Классификация современных контроллеров

 

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, обсуждение которых  выходит за рамки данной статьи. Тем не менее отметим, что всё большее количество производителей контроллеров для телемеханических систем автоматизации предлагают коммуникационные модули со встроенными GSM-модемами.  

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.

     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).

 
 
 
 

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.  

Конструктивное  исполнение 

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

• встраиваемые;
• размещаемые в общий конструктив;
• модульного типа;

 

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 рис. 1.

  

 

Рис. 1. 

Контроллеры, размещаемые в  общий конструктив 

     Такие контроллеры характеризуются тем, что вс е 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 рис. 2.

  

 

Рис. 2.

 

На рис. 3 приведён пример контроллера в нестандартизированном  конструктиве.

 

 

Рис. 3. 
 

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

 

          

                         

                            Рис. 4.                                                                    Рис. 5  
 
 

Заключение 

     Для правильного выбора контроллера  применительно к той или иной задаче, конечно, не будет достаточно классифицировать его по тем или  иным признакам. Разработчикам АСУ  приходится изучать горы литературы и технической документации. Но тем не менее классификация контроллеров позволяет лучше понять их рынок в целом и сократить время на поиск и выбор наиболее подходящей модели.