Структуры АСУТП

Введение

Архитектурно АСУТП могут быть централизованными (сосредоточенными) или распределенными. При увеличении количества контролируемых параметров, а следовательно, датчиков, преобразователей, модулей ввода, модулей вывода, исполнительных устройств, а также компьютеров, отслеживающих состояние системы, становится целесообразно разделить АСУТП на уровни.

Централизованные (сосредоточенные) АСУТП

Основная отличительная особенность централизованной АСУТП: отслеживание состояния системы и отправка управляющих воздействий производится с использованием одного ПЛК или компьютера.

Централизованная АСУТП может рассматриваться, как частный случай распределенной системы.

Характеристики

• подключение устройств осуществляется по технологии "точка-точка";
• ограниченная надежность - центральный элемент системы - компьютер, в случае отказа которого система становится неуправляемой; дублирующих элементов, обычно не предусматривается;
• проста в обслуживании - сравнительно небольшое количество элементов АСУТП;
• защищенность - в системе может быть реализована защита от неквалифицированных пользователей;
• экономичность - система, как правило, реализуется в минимально необходимом и достаточном виде и не содержит большого количества элементов;
• ограниченная модифицируемость - количество элементов системы ограничено, для ее модификации могут потребоваться новые отсутствующие элементы;
• ограниченная функциональная расширяемость и наращиваемость - количество элементов системы ограничивается количеством разъемов и разветвителей, которые может поддерживать компьютер;
• минимальное время на монтаж и пусконаладку - простота системы обуславливается количеством ее элементов; в данном случае это количество минимально;
• относительная простота алгоритмов управления.

Типовые сферы применения

• домашняя автоматизация;
• испытательный стенд для тестирования серийной продукции;
• лабораторные работы в ВУЗах;
• локальное управление технологическим процессом;
• контроль температуры в теплице или элеваторе.

Распределенные АСУТП

Распределенные АСУТП состоят из множества территориально разнесенных ПЛК и модулей ввода-вывода. Каждый контроллер работает с определенной группой устройств ввода-вывода и обслуживает определенную часть объекта управления и взаимодействует с остальными контроллерами на минимально необходимом уровне, достаточном для выполнения общей задачи.

Необходимость построения распределенных систем обуславливается ростом количества контролируемых параметров, увеличением территории, на которой должна функционировать АСУТП, а также усложнением алгоритмов управления.

Характеристики

• подключение устройств может осуществляться по технологиям "точка-точка" или "общая шина" в зависимости от количества контроллеров;
• большее быстродействие - задачи распределяются между параллельно работающими процессорами;
• повышенная надежность и устойчивость к сбоям - отказ одного из ПЛК не влияет на работу других;
• более простое наращивание и переконфигурирование системы;
• упрощенная процедура модернизации;
• простота проектирования, настройки, диагностики и обслуживания - архитектура распределенной системы обычно соответствует архитектуре объекта управления;
• улучшенная помехоустойчивость - устройства ввода в распределенной системе обычно размещяются в непосредственной близости от датчиков;
• пониженные требования к кабелю и его низкая стоимость, меньшие расходы на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства;
• меньшие требования, предъявляемые к ОС реального времени - на каждом ПЛК установлена отдельная ОС.

Ссылки

1. QNX - проприетарная ОС, реализованная с использованием микроядерной архитектуры.
2. VxWorks - ОС, распространяемая по пользовательскому соглашению. Широко используется NASA в космических аппаратах.
3. LynxOS - проприетарная ОС с монолитным ядром. Широко используется в авиации и АСУП.

Литература

1. Operating Systems, 3/e - книга Дейтела и Дейтела "Операционные системы, 3-е издание"
2. Modern Operating Systems (4th Edition) - книга Таненбаума "Современные операционные системы (4-е издание).
3. Real-Time Systems Design and Analysis: Tools for the Practitioner - книга "Архитектура и анализ систем реального времени", авторы Лаплант и Оваска.