Лекция № 9. Промышленные компьютеры и программируемые логические контроллеры

Вообще устройства, работающие в роли удаленных терминалов, называют программируемыми логическими контроллерами. В действительности же эти устройства представляют собой компьютеры, но не в понятии персональных компьютеров. Персональный компьютер является универсальным компьютером, который позволяет обрабатывать практически любую информацию. Программируемые логические компьютеры же являются специализированными компьютерами, которые решают конкретную задачу. Эти устройства могут также решать определенные управленческие процессы на месте. Примером этого является регулирование. Мы можем «поручить» удаленному терминалу закрыть трубу на ¾. При этом он производит закрытие трубы до тех пор, пока труба не закроется на ¾.

Развитие удаленных терминалов осуществляется в двух основных направлениях: промышленные компьютеры и программируемые логические контроллеры (PLC).

Промышленный компьютер представляет собой компьютер, предназначенный для работы в рамках промышленного производственного процесса. Как правило, промышленные компьютеры представляют собой компьютеры, совместимые с обычными, персональными компьютерами и в отличие от них адаптированные к жестким условиям эксплуатации. Адаптация относится не только к конструктивному исполнению но и к архитектуре и схемотехнике, так как изменения температуры окружающей среды приводят к дрейфу электрических параметров. Работа промышленных компьютеров возможна на заводах, электростанциях и других производственных процессах, в условиях запыленности, электромагнитного излучения и повышенной температуры. В таких условиях продолжительная работа обычного персонального компьютера невозможна.

Промышленный компьютер часто выпускается в виде IBM PC-совместимого компьютера. Он совместим с программным и аппаратным обеспечением обычных персональных компьютеров. Промышленные ПК являются готовыми, серийными, коммерчески-доступными изделиями. В английском языке rugged PC обозначает персональный компьютер, предназначенный для работы в тяжёлых условиях (но не для военных целей), и распространяется не только на настольный компьютер, но и ноутбук.

Разница между промышленными компьютерами и программируемыми логическими контроллерами в основном состоит в том, что промышленный компьютер имеет операционную систему. В промышленных компьютерах, используемых в роли удаленных терминалов, часто используют операционную систему Windows. Помимо этого используются различные расширенные версии указанной операционной системы для работы в реальном времени. В программированных логических контроллерах же операционной системы не имеем. Использование операционной системы имеет свои положительные и отрицательные стороны. С ее использованием устройство становится универсальным, хотя не достигается высокий уровень надежности. Устройство должно работать в течение 24 часов без отключения и не должно допускать ошибок. Хорошо знакомая нам операционная система Windows такую возможность не обеспечивает.

Программируемые логические контроллеры (PLC) представляют собой специализированные вычислительные устройства, предназначенные для управления процессами (объектами) в реальном времени. Программируемые логические контроллеры имеют вычислительное ядро и модули ввода/вывода. Модули ввода/вывода принимают информацию (сигналы) с датчиков, переключателей, преобразователей, других устройств, контроллеров и осуществляют управление процессом или объектом посредством управляющих сигналов. Современные PLC часто объединяются в сеть (RS-485, Ethernet, различные типы индустриальных шин). Разрабатываемое программное обеспечение позволяет в удобной для оператора форме программировать и управлять контроллерами через находящийся на верхнем уровне SCADA-системы терминал управления (MTU).

Исследование рынка показало, что наиболее развитой архитектурой, программным обеспечением и функциональными возможностями обладают программируемые логические контроллеры фирм Siemens, Fanuc Automation (General Electric), Allen-Bradley (Rockwell), Mitsubishi.

В конечном счете, можно выделить основную тенденцию: там, где требуется повышенная надежность и управление в жестком реальном времени, применяются программируемые логические контроллеры. В первую очередь это касается применений в системах жизнеобеспечения (водоснабжение, электроснабжение), транспортных системах, энергетических и промышленных предприятиях, представляющих повышенную экологическую опасность. Примерами могут служить применение PLC семейства Simatic (Siemens) в управлении электропитанием железнодорожных линий в Германии. Промышленные компьютеры применяются преимущественно в менее критичных областях (например, в автомобильной промышленности General Motors), хотя встречаются примеры и более ответственных применений (например система управления движением поездов, применяемая в метро в г. Варшаве). По оценкам экспертов, построение систем на основе PLC, характеризуется меньшей стоимостью по сравнению с системами, построенными на базе индустриальных компьютеров.

Ниже приведен сравнительный анализ персональных и промышленных компьютеров, а также программируемых логических контроллеров.