Snímky z 1. přednášky File

12.10.2015
Průmyslová informatika a
internet
(A0M35PII)
Přednáška 6.10.2015
Přednáška používá některé materiály od:
Prof. Dr. H. Kirrmann: Automation Industrielle,
EPFL / ABB Research Center, Baden, Switzerland 2010
Richard Šusta
Omluva
Žel většina snímků
nebude přeložená
do češtiny
* neexistují vždy
jednotné české ekvivalenty
* předmět se plánuje i v programu pro
anglické studenty
[ Zdroj: British Museum ]
SPS
2
2
1
12.10.2015
Kontakt
Richard Šusta
[email protected]
+420 2 2435 7359
Stránky předmětu
https://moodle.dce.fel.cvut.cz/course/view.php?id=23
https://moodle.dce.fel.cvut.cz/ -> Otevřená informatika
https://dce.fel.cvut.cz/ -> E-kurzy systému Moodle
->Otevřená informatika
3
Napřed příklady automatizace
4
2
12.10.2015
Dlouhodobě neměnná struktura...
5
[Source: Prof. Dr. H. Kirrmann, ABB Research]
...versus flexibilní linka
6
[Source: Prof. Dr. H. Kirrmann, ABB Research]
3
12.10.2015
Třídění kufrů...
7
...versus sklad
8
4
12.10.2015
Pohybující se technolgie
v kokomotivě existuje zhruba 20 spolupracujících počítačů
vehicle control unit
radio link
display unit
VCU
VCU
DU
DU
TCU
TCU
SBB 460
brakes
Benefits:
diagnostics traction control unit energy
signaling
reduce operation costs, faster diagnostics, better energy management,
automatic train control.
9
[Source: Prof. Dr. H. Kirrmann, ABB Research]
Life-phases of a Plant (Example: Rail Vehicle)
Manufacturers
Equipment Design
control
air conditioning
brakes
(développement, Entwicklung)
Equipment Production
(production, Herstellung)
car body design by
assembler
Assembler (ensemblier)
Engineering
Sleeping Wagon XL5000
Plus
(bureau d’étude, Projektierung)
Commissioning
(mise en service, Inbetriebnahme)
Client, Service
Start on
service
brakes
Maintenance
(entretien, Unterhalt)
replacement
brakes
Out of service
Recycling
(Recyclage, Wiederverwertung)
10
5
12.10.2015
Automation as a computer network
WWW
Database, Historians,
Operator Workplaces
Optimizers, Executive
Plant Network
OPC Server
OPC Server
OPC Server
Control Network
IEC 61850 station bus
Controller
Protection
& Control
Fieldbus
HART mux
Instruments
Process
Instrumentation
LV Electrification
Power
Management
Substation
Automation
Power generation
11
Network view
Operator
23
4 2
33
12
2
horizontal
Control level
File
Edit
communication
Control Bus (Ethernet)
programmable
controllers
Fieldbus (IEC 61158 etc)
direct I/O
Engineering
4.3
4.2
3
Field level
5
vertical Comm.
SCADA level
6
Fieldbus
microPLCs
2.3
Sensor-Aktoren bus (ASI..)
4.1
2.1
transducers / actors
12
6
12.10.2015
Example of generic control Siemens:
Siemens WinCC (Generic)
Unternehmensleitebene
Enterprise level
Betriebsleitebene
Production level
Prozessleitebene
Process level
Source: Siemens
13
Automation as a hierarchy of services
5
Planning, Statistics, Finances
4
Production planning, orders, purchase
3
Workflow, order tracking, resources
2
Supervisory
administration
enterprise
(manufacturing) execution
SCADA =
Supervisory Control
And Data Acquisition
Group control
Unit control
1
Field
Sensors
& actors
0
A V
T
Primary technology
14
7
12.10.2015
Field level
the field level is in direct
interaction with the plant's hardware
(Primary technology, Primärtechnik)
15
Group level
unit controllers
the group level coordinates the
activities of several unit controls
the group control is often hierarchical, can
be also be peer-to-peer (from group control
to group control = distributed control
system)
Note: "Distributed Control Systems" (DCS)
commonly refers to a hardware and
software infrastructure to perform Process
Automation
16
8
12.10.2015
(SCADA = Supervisory Control and Data Acquisition)
Supervisory level: SCADA
- displays the current state of the process (visualization)
- display the alarms and events (alarm log, logbook)
- display the trends (historians) and analyse them
- display handbooks, data sheets, inventory, expert system (documentation)
- allows communication and data synchronization with other centres
17
Today’s control rooms
beamers replaces the mosaics, there is no more direct wiring to the plant.
18
9
12.10.2015
RSView (SCADA= supervisory
control and data acquisition )
19
WinCC (SCADA)
20
10
12.10.2015
Mosaic is still in use – with direct wiring
21
Engineering workplace
•The engineering workplace manages the control system, not
the plant. It can:
•configure the networks and devices,
•load the software,
•assign authorizations,
22
•roubleshoot the control system,...
11
12.10.2015
COMES
(MES=Manufacturing
Execution System)
23
24
Zdroj: www.hbi.de
FactoryTalk Web Reporting (MES)
12
12.10.2015
Některé vyšší systémy
Openbravo (ERP=Enterprise resource
planning )
Zdroj: Openbravo ERP
26
13
12.10.2015
27
Zdroj: www.amxinc.com
ORACLE Siebel (CRM=Customer
relationship management )
28
Zdroj: www.nimaya.com
Salesforce (CRM)
14
12.10.2015
PLC coby zdroj dat
Logické adresy
pevné tabulky
modulově orientované tabulky
Systémy používající Tag
PLC - programovatelné logické automaty
Opakování z konce minulé přednášky
Dohlížecí
úroveň
PLC1,…
Automaty
Logické řízení
Výkonné spínače
Regulace
pohonů
Ovládací
panely
Snímače
Pohony
Snímače
Technologický
objekt
Stroje, výrobky
30
15
12.10.2015
PLC jako zahloubený systém
Opakování z konce minulé přednášky


