ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность

Согласно ГОСТ 34.601-90 "Автоматизированные Системы. Стадии создания", процесс создания АСУТП представляет собой совокупность упорядоченных во времени, взаимосвязанных, объединенных в стадии и этапы работ, выполнение которых необходимо и достаточно для создания Системы, соответствующей заданным требованиям.
Стадия "Формирование требований к АСУТП" включает в себя выполнение следующих этапов:
• Обследование объекта и обоснование необходимости создания АСУТП;
• Формирование требований Заказчика к АСУТП;
• Оформление Отчета о выполненной работе, и Заявки на разработку АСУТП.
Стадия "Разработка концепции АСУТП" заключается в выполнении следующих этапов:
• Изучение объекта автоматизации;
• Проведение необходимых научно-исследовательских работ;
• Разработка вариантов концепции АСУТП и выбор варианта концепции АСУТП в соответствии с требованиями Заказчика.
Стадия "Техническое задание" заключается в единственном, но чрезвычайно ответственном этапе:
• Разработка и утверждение Технического задания на создание АСУТП.
Стадия "Эскизный проект" состоит из следующих этапов:
• Разработка предварительных проектных решений по Системе и ее частям;
• Разработка документации на АСУТП и ее части.
Стадия "Технический проект" состоит из следующих этапов:
• Разработка проектных решений по Системе и ее частям;
• Разработка документации на АСУТП и ее части;
• Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АСУТП и технических требований (технических заданий) на их разработку;
• Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта.
Стадия "Рабочий проект (Рабочая документация)" включает в себя следующие этапы:
• Разработка рабочей документации на АСУТП и ее части;
• Разработка и конфигурация программного обеспечения.
Стадия "Ввод в действие" состоит из следующих этапов: 
• Подготовка объекта автоматизации к вводу АСУТП в действие;
• Подготовка персонала;
• Комплектация АСУТП поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями);
• Строительно-монтажные работы;
• Пусконаладочные работы;
• Проведение Предварительных испытаний;
• Проведение Опытной эксплуатации;
• Проведение Приемочных испытаний.
Стадия "Сопровождение АСУТП" включает в себя:
• Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами;
• Послегарантийное обслуживание.

Согласно ГОСТ 34.601-90 "Автоматизированные Системы. Стадии создания", процесс создания АСУТП представляет собой совокупность упорядоченных во времени, взаимосвязанных, объединенных в стадии и этапы работ, выполнение которых необходимо и достаточно для создания Системы, соответствующей заданным требованиям.
Стадия "Формирование требований к АСУТП" включает в себя выполнение следующих этапов:
• Обследование объекта и обоснование необходимости создания АСУТП;
• Формирование требований Заказчика к АСУТП;
• Оформление Отчета о выполненной работе, и Заявки на разработку АСУТП.
Стадия "Разработка концепции АСУТП" заключается в выполнении следующих этапов:
• Изучение объекта автоматизации;
• Проведение необходимых научно-исследовательских работ;
• Разработка вариантов концепции АСУТП и выбор варианта концепции АСУТП в соответствии с требованиями Заказчика.
Стадия "Техническое задание" заключается в единственном, но чрезвычайно ответственном этапе:
• Разработка и утверждение Технического задания на создание АСУТП.
Стадия "Эскизный проект" состоит из следующих этапов:
• Разработка предварительных проектных решений по Системе и ее частям;
• Разработка документации на АСУТП и ее части.
Стадия "Технический проект" состоит из следующих этапов:
• Разработка проектных решений по Системе и ее частям;
• Разработка документации на АСУТП и ее части;
• Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АСУТП и технических требований (технических заданий) на их разработку;
• Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта.
Стадия "Рабочий проект (Рабочая документация)" включает в себя следующие этапы:
• Разработка рабочей документации на АСУТП и ее части;
• Разработка и конфигурация программного обеспечения.
Стадия "Ввод в действие" состоит из следующих этапов: 
• Подготовка объекта автоматизации к вводу АСУТП в действие;
• Подготовка персонала;
• Комплектация АСУТП поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями);
• Строительно-монтажные работы;
• Пусконаладочные работы;
• Проведение Предварительных испытаний;
• Проведение Опытной эксплуатации;
• Проведение Приемочных испытаний.
Стадия "Сопровождение АСУТП" включает в себя:
• Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами;
• Послегарантийное обслуживание.

CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчико
Непосредственно стандарт CAN от Bosch определяет передачу в отрыве от физического уровня — он может быть каким угодно, например, радиоканалом или оптоволокном. Но на практике под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары, определённым в стандарте ISO 11898. Передача ведётся кадрами, которые принимаются всеми узлами сети.. Режим передачи — последовательный, широковещательный, пакетный. 
Синхронная шина, с типом доступа Collision Resolution (CR), который в отличие от Collision Detect (CD) сетей (Ethernet — это CD) детерминировано (приоритетно) обеспечивает доступ на передачу сообщения, что особо ценно для промышленных сетей управления (fieldbus). Передача ведётся кадрами. Полезная информация в кадре состоит из идентификатора длиной 11 бит (стандартный формат) или 29 бит (расширенный формат, надмножество предыдущего) и поля данных длиной от 0 до 8 байт. Идентификатор говорит о содержимом пакета и служит для определения приоритета при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми узлами. 
Все узлы в сети должны работать с одной скоростью. Стандарт CAN не определяет скоростей работы, но большинство как отдельных, так и встроенных в микроконтроллеры адаптеров позволяют плавно менять скорость в диапазоне по крайней мере от 20 килобит в секунду до 1 мегабита в секунду. Существуют решения, выходящие далеко за рамки данного диапазона. Преимущества
Возможность работы в режиме жёсткого реального времени.
Простота реализации и минимальные затраты на использование.
Высокая устойчивость к помехам.
Арбитраж доступа к сети без потерь пропускной способности.
Надёжный контроль ошибок передачи и приёма.
Широкий диапазон скоростей работы.
Большое распространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных поставщиков.
Недостатки
Максимальная длина сети обратно пропорциональна скорости передачи.
Большой размер служебных данных в пакете (по отношению к полезным данным).
Отсутствие единого общепринятого стандарта на протокол высокого уровня, однако же, это и достоинство. Стандарт сети предоставляет широкие возможности для практически безошибочной передачи данных между узлами, оставляя разработчику возможность вложить в этот стандарт всё, что туда сможет поместиться. В этом отношении CAN подобен простому электрическому проводу. Туда можно «затолкать» любой поток информации, который сможет выдержать пропускная способность шины. Известны примеры передачи звука и изображения по шине CAN (Россия). Известен случай создания системы аварийной связи вдоль автодороги длиной несколько десятков километров (Германия). (В первом случае нужна была большая скорость передачи и небольшая длина линии, во втором случае — наоборот). Изготовители, как правило, не афишируют, как именно они используют полезные байты в пакете. 

Modbus — коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиент-сервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использовать для передачи данных последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP.
Modbus относится к протоколам прикладного уровня сетевой модели OSI.[3] Контроллеры на шине Modbus взаимодействуют, используя клиент-серверную модель, основанную на транзакциях, состоящих из запроса и ответа.

Обычно в сети есть только один клиент, так называемое, «главное» (англ. master) устройство, и несколько серверов — «подчиненных» (slaves) устройств. Главное устройство инициирует транзакции (передаёт запросы). Подчиненные устройства передают запрашиваемые главным устройством данные, или производят запрашиваемые действия. Главный может адресоваться индивидуально к подчиненному или инициировать передачу широковещательного сообщения для всех подчиненных устройств. Подчиненное устройство формирует сообщение и возвращает его в ответ на запрос, адресованный именно ему. При получении широковещательного запроса ответное сообщение не формируется.

Спецификация Modbus описывает структуру запросов и ответов. Их основа — элементарный пакет протокола, так называемый PDU (Protocol Data Unit). Структура PDU не зависит от типа линии связи и включает в себя код функции и поле данных. Код функции кодируется однобайтовым полем и может принимать значения в диапазоне 1...127. Диапазон значений 128...255 зарезервирован для кодов ошибок. Поле данных может быть переменной длины. Размер пакета PDU ограничен 253 байтами.

---

PROFIBUS ((PROcess FIeld BUS)) (читается — Профи бас) — открытая промышленная сеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организация пользователей Profibus разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными комитетами по стандартизации. Очень широко распространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть PROFIBUS это комплексное понятие, она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой, стандартизацией и развитием сетей стандарта PROFIBUS занимается PROFIBUS NETWORK ORGANISATION (PNO)[1].

PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA) или между несколькими ведущими устройствами (протоколы FDL и FMS). Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартных протоколов PROFIBUS.

Сеть PROFIBUS построена в соответствии с многоуровневой моделью ISO 7498 — OSI. PROFIBUS определяет следующие уровни:
1 — физический уровень — отвечает за характеристики физической передачи
2 — канальный уровень — определяет протокол доступа к шине
7 — уровень приложений — отвечает за прикладные функции 

С помощью Profibus DP могут быть реализованы Mono и MultiMaster системы. Основной принцип работы заключается в следующем: центральный контроллер (ведущее устройство) циклически считывает входную информацию с ведомых устройств и циклически записывает на них выходную информацию. При этом время цикла шины должно быть короче, чем время цикла программы контроллера, которое для большинства приложений составляет приблизительно 10 мсек. В дополнение к циклической передаче пользовательских данных Profibus DP предоставляет широкие возможности по диагностике и конфигурированию. Коммуникационные данные отображаются специальными функциями как со стороны ведущего, так и со стороны ведомого устройства.
PROFIBUS FMS — протокол предназначен в основном для связи программируемых контроллеров друг с другом и станциями оператора. Он используется в тех областях, где высокая степень функциональности более важна нежели чем быстрое время реакции системы.
PROFIBUS PA — промышленная сеть, служит для соединения систем автоматизации и систем управления процессами с полевыми устройствами (например датчиками давления, температуры и уровня). Может использоваться для аналоговой (от 4 до 20 мА) технологии. Profibus PA использует основные Profibus DP функции передачи измеренных величин и состояния контроллера, а также расширенные функции PROFIBUS DP для параметризации и операций с полевыми устройствами.

Промышленная сеть — сеть передачи данных, связывающая различные датчики, исполнительные механизмы, промышленные контроллеры и используемая в промышленной автоматизации. Термин употребляется преимущественно в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП). 
Термин полевая шина является дословным переводом английского термина fieldbus. Термин промышленная сеть является более адекватным переводом и в настоящее время именно он используется в профессиональной технической литературе. 
В сравнении с подключением периферийного оборудования к контроллеру отдельными проводами промышленная сеть имеет следующие достоинства:
• В несколько раз снижается расход на кабель и его прокладку
• Увеличивается допустимое расстояние до подключаемых датчиков и исполнительных устройств
• Упрощается управление сетью датчиков и исполнительных механизмов
• Упрощается модификация системы при изменении типа датчиков, используемого протокола взаимодействия, добавлении уствойств ввода-вывода
• Позволяют дистанционно настраивать датчики и проводить их диагностику. 
Недостатки:
• При обрыве кабеля теряется возможность получать данные и управлять не одним, а несколькими устройствами
• Для повышения надёжности приходится резервировать каналы связи
Для организации взаимодействия промышленных контроллеров в составе АСУ ТП может быть использована сеть Ethernet. Однако сеть Ethernet не обеспечивает гарантированного времени доступа вследствие возможных коллизий на магистрали. Поэтому для указанных целей необходимо использовать протоколы промышленных сетей реального времени. 
ТУТ ВСТАВЛЮ ТАБЛИЦУ
Особое внимание следует обратить на протокол Profibus по следующим причинам:
– шинный протокол (OSI – уровень 7) почти полностью реализован в микрокодах распространенного микропроцессора МС68302 и МС68360;
– Profibus является лидером на рынке промышленных сетей Fieldbus в Европе (38% всех применений) и завоевал широкую популярность во всем мире;
– развивается и поддерживается Международной Ассоциацией пользователей Profibus PNO (Европа) и РТО (США).
Поэтому, если применяемые в АСУ ТП контроллеры поддерживают обмен информацией в соответствии с протоколом Profibus (OSI – уровень 7), то они будут совместимы с широким кругом существующих аппаратных средств. 

