Kontrol sisteminin 1 bileşeni
Bir endüstriyel kontrol sistemi IC'lerinin bileşenleri, bulundukları yere bağlı olarak geniş ölçüde iki kategoriye ayrılabilir: kontrol merkezi cihazları ve uzak site cihazları. Kontrol merkezi cihazları sistem kontrol merkezinde bulunur ve insan makinesi arayüzünü (HMI), mühendis iş istasyonlarını ve geçmiş sunucularını (tarihçi) içerir. Uzak site cihazları, üretim sahasında bulunan ve birincil işlevi fiziksel süreci denetlemek ve kontrol etmek olan aktüatörlere ve sensörlere doğrudan bağlı olan cihazlardır. Site cihazları genellikle doğrudan insanlarla etkileşime girmese de, üretim alanları genellikle kontrol merkezlerinden daha az güvenli olduğu için saldırıya uğrama ve tehlikeye girme olasılıkları daha yüksektir.
1.1 Kontrol Merkezi Ekipmanı
İnsan Makine Arayüzü HMI'leri (bazen SCADA sistemleri olarak adlandırılır), operatörlerin süreçleri izlemesine ve kontrol etmesine izin veren sistemlerdir. HMIS HMI'ler genellikle genel amaçlı bir bilgisayarda çalışan ve genellikle Microsoft Windows işletim sistemi ortamlarında çalışan saf yazılım uygulamalarıdır. Endüstride yaygın HMI'ler arasında Wonderware, Siemens 'Wincc, Rockwell'in RSVIEW ve AreVa E-Terra, Kinseal da iyi bir seçimdir.
Hate Server Historist, bir proses kontrol sisteminin durumunun geçmişini kaydeden bir veritabanı sunucusudur. Bazı durumlarda, tarihçi yeterince güçlü ise, kontrol sistemi için bir HMI olarak da kullanılabilir. Tarihçi genellikle büyük işletim sistemlerinde ve ortak donanım cihazlarında çalışır ve genellikle kurumsal ağda yansıtılır.
1.2 Uzak Site Cihazları
Uzak site cihazları arasında PLC'ler, uzak terminal birimleri RTU'lar, Akıllı Elektronik Cihazlar IED'leri ve elektronik röleler bulunur. Bu cihazların işlevleri büyük ölçüde değişse de, konumlarına ve benzerliklerine göre kabaca birlikte gruplandırılabilirler. Bu cihazlarda kullanılan donanım mimarisinde, genellikle analog veya dijital giriş/çıkış (G/Ç) ve kontrol fonksiyonları sağlayan benzerlikler de vardır. Doğrudan sensörlerden verileri okurlar ve aktüatörlere çalışma komutları gönderirler ve bazı durumlarda diğer alan cihazlarına bağlanırlar.
Bu makalede cihazların basitleştirilmiş bir tartışması verilmiştir. Aslında, yukarıda belirtilen bu cihazların her biri (PLC'ler, RTU'lar, IED'ler ve elektronik röleler), Kontrol Sistemi Nesne İlişki Modelinde (ORM) belirli bir işlev alt kümesini gerçekleştirir. Örneğin, genellikle sadece alan G/Ç kontrolü sağlayan SCADA sistemlerinin işlevi olan RTU'lar, alan G/Ç sensörleri aracılığıyla örnekleme gerçekleştirir ve ayrı ayrı RTU'lar aktüatörler için tetikleyiciler oluşturur. Elektronik röleler her zaman örnekleme ve tetikleme işlevlerini yerine getirecektir. RTU durum veri alanı noktaları oluşturur ve bazı durumlarda komut veri alanı noktalarını işler. Röleler durum veri alanı noktaları oluşturur, ancak komuta edilen veri alanı noktalarını ele alma olasılığı daha düşüktür. Sensörler, aktüatörler ve daha yüksek seviyeli kontrol fonksiyonları ile iletişim kurmanın yanı sıra, PLC'lerin önemli yerel kontrol fonksiyonları vardır. Bu işlevler benzer görünebilir, ancak ORM'lerde önemli farklılıklar vardır.
