ATLAS-MAX/RTL
Programabilni sistem za daljinsko i lokalno
upravljanje procesima
Opis sistema
Novembar 2010
Sadržaj
1. UVOD............................................................................................................................ 4
2. FUNKCIONALNI OPIS SISTEMA................................................................................. 5
2.1
2.2
Namena sistema .................................................................................................5
Funkcije sistema.................................................................................................6
2.2.1
2.2.2
2.2.3
Akvizicija podataka iz procesa ............................................................................ 6
Upravljanje procesom ......................................................................................... 7
Lokalne obrade podataka i izveštavanja............................................................. 8
2.2.3.1
2.2.3.2
2.2.3.3
2.2.4
2.2.5
2.3
2.4
Lokalne RTU obrade podataka....................................................................9
Lokalne PLC obrade podataka ....................................................................9
Lokalno izveštavanje..................................................................................10
Mrežna i daljinska komunikacija ....................................................................... 11
Online testiranja i dijagnostika .......................................................................... 12
Osobine sistema ...............................................................................................13
Organizacija sistema ........................................................................................15
2.4.1
Organizacija hardvera sistema ATLAS ............................................................. 15
2.4.1.1
2.4.1.2
2.4.1.3
2.4.2
Napajanje - PSU ........................................................................................16
Centralna računarska jedinica - CRJ .........................................................16
Procesni interfejs – PI ................................................................................17
Organizacija programa (firmvera) sistema ATLAS ........................................... 19
2.4.2.1
2.4.2.2
2.4.2.3
RT jezgro sistema ATLAS .........................................................................20
Aplikativna programska podrška sistema ATLAS......................................21
Programski alati sistema ATLAS ...............................................................23
3. TEHNIČKI OPIS.......................................................................................................... 24
3.1
Električne i eksploatacione karakteristike......................................................24
3.1.1
3.1.2
Napajanje.......................................................................................................... 24
Centralna računarska jedinica .......................................................................... 24
3.1.2.1
3.1.2.2
3.1.3
Moduli za spregu sa procesom (procesni interfejs) .......................................... 27
3.1.3.1
3.1.3.2
3.1.3.3
3.1.3.4
3.2
3.3
ATLAS CPU – Industrijski PC računar.......................................................25
ATLAS XP2 – Mikroračunarski modul .......................................................26
ATLAS PI magistrala..................................................................................27
Kapacitet procesnog interfejsa ..................................................................30
Uslovi ambijenta.........................................................................................31
Karakteristike PI modula ............................................................................31
Mehanička konstrukcija ...................................................................................36
Konfiguracija sistema ATLAS..........................................................................38
3.3.1
Tradicionalna rešenja ....................................................................................... 38
3.3.1.1
3.3.1.2
3.3.1.3
3.3.1.4
Standardni ATLAS-XP2 procesni sistem ...................................................39
Udvojeni ATLAS-XP2 procesni sistem ......................................................39
ATLAS-MAX/RTL – Industrijski procesni sistem .......................................40
Udvojeni ATLAS-MAX/RTL – Visoko-pouzdani procesni sistem...............40
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 2 od 60
3.3.2
ATLAS klaster sistemi....................................................................................... 41
3.3.2.1
3.3.2.2
3.3.2.3
3.3.2.4
ATLAS-XP2 klaster sistem ........................................................................41
ATLAS-MAX/RTL klaster sistem................................................................42
Kombinovani ATLAS klaster sistemi..........................................................42
