Таким образом, процессорный модуль является 8-процессорной вычислительной системой с оперативной памятью до 8 Гбайт и набором периферийных контроллеров.
Управляющий вычислительный комплекс СМ1820МВУ-400 является универсальной ЭВМ, программно совместимой с персональными ЭВМ типа IBM PC, выполненной в промышленном варианте. УВК СМ1820МВУ-400 представляет собой рабочее место оператора, имеет повышенную прочность конструкции, защиту от электрических помех в сети электропитания и предназначен для работы на верхнем уровне автоматизированных систем управления, в том числе на особо ответственных объектах с повышенными требованиями безопасности, таких, как атомные электростанции.
УВК СМ1820МВУ-400 обеспечивает сбор, сохранение и обработку информации, поступающей по локальным сетям от контроллеров нижнего уровня и других устройств, а также передачу им данных, определяемых прикладными программами систем управления, исполняемых под управлением операционных систем Windows, QNX, Linux.
УВК СМ1820МВУ-400 может работать в сетях RS-485, RS-232, RS-422, CAN, в проводных и оптоволоконных сетях Еthernet .
Конструктивно УВК СМ1820МВУ-400 выполнен в виде стола с тумбами. В зависимости от количества видеомониторов, входящих в его состав, он может быть выполнен в одной или нескольких тумбах и иметь от одного до четырех мониторов.
УВК СМ1820МВУ-400 удовлетворяет требованиям электромагнитной совместимости по ГОСТ Р 50746-2000. Группа исполнения - III, степень жесткости испытаний устанавливается по ГОСТ Р 50746-2000.
Вычислительная часть УВК СМ1820МВУ-400 состоит из блока системного СМ1820М-Е.2.30.6 в корпусе 19", включающего системную плату Micro ATX в промышленном исполнении с процессором фирмы Intel.
Для обеспечения надежности питания УВК в его состав входят источник бесперебойного электропитания и блок ввода электропитания, обеспечивающий фильтрацию помех от сети.
Двери тумб снабжены резиновыми уплотнителями и запираются специальными замками. С помощью деталей, входящих в комплект монтажных частей, обеспечивается крепление тумб к полу. Подвод кабелей от внешних объектов и сети электропитания (220 В) к УВК должен осуществляться из кабельного канала через нижнее окно тумбы, снабженное панелями с уплотнителями. На столешнице предусмотрены кабельные вводы для прохождения кабелей от периферийных устройств, входящих в состав УВК. Видеомониторы и клавиатура, размещенные на столешнице, прикреплены к столешнице винтами, не допускающими их смещение при механических воздействиях.
Коммуникационный процессор СМ1820М КП5 предназначен для концентрации информации, поступающей от средств управления нижнего уровня - контроллеров и интеллектуальных датчиков, и передачи ее на верхний уровень управляющей системы.
СМ1820М КП5 обеспечивает подключение устройств со следующими интерфейсами: RS-232, RS-485/422, CAN, Ethernet 10/100 BaseTX, Ethernet 100 BaseFX, Ethernet IEEE 802.11b (g). Количество и тип интерфейсных каналов определяется заказной спецификацией.
Основой КП является коммуникационный блок А1, состоящий из модуля центрального процессора В1 со встроенным интерфейсом Ethernet 10/100, модуля дополнительного интерфейса Ethernet 10/100 В2 (опция), коммуникационных модулей В3…В11, обеспечивающих связь по протоколам RS-232, RS-485, RS-422, CAN (по выбору), и модуля электропитания В12. Конструктивно блок А1 представляет собой монтажный каркас и пассивную объединительную плату формата MicroPC (крейт).
Блок А2 - блок двухфидерного питания, обеспечивает питание КП по двум независимым линиям и автоматическое переключение в случае пропадания напряжения на одном из фидеров. Также блок обеспечивает фильтрацию питающего напряжения и защиту КП от импульсных помех в сети питания. Может поставляться в упрощенной конфигурации с питанием от одного фидера.
Блоки А3 и А4 - оптические коммутаторы Ethernet. Предназначены для подключения КП к оптоволоконным линиям связи с сервером. Блоки опциональные и могут не устанавливаться, когда нет нужды в оптоволоконных каналах Ethernet. Могут быть установлены коммутаторы WiFi стандартов IEEE 802.11b (g) и другие интерфейсы для организации обмена с внешними системами.
