Решение задач локального обмена данными с помощью встраиваемых коммуникационных контроллеров
В.Е. Пальгов, начальник отдела автоматизации и программного обеспечения
Промышленные контроллеры большинства известных фирм, производящих ПЛК, имеют закрытую архитектуру и могут быть запрограммированы только с помощью собственного программного обеспечения. Например, контроллеры SchneiderElectric, такие как Modicon M340, Premium, Quantum и Atrium, программируются в единой инструментальной системе Unity Pro. Контроллеры Siemense линейки SIMATIC программируются в среде STEP 7. RSLogix5000 является средой разработки ПО для платформ ControlLogix, CompactLogix, FlexLogix, SoftLogix5800 и DriveLogix производителя Allen Bradley.
Любой из вышеперечисленных программных пакетов предлагает простой, совместимый со стандартом МЭК 61131-3 интерфейс, символьное программирование со структурами и массивами, а также широкий набор инструкций лестничной логики (LD), структурированного текста (ST) и диаграмм функциональных блоков (FBD), пригодный для многих типов приложений.
Как показывает многолетний опыт применения языков стандарта МЭК 61131-3, такой подход к программированию промышленных контроллеров вполне оправдан и с точки зрения сохранения единого унифицированного интерфейса, и для обеспечения простого и понятного специалистам-технологам описания взаимодействия различного оборудования.
Однако, инженеры и программисты, занимающиеся разработкой систем автоматизации технологических процессов, очень часто сталкиваются с задачами интеграции разнотипного оборудования с различными протоколами информационного обмена. Применительно к системам автоматизации газораспределительных станций, к такому оборудованию можно отнести интеллектуальные датчики, вычислители расхода газа, газовые поточные хроматографы, устройства катодной защиты, счетчики электроэнергии и другие средства автоматизации, которые постоянно стремятся объединить в единую систему работники проектных институтов, выполняя их привязку к конкретному объекту.
Каждый производитель ПЛК предлагает для таких случаев свои технические решения, однако они, как правило, либо имеют аппаратные и программные ограничения, либо чрезвычайно дороги в комплексной реализации. К примеру, контроллеры семейства CompactLogix фирмы AllenBradley поддерживают встраиваемым программным обеспечением только свои фирменные протоколы обмена, это DF1, ControlNet, DeviceNet. Для подключения устройств с другими протоколами обмена предлагается приобретать совместимые контроллеры другого производителя ProSoft Technology. При этом такой модуль, имеющий для подключения устройств всего два последовательных порта RS323/485, будет стоить в полтора - два раза дороже основного управляющего контроллера.
Желая максимально обеспечить необходимые технические характеристики проектируемой системы автоматики и, стремясь при этом сделать конечный продукт конкурентоспособным в ценовой категории, разработчики вынуждены искать альтернативные технические решения.
Одним из оптимальных вариантов расширения возможностей подсистемы сбора данных от различного оборудования является применение свободно программируемых коммуникационных контроллеров. Контроллеры такого типа изначально предназначены для решения всевозможных коммуникационных задач: преобразование нестандартных протоколов, буферирование, упаковка в пакеты, промежуточная обработка данных, мультиплексирование каналов и т.п. Использование этих приборов позволяет решить следующие задачи:
- объединение нескольких устройств с различными интерфейсами и протоколами связи в единую сеть;
- предоставление консольного доступа к удаленному оборудованию;
- создание систем мониторинга и диспетчеризации технологических процессов, инженерных систем, зданий и других объектов.
Всоответствии с современными тенденциями развития средств коммуникации, все эти контроллеры оборудованы Ethernet-интерфейсом, что позволяет на физическом уровне легко встраивать их как в новые разработки, так и в существующие системы автоматики. Еще одной отличительной особенностью перечисленных коммуникационных контроллеров является наличие от 2 до 8 последовательных интерфейсов RS232 или RS485, обеспечивающих возможность подключения разнотипного оборудования. Важно заметить, что на логическом уровне, подключаемое оборудование может иметь различные протоколы обмена. Трансляцию данных из одного протокола в другой и обратно будет выполнять коммуникационный контроллер, освобождая от этой задачи ПЛК системы управления.
Большая часть обору- дования, используемого сегодня в системах автоматизации для газораспределения и газопотребления, все еще построена с применением «медленных» последовательных интерфейсов, со скоростью обмена данными в пределах от 300 до 57600 бод. При таких скоростях обмена центральный ПЛК большую часть времени затрачивает на обеспечение непрерывности получения данных, обра- ботку ошибок обмена, ожидание ответов на запросы к периферийной аппаратуре.
При использовании коммуникационного контроллера, задачи получения достоверной технологической информации от периферийного оборудования полностью возлагаются на него. Центральный ПЛК, в свою очередь, получает данные от коммуникационного контроллера по интерфейсу Ethernet 10BaseT. Как видно из приведенных иллюстраций, процесс получения данных от периферийного оборудования с использованием коммуникационного контроллера, значительно упрощается, не загружая при этом вычислительные ресурсы центрального ПЛК.
Обычно периферийное оборудование поддерживает один или несколько стандартных протоколов обмена - Modbus RTU, Modbus ASCII, ГОСТ Р МЭК 611007, HART. Для их реализации, а также для подключения устройств с нестандартными протоколами, в коммуникационных контроллерах есть возможность запустить пользовательское программное обеспечение, которое будет обрабатывать требуемые последовательности данных от периферийного оборудования и записывать их в память контроллера. Центральный ПЛК, в соответствии с установленным циклом опроса, считывает нужные данные из памяти контроллера. При необходимости, можно устанавливать несколько контроллеров, объединяя их с центральным ПЛК с помощью сетевого коммутатора Ethernet.
Современные коммуникационные контроллеры различных производителей имеют в своем составе от 2 до 8 последовательных портов. С ростом числа портов контроллера уменьшается стоимость использования одного порта и, соответственно, сокращаются затраты на систему в целом, что является весьма важной составляющей при выборе аппаратных средств разрабатываемого оборудования. Например, условная стоимость порта в двухпортовом коммуникационном модуле линейки ControLogix MVI56-ADM составляет более $1400. Если использовать коммуникационный контроллер I-7188E8 фирмы ICP DAS, который имеет 8 последовательных портов, стоимость составит менее $50 за порт.
Из вышеизложенного следует, что, наряду с эволюцией ПЛК и совершенствованием их технических характеристик, использование небольших универсальных коммуникационных контроллеров для создания подсистем последовательного ввода-вывода, в определенных ситуациях, приводит к наиболее оптимальным и экономически выгодным решениям. При этом, предпочтения в выборе того или иного типа контроллера, как правило, остаются за разработчиком.