Zaključak....................................................................................................43
4. START I PROGRAMIRANJE SISTEMA ATLAS........................................................ 43
4.1
Start i inicijalizacija sistema ATLAS ...............................................................43
4.1.1
4.1.2
4.2
Vrući start sistema ............................................................................................ 44
Hladni start sistema .......................................................................................... 44
Programerski terminal ATLAS-PT ...................................................................45
4.2.1
4.2.2
4.2.3
Setovanje i konfigurisanje sistema ATLAS ....................................................... 46
Provera i nadzor rada sistema ATLAS.............................................................. 49
PLC programiranje sistema ATLAS .................................................................. 53
4.2.3.1
4.2.3.2
FBD Editovanje ..........................................................................................55
Spuštanje leder programa .........................................................................59
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 3 od 60
1. UVOD
ATLAS-MAX/RTL je registrovano ime za poslednju generaciju programabilnih RTU 1
sistema familije ATLAS, koji su razvijeni i proizvode se u Institutu “Mihajlo Pupin” u
Beogradu, Srbija. ATLAS-MAX/RTL predstavlja usavršenu verziju sistema ATLAS-MAX,
rodonačelnika ove generacije, koji je predstavljao pravu prekretnicu u 50-godišnjoj istoriji
postojanja sistema ATLAS, unevši niz novina koje su dovele do prodora u nove oblasti
primene. ATLAS-MAX/RTL je pomerio performanse i mogućnosti sistema još dalje,
integrišući najbolje od onoga što trenutno pružaju savremene tehnologije u domenu
hardvera i softvera. Čak i uobičajena terminologija za ovu vrstu opreme zaostaje za
potrebama pravog opisa ove generacije sistema ATLAS. Sama skraćenica “RTU” ima u
svom korenu konotaciju “jedinica” (engleski: “unit”), što ne opisuje na najbolji način
procesne mogućnosti i kapacitete današnje ATLAS opreme, zbog čega je adekvatnije
korišćenje termina: “sistem”. Nekadašnje RTU spoljne stanice su prerasle u snažne
“sisteme za akviziciju podataka i upravljanje procesima” i u ovom dokumentu se
konzistentno koristi takav opis. Nadalje, današnji sistemi ATLAS predstavljaju namenske
industrijske procesne računare, odakle dolazi i druga kvalifikacija za ovu opremu:
“programabilni”. I to nije sve – zahvaljujući neverovatnim tehničkim karakteristikama
savremenih tehnologija, programabilni računarski sistemi ATLAS se smeštaju u samo
industrijsko postrojenje sa oštrim ambijentalnim uslovima procesnog okruženja i povezuju
u pouzdane pametne računarske mreže. Tako opremljeni, sistemi ATLAS su sposobni da
uspešno “samelju” i najsloženije kontrolno-upravljački probleme.
Projekat ATLAS je počeo kasnih 1960-tih godina, i nastavljen kroz rane 1970-te, sa
projektovanjem više uredjaja za daljinsko upravljanje elektro-distributivnom mrežom grada
Beograda, a za potrebe Elektrodistribucije Beograd – EDB. Ime ATLAS potiče od grčkog
naziva za mitske titane koji nose Zemlju – kao alegorija na očekivani značaj i ulogu
projekta u upravljanju regionalnim elektro-energetskim sistemom. Ispostavilo se da je dalji
razvoj projekta/programa ATLAS u potpunosti potvrdio ova početna predskazanja.
Sredinom 1970-tih, prvi komercijalno raspoloživi integrisani mikroprocesor Intel 8080
doneo je veliku promenu – čvrsto-ožičeni ATLAS projekti postaju “prošlost”, a počinje novo
doba programskih ATLAS RTU uredjaja 2 . Od tada, više generacija ATLAS RTU opreme
je projektovano i proizvedeno, svaka generacija naprednija i bolja od prethodne.
Prelaskom na teren programskih sistema, isti ATLAS hardver dozvoljvao je različite
namene i primene, uz evidentna eksploataciona boljšanja. Koristi od programskog
koncepta su bile ogromne, a mogućnosti još veće. Sledeći značajan tehnološki korak u
razvoju bio je uvodjenje računarskih TCP/IP mreža – čime je omogućeno efektno
grupisanje pojedinačnih ATLAS RTU uredjaja u moćnije sisteme, uz značajno ukupno
povećanje kontrolno-upravljačkih mogućnosti. Najzad, novi milenijum je doneo nove
izazove, ali i nove tehnologije i mogućnosti. PLC funkcije, tradicionalno namenjene
drugačijoj vrsti opreme 3 , su integrisane sa postojećim RTU funkcijama uobičajenim za
RTU opremu. Ovo je bio važan korak za realizaciju različitih upravljačkih algoritama u
automatskom upravljanju procesima, i otvaranje vrata za primenu ATLAS opreme u novim
1
RTU je skraćenica uobičajenog engleskog naziva “remote terminal unit” za ovu vrstu opreme
Tačniji opis je “firmverski uredjaji”
3
PLC - programabilni logički kontroleri
2
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 4 od 60
oblastima upravljanja procesima. To je ujedno i glavna prepoznatljiva karakteristika (RTU
+ PLC funkcionalnost) ove generacije sistema ATLAS-MAX i ATLAS-MAX/RTL.
