産業用プログラミング、またはACS TPについての一言

そのような職業があります-生産を自動化するために。 ACS TPの頭字語は「自動プロセス制御システム」を意味します。これは、従業員とソフトウェアのセットで構成されるシステムで、産業施設の管理におけるこの従業員の機能を自動化するために使用されます：発電所、ボイラーハウス、ポンプ、水処理プラント、食品、化学薬品、冶金工場、石油およびガス施設など など



実際、森林に住んでおらず、文明の恩恵を享受しているすべての人は、自動化されたプロセス制御システムが動作する企業の労働の結果を使用しています。



このテーマに関する記事は、時には馬鹿げています。 通常、彼らはあまり人気がありませんが、それでもハブラの住民に何か面白いもの（おそらく誰かにとっても有用なもの）を伝え、私の同僚をハブに引き付けることを期待して、ICSに関するいくつかのレビュー記事を書きたいです。



最初に、あなた自身についてのいくつかの言葉。 私は、ほぼ2年間の実務経験で、自動化で人生を始めました。 この間、私はいくつかのガス田を訪れ、今は油田で働いています。



このエリアは広大で、すべてが発展し、時には矛盾し、物議をかもしているにもかかわらず、信頼性を犠牲にすることなく要約しようとしますが、個人的に遭遇したハードウェア、ソフトウェア、球体のバイアスを避けることはできません。



したがって、ASU TPソフトウェアとハ​​ードウェアの複合体は、上位（コンピューター）、中間（コントローラー）、下位（フィールド機器、センサー、アクチュエーター）の3つのレベルに分かれています。 下位レベルについては説明しません。これはHabrの主題からは遠すぎますが、記事が大きすぎることがわかります。

トップレベル

上位レベルはサーバーとユーザーPCです（私たちの国ではAWP-ワークステーションと呼ばれています）。 プロセスのステータスがここに表示されます。ここから、必要に応じて、オペレータはコマンドを発行してパラメータを変更します。 開発を簡素化するために、多数のSCADAシステムが作成されました（英語の監視制御とデータ取得-ディスパッチ制御とデータ収集から）。 これは何らかの形でIDEの拡張版であり、コンパイルされた「プログラム」が実行されます。

SCADAシステム

一般に、アカデミズムを破棄すると、asushniki以外のすべての企業で、スカッドは次のようになります。





そして、あなたがまったく幸運でないなら、このように：





Scudは、サーバーとクライアントの部分に暗黙的に分割できます。 フィールドデバイスがポーリングされ、データがサーバーによって（通常はPLCを介して）収集され、クライアントはこのデータをサーバーからモニターに取り込みます。 「サーバー」部分と「クライアント」部分の概念自体は任意です。 実際、分離はscadaのコンポーネントのライセンスに基づいて行われ、各メーカーには独自のライセンスポリシーがあります。 分割まで：フィールドからの処理された信号の数、プロトコルドライバー、ワークステーションの数、Webインターフェース、モバイルインターフェースを作成する機能、そして実際に機能のすべての部分は個々のデンジャック用です。 多くの場合、ライセンスの選択に役立つプロジェクトのソースデータを提供して、サプライヤーに連絡する方が簡単です。



開発モードとランタイムモードの2つの動作モードが暗黙的に含まれています。 これらのモードは必ずしも相互に排他的ではありません。1つのワークステーションでプロジェクトを編集し、エンジニアリングし、アップロードすると、ユーザーに更新されます。 技術プロセスを中断することはできず、オペレーターは常にプロジェクトを制御できる必要があるため、ダウンタイムやシャットダウンなしでプロジェクトを変更することが非常に重要です。 グラフィカルインターフェイスはscudで作成され、フィールドデバイスからのデータソースが構成されます。ユーザー（オペレータ、ディスパッチャ、技術者）と本番で行われていることのやり取り、およびデータベース内のすべての必要なデータのアーカイブを担当します。



アーカイブは必要な機能の1つです。予期しない事態が発生した場合や、低速で長時間のプロセス中のグローバル分析のために、「時間を遡って」フライトを解析できることが非常に重要です。 たとえば、最近、地質学者から、過去1年間の井戸の油圧に関するデータを含むプレートを降ろすように頼まれました。



定期的に、scudaはデータベースで収集されたすべてのデータを合計します。 その後、グラフの形式で表示することができ（トレンドと呼ばれます）、必要に応じて、プロセス制御システムの技術仕様で合意された場合、レポートの形式でExcelなどにアップロードされます。 アーカイブの方法は異なります。MSSQLでは。 MS Access; 同じMS SQLで、ただしアーカイブが追加されたcなアルゴリズム。 および独自のバイナリデータベース内の他の誰か。



scadsの特別なポイントは、オペレーターに通知することです：現在のメッセージとアラーム。 それらも必然的にアーカイブされます。 一般に、メッセージは現在と重要（緊急）に分けられます。 現在のものは隠されていますが、緊急ログは常にオペレーターの画面に表示されます。 誰かが緊急事態で寝坊しないように、音声アラームはテキストアラームに接続されています:-)