2 Tipik Kontrol Sistemi Mimarisi
Şekil 1 tipik bir kontrol sistemi mimarisini göstermektedir. İçinde, bir HMI çalıştıran ortak bir ticari PC, standart ağ protokolleri (örn. Ethernet) aracılığıyla PLC'ler gibi alan cihazlarıyla iletişim kurar. Mühendis istasyonu ve geçmiş veritabanı, standart ağ protokolleri aracılığıyla alan cihazlarıyla iletişim kuran sıradan ticari PC'ler veya sunuculardır. Alan cihazları, Fieldbus gibi Ethernet tabanlı endüstriyel kontrol protokollerini kullanarak diğer alan cihazlarına bağlanır. Bazı alan cihazları, RS232 veya RS485 gibi standart seri veri yolu iletişim protokollerini kullanarak akıllı cihazlara bağlanır ve bazı alan cihazları doğrudan sensörlere, I \ o cihazlara ve makine cihazlarına bağlanır.
3 Programlanabilir Mantık Denetleyici Plc
Bir PLC, doğrudan sensörlere ve aktüatörlere veya diğer alan cihazlarına bağlanabilen bir alan cihazıdır.PLC'ler, mantık programları aracılığıyla yerel olarak kontrol edilir (genellikle IEC 61131-3 standardı olarak tanımlanan bir formatta) ve kontrol sisteminin iletişim protokolleri ile bir HMI'dan bir HMI'dan oluşabilir, ancak bu şekilde şekillendirilebilir, ancak bu tür bir HMI'dan sorgu isteklerini alabilir, ancak bu tür bir şekilde oluşturulabilir, bu Esasen aynı temel bileşenleri kullanın. Türler esasen aynı temel bileşenleri kullanır.
3.1 PLC programlama
PLC'ler, IEC 61131-3 'da listelenen dillerden biri kullanılarak programlanabilir:
Merdiven şeması (LD), grafik
Fonksiyon bloğu diyagramı (FBD), grafik
Yapılandırılmış Metin (ST), metin
Öğretim Listesi (IL), metin
Sekans Fonksiyon Grafiği (SFC), Grafik
PLC, girdiler, mantık yürütme ve çıkışlardan oluşan "taramalar" adı verilen döngüsel döngülerde çalışır.
3.2 Genel Modüler PLC Mimarisi
Modüler PLC'ler, bir arka panelle bağlanan ayrı modüllerden oluşur. Modüler olmayan bir PLC, tüm bileşenleri tek bir kartta entegre eder.
3.3 PLC Modül Etkileşimi
Şekil 2'de gösterilen genel amaçlı PLC mimarisinde, her modüle fiziksel bir yuvaya sahiptir ve bir dizi arka plan adres atanır. Arayüz kayıtları ve arabellek anıları arka plan adresleri aralığında ortaya çıkar. Mesajlar, kayıtlara veya diğer modül arabelleklerine modül okuma ve yazma tarafından gönderilir ve alınır.
3.4 İşlemci Modülü
İşlemci modülü PLC'nin kalbidir. Modüller arasındaki koordinasyonu uygular ve bazen bir arka plan hakemi olarak kullanılır. İşlemci modülü, kendi konfigürasyonlarını saklamazlarsa güçlendirmede diğer modülleri yapılandırır.
İşlemci modülü, merdiven mantığını yorumlar ve yürütür, iletişim modülünden veya G/Ç modülünden değerleri okur, çalışma durumunu korur, merdiven mantığının "tarama" döngülerini çalıştırır ve çıktı değerlerini iletişim modülüne veya G/Ç modülüne yazar.