Nezavisno od svega, i ova najnovija generacija sistema ATLAS se kolokvijalno naziva
tradicionalnim imenom uobičajenim i za sve ranije generacije, a to je kratko ATLAS, sto je
slučaj i u tekstu ovog dokumenta.
2. FUNKCIONALNI OPIS SISTEMA
2.1
Namena sistema
ATLAS-MAX/RTL predstavlja moćni sistem za lokalni i daljinski nadzor i upravljanje,
optimalno prilagodjen potrebama velikih distribuiranih upravljačkih sistema kao što su:
elektroenergetski sistemi, sistemi za napajanje vodom, sistemi za distribuciju gasa, kao i
mnogi kompleksni industrijski upravljački sistemi. Uvek kada se traži složeno lokalno
upravljanje, ATLAS-MAX/RTL (kao i njegov predhodnik ATLAS-MAX) predstavlja dobar
izbor i rešenje. Osnovna namena ovog sistema ATLAS je da da pravi odgovor na sve
postojeće visoko-zahtevne potrebe svakodnevnog pogonskog upravljanja, koja se
ostvaruje kroz uspešno ispunjenje sledećih grupa zadataka:
o Akvizicija pogonskih podataka )podataka iz
procesa);
o Lokalna online obrada podataka u realnom
vremenu;
o RTU i PLC upravljanje pogonom (procesom);
o Daljinski i mrežni prenos podataka;
o Vizualizacija i prezentiranja podataka;
o Obrade i arhiviranja podataka;
o Autonomna dijagnostika i održavanje sistema;
o Interaktivno programiranje;
o SCADA i druga programska nadgradnja.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 5 od 60
2.2
Funkcije sistema
Osnovne funkcije sistema ATLAS mogu se sumirati kao:
o Akvizicija pogonskih podataka (iz procesa)
o Upravljanje pogonom (procesom)
o Lokalne RTU obrade podataka
o Lokalne PLC obrade podataka
o Lokalna i daljinska komunikacija
o On-line testiranje i dijagnostika
2.2.1 Akvizicija podataka iz procesa
Automatska akvizicija pogonskih podataka (različiti podaci iz procesa koji predstavljaju
ulazne podatke za sistem ATLAS) se obavlja periodično, sa fiksnim ili promenljivim
ciklusom skaniranja. Prikupljeni podaci se smeštaju u internoj memorijskoj (“memoryresident DB) bazi ulaznih podataka iz procesa – IDB 4 , i odatle podležu daljim lokalnim
obradama podataka u skladu sa implementiranim algoritmima obrada za dati tip ulaznih
podataka:
Analogni ulazni podaci – različite fizičke i električne veličine (temperature, pritisci,
nivoi, naponi, struje itd.) se pretvaraju posredstvom odgovarajućih senzorskih
aparata i mernih pretvarača u normalizovane naponske i strujne signale, i u takvoj
analognoj formi uvode u sistem ATLAS. Svaka skanirana analogna veličina se
nadalje konvertuje u svoj numerički (digitalni) ekvivalent (tipično korišćenjem 12-bitne
AD konverzije) i smešta u ulaznu bazu podataka iz procesa IDB za potrebe daljih
obrada i prenosa.
Digitalni ulazni podaci – različiti pozicioni i status podaci o pogonskoj opremi
(dvopoložajni aparati, prekidači, rastavljači, indikatori stanja: otvoreno, zatvoreno,
gornje i donje prekoračenje i krajnjih pozicija, različiti limiteri, itd.), signali upozorenja i
alarma se prihvataju kao jednostruki ili dvostruki naponski signali, skaniraju, a po
potrebi i filtriraju, i smeštaju u ulaznu bazu pogonskih podataka IDB za potrebe daljih
obrada i prenosa.