SCADAマーケット

私の意見では、最も一般的なのは、Invensys Wonderware、Iconics、Siemens、Indusoft、AdAstra、Emerson、Rockwell Automationによって製造された斜面です。



私は個人的にWindowsで作業しました：Invensys Wonderware InTouchおよびより強力なシステムプラットフォーム、Iconics Genesis32-および（まだ？）SLES用のあまり知られていないB＆R APROL（正式には、これは完全に少しではなく、より突然です-コントローラー自体はエプロルの下からプログラムされます）



たとえば、 SCADA 、 HMIなどの検索クエリの場合、インターフェイスの例と図を模倣できます。



優先順位による外観とユーザビリティは、悲しいかな、最後の場所にあります。 さらに、これはランタイムだけでなく、開発にも当てはまります。 開発のために、すべてのスカッドには、ボタンやその他のコントロールからポンプ、パイプ、バルブ、タンクのグラフィックイメージまで、少なくともデフォルトのシンボルライブラリがあります。 スマートS​​CADAパッケージ開発者（私たちと混同しないように、クラスメート-これらのパッケージのプロジェクト開発者）は、設計と使いやすさから最も遠いエンジニアでも作成できる思慮深いライブラリを作成することにより、競合他社よりも基本的な利点を得ることができます人道的なインターフェースとニーモニック図。 残念ながら、現在この分野は、ITが最近まで発展してきた広範な開発の道筋をたどっています。機能の構築、バンの追加、より多く、より高く、より強く、より強く、より強く、より強く、これまでのところ、ユーザーについてはほとんど考えていません。

中級レベル

中級レベル-PLC、プログラマブルロジックコントローラー。 ここではすべてが非常に簡単です。ほとんどの場合、物理的なPLCは個別のモジュールで構成されています。 各PLCにはプログラミング用の独自の開発環境があり、SCADAを作成するための環境と組み合わされることもあります。

PLC構成

モジュールは次のとおりです。

• 電源ユニット。
• プロセッサ
• 離散入力;
• 離散出力;
• アナログ入力;
• アナログ出力;
• 温度入力;
• インターフェース/通信。

B＆R X20シリーズコントローラー



なぜ電源が必要なのか-当然です。 PSUは、このPLCラインとの互換性を保証するために、デバイスではなく個別のモジュールになっています。 ほとんどの場合、PSUの入力電圧は220 V AC、出力電圧は24 V DCです。



プロセッサモジュールは、PLCのヘッドです。 内部には、CPU、RAM、ROM、ファームウェアのサービスポート、および場合によっては通信ポート（イーサネット、RS232 / 422/485、Profibusなど）があります。 通信ポートはサービスポートとしても使用される場合があります。 PLCをさまざまな動作モードに移行するために、モジュールにスイッチが付いている場合があります（アレンブラッドリーはさらに涼しい-鍵穴のある自然なキーがあります）。 最適な場合、そのスイッチの個別のオン/オフボタンはありません。そうでなければ、電力がある場合、PLCが起動し、電源をオフにすることによって「野barに」再起動します。





アレンブラッドリーCompactLogixシリーズコントローラー



ディスクリートおよびアナログモジュールは、対応する信号を処理します。 入力モジュールはフィールドからこれらの信号を受信し、出力モジュールはそれらを形成します。



ディスクリート信号は通常24ボルトの回路電圧です。 24個あります-これは「1」、いいえ-「0」です。 220V用のモジュールがあり、回路の整合性チェックを備えたモジュールがあります。 フィールドから来る離散信号は、たとえば、ポンプのオン/オフのステータスを通知できます。 個別の制御信号により、このポンプを起動または停止できます。 ここでは最適化は正当化されないため、開始する別個のチェーン、停止する別個のチェーンがあります。



同じタイプのI / Oモジュールを組み合わせることができます。たとえば、16個のデジタル入力と16個のデジタル出力を持つ1つのモジュールです。



アナログ入力信号-これはセンサーからの測定値です。 ここでは、4-20 mAの電流ループが最もよく使用され、それに応じてセンサー測定の制限が設定されます。 開回路を診断するために4 mAから始まります（4 mA未満の場合は、配線に何か問題があります）。



タンク内の液体レベルの例を考えてみましょう。 レベルゲージがあり、0〜2メートルのレベルを測定します。 次に、0メートルのレベルは4 mA、2メートルのレベルは20 mAです。 中間値は状況に応じて調整されます。4+（20-4）/ 2 = 12 mAに対応するのは常に1メートルではありません。わずかな誤差がある可能性があり、1メートルのレベルは12.7553 mAになる場合があります。



アナログの週末も同じですが、制御のみです。 使用されるのを見たことがありません、なぜなら 常にリードがあります。 測定では、これは許容誤差であり、制御では、許容誤差ではありません。 はい、それは不便です。 代わりに、通信モジュールを介したさまざまなプロトコルでのデジタルデータ送信を使用します。



