Genius и Field Control - средства для построения распределенных АСУТП

В настоящее время большинство создаваемых АСУТП являются распределенными. Как правило, при разработке АСУТП в масштабах производства используются промышленные сети, отличающиеся высокой надежностью передачи данных. GE Fanuc для решения подобных задач разработана сеть Genius и модули Genius и Field Control.

Сеть Genius предназначена для объединения в законченную систему контроллеров GE Fanuc серий 90-70 и 90-30, удаленной периферии Genius и Field Control.

Возможно подключение к указанной сети операторских станций, для этого GE Fanuc выпускает соответствующие сетевые платы (PCIM-Personal Computer Interface Module). SCADA-система Cimplicity HMI, наряду с другими вариантами, поддерживает связь компьютера с контроллерами по Genius.

Физически устройства объединяются в сеть экранированной витой парой, сеть имеет топологию "шина". Максимальная длина шины - 2,3 км, скорость обмена при этом составляет 38,4 кБод. Максимальная скорость передачи данных - 153,6 кБод, она достигается при длине линии до 600 м. Волновое сопротивление кабеля может быть в диапазоне от 50 до 150 Ом. Альтернативой электрическому кабелю является применение волоконно-оптических линий. Хотя фирма GE Fanuc не выпускает оптоволокно и соответствующие модемы, она в документации указывает на успешный опыт применения для построения сетей Genius продукции фирм Phoenix Digital и 3M Fiber Optics Products.

Интеграцию PLC GE Fanuc в сеть Genius и взаимодействие с удаленной периферией Genius и Field Control обеспечивает специализированный модуль - контроллер шины. В некоторых случаях применятся более дешевые коммуникационные модули Genius, обладающие меньшими возможностями. К одной шине Genius может быть подключено до 32 устройств. Следует отметить, что один адрес резервируется для подключаемого во время наладки инструментального средства Hand Held Monitor (HHM). В состав одного PLC может быть включено несколько контроллеров шины, каждый из которых поддерживает отдельный сегмент сети.

В сети Genius поддерживается обмен данными между контроллерами при помощи Global Data и Datagram. Для обмена данными по Global Data каждому входящему в состав сети контроллеру выделяется участок адресного пространства. В этот участок он передает данные, указанные при конфигурировании его контроллера шины. Передача данных осуществляется без указания контроллера, который должен их получить. Этот участок доступен всем подключенным к шине PLC; доступ только для чтения. Таким образом, для всей сети создается единый набор данных, используемый для обмена. Один контроллер шины обеспечивает передачу до 128 байт Global Data и прием Global Data в объеме до 128 байт от каждого из узлов. Datagram представляет собой направленную посылку данных от одного контроллера к другому. Прием/передача Datagram происходит под управлением программы пользователя. Момент отправки Datagramm может быть задан с требуемой периодичностью или по наступлению какого-либо события. Для удобства пользователя GE Fanuc разработаны форматы Datagram "Read Device" и "Write Device". При применении этих форматов достаточно запрограммировать на проведение сеанса обменаданными только один PLC из двух участвующих в нем. Второй выполнит передачу или прием данных автоматически. Размер одной Datagram может быть до 128 байт. Используя несколько Datagram, можно передать неограниченный объем информации. Возможно совместное применение для связи Global Data и Datagram, в этом случае небольшой объем данных, критичных для управления и блокировок, и требующих оперативного обновления, непрерывно передается по Global Data, остальная информация передается при помощи Datagram. Тогда, за счет сокращения объема обмена по Global Data, достигается его оптимизация по времени.

Для включения в состав сети Genius операторской станции на основе персонального компьютера выпускаются сетевые платы PCIM- card. С их помощью реализуется доступ из SCADA-системы Cimplicity HMI к переменным контроллера, а также обмен данными по Global Data и при помощи Datagram. Связь при помощи PCIM-card поддерживается рядом третьих фирм - поставщиков SCADA-программного обеспечения. Для получения рационального размещения составляющих АСУТП на объекте успешно применяется удаленная периферия Genius. В ее номенклатуру входят модули ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, сигналов от термопар и термометров сопротивления, и ряд других. Данные устройства при помощи сети Genius интегрируются в единую систему с PLC GE Fanuc. При этом от разработчика АСУТП не требуется написание подпрограмм связи по сети, он должен только указать при конфигурировании модулей Genius и контроллера шины, каким адресам в PLC соответствуют каналы ввода-вывода в модуле. Программа CPU PLC работает с каналами модулей Genius так же, как и с каналами модулей ввода-вывода PLC.

