Модуль системы противоаварийной автоматической защиты цеха по получению литейных смол
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ПЛК общего назначения, не имеющие специального допуска на применение в системах защиты, не могут использоваться в критичных по отношению к безопасности приложениях.
Безопасные программируемые логические контроллеры специально спроектированы для достижения двух важнейших целей:
.Обеспечение безотказности за счет достаточного уровня резервирования и, если отказа все же не удается избежать,
.Отказ должен сказываться на процессе только предсказуемым, безопасным образом.
Для того чтобы наделить системы данным набором качеств, предпринимается ряд специальных проектных решений. Безопасные ПЛК имеют изощренную внутрисистемную аппаратную и программную диагностику, которая позволяет программно-техническому комплексу с большой степенью достоверности определять собственную нештатную работу:
.Безопасные ПЛК имеют специальные средства для проверки правильности и надежности программного обеспечения.
.Безопасные ПЛК по определению используют резервирование, которое позволяет поддерживать безопасность технологического процесса даже при отказе части оборудования.
.Безопасные ПЛК имеют дополнительные средства защиты операций чтения и записи по каналам связи.
Системы, предназначенные для выполнения задач управления и защиты технологических процессов, - это детерминированные системы, то есть такие системы, которые должны обеспечивать реакцию на событие в течение известного предопределенного интервала времени при любых обстоятельствах. [2]
Все элементы системы - от сенсора до исполнительного механизма - должны обеспечивать не абстрактное "математически" ожидаемое, а точно известное время реакции.
Сказанное означает, что детерминированная система должна обладать значительной аппаратной и функциональной избыточностью по всем компонентам системы: процессоры, память, шины данных, количество каналов ввода-вывода, частота сканирования каналов и программ, и т. д.
Промышленные сети также должны подчиняться этим требованиям: характеристикой промышленной сети должно быть гарантированное время реакции на событие, а не средняя скорость передачи.
Для недетерминированных систем собственные вычислительные ресурсы и средства коммуникации могут внести непредсказуемые задержки в силу различных внешних и внутренних причин:
.Обработка асинхронных прерываний извне;
.Отсутствие реальной многозадачности и неумение работать по приоритетам;
.Ожидание освобождения общего ресурса (процессор, память, драйвер...);
.Использование устройств с непредсказуемым временем реакции (позиционирование жесткого диска) и тому подобное.
То, что недетерминированные системы не способны обеспечить заданное время реакции даже при отсутствии внешних причин, испытано всеми пользователями Windows.
Детерминированное, предсказуемое поведение системы неразрывно связано с понятием жесткого реального времени. В жесткой системе:
.Опоздания не допускаются ни при каких обстоятельствах;
.Опоздание считается катастрофическим сбоем;
.Цена опоздания очень велика.
Таким образом, системы безопасности в целом и безопасные ПЛК в частности, должны обеспечивать гарантированное время реакции на события. Это требование предполагает жесткий временной цикл работы системы, рассчитанный на самую неблагоприятную ситуацию по событиям.
Безусловно, между обычными ПЛК и ПЛК, предназначенными для решения задач безопасности, есть много общего. Например,
1.И те, и другие могут опрашивать входы, производить вычисления и выдавать управляющие воздействия,
2.И те, и другие имеют модули ввода-вывода, которые позволяют им интерпретировать ситуацию на процессе и воздействовать на исполнительные элементы,
.И те, и другие имеют интерфейсное и сетевое оборудование.
.Но существенным является другое:
.Обычные ПЛК изначально не спроектированы как отказоустойчивые и безопасные системы.
.Обычные ПЛК не гарантируют детерминированного поведения системы.
И в этом состоит фундаментальная разница.
Появление международных стандартов безопасности, определяющих особые требования к проектированию, производству и конкретной реализации безопасных ПЛК, связано с всё большим усложнением технологических процессов, и соответствующим увеличением количества и масштабов аварий на производстве. Все, что способно снизить уровень этих требований, рассматривается как проявление легкомыслия и с профессиональной, и с социальной точки зрения, и с позиции коммерческих интересов.
На сегодняшний день на рынке представлено множество разнообразных контроллеров, разных производителей, для всевозможных функции управления. В рамках данного проекта, при выборе контроллера, мною были рассмотрены следующие производители, [2] имеющих соответствующее разрешения на применение определенных моделей ПЛК для целей защиты технологических процессов:
1.ABB;
2.HIMA;
.Honeywell
.Siemens Energy & Automation;
.Yokogawa.
А также другие производители, не имеющие соответствующего разрешения, [3] но обладающие приемлемыми техническими характеристиками и высокой надежностью:
. Schneider Electric;
. Mitsubishi Electric;
В результате отбора по критериям доступности и широкой распространенности я выбрал три типа ПЛК для последующего анализа их технических характеристик:
1. Siemens Simatic S7 Fail-Safe (F/FH);
. ALPHA XL Mitsubishi Electric;
. Siemens Simatic S7-200.
Помимо этих контроллеров рассматривался также вариант Twido Compact Schneider Electric, [4] но в силу ограничений по об