RU2688097C1 - Способ функционирования территориально-распределенной системы управления - Google Patents
Способ функционирования территориально-распределенной системы управления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688097C1 RU2688097C1 RU2017147077A RU2017147077A RU2688097C1 RU 2688097 C1 RU2688097 C1 RU 2688097C1 RU 2017147077 A RU2017147077 A RU 2017147077A RU 2017147077 A RU2017147077 A RU 2017147077A RU 2688097 C1 RU2688097 C1 RU 2688097C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plc
- peripheral
- control
- plcs
- sensors
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/048—Monitoring; Safety
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Programmable Controllers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к автоматизированным системам управления. Способ функционирования территориально-распределенной системы управления, состоящей из однотипных программируемых логических контроллеров, объединенных последовательными каналами связи, включает операции опроса датчиков и формирование управляющих воздействий в исполнительные механизмы, прием команд и отображение состояния объекта управления. Операции общего алгоритма управления распределены между центральным и периферийным контроллером. Каждый периферийный контроллер хранит в своей памяти данные о текущих значениях только тех датчиков и исполнительных механизмов, которые связаны с реализуемой им частью алгоритма. Данные в памяти о состоянии подключенного оборудования каждый периферийный контроллер формирует самостоятельно. Повышается надежность системы управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область применения
Предлагаемый способ относится к автоматизированным системам управления территориально-распределенными производственными объектами, работающими в тяжелых климатических условиях, и может быть использована для построения систем управления объектами наземной инфраструктуры ракетно-космических комплексов, а также химических и нефтегазовых установок.
Уровень техники
Известен способ функционирование систем управления территориально-распределенными объектами, когда весь алгоритм управления реализуется в одном (центральном) узле (промышленная ЭВМ, ПЛК), а периферийные ПЛК выполняют только рутинные операции по сбору данных и низкоуровневому управлению исполнительными механизмами, Например, система мониторинга и управления инженерным оборудованием объекта (Патент РФ № 2133490), содержащая центральный вычислительный модуль с устройством ввода-вывода, с которым по каналам информационной сети связаны датчики контроля, измерения, и управления и устройства управления узлами и агрегатами инженерного оборудования. Реализация чисто централизованного управления требует значительной производительности и большой памяти центрального управляющего узла (ЭВМ, ПЛК), большой объем передаваемых данных, недостаточная надежность.
1) Известна интеллектуальная сетевая система (Патент США «Intelligent grid system» US 7499762 B2), содержащая центральный блок управления, сеть распределения ресурсов (коммуникационная среда), интеллектуальные устройства обработки данных и локального управления, расположенные в узлах сети распределения ресурсов. Чисто распределенное управление снижает объем передаваемых в системе данных, т.к. контроллеры работают в значительной степени автономно, а обмен информацией между сокращен, однако используемая традиционная реализация сетевого взаимодействия ПЛК (протоколы Ethernet, TCP/IP) приводит к возрастанию требований к их производительности и увеличению требований к физическим характеристикам каналов связи, затрудняющие передачу данных на большие расстояния, значительно усложняется синхронизация работы отдельных узлов.
Технический результат
Техническим результатом предлагаемого способа является снижение требований к производительности и памяти используемых в ПЛК микропроцессоров, снижение объема передаваемой между ПЛК информации и требования к пропускной способности каналов связи, повышение надежности и возможности масштабирования АСУ.
Технический результат достигается за счет распределении функций единого общего алгоритма управления между периферийными ПЛК и центральный ПЛК, распределенной организации памяти данные о текущих значениях датчиков и исполнительных механизмов, организации синхронизации работы периферийных ПЛК и обмена данными между ними под управлением центрального ПЛК по многофазному циклическому алгоритму управления, и актуализации данных в памяти периферийных ПЛК центральным ПЛК с помощью специальных таблиц, преобразующих виртуальные адреса памяти состояний датчиков и исполнительных механизмов всей системы в физические адреса памяти периферийных ПЛК и адреса протокола, который реализует доступ к этой памяти.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 приведена возможная структурная схема системы, реализующей заявляемый способ, где 1 – центральный ПЛК, периферийный ПЛК, 3 - модуль центрального процессора, 4 – связной модуль, 5- модули ввода-вывода, 6 – внутренняя шина ПЛК, 7 – каналы связи, 8 –пульт управления, 9 - устройство отображения, 10 – датчика и исполнительные механизмы, 11 – внешняя память (регистратор).