Аналоговые модули ввода-вывода имеют 6 каналов. Наряду с модулями ввода и модулями вывода выпускаются комбинированные модули, имеющие 4 канала ввода и 2 канала вывода. Номинальный рабочий диапазон составляет 4-20 мА. Допускается использование аналоговых модулей ввода-вывода с сигналами от 0 до 24 мА, что дает возможность работать, в частности, с сигналами 0-5 мА при погрешности, приемлемой в большинстве случаев. Также выпускаются комбинированные модули ввода вывода, каждый канал в которых можно индивидуально настроить на один из следующих сигналов: 0-10 В, ±10 В, 0-5 В, 4-20 мА. Аналоговые модули ввода-вывода поддерживают автоматическое масштабирование отсчетов АЦП в заданные пользователем физические единицы и обратное преобразование. На уровне модуля осуществляется контроль за нарушением параметром технологического процесса допустимых границ, а также за выходом показаний за пределы возможных значений измерения, свидетельствующим о неисправности входных цепей.

Выпускается обширная номенклатура дискретных модулей, включая релейные на 16 каналов и полупроводниковые на 32 канала. Большинство дискретных модулей является универсальными, они могут быть отконфигурированы как модули ввода, вывода и комбинированные. В последнем случае каждому каналу индивидуально присваивается его назначение - ввод или вывод. При этом все каналы отображаются сетью Genius как в пространство входных переменных PLC, так и в пространство выходных переменных. Это позволяет в ответственных приложениях организовать на уровне CPU PLC программный контроль за срабатыванием модуля. Дискретные модули поддерживают диагностику состояния входных/выходных цепей, имеют встроенную защиту от короткого замыкания. Модуль высокоскоростного счетчика работает с импульсами напряжением от 5 до 30 В и частотой до 200 кГц. В зависимости от потребностей пользователя он может использоваться как четыре простых счетчика, два двухвходовых счетчика или один счетчик со сложной логикой работы. Для борьбы с помехами имеются встроенные фильтры с постоянными времени 12,5 мс (частота входных импульсов до 40 Гц) и 2,5 мкс (частота до 200 кГц).

Модуль контроля за энергоснабжением обеспечивает измерение параметров трехфазной или однофазной питающей сети, включая напряжение, ток, частоту; осуществляет расчет потребленной энергии. Он может работать и автономно, в этом случае для отображения данных используется портативный монитор HHM. Модуль сканнера удаленного ввода-вывода реализует подключение к сети Genius корзины серии 90-70 с установленными в нее модулями ввода-вывода (без CPU). Конструктивно устройство Genius представляет собой сборку из двух составляющих - шасси и электронного блока. Клеммы для подключения кабеля Genius, проводов от датчиков и исполнительных элементов и питания входят в состав шасси. Коммуникационный процессор и система ввода-вывода образуют электронный блок. Такое решение позволяет, в случае необходимости, быстро заменить электронный блок без перемонтажа кабелей. Конфигурация устройства хранится в шасси, после замены электронного блока повторная конфигурация не требуется.

Семейство Field Control, как и Genius, работает с аналоговыми сигналами и дискретными сигналами, сигналами от термопар и термометров сопротивления. Устройство Field Control состоит из нескольких модулей. Интеграцию устройства в сеть Genius обеспечивает модуль связи (BIU - Bus Interface Unit), состоящий из шасси и электронного блока. Модули ввода-вывода устанавливаются в универсальные шасси ввода-вывода. На одном шасси ввода-вывода можно установить двамодуля. Выпускаются версии шасси и модулей ввода-вывода, один модуль BIU и от одного до четырех шасси ввода-вывода с модулями ввода-вывода. В номенклатуру Field Control также входит Micro Field Processor (MFP) - модуль процессора, выполняющий логическую обработку сигналов ввода-вывода по программе пользователя, что позволяет реализовать управление подключенным к устройству Field Control агрегатом без участия CPU PLC. Модуль MFP устанавливается в шасси ввода-вывода.

Монтаж BIU и шасси осуществляется на DIN-рейку. В некоторых случаях вариант, когда все составляющие устройства Field Control расположены в одну линию, может оказаться неудобным. В этом случае можно использовать гибкий соединительный кабель и разместить составляющие устройства более компактно. Наряду с BIU, предназначенными для связи по сети Genius с контроллерами GE Fanuc, выпускаются BIU для работы в сети Profibus, что позволяет включать модули ввода-вывода Field Control в состав АСУТП на базе контроллеров третьих фирм.

Для конфигурирования и диагностики входящей в состав сети Genius удаленной периферии Genius и Field Control применяется портативный монитор (HHM). Подключив его к одному из указанных устройств в сети, можно отконфигурировать все ее составляющие. HHM является инструментом наладки и диагностики, его постоянное присутствие для работы не требуется, поэтому на объекте достаточно иметь один монитор для всех систем, использующих Genius. Питание HHM осуществляется как от адаптера сети ~220 В, так и от встроенной аккумуляторной батареи. Рассмотренные средства удаленного ввода-вывода и коммуникаций позволяют получить достаточно экономичное решение задачи построения распределенной АСУТП на современном уровне. При этом достигается рациональная организация кабельного хозяйства, снижаются затраты на проектирование системы и монтажные работы. Заказчик получает надежно работающую систему, требующую минимального технического обслуживания.