Анализ автоматизированной системы судопропуска

- контроллер противоаварийной защиты. Он должен отличаться от контроллеров других классов:

а) особенно высокой надежностью, достигаемой различными вариантами диагностики и резервирования (например, диагностикой работы отдельных компонентов контроллера в режиме реального времени, наличием основного и резервного контроллеров с одинаковыми аппаратным и программным обеспечениями, резервированием блоков питания и коммуникационных шин);

б) высокой готовностью, т. е. высокой вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме (например, не только идентификацией, но и компенсацией неисправных элементов; не просто резервированием, но и восстановлением ошибок программы без прерывания работы контроллеров);

в) отказоустойчивостью, когда при любом отказе автоматизируемый процесс переводится в безопасный режим функционирования.

- контроллер телемеханических систем автоматизации. Данный класс универсальных контроллеров удобен для создания систем диспетчерского контроля и управления распределёнными на местности объектами. В контроллерах данного класса повышенное внимание уделяется программным и техническим компонентам передачи информации на большие расстояния беспроводными линиями связи. В качестве таких линий часто используются УКВ-радиоканалы с обычными или транковыми радиостанциями. При этом возможна передача информации от каждого контроллера в диспетчерский центр, а также эстафетная передача информации по цепи от одного контроллера к другому до достижения диспетчерского центра.

В настоящее время, в  связи с большим скачком в  развитии сотовой связи, всё большее  распространение получает передача информации через сети GSM. По сравнению с транковыми сетями сети GSM имеют ряд достоинств и недостатков. Тем не менее, отметим, что всё большее количество производителей контроллеров для телемеханических систем автоматизации предлагают коммуникационные модули со встроенными GSM-модемами.

 

1.3.3 Открытость архитектуры

   

По структуре контроллеры  подразделяются на два класса: контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных стандартов [8].

При закрытой фирменной  структуре изменения (модификации) контроллера возможны, обычно, только компонентами производителя. Сами изменения достаточно ограничены и заранее оговорены производителем.

При открытой магистрально-модульной структуре, имеющей стандартный интерфейс для связи центрального процессора с другими модулями контроллера, ситуация кардинально меняется:

- открытость и широкая  доступность стандарта на шину, соединяющую модули разного назначения, даёт возможность выпускать в данном стандарте любые модули разным производителям, а разработчикам контроллеров даёт возможность компоновать свои средства из модулей разных фирм;

- возможность любой  модификации и перекомпоновки  средств путем замены в них отдельных  модулей, а не замены самих средств, удешевляет эксплуатацию средств;

- сборка контроллеров  из готовых модулей позволяет  точнее учитывать конкретные  технические требования и не  иметь в них лишних блоков  и элементов, не нужных для данного конкретного применения;

- широкая кооперация  разных фирм, поддерживающих данный  стандарт на шину и работающих в этом стандарте, позволяет пользователям модулей не быть привязанными к конкретному поставщику и иметь широкий выбор необходимой ему продукции.

  В качестве примера распространённого стандартного интерфейса для обмена информацией внутри контроллера можно привести интерфейс VME. Эта шина была разработана фирмой Motorola и впоследствии была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987 (отечественный аналог – ГОСТ Р МЭК 821-2000).

 

1.3.4 PC-совместимость

 

По этому признаку все контроллеры можно разделить  на два класса: PC-совместимые и PC-несовместимые. Каждый из этих классов имеет свои достоинства и недостатки.

PC-совместимые контроллеры  можно охарактеризовать следующими особенностями:

- они имеют классическую  открытую архитектуру IBM PC;

- в них используется  элементная база, та же, что и  у обычных PC;

- они работают под  управлением тех же операционных  систем, которые широко используются  в персональных компьютерах, например Windows, Unix, Linux, QNX;

- программируются они  теми же языками, которые используются  для разработки ПО для PC;

- на них, как правило,  возможна работа программного  обеспечения, разработанного для персональных компьютеров, при наличии требуемых для ПО аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые контроллеры  можно охарактеризовать так:

- архитектура контроллеров  закрыта, она, как правило, является  ноу-хау разработчика;

- элементная база, на  которой строятся контроллеры,  существенно отличается от используемой в PC, она разная у разных производителей;

- операционные системы,  под управлением которых работают  контроллеры, совершенно другие, нежели те, которые используются в РС, они часто разрабатываются самими производителями именно для данного типа или линейки контроллеров;

- так как в таких  контроллерах практически не  используются стандарты, предлагаемые  разработчиками распространённых операционных систем для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается невозможной.

Из рассмотренных выше характеристик можно сделать вывод о сравнительных достоинствах и недостатках РС-совместимых и несовместимых контроллеров. РС-совместимые контроллеры по сравнению с РС- несовместимыми контроллерами в целом обладают большей мощностью, легче стыкуются с различными SCADA, MES, ERP системами, системами управления базами данных, открыты для большинства стандартов в областях коммуникаций и программирования, они в среднем дешевле, проще обслуживаются и ремонтируются.

В то же время РС-несовместимые  контроллеры лучше учитывают требования промышленной автоматики; их операционные системы гарантируют отклик контроллера на внешнее событие через заданное время (операционные системы реального времени). Они в целом более надежны, так как больше используют наработанные в промышленности способы диагностики и горячего резервирования, обеспечивающие отказоустойчивость системы в целом. В них шире используются возможности связи с различными полевыми шинами.