Brojački ulazni podaci – različiti impulsni signali koje treba sumirati (brojati), a koji
odgovaraju različitim mernim kvantitativnim podacima kao što su: proizvodnja,
razmena i potrošnja električne energije i drugih energenata, protoci, merenj vremena,
itd. Ovi podaci se takodje smeštaju u ulaznu bazu pogonskih podataka IDB za
potrebe daljih obrada i prenosa. Iako su ovi podaci u suštini digitalni podaci, poreklo
i značaj samih podataka, i način njihove akvizicije čini ih dovoljno specifičnim da se
oni tretiraju odvojeno.
4
IDB - od engleskog naziva: “input DB”
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 6 od 60
2.2.2 Upravljanje procesom
Pogonsko upravljanje, ili kako se češće naziva: upravljanje sa procesom, ili procesno
upravljanje, predstavlja krucijalni operativni zahtev u radu sistema ATLAS. Lokalno i
daljinsko generisanje upravljačkih naloga i njihovo neposredno izdavanje u proces, sa
posebnom kontrolom sigurnog i pouzdanog izvršenja, čine verovatno najvažniji (a sigurno
najosetljiviji) deo ukupnih aktivnosti sistema. Posebno, jer lokalno upravljanje procesom
podrazumeva i inherentne mehanizme za automatsko donošenje upravljačkih odluka, što
uslovljava potrebu za programabilnošću viskog nivoa abstrakcije, što i predstavlja jednu od
prepoznatljivih novih osobina poslednje generacije sistema ATLAS. U isto vreme,
tradicionalni način daljinskog RTU nadzora i upravljanja, tipičan za SCADA 5 sisteme,
ostaje u punom pogonu – sistem ATLAS mora da odgovori i svim postojećim SCADA
zahtevima, u čemu se u potpunosti oslanja na postojeću proverenu bidirekcionalnu ATLAS
komunikaciju i druge standardne tehnike daljinskog upravljanja.
Generalno, postoje dva osnovne vrste upravljačkih podataka: analogni i digitalni – ili
preciznije, postoje dve osnovne grupe izlaznih upravljačkih signala koje se vode u proces,
a koje se nadalje mogu podeliti u više podgrupa prema prirodi samih upravljačkih
podataka, nameni i načinu korišćenja. Sledeće podgrupe ili tipovi pogonskih upravljačkih
podataka se smatraju standardnim u primeni sistema ATLAS:
Analogni izlazni podaci – naponski ili strujni signali koji predstavljaju referentne i
postavne vrednosti za odgovarajuću regulacionu i indikatorsku pogonsku opremu
izvan samog sistema ATLAS.
Dvostepene [impulsne] komande – dvostruke komande fiksne širine komandnog
naponskog impulsa za komandovanje prekidačima, rastavljačima, pokretačima,
diskretnim indikatorima, i sličnom dvopozicionom pogonskom opremom. Ove
komande su poznate i kao SBO komande (SBO je engleska skraćenica za: “select
before operate”, u prevodu “odaberi bre aktiviranja”) i obavljaju se u dva koraka
(stepena). Prvi korak predstavlja izbor komandnog izlaza (komandovanog aparata),
koji se nastavlja sa neposrednim izvršenjem komande u drugom koraku (izdavanje
impulsnog naponskog signala), ali tek posle potvrde pravilno obavljenog izbora. U
protivnom se izvršenje komande blokira.
Dvostepene komande su obično
organizovane u parovima (komande uključi & isključi) i posebno se proveravaju da
se onemoguči jednovremeno izvršenje večeg broja komandi.