Рис. 2. Обобщенная структурная схема КП СМ1820М КП5
Блоки А5…А8 - оптические трансиверы. Преобразуют интерфейсы RS-232/RS-485/RS-422 в оптоволоконные линии. Показано четыре трансивера, но их количество определяется проектом системы и может быть иным. Возможно подключение радиомодемов или GSM/GPRS-модемов для организации беспроводной связи.
Всего в одном КП может быть реализовано до 40 каналов интерфейса RS-485, или 20 каналов RS-232/RS-422 или CAN, или комбинации из каналов RS-485, RS-232/RS-422 и CAN и до 2-х каналов интерфейса Ethernet 10/100.
В КП могут использоваться следующие модули:
- модуль центрального процессора класса не ниже Pentium (например, модуль процессора МП7 или CPC10601);
- контроллер сети Ethernet 10/100 BaseTX - МС-Ethernet100;
- модуль МС-CAN для сопряжения с интерфейсом CAN;
- модуль сетевой МС485PC, обеспечивающий связь по двум оптоизолированным каналам RS-422/485 или двум каналам RS-232;
- модуль сетевой МС485PC1, обеспечивающий связь по четырем изолированным каналам RS-485;
- блок питания, устанавливаемый в монтажный каркас MicroPC;
- модуль кроссовый сетевой МКС1.2 для подключения коммуникационных кабелей;
- трансивер Ethernet 10/100 BaseTX - Ethernet 100 BaseFX (оптоволокно);
- коммутатор Ethernet 10/100 BaseTX - IEEE 802.11b (g);
- оптический бокс для 4-х оптоволоконных линии;
- модуль питания трансивера и коммутатора.
Конструктивно КП выполнен в навесном шкафу. Конструкция шкафа обеспечивает степень защиты не ниже IP54. Габаритные размеры шкафа - 850х600х275 мм. В шкафу устанавливается монтажная панель, на которую крепятся монтажный каркас и кроссовые модули. Ввод кабелей осуществляется через гермовводы. Количество и диаметр гермовводов определяется заказной спецификацией.
Промышленные контроллеры СМ1820М КПД3 предназначены для обработки информации от датчиков, исполнения управляющих алгоритмов, выдачи команд на исполнительные устройства, передачи данных на верхние уровни системы и исполнения команд, поступающих от них.
Вариант возможной структурной схемы промышленных контроллеров СМ1820М КПД3 показан на рис. 3.
Основой контроллера является блок А1 - блок программируемого контроллера, в состав которого входят: В1 - планка с разъемами RS-232C и RS-485, В2 - модуль процессора, В3…В7 - модули ввода-вывода сигналов (показано пять модулей, максимум до 10 модулей), В8 - блок питания, К1…К3 - соединительные кабели. Блок А2 - кроссовое поле, состоящее из кроссовых модулей В1…В10 (максимум до 20 модулей). Блок А3 - блок подключения электропитания (обеспечивает питание от двух фидеров с автоматическим переключением); К1…К15 - соединительные кабели и провода.
Предусматривается возможность использования различных типов процессорных модулей (В2) - Intel 386/486, Pentium, SC 13.
Блоки А1…А3 смонтированы внутри металлического настенного шкафа, обеспечивающего степень защиты до IP54. Габаритные размеры шкафа - 850х600х275 мм. В шкафу устанавливается монтажная панель, на которую крепятся монтажный каркас и кроссовые модули.
Состав и количество модулей, содержащихся в контроллере, определяется требования к системе управления, частью которой он является.
В номенклатуру модулей контроллера СМ1820М КПД3 входят модули ввода и вывода дискретной и аналоговой информации различных типов, модули сопряжения с различными интерфейсами из номенклатуры модулей коммуникационного процессора СМ1820М КП5. Это возможно благодаря единству конструкции и системного интерфейса. Контроллеры СМ1820М КПД3 могут использоваться не только в составе сетей, но и автономно. Их архитектура позволяет использовать операционные системы типа QNX, Linux.
Рис. 3. Структурная схема контроллера СМ1820М КПД3
Инструментальные средства программирования контроллеров (ИСПК) обеспечивают возможность разработчикам прикладных программ, в том числе техническому персоналу объекта автоматизации, описывать задачи в категориях, близких к самому объекту автоматизации [6, 7]. Применяемые языки программирования соответствуют требованиям стандарта МЭК-61131-3 и позволяют создавать программы, понятные технологам на объекте автоматизации.