Достоинства и недостатки каждого из этих видов контроллеров определяют их области использования. РС- несовместимые контроллеры целесообразно применять на нижних уровнях автоматизации, «поближе» к технологическому объекту. Здесь необходимы связь с периферийными устройствами по полевым шинам, исполнение в реальном времени (с гарантированным временем отклика на внешние воздействия) и надёжность. А открытость контроллера для связи со SCADA, MES или СУБД, как правило, не требуется. РС-совместимые же контроллеры целесообразнее применять на верхних уровнях автоматизации, где требования к реальному времени и связи по полевым шинам отсутствуют, зато становятся строже требования по информационной совместимости контроллеров с корпоративными сетями.

 

1.3.5 Конструктивное исполнение

 

По конструктивному  исполнению контроллеры можно разделить  на несколько групп, мы их условно назовем так:

- встраиваемые контроллеры. Как правило, не имеют корпуса, часто конструкция просто крепится на раме. Требований к защитным оболочкам таких контроллеров не предъявляются, поскольку контроллеры встраиваются в общий корпус оборудования и являются неотъемлемой частью этого оборудования. Пример встраиваемого контроллера приведен на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 - Встраиваемый контроллер.

 

- контроллеры, размещаемые в общий конструктив. Такие контроллеры характеризуются тем, что все модули – процессорный, коммуникационные, модули ввода-вывода – размещаются в одном конструктиве. В таких контроллерах, как правило, предусматривается некая «материнская» плата с разъёмами, в которые вставляются все модули контроллера.

Конструктивы таких контроллеров бывают как оригинальными, разрабатываемыми производителями, так и стандартизированными. Одним из примеров стандартизированных конструктивов является конструктив Евромеханика (DIN 41494 / IEC 297-1). Стандарт Евромеханика регламентирует ширину, высоту и глубину рамы контроллера. Пример контроллера в конструктиве Евромеханика приведён на рисунке 2.

 

 

 

 

Рисунок 2 - Контроллер в конструктиве Евромеханика.

 

Ниже на рисунке  приведён пример контроллера в нестандартизированном конструктиве.

 

 

 

 

Рисунок 3 - Контроллер в нестандартизированном конструктиве, с внутренней шиной.

 

- контроллеры модульного типа. Контроллеры модульного типа не используют общего конструктива. Каждый модуль таких контроллеров, будь то процессорный модуль или модуль ввода-вывода, имеет собственный корпус. Так как защитную оболочку для каждого модуля сделать проще, чем для всего контроллера, то именно этот тип контроллеров чаще всего выпускают для жёстких условий эксплуатации в исполнениях IP 67 и выше.

Контроллеры модульного типа очень часто выпускают в корпусе для монтажа на рейку DIN NS 35/7,5. Можно выделить две разновидности контроллеров: с внутренней межмодульной шиной и с внешней шиной.

Модули контроллеров с внутренней межмодульной шиной  на боковых поверхностях имеют контакты для подключения соседних модулей. А модули контроллеров с внешней шиной, как правило, используют для  связи между модулями какую-нибудь скоростную полевую шину, например CAN.

В качестве примера на рисунке 3 показан контроллер с внутренней шиной, а на рисунке 4 и рисунке 5 показаны модули контроллера с внешней шиной, приспособленные для эксплуатации в жёстких условиях.

 

 

Рисунок 4 - Модуль контроллера с внешней шиной.

 

 

Рисунок 5 - Модуль контроллера с внешней шиной.

 

 

 

1.4 Классификация датчиков, основные требования к ним

 

Автоматизация различных  технологических процессов, эффективное  управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин.

Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преобразователями), или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики - с их помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства.

Датчик - это элемент  измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы [3]. Или проще, датчик - это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

Используемые датчики  весьма разнообразны и могут быть классифицированы по различным признакам:

В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики механических перемещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др.

В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величин в промышленности: температура - 50%, расход (массовый и объемный) - 15%, давление - 10%, уровень - 5%, количество (масса, объем) - 5%, время - 4%, электрические и магнитные величины - менее 4%.

По виду выходной величины, в которую преобразуется входная  величина, различают неэлектрические  и электрические: датчики постоянного  тока (ЭДС или напряжения), датчики  амплитуды переменного тока (ЭДС  или напряжения), датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.

Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено  следующими достоинствами электрических измерений:

- электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью;

- электрические величины  универсальны в том смысле, что  любые другие величины могут  быть преобразованы в электрические  и наоборот;

- они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.

По принципу действия датчики можно разделить на два  класса: генераторные и параметрические (датчики-модуляторы).

Генераторные датчики  осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

Параметрические датчики  входную величину преобразуют в  изменение какого-либо электрического параметра датчика.

По принципу действия датчики также можно разделить  на омические, реостатные, фотоэлектрические (оптико-электронные), индуктивные, емкостные и д.р.

Различают три класса датчиков:

- аналоговые датчики,  т. е. датчики, вырабатывающие  аналоговый сигнал, пропорционально  изменению входной величины;

- цифровые датчики,  генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово;

- бинарные (двоичные) датчики,  которые вырабатывают сигнал  только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); получили  широкое распространение благодаря своей простоте.

Требования, предъявляемые к датчикам:

- однозначная зависимость  выходной величины от входной;

- стабильность характеристик  во времени;

- высокая чувствительность;

- малые размеры и  масса;

- отсутствие обратного  воздействия на контролируемый  процесс и на контролируемый параметр;