schéma
skutečnost
Okolní prostředí
Motory
PLC
Inputs
Stroje
Outputs
P r o g r am
Silový rozvadeč
Čidla
Transformátor
PLC
Stykače
Jističe
Elektrické silové přívody
31
Místo PLC
Dohlížecí
úroveň
PLC
PLC
Řízení
procesu
Výkonné
spínače
Regulace
pohonů
Ovládací
panely
Snímače
Pohony
Snímače
Technologický
proces
Stroje,
výrobky
16
12.10.2015
PLC Scan
Přesněji PLC Program Scan
START
Housekeeping
Housekeeping tasks are
special tasks a PLC may
have to perform to get ready
for the next scan of the
program
Input Scan
Program Scan
Output Scan
34
17
12.10.2015
Čas PLC scanu
src x1
src x2
x1
x2
src xm
xm
t in
t prog
Program
dst y1
dst y2
y1
y2
dst yn
yn
t plcscan
t out
35
Klasické PLC

PLC program se vykonává periodicky. Nepřistupuje se v něm
k vstupům a výstupům přímo, ale pracuje s obrazy jejich dat,
uložených ve dvou pamětech - v obraze vstupů a v obrazu
výstupů. Vzniká tak periodický cyklus složený ze tří kroků:
 Vzorkování vstupů - scan vstupů (input scan) načtení hodnot vstupů ze vstupních modulů do paměti
zvané obraz vstupů (input image).
 Výpočet programu - scan programu (program
scan) - vykonání celého programu, výpočet nových hodnot
výstupů a jejich uložení do paměti zvané obraz výstupů
(output image).
 Zápis výstupů - scan výstupů (output scan)
- zápis obrazu výstupů do výstupních modulů.
36
18
12.10.2015
Klasické PLC