На фигуре 2 представлены циклограммы работы: а - центрального ПЛК, б- периферийного ПЛК.
На фигуре 3 показаны а – организация памяти данные о текущих значениях датчиков и исполнительных механизмов в памяти периферийных ПЛК, б- организация таблицы преобразования виртуальных адресов памяти состояний датчиков и исполнительных механизмов в физические адреса памяти периферийных ПЛК.
Осуществление способа
Территориально-распределенная система управления включает несколько ПЛК, соединенными по схемам «Звезда» и/или «Общая шина» интерфейсами RS-485/422 (фиг. 1). Все ПЛК однотипны, имеют магистрально-модульную организацию и содержат модули центрального процессора, один или несколько связных модулей и модули модули вывода –вывода, состав и количество которых определяется подключенными в ПЛК датчиками, механизмами и другими устройствами (таким ПЛК может быть представленный полезной моделью «Программируемый логический контроллер для территориально-распределенной системы управления» № RU 171 436).
За ПЛК закреплены следующие функции:
- один ПЛК, называемый в дальнейшем центральным, обслуживает пульт управления оператора, ведет журнал процесса управления, синхронизирует работу остальных ПЛК, а так же распределяет текущую информацию о состоянии датчиков между ними.
- остальные ПЛК, называемые в дальнейшем, периферийными, ведут сбор и обработку аналоговых и дискретных сигналов с подключенных датчиков, а так же реализуют часть общего алгоритма управления, вырабатывая управляющие воздействия в исполнительные механизмы, непосредственно подключенные к данному ПЛК.
Каждый периферийный ПЛК хранит в своей памяти данные о текущих значениях только тех датчиков и исполнительных механизмов, которые непосредственно связаны с реализуемой им частью алгоритма управления. Данные от подключенных к нему датчиков каждый ПЛК формирует самостоятельно, а данные о состоянии датчиков, подключенных к другим ПЛК, доставляются центральным ПЛК по каналам связи.
Текущее значение сигнала каждого датчика и сигнала, переданного в исполнительный механизм, сохраняется в памяти ПЛК в виде записи, формат которой показан на фиг. 3а. и включает виртуальный адрес - номер источника данного сигнала в системе, тип (дискретный, аналоговый разрядность и т.д), значение и флажки: М –признак модификации (изменения) значения, Т – запись относится датчику, значения сигнала с которого используются другими ПЛК, В - запись относится к датчику, подключенному к другому ПЛК, И – запись относится к исполнительному механизму.
Обмен данными между ПЛК с помощью связных модулей выполняется по принципу «ведущий-ведомый», роль ведущего выполняет центральный ПЛК. Предпочтительным коммуникационным протокол может быть Modbus RTU. Каждая запись памяти периферийного ПЛК адресуется коммуникационным протоколом как отдельный регистр.
Система реализует циклический алгоритм управления. Каждый цикл разбит на ряд фаз, инициируемых центральным ПЛК:
- опрос периферийных ПЛК об изменении состояний подключенных к ним датчиков,
- обновление информации в устройстве отображения и пульте,
- рассылка транзитных данных между периферийными ПЛК,
- формирование управляющий воздействий в периферийных ПЛК,
- сбор данных с датчиков в периферийных ПЛК.
В различных ПЛК фазы перекрываются.
Актуализация данных в памяти периферийных ПЛК выполняется центральным ПЛК с помощью специальных таблиц и указателей, преобразующих виртуальные адреса памяти состояний датчиков всей системы в физические адреса памяти периферийных ПЛК и адреса протокола, который реализует доступ к этой памяти.
Цикл работы системы задает центральный ПЛК от собственных часов, формируя широковещательную команду «Начало цикла», рассылаемую во все ПЛК.
Периферийные ПЛК, получив команду «Начало цикла»:
- временно прекращают регистрацию в своей оперативной памяти данных от подключенных к нему датчиков, хотя модули ввода-вывода продолжают отслеживать их текущие значения;
- формируют битовую таблицу изменений состояния датчиков, каждый бит которой соответствует одной записи в памяти и его значение равно флажку М;
- по запросу таблица изменений состояния передается в центральный ПЛК, который затем считывает записи, отражающие изменения состояния соответствующих датчиков.