Jednostepene [impulsne] komande – jednostruke komande programabilne širine
komandnog naponskog impulsa za komandovanje pokretačima, diskretnim
indikatorima i kompatibilnom višepozicionom pogonskom opremom. Ove komande
su poznate i kao “izaberi-i-izvrši” komande (engleski naziv odgovarajućeg standarda:
“select-and-execute”), ili kao direktne impulsne komande (alternativni engleski naziv
standarda: “direct execute controls”), jer se sve obavlja samo u jednom komandnom
koraku. Trajanje (širina) komandnog naponskog impulsa je programabilna na nivou
pojedinačnog komandnog izlaza, a jednovremeno izvršenje većeg broja komandi je
dozvoljeno.
5
SCADA – od engleskog naziva “Supervisory, Control and Data Acquisition”
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 7 od 60
Trajne komande – za direktno komandovanje odgovarajuće kontrolabilne pogonske
opreme čiji je dvopoložajni status direktno odredjen samim komandnim izlazom.
Trajne komande su najčešće rezultat lokalnih obrada podataka, posebno izvršenja
postojećih komandnih PLC algoritama.
AGC komande [Automatic Generation Control] – predstavljaju regulacione impulse
promenljivog trajanja koji se koriste za inkrementalnu kontrolu, koji se dobijaju
impulsnom modulacijom sa promenljivom širinom odgovarajućeg regulacionog
signala. Tipična primena je za povećanje odnosno smanjenje snage generatora.
2.2.3 Lokalne obrade podataka i izveštavanja
Svi akvizirani pogonski podaci u bazi ulaznih podataka IDB su predmet daljih lokalnih
obrada, shodno postojećoj ATLAS programskoj podršci i primenjenim kontrolnoupravljačkim algoritmima. Sistem ATLAS je visoko-programabilan u svojoj inicijalnoj fazi, u
vreme SETUP režima rada i konfigurisanja, kada se i obavlja kastomizacija sistema.
Kastomizacija se kreće u opsegu od postavljanja standardnih parametara sistema, preko
prilagodjavanja pojediničnih ATLAS programa, pa sve do uvodjenja veoma složenih
algoritama automatskog upravljanja. U ovoj fazi je čak i integracija drugih opcionih
programa, uključujući i programe drugih proizvodjača, izvodljiva. Standardna
kastomizacija predstavlja interaktivnu “prijateljsku 6 ” proceduru koja ne zahteva posebna
programerska znanja i veštine, i može je obaviti i obučeni korisnik. Medjutim, taj posao
zahteva odgovarajući specijalizovani alat, što opet ne predstavlja problem jer program
ATLAS obuhvata sve što je potrebno.
Sistem ATLAS pripada “firmverski kontrolisanoj opremi”, što znači da po završetku
kastomizacije, odgovarajuća programska podrška se mora upisati u “silicijum” (ovde, u
nedestruktivnu fleš memoriju) i ostaje neizmenjena tokom rada sistema. Naknadne rekastomizacije 7 su moguće i kasnije, ali one podrazumevaju prekid rada sistema i njegovo
rebutovanje (iako su neke manje promene ponekad moguće i online). Ova inherentna
osobina sistema ATLAS: programabilnost, jeste i razlog da se ovakva oprema ponekad
specificira i kao “namenski računar 8 ”, da bi se napravila razlika u odnosu na uobičajene
“računare opšte namene”. Ova sažeta definicija sistema ATLAS istovremeno ukazuje na
njegovu inherentne programske mogućnosti, ali i na njegovu isključivu posvećenost
jednom jedinom cilju, ispunjenju svoje osnovne namene.
Lokalne obrade podataka se prvenstveno odnose na različita podešavanja njihovih
parametara, validaciju podataka, selekciju podataka (za prenos, štampanja, itd.),
aritmetičke i logičke provere, hronološku registraciju, kontrolno-upravljačke obrade (PLC,
blokade i sl.), izveštavanja i druge specifične i kastomizirane procedure. Tri glavne grupe
poslova u lokalnoj obradi podataka se ističu, i one su detaljnije opisane u nastavku.