3.5 İletişim Modülü
İletişim modülleri, iletişim protokolü ile ilgili kodu işlemci modülünden alır. İşlemci modülünden zamana duyarlı protokol etkileşim verilerini alırlar ve işlemci modülünün kendi zamana duyarlı kontrol döngüsünde olmasını sağlarlar. Bazı kontrol sistemi protokolleri çok karmaşık olduğundan, iletişim modülü yüksek işlem gücüne sahip olabilir, bu nedenle iletişim modülü işlemci modülü kadar karmaşık olabilir.
3.6 G/Ç modülleri
G/Ç modülleri, düşük voltaj (3.3 volt veya 5 volt), düşük akım (miliampere seviye) kontrol mantığı ve yüksek voltaj (24 volt veya daha fazla), yüksek akım (amper seviyesi) işlem kontrolü arasındaki sinyalleri dönüştürür. Analog I/O modülleri analog-dijital dönüştürücüler (ADC'ler) ve dijital-analog dönüştürücüler (DACS) içerir. Bu modüller nispeten basit mantığa ve nispeten az akıllı donanıma sahiptir ve tek görevleri analog ve dijital sinyaller arasında dönüştürmektir.
3.7 Genel Amaçlı İşlemciler
PLC'lerde en yaygın olarak bulunan üç tür işlemci mimarisi vardır:
ARM Mimarisi (7 veya 9 Serisi)
Motorola/Freescale 68000 Serisi Mimarlık
IBM'in güç mimarisi
ARM mimarisi, 1.700'den fazla çalışanı olan İngiltere merkezli bir şirket olan ARM tarafından tasarlanmıştır.MAR çipleri üretmez, aksine onlar için Fikri Mülkiyet (IP) tasarlar ve lisans verir. (1) ARM mimarisi, gömülü sistemlerde ve cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve%90'ın üzerinde pazar payı ile cep telefonları ve kişisel dijital asistanlar (PDA'lar) gibi tüketici elektroniğinin özellikle büyük bir payına sahiptir. (2) ARM işlemcileri Big-Endian veya Little-Endian modunda çalışabilir ve ayrıca kolu (32- bit) ve başparmak (16- bit) talimat setlerini de kullanabilir. Arm işlemcileri genellikle özelleştirilmiş kipi sistemlerinin (SOCS) bir parçasıdır.
Motorola (şimdi Freescale) 68000 serisi bir 32- bit karmaşık talimat seti (CISC) mikroişlemcidir. Gömülü sistemlerde yaygın olarak kullanılır. 2000 yılında dünyanın en çok satan 32- bit mimari işlemcisi ve 68000 serisi Big-Endian.
Güç mimarisi, diğerlerinin yanı sıra IBM, Freescale, AMCC, Tundra ve PA Semi tarafından uygulanan düşük bir Talimat Seti (RISC) mikroişlemci mimarisi olan PowerPC'yi içerir. Güç mimarisi büyük-Endian bayt dizilerini kullanır.
3.8 Bellek Düzeni
PLC'ler genellikle işlemci modülü ürün yazılımı ve merdiven mantık programları (veya diğer IEC 61131-3 dilleri) depolamak için uçucu olmayan flash bellek depolama kullanır. Flash belleğin adresi, diğer yerleşik cihazların kontrol kayıtları gibi işlemcinin adres alanına eşlenir.
3.9 Gömülü işletim sistemleri
Birçok gömülü işletim sistemi de gerçek zamanlı işletim sistemleridir (RTOS). Bir RTOS olarak kabul edilmek için işletim sistemi "belirleyici olarak gecikmeli veya en kötü durum kesintisi gecikmesi veya bağlam anahtarı süresini garanti etmeli".
PLC'ler genellikle VXWorks, Windows CE veya QNX gibi ticari RTOS uygulamalarını kullanır, ancak aynı zamanda özel "şirket içi" işletim sistemlerini de kullanabilir. Henüz yaygın olmasa da, bazı üreticiler PLC'lerde Linux tabanlı işletim sistemlerini kullanmaya başladılar.