- после чтения записей их флажки М сбрасываются, и разрешается обновление записей а случае изменения состояния контролируемых данным ПЛК датчиков;
- принимает и размещает в памяти записи об измененном состоянии датчиков с других ПЛК, пересылаемых центральным ПЛК.
Периферийные ПЛК, получив команду «Конец обмена»:
- выполняют вычисление значений управляющих воздействий, используя данные из собственной памяти, корректируя записи, соответствующие исполнительным механизмам;
- передают значения управляющий воздействий в исполнительные механизмы;
- контролирует работоспособность аппаратуры ПЛК.
Центральный ПЛК, передав команду «Начало цикла»:
- последовательно опрашивает периферийные ПЛК, считывая и анализируя битовую таблицу изменений состояния датчиков каждого, и в случае наличия, считывает записи, отражающие изменения состояния соответствующих датчиков;
- анализирует флажки Т считанных записей, в случае их установки, рассылает запись соответствующего датчика в память других ПЛК, использующих состояния этого датчика для выработки управляющих воздействий, при этом для определения канала связи и адреса регистра назначения используется таблица, показанная на фиг. 3б;
- одновременно принятые данные используются для отображения и регистрируются во внешней памяти, где ведет журнал процесса управления, а также принимаются и исполняются команды пульта, если они поступают;
- контролирует работоспособность аппаратуры ПЛК и каналов связи.
Claims (3)
1. Способ функционирования территориально-распределенной системы управления, реализующей циклический алгоритм управления, состоящей из нескольких однотипных программируемых логических контроллеров (ПЛК), объединенных последовательными каналами связи, включающий операции опроса датчиков и формирование управляющих воздействий в исполнительные механизмы, а также прием команд и отображение состояния объекта управления, причем операции единого общего алгоритма управления распределены между центральным ПЛК, который обслуживает пульт управления оператора, ведет журнал процесса управления, синхронизирует работу остальных ПЛК, а также распределяет между ПЛК текущую информацию о состоянии датчиков, и периферийными ПЛК, которые ведут сбор и обработку аналоговых и дискретных сигналов с подключенных к ним датчиков, а также выполняют операции общего алгоритма управления, связанные с выработкой значений управляющих воздействий, и передачу их в исполнительные механизмы, непосредственно подключенные к данному ПЛК, обмен данными между ПЛК по каналам связи выполняется по принципу «ведущий-ведомый», роль ведущего выполняет центральный ПЛК, отличающийся тем, что каждый периферийный ПЛК хранит в своей памяти данные о текущих значениях только тех датчиков и исполнительных механизмов, которые непосредственно связаны с реализуемой им частью алгоритма, причем данные в памяти о состоянии подключенного к нему оборудования каждый периферийный ПЛК формирует самостоятельно, а данные, необходимые для реализации алгоритма управления, но формируемые подключенными к другим ПЛК датчиками, доставляются центральным ПЛК по каналам связи.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в реализуемом системой циклическом алгоритме управления каждый цикл разбит на ряд фаз, инициируемых центральным ПЛК: опрос периферийных ПЛК об изменении состояний подключенных к ним датчиков, обновление информации пульта, рассылка транзитных данных между периферийными ПЛК, формирование управляющих воздействий в периферийных ПЛК, сбор данных с датчиков в периферийных ПЛК, при этом в различных ПЛК фазы перекрываются.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что актуализация данных в памяти периферийных ПЛК выполняется центральным ПЛК с помощью специальных таблиц, преобразующих виртуальные адреса памяти состояний датчиков всей системы в физические адреса памяти периферийных ПЛК и адреса протокола, который реализует доступ к этой памяти.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147077A RU2688097C1 (ru) | 2017-12-30 | 2017-12-30 | Способ функционирования территориально-распределенной системы управления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147077A RU2688097C1 (ru) | 2017-12-30 | 2017-12-30 | Способ функционирования территориально-распределенной системы управления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2688097C1 true RU2688097C1 (ru) | 2019-05-17 |
Family