6
Termin “prijateljski” se odnosi na “user-friendly menu-driven” dijalog sa korisnikom
Reprogramiranje i rekonfiguracija sistema
8
Na engleskom: “dedicated computer”
7
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 8 od 60
2.2.3.1 Lokalne RTU obrade podataka
Ovoj grupi pripadaju različite obrade podataka tradicionalno vezane za RTU opremu, i one
su jednostavno nazvane kao “RTU obrade podataka”. Glavni fokus obrada je vezan za
korektnu identifikaciju sistema, akviziciju pogonskih podataka i daljinsko upravljanje,
odredjene lokalne obrade, daljinsku komunikaciju i prenos podataka. Evo kratke liste:
•
Identifikacija i konfiguracija sistema
•
Identifikacija procesnih podataka (nazivi, adrese, grupisanja, lociranje, namena, itd.
•
Validacija procesnih podataka – logičke i matematičke provere podataka (granice,
trendovi, brzine, statusi, poredjenja, verovatnoće, obim i dimenzije, itd.)
•
Hronološke obrade podataka, kao što je npr. Hronološka registracija dogadjaja –
HRD (HRD parametri: kontekst nastanka dogadjaja, opis dogadjaja, format
vremenskog zapisa, i druge obrade kao što su: lokalno štampanje, daljinski prenos,
itd.
•
Upozorenja i alarmi na bazi rezultata obrada podataka.
•
Obrade procesnih podataka: agregacije, integracije, podele, i druge matematičke
obrade.
•
Obrade komunikacionih i mrežnih parametara i podataka.
•
Drugo – specijalizovane i obrade podataka na poseban zahtev.
2.2.3.2 Lokalne PLC obrade podataka
Različite obrade podataka tipične za PLC opremu 9 – ili kraće “PLC obrade podataka”.
Ovde je glavni fokus obrada na automatizaciji podataka: kako organizovati ulazne i druge
izvedene podatke u složene funkcionalne mreže koje odgovaraju potrebnim upravljačkim
algoritmima. Ovaj složeni posao PLC obrada podataka obuhvata veći broj pojedinačnih
zadataka u procesu pripreme i izvršenja upravljanja:
9
•
Interaktivno generisanje kontrolno-upravljačkih algoritama.
•
Online validacija i analiza procesnih podataka u realnom vremenu u skladu sa
primenjenim kontrolno-upravljačkim algoritmima.
•
Generisanja i izdavanja kontrolno-upravljačkih podataka.
•
Interne i eksterne provere podataka
•
“Pametno” donošenje upravljačkih odluka – prevencija pogrešnog rada.
•
Autonomno testiranje i online dijagnostika.
•
Upozorenja i alarmiranja.
PLC – skračenica engleskog naziva za programabilne logičke kontrolere (Programmable Logic Controllers)
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 9 od 60
Prvi, i verovatno najizazovniji korak predstavlja interaktivna izrada PLC algoritama koji će
se primeniti u upravljanju. Postoji nekoliko standardizovanih programskih tehnika za ovu
namenu – one su poznate kao PLC jezici i definisani su u IEC 1131-3 standardu. Sistem
ATLAS u potpunosti podržava IEC PLC standarde, i obezbedjuje:
Leder dijagrame (LD) – grafički jezik za programiranje baziran na primeni leder
dijagrama (lestvičastih dijagrama), tehnike koja se razvila iz električnih dijagrama
povezivanja koji su se koristili u automobilskoj industriji za predstavljanje relejnih
šema upravljanja. Danas je to široko korišćena tehnika PLC programiranja.
Napisani programi i način na koji su predstavljeni podsećaju na lestve (merdevine, na
engleskom “ladder”) odakle i potiče ime LD tehnike programiranje.
Funkcionalni blok dijagrame (FBD) – drugi grafički jezik za PLC programiranje, koji
obuhvata veliku biblioteku funkcionalnih blokova, počev od jednostavnih logičkih
blokova: I, ILI, komplementa, ekskl. ILI, flip-flopova, brojača, pomeračkih registara, i
dr., pa sve do veoma kompleksnih upravljačkih blokova. FBD jezik omogućuje
medjusobno povezivanje postojećih bibliotečnih funkcionalnih blokova u cilju
kreiranja veoma složenh kontrolno-upravljačkih algoritama. FBD podsećaju u
mnogome postojeće alate za kreiranje elektrinih i elektronskih šema i dijagrama, i
slično ovim alatima i FBD podržava emulaciju, validaciju podataka, funkcionalna
testiranja i otkrivanje grešaka.