На рынке средств промышленной автоматизации представлены разнообразные аппаратные и программные средства разработки систем управления. Специалисты нередко стоят перед сложным выбором: какую технику использовать и чем ее программировать. При наличии достаточных финансовых ресурсов эту проблему можно легко решить путем использования комплексных решений от ведущих мировых производителей, когда пользователю предлагается функционально полный набор PLC, модулей ввода/вывода и ориентированный под них софт.
Однако возможен и другой вариант, при котором в качестве аппаратных средств применяются PC-совместимые решения: РС-контроллеры и платы ввода/вывода, устанавливаемые в слоты расширения компьютера, а программная часть может быть реализована с помощью языков высокого уровня общего назначения.
Программируемый логический контроллер, ПЛК — микропроцессорное устройство, предназначенное для управления технологическими процессами в промышленности и другими сложными технологическими объектами (например, системы управления микроклиматом). Принцип работы ПЛК заключается в сборе сигналов от датчиков и их обработке по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства.
Безусловно, уровень знаний инженеров-разработчиков и эксплуатационщиков АСУ в области программирования непрерывно растет, однако следует признать, что наиболее целесообразным является использование специализированных программных пакетов. Наверное, с точки зрения “чистых программистов” этот тезис можно считать плодом размышлений человека, который просто не в состоянии научиться программировать, но мировой опыт подтверждает иное. Об этом свидетельствует огромная популярность пакетов разработки программ для PC-контроллеров, основанных на инженерном стандарте IEC-1131.
Подход, при котором конечный программный модуль готовится специалистами в области автоматики и технологии, позволяет большую часть ресурсов и времени направить в область технологической настройки системы на реальном объекте с целью достижения наилучших качественных характеристик управления. 
Ситуация, когда в стандартной библиотеке пакета не находится требуемой функции или алгоритма и, следовательно, помощь программиста все же необходима, успешно разрешима - современные средства SoftLogik программирования позволяют писать собственные функциональные блоки на одном из встроенных упрощенных текстовых языков и дополнять ими стандартные библиотеки. Кроме того, целью введения международных стандартных подходов к программированию контроллеров является формализация описания задач управления для различных аппаратных средств. Тогда при переходе на технику другого производителя не требуется с нуля начинать освоение программных средств, а можно воспользоваться уже имеющимися навыками и наработками.
Языки программирования для инженеров по автоматизации (графические) 
LD — Язык релейных схем
FBD — Язык функциональных блоков
SFC — Язык диаграмм состояний — программирование автоматов
CFC — Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD
Языки для программистов ПЛК (текстовые) 
IL — Ассемблер
ST — Паскале-подобный язык

Приборы подключают к контроллеру-концентратору. Концентратор передаёт данные со всех приборов на ПЭВМ по одному каналу связи.
Проблема состоит в том, что производители первичного оборудования для выдачи информации использовали уникальные протоколы передачи данных. Порой даже один производитель использует разные и несовместимые протоколы для своих приборов. 
Контроллер-концентратор Вариконт-КП устанавливается в пределах длин физических линий связи с приборами учета. В состав контроллера входит процессор и набор портов RS-232/RS-485 для подключения внешних приборов. 
К одному порту можно подключить несколько однотипных приборов, если это разрешено интерфейсом прибора и используемым протоколом. Для приборов учета, имеющих интерфейс связи "точка-точка", выделяют отдельный порт. 
В процессе установки системы для каждого контроллера Вариконт производят настройку задействованных портов с помощью программы-конфигуратора. Для каждого порта выбирают тип подключаемого прибора и его настроечные параметры. 
При работе системы сбора Вариконт по заложенной программе производит опрос приборов, получает текущие данные, выполняет первичную обработку и буферирование. Все порты котроллера ведут приём данных независимо и одновременно во времени. Затем по одному из доступных каналов связи данные поступают на ПЭВМ для отображения и архивирования. 
В свою очередь ПЭВМ по запросу оператора или заданному циклу производит запрос статистической информации с приборов учёта. Это может быть часовой или суточный архив данных. Приняв запрос от ПЭВМ, Вариконт передаёт его прибору через соответствующий порт, пересылает ответ обратно. Таким образом реализована передача статистики для точных расчётов.
Любой порт может быть запрограммирован на любой тип прибора. Поэтому к концентратору можно подключить любую комбинацию приборов. Это даёт большую гибкость системы и возможность модернизации в будущем.
Для передачи информации от концентратора к ПЭВМ могут использоваться различные каналы связи: физическая линия (RS-485), локальная сеть (Ethernet). Также возможно использование GSM-модема для периодического снятия статистики.