ID=66579089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017147077A RU2688097C1 (ru) | 2017-12-30 | 2017-12-30 | Способ функционирования территориально-распределенной системы управления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688097C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226205U1 (ru) * | 2024-03-29 | 2024-05-27 | Акционерное общество "АтлантикТрансгазСистема" | Модуль аналогового вывода контроллера |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2211244A2 (en) * | 2009-01-21 | 2010-07-28 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Removable security modules and related methods |
| US20130282150A1 (en) * | 2012-04-24 | 2013-10-24 | Fisher Controls International Llc | Method and Apparatus for Local or Remote Control of an Instrument in a Process System |
| US20140265983A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Fisher Controls International Llc | Method and Apparatus for Monitoring Motor Current for an Electric Valve Positioner |
| US20160076664A1 (en) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Methods and apparatus to communicatively couple on/off valves to controllers in a process control system |
| RU171436U1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") | Программируемый логический контроллер для территориально-распределенной системы управления |
-
2017
- 2017-12-30 RU RU2017147077A patent/RU2688097C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2211244A2 (en) * | 2009-01-21 | 2010-07-28 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Removable security modules and related methods |
| US20130282150A1 (en) * | 2012-04-24 | 2013-10-24 | Fisher Controls International Llc | Method and Apparatus for Local or Remote Control of an Instrument in a Process System |
| US20140265983A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Fisher Controls International Llc | Method and Apparatus for Monitoring Motor Current for an Electric Valve Positioner |
| US20160076664A1 (en) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Methods and apparatus to communicatively couple on/off valves to controllers in a process control system |
| RU171436U1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") | Программируемый логический контроллер для территориально-распределенной системы управления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226205U1 (ru) * | 2024-03-29 | 2024-05-27 | Акционерное общество "АтлантикТрансгазСистема" | Модуль аналогового вывода контроллера |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10798554B2 (en) | System, method and apparatus for building operations management | |
| CN108693821B (zh) | 控制装置、存储介质、控制方法及控制系统 | |
| US11812288B2 (en) | System, method and apparatus for presentation of sensor information to a building control system | |
| CN103336471A (zh) | 一种基于EtherCAT网络通信的伺服运动控制卡 | |
| EP2633600B1 (de) | Verfahren zur kurzzyklischen datenerfassung, zum energiemonitoring und zur netzsteuerung im smart metering/smart grid unter verwendung einer verteilten, intelligenten middleware | |
| CA3074776A1 (en) | Machines, computer program products, and computer-implemented methods providing an integrated node for data acquisition and control | |
| CN109143989A (zh) | 控制系统、控制装置、结合方法以及记录介质 | |
| Gonçalves et al. | ITER fast plant system controller prototype based on ATCA platform | |
| Nicolae et al. | Node-red and opc ua based lightweight and low-cost historian with application in the water industry | |
| Sidorov et al. | System for monitoring parameters of functioning infrastructure objects and their external environment. | |
| CN103076755B (zh) | 基于plc装置实现水电站大容量顺序事件记录的方法 | |
| RU2688097C1 (ru) | Способ функционирования территориально-распределенной системы управления | |
| JP4013250B2 (ja) | Ｏｐｃ通信ステーション | |
| CN201163777Y (zh) | 一种网络化测试设备 | |
| Carvalho et al. | The ITER fast plant system controller ATCA prototype real-time software architecture | |
| CN110989475A (zh) | 分布式系统中编码器位置的处理方法、控制器及系统 | |
| CN110572242A (zh) | 一种注塑机数据统一编码采集的方法 | |
| WO2016030141A1 (de) | Energiemanagementverfahren, energiemanagementeinrichtung, vermittlungseinrichtung für eine energiemanagementeinrichtung und computersoftwareprodukt | |
| Yoon et al. | Multiple RS-485 interface management FPGA design for Power micro-metering | |
| Huang et al. | Research on software synchronization method of real-time ethernet distributed motion control system | |
| CN216086887U (zh) | 一种用于工业现场的标识数据网关及其系统 | |
| CN112737801A (zh) | 一种以太网数据采集器集中管理系统 | |
| Ferdowsi et al. | Modular intelligent node for distribution systems | |
| CN214850625U (zh) | 多状态量可组态变电设备智能组件 | |
| CN116032021B (zh) | 新能源场站一体化监控方法、系统、设备及存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191231 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210513 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20211110 |