В состав ИСПК входят:
- графическая система программирования;
- комплекс библиотек стандартных алгоблоков;
- подсистема моделирования со средствами отладки;
- исполняющая система, портируемая в контроллеры;
- комплекс сетевых программ, обеспечивающих проектную компоновку пространственно-распределенной контроллерной сети;
- сервер ОРС, обеспечивающий взаимодействие со стандартными SCADA-системами;
- сервер ODBS, обеспечивающий взаимодействие со стандартными базами данных.
Программно-инструментальные средства для автоматизации программирования систем контроля и управления обладают основными возможностями SCADA-систем. Разработка собственных программно-инструментальные средства для автоматизации программирования систем контроля и управления необходима для того, чтобы обеспечить их открытость, масштабируемость, лицензионную чистоту как важнейших технико-экономических характеристик конечного продукта - системы управления объектом.
Будучи построенными по модульному принципу, они включают в свой состав следующие базовые компоненты:
· сервер управления переменными, оперирующий как внутренними переменными для проведения логических операций, так и внешними для переноса и обработки поступающей информации;
· систему архивирования хронологии технологического процесса для возможности проведения последующего анализа работы технической системы;
· систему быстрого выявления аварийных ситуаций с подробными журналами произошедших событий и удобным пользовательским интерфейсом для доступа к этим журналам с целью быстрого поиска и устранения источника аварии;
· графический редактор, позволяющий быстро и легко создавать мнемосхемы на основе библиотеки стандартных графических объектов, связывать их с переменными и задавать способы изменения параметров этих объектов, а так же, в некоторых случаях, варианты значений изменяемых параметров;
· модуль режима исполнения, который позволяет отображать мнемосхемы на экране, оперировать с их иерархией, а так же производить манипуляции с самими графическими объектами с целью внесения корректировок в течение технологического процесса;
· систему разработки алгоритмов взаимодействия переменных в режиме исполнения, основанную на построении логических схем на базе библиотечного набора элементов;
· встроенный язык сценариев высокого уровня для возможности создания более сложных алгоритмов взаимодействия переменных, а также для взаимодействия с внешними приложениями по средствам обмена сообщениями;
· систему генерации технологических отчетов, позволяющую выводить протоколы и графики на печать как в ручном, так и в автоматическом режиме с использованием механизмов планирования;
· службу резервирования для повышения надежности системы в режиме исполнения при сборе и архивировании информации с возможностью синхронизации архивов при простое одного из серверов;
· службу сохранения архивов производственного процесса и технических сообщений на долгосрочных носителях с возможностью последующего восстановления и графического представления данных для изучения и проведения анализа с помощью системы генерации технологических отчётов;
· внешний программный интерфейс для предоставления пользователям дополнительных возможностей по связи системы с их источниками данных, реализованный при помощи технологии COM (Component Object Model - компонентная объектная модель);
· модуль оперирования различными системам управления базами данных (СУБД), такими как: FireBird, Sybase и MS SQL Server;
· модуль поддержки многомониторного режима работы, обеспечивающий в режиме исполнения отображения мнемосхем на произвольное число дисплеев, что даёт возможность выводить на экран одновременно большее количество важной информации без ущерба качеству отображения.
Представленная номенклатура технических и программных средств УВК СМ ЭВМ нового поколения в полной мере удовлетворяет требованиям к системам контроля и управления различной степени сложности и назначения.
Литература
1. Гиглавый А.В., Кабанов Н.Д., Прохоров Н.Л., Шкамарда А.Н. СМ1800: Архитектура, программирование, применение. - М.: Финансы и статистика, 1984.
2. Прохоров Н.Л., Егоров Г.А., Красовский В.Е., Тювин Ю.Д., Шкамарда А.Н. Управляющие вычислительные комплексы: Учеб. пособие. / Под ред. Н.Л. Прохорова. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 2003.
3. Глухов В.И. СМ1800: Дорога длиной в тридцать лет // История науки и техники. - 2008. - № 5.
4. Комплексы СМ1820М в системах автоматизации технологических процессов на атомных станциях / Н.Л. Прохоров, В.И. Глухов и др. // Вопросы радиоэлектроники. Серия «Электронная вычислительная техника». - Вып. 2. - 2008.