp://www.plcopen.org

Function Block-Based, Holonic Systems Technology http://www.holobloc.com

Object Management Group, OMGhttp://www.omg.org

World Batch Forum, WBF http://www.wbf.org

Instrumentation, Systems and Automation Society, ISA http://www.isa.org

7

Standardizacija programskih jezika – IEC 61131-3 standard

IEC 61131-3 standard se može ugrubo podijeliti na dva osnovna dijela1. Zajednički elementi (eng. Common Elements) – u ovom dijelu je

definiran niz raznih elemenata koji su zajednički svim programskim aplikacijama.

2. Programski jezici (eng. Programming Languages) - u ovom dijelu su definirani programski jezici koji su podržani standardom.

Osnovni dijelovi


Programeri bi uvijek trebali nastojati razvijati vlastite tipove funkcijskih blokova za sve dijelove programa koji se mogu ponovno iskoristiti kako bi se u potpunosti iskoristio potencijal funkcijskih blokova.

8

Standardizacija programskih jezika – IEC 61131-3 standardIEC 61131-3 standard podržava pet najčešće korištenih programskih

jezika zbog toga što programeri PLC ureñaja na temelju prethodnih iskustava obično preferiraju jezik koji ima najbolje odgovara. 1. Ljestvičasti dijagrami (eng. Ladder Diagrams, LD),2. Instrukcijska lista (eng. Instruction List, IL), 3. Funkcijski blok dijagrami (eng. Function Block Diagram, FBD), 4. Strukturirani tekst (eng. Structured Text, ST),5. Sekvencijalni funkcijski dijagrami (eng. Sequential Function Charts, SFC).


Organizacija PLCopen

Stručnjaci udruge PLCopen su organizirani u tehničke odbore koji u suradnji sa krajnjim korisnicima.definiraju otvorene standarde. Svaki od tih odbora se bavi odreñenim područjem interesa organizacije PLCopen .

9

Standardizacija u području komunikacijskih tehnologija

Organizacija OPC Foundation je nastala iz potrebe za unapreñenjem proizvodnog procesa. To je grupacija koja danas okuplja oko 400 svjetskih prizvoñača industrijske opreme i čiji broj stalno raste. Meñu prvim članovima su renomirane tvrtke poput Rockwell Automation, Honeywell Inc., Siemens AG,

Emmerson Process Menagement, Microsoft Corporation, MatrikonOPC,

Toshiba, National Instruments, Cyberlogic i mnogi drugi. Sve one zajedno rade na konstantnim poboljšanjima postojećih i izradi novih specifikacija.

OPC standard

10

SoftPLC tehnologija

SlotPLC

SoftPLC tehnologija

SoftPLC

Ethernet ili fieldbus

Standardni operativni

sustav

Windows Linux

Komunikacijska kartica

PCI sabirnica

Ostale

programske

aplikacije SoftPLC aplikacija

Operativni sustav za rad u

realnom vremenu (RTOS)

11

SoftPLC rješenje tvrtke KW Software

ProConOS je programsko bazirani PLC sustav koji osigurava PLC specificiran servis na standardnim ili specijalnim hardverskim platformama. To uključuje učitavanje i procesiranje PLC programa kao i mogućnost testiranje i ispravljanja programa (debug) pri pokretanju i održavanju strojeva i postrojenja upravljanih procesnim računalom.

Druga definicija za ProConOS je da je on visoko učinkoviti PLC runtime sustav za kompleksne upravljačke aplikacije. Isporučuje se sa IEC61131 programskom razvojnom okolinom Multiprog koja omogućuje lagano programiranje u SFC, LD, STL ili IL programskim jezicima. Slika prikazuje osnovni koncept SoftPLC rješenja tvrtke KW Software.

Tvrtka KW Software korisniku nudi samo odgovarajući PLC runtime softver (ProConOS) dok je korisniku na raspolaganju velik broj hardverskih platformi na kojima može primjeniti taj softver


12


Primjena Soft-PLC-a u tiskarskom postrojenju

Primjer konkretne primjene SoftPLC-a proizvoñača KW Software u postrojenju za tisak dnevnih novina tvrtke Vjesnik d.d.

Tiskarsko postrojenje za revijalni tisak je automat u koji kao sirovine ulaze papir i boja, a kao proizvod izlaze gotova tiskovina odreñenog tipa. U automatizacijskom smislu možemo reći da se radi o kontinuiranom sustavu (online) relativno velike brzine. Kapaciteti modernih postrojenja su od 30000 do 65000 primjeraka na sat što znači da se papirna traka prilikom tiskanja kreče brzinom od 8-15 m/s.

Postrojenje se funkcionalno sastoji od opskrbljivača papirnom trakom (izmjenjivača rola), tiskovnih jedinica za svaku boju, sušarom te jedinicom za formiranje (savijanje) tiskovine.

13

Primjena Soft-PLC-a u tiskarskom postrojenju

14

Mnogi industrijski konzoriciji i neprofitne organizacije su zadnjih dvadesetak godina uložili mnogo napora u razvoj standarda za industrijske upravljačke sustave.

Oni su bitno pojednostavili programiranje i razvoj industrijskih kontrolera te omogućili protok informacija izmeñu ureñaja različitih proizvoñača sa kojima se često susrećemo u industrijskim postrojenjima.

Najvažniji trenutno objavljeni standardi odnose se na standardizaciju u izradi programskih rješenja industrijskih računala (IEC 61131-3), standardizaciju nekoliko najvažnijih rješenja na području "fieldbus" tehnologija i komunikaciju izmeñu ureñaja različitih proizvoñača koja je moguća upotrebom OPC standardnih specifikacija.

Navedeni standardi omogućili su primjenu PC računala za obavljanje raznih upravljačkih zadataka zbog čega se danas koristi nekoliko izvedbi upravljačkih sustava temeljeni na PC računalima.

Jedan takav primjer je izvedba PC upravljačkog sustava poznatija pod nazivom SoftPLC koja se temelji na implementaciji softverske PLC upravljačke aplikacije.

Zaključak

Hvala na pažnji.Hvala na pažnji.

•• Kontakt adresa:Kontakt adresa:

•• Tehničko veleučilište u ZagrebuTehničko veleučilište u Zagrebu

•• Elektrotehnički odjel Elektrotehnički odjel

•• Konavoska 2, 10000 Zagreb, HrvatskaKonavoska 2, 10000 Zagreb, Hrvatska

•• mr.sc. Goran Malčić, v.pred.mr.sc. Goran Malčić, v.pred. [email protected]@tvz.hr

•• Danijel Maršić struc.spec.ing.el. Danijel Maršić struc.spec.ing.el. [email protected]@tvz.hr

Documents

razvoj primjena standardi tisak.ppt - bib.irb.hr · izradi programskih rješenja industrijskih računala (IEC 61131-3), standardizaciju nekoliko najvažnijih rješenja na području