温度モジュールは、回路または熱起電力の抵抗を測定します。 抵抗温度計が接続されている場合-金属が加熱されると、物理法則に従って抵抗が上昇し、それに応じて温度が決定されます。 熱電対が接続されている場合（接合部が加熱されたときに、異なる金属の2つのはんだ付けされた導体が、他の端の間に電位差が生じる）、電圧が測定されます。



インターフェース（または通信）モジュールは、RJ45、DB9、DB15、単なるターミナルブロック、または神がメーカーの魂に置くもののためのポートを提供します。 インターフェイス（コネクタの物理コネクタ、OSIモデルの物理層）を直接実装することに加えて、このコネクタを介して交換プロトコルも実装します。

プロトコルとインターフェース

彼らは、ModBus（RTU、TCP、ASCII）、Profibus、Profinet、CAN、HART、DF1、DH485などの一連のプロトコルを発明して使用しました。 一部の特にparticularlyなメーカーは、一般的に受け入れられているプロトコルの上にプロトコルを実装しています。



私はRS232 / 485インターフェースとModbusプロトコルにかなり精通しています。 RS232はおなじみのCOMポートであり、Tx（送信、送信）、Rx（受信、受信）、GND（グランド）の3つのメインラインを備えています。 RS485は、2線（Tx / Rx +とTx / Rx-を組み合わせた）または4線（別々にTx +、Tx-、Rx +、Rx-）を介した非同期半二重シリアルインターフェイスで、各ペアに2から10ボルトの電位差があります。



また、modbassは基本的にシンプルなもので、チェックサム、パッケージの配信、リクエストの正確さ、またはリクエストが間違っている理由の確認によってパッケージの整合性をチェックします。 modbasネットワークには2種類のデバイスがあります：master-交換を開始します。 スレーブ-マスターの要求を満たします。 マスターからのパケットは、宛先アドレスと自分のアドレスを比較するすべてのスレーブに分岐し、次の2バイトを調べます-これはメモリレジスタを操作するコマンドです-読み取り/書き込み（まれに使用されるいくつかのサービスコマンドを除く）、次にバイトとデータを直接アドレス指定しますチェックの終わりに。 ウィキペディアに十分詳細かつ明確に描かれています。

ソフトウェアのスタッフィング

最初に言うことは、PLC内のプログラムが特定の頻度で周期的に実行されるということです。 機能はコントローラーによって異なり、通常は20、50、250ミリ秒、1、2、3、4、5秒程度です。 当然、これはそのような期間のコードの実行を保証するものではなく、20ミリ秒のサイクルに大きなプログラムを押し込むことはできません。次のサイクルの開始までに、前のプログラムを完了する必要があります。



2つ目はプログラミング言語です。 理論的には、PLCはIEC61131規格で定義されている言語でプログラミングされています。

1. IL（命令リスト）は、低レベルのアセンブラーに似た言語です。
   
   
2. LD（ラダー図）-グラフィカル言語は、電磁リレーに基づく電気回路のソフトウェア実装です。 プログラマーよりも電気技師であるasushnikiのために、シャギーな年に発明されました。
   
   
   
   ILとLDは、すべてのプログラミング環境で簡単に相互変換されます。 これらは読みにくいため、開発には不便ですが、コントローラーの内部メモリが少ない状況では、それらに書き込む必要があります。
3. ST（Structured Text）は、パスカルに似たテキスト言語です。 私の意見では、5つすべての中で最も便利です。
   
   
4. FBD（Function Block Diagram）は、一種のグラフィック言語であり、「block-chem-like」です。 プログラムは、IEC61131規格の任意の言語で記述されたサブプログラムである機能ブロックで構成されています。 各FBには、他のFBの入力と出力に接続する入力と出力があります。 同じSTですべてを書くよりも、誰かがこれを行う方が便利かもしれません。
   
   
5. SFC（Sequential Function Chart）は、グラフィカルな高レベル言語です。 ペトリネットの数学的装置に基づいて作成されました。 一連の状態と遷移条件について説明します。 どこかで使用されたことは一度も会ったことも聞いたこともない。
   
   

これは「理論上」です。 しかし、たとえば、シーメンスはその言語名を順守しており、B＆RはANSI Cで書くことができます。



最もよく使用されるコントローラーは、無条件で、シーメンスとアレンブラッドリーです（後者は、SCADAパッケージRSViewのラインを持つロックウェルオートメーションに属します）。 シュナイダーエレクトリックは彼らのかかとにあります。 ARIES; General Electric; AutomationDirect ICP DAS; アドバンテック 三菱電機; B＆R。

おわりに

投稿は、すべての完全な参照記述のふりをしているわけではありません-非常に異なる機器、ソフトウェア、およびそれらに対する一般的なアプローチ。 プロセス制御システムに関する最も正式な誤りのない話は、関連する連邦法、GOST、技術標準および規制のリストです。 これらの文書とのすべての不一致をタイプミスとして考慮してください;-)コメント、修正、および興味があれば、以下の記事への提案を歓迎します。