PLC program se vykonává periodicky. Nepřistupuje se v něm
k vstupům a výstupům přímo, ale pracuje s obrazy jejich dat,
uložených ve dvou pamětech - v obraze vstupů a v obrazu
výstupů. Vzniká tak periodický cyklus složený ze tří kroků:
 Vzorkování vstupů - scan vstupů (input scan) načtení hodnot vstupů ze vstupních modulů do paměti
zvané obraz vstupů (input image).
 Výpočet programu - scan programu (program
scan) - vykonání celého programu, výpočet nových hodnot
výstupů a jejich uložení do paměti zvané obraz výstupů
(output image).
 Zápis výstupů - scan výstupů (output scan)
- zápis obrazu výstupů do výstupních modulů.
Čas PLC scanu
src x1
src x2
x1
x2
src xm
xm
t in
t prog
Program
dst y1
dst y2
y1
y2
dst yn
yn
t plcscan
t out
19
12.10.2015
Ř í z e n á
t e c h n o l o g i e
Klasická struktura PLC (PLC5, SLC500)
Systémová
kom. linka
Externí I/O moduly
IO komunikace
(remote IO)
Interní I/O
moduly
Proces
I/O scanu
Programovací prostředí,
panely operátorů,
vizualizace procesu
"Watch dog" časovač
Systémová
komunikace
modul
Interní operační
systém PLC
Přerušení
Stop / Run
Zápis, edice a monitorování
dat a programu
Systémové
informace
Obraz
vstupů a
výstupů
Proměnné,
konstanty
Program
Proces
provádějící
scan programu
Zálohované
napájení paměti
Paměť - typicky od 8 kB do 256 kB
PP LL CC
Lokální / Distribuované moduly
20
12.10.2015
Centralizované řízení
Výhody
Všechny programy na jednom místě
Lépe se řeší systémové problémy
Rychlý přístup na I/O
Nevýhody
Velké programy
Výkon závisí na počtu I/O
Závada jednoho PLC znamená zastavení
celého programu
Distribuované řízení
ALLEN-BRADLEY
ALLEN-BRADLEY
ALLEN-BRADLEY
Výhody
Rozdělení programu podle úloh
Snáze se hledají lokální problémy
Zvýšení výkonu na lokální síti
Nevýhody
Systémové problémy se hůře hledají
Dostup na některá I/O přes další PLC
Vyšší cena
Udržujeme několik programů
21
12.10.2015
ControlLogix
Změna scanu
ControlLogix tagy
Program
Tagy
vstupních
modulů
Vstupy
Private
Shared
Data
Tagy
výstupních
modulů
Consumed
tagy
Produced
Tagy
Výstupy
I/O Update Manager
Local bus
I/O moduly
Remote I/O
moduly
Remote
tagy
Te c h n o lo g ic k ý p r o c e s
22
12.10.2015
PLC scan v ControlLogix
src x1
src x2
src xm
dst y1
dst y2
dst yn
t x1
x1
t x2
x2
t xm
P
r
o
g
r
a
m
xm
t y1
y1
t y2
y2
t prog
t yn
yn
Klasické PLC / ControlLogix
src x1
src x2
x1
x2
src xm
xm
src x1
t in
src x2
src xm
t prog
Program
t plcscan
dst y1
dst y1
dst y2
dst yn
y1
y2
yn
dst y2
t out
dst yn
t x1
t x2
x1
x2
t xm
xm
t y1
t y2
y1
y2
P
r
o
g
r
a
m
t prog
t yn
yn
23
12.10.2015
ControlLogix
Programovací jazyky
ControlLogix programování

logické diagramy 'Logical Diagram','Function Block'
- popis algoritmu ve stylu logických obvodů, ('Funktionbausteinsprache')

strukturovaný text 'Structured Text')
- postavený na bázi Pascalu.

sekvenční řetězce SFC = 'Sequential Function Chart'
- popisy blízké technologickému schématu procesu ('Ablaufsprache'),
vývojovému diagramu technologie;

norma
IEC 848
žebříčkové diagramy 'Ladder Diagram', 'Relay Ladder',
- popis ve stylu reléových diagramů ('Kontaktplan'),
norma IEC 1131-3

strojový kód 'Statement List', 'instruction list'
- každý výrobce si vyvinul svůj vlastní (AWL= 'Anweisungsliste');
24
12.10.2015
Volba vhodného jazyka
Řešená úloha
Logické
Událost/ Stav
Ladder
Diagram
Sequential
Function
Chart
Structured
Text
Analogové
Proměnné v procesu
Spojitá
Function Block
Diagram
Grafické programovací jazyky
Ladder Diagram
A
Relay schematics
Q1
( )
B
C
D
A
Q2
( )
C
+Ucc
A
B
&
= Q1
1
C
&
Q1
B
A
B
C
= Q2
D
D
Function Block Diagram
Logic schematics
D
Q2
Gnd
Q1
Q2
25
12.10.2015
Rozšíření normy IEC 1131-3
A
Q1
B
A
Q1
B
( )
C
D
C
Q2
D
Q2
( )
+Ucc
A
B
Q1
D
( )
Gnd
Možná
varianta
jako
rozšíření
normy
Q2
( )
C
IEC 1131-3
Program versus realita
A
Amem
Ar
( )
A
Amem
Amem
( )
Amem
+U cc
A
&
= Ar
Ar
A=Amem
Amem
Gnd
Ar
= Amem
Ar= A & Amem
Amem= A
Funkční program
Ar = A & A = 0
a jeho nefunkční analogie
26