Struktuirani tekst (ST) – tekstualni jezik za PLC programiranje višeg nivoa
apstrakcije, koji podseća na Pascal, i koji je veoma fleksibilan i intuitivan za efikasno
pisanje kontrolno-upravljačkih algoritama.
ST koristi uslovne i bezuslovne
programske operatore koji obezbedjuju jednostruka i višestruka logička grananja i
petlje u programu. Obučeni programeri često smatraju da ST jezik predstavlja
najbolji alat za PLC programiranje. Kada se koristi i simboličko adresiranje, ST
programi podsećaju na niz opisnih rečenica, što ih čini razumljivim i prihvatljivim i za
programere početnike.
Nezavisno od toga koji se programski PLC jezik koristi, krajnji rezultat predstavlja
kompilirani upravljački PLC kod koji se prenosi 10 na sistem ATLAS i upisuje u postojeću
fleš memoriju, čime postaje integralni deo ATLAS firmvera. ATLAS je u potpunosti
opremljen potrebnim alatima za prevodjenje PLC programa, konverzije PLC dijagrama i
koda izmedju pojedinih PLC jezika, i alatom za spuštanje PLC koda na sam sistem.
2.2.3.3 Lokalno izveštavanje
ATLAS podržava lokalna prezentiranja podataaka i rayličite vrste izveštavanja na:
o
Štampačima
o
Video terminalima (X terminali)
o
Drugim medijima uz potrebnu kastomizaciju.
10
Uobičajeni naziv je “spuštanje koda na uredjaj”, što potiče od engleske reči “download”, iako se za ovaj
konkretni postupak koristi engleski naziv “code upload”, pa bi korektniji prevod bio “podizanje koda ...”.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 10 od 60
U slučajevima kada se traže lokalna izveštavanja, sistem ATLAS se može konfigurisati i
proširiti sa jednim ili više USB (što je uobičajeno) ili mrežnih štampača, video monitorom, ili
opcijski X-terminalskim video displejima. Nezavisno od korišćenih medija, fleksibilna i
razumljiva lokalna prezentacija podataka je ostvarljiva i u potpunosti podržana. Primeri
lokalnog izveštavanja su:
•
•
•
•
•
•
redovni dnevni izveštaji,
periodični štampani pregledi, i izveštavanje na zahtev,
HRD izveštaji,
dijagnostiško izveštavanje,
izveštavanje o kontrolno-upravljačkim aktivnostima,
različita lokalna upozorenja i alarmi.
2.2.4 Mrežna i daljinska komunikacija
ATLAS je projektovan za potrebe distribuiranog pogonskog upravljanja, posebno u velikim
geografski razudjenim procesima. Logično da je i mogućnost fleksibilne distribucije
resursa sistema ATLAS bio jedan od ključnih elemenata u njegovom dizajniranju, što je i
rezultovalo u ostvarenju pouzdane i efikasne serijske i mrežne komunikacije u okviru
sistema:
•
Medjusobno povezivanje pojedinačnih ATLAS uredjaja/sistema u lokalu.
Ovakva direktna TCP/IP mrežna komunikacija omogućuje operativno
grupisanje autonomnih učesnika i formiranje većih upravljačkih sistema:
ATLAS klastera, koje karakteriše velika procesna moć, optimalna
raspodela resursa, mogućnosti udvajanja kritičnih resursa i visokopouzdana rešenja. Ključni element ovakvog grupisanja predstavlja brza i
pouzdana TCP/IP mreža koja integriše pojedinačne ATLAS uredjaje u
jedinstveni kontrolno-upravljački sistem veće ukupne procesne snage za
uspešan rad u realnom vremenu.
•
Komunikacija sa nadredjenim upravljačkim centrima, u distribuiranim
jednonivoiskih i hijerarhijskim upravljačkim sistemima. Prenos podataka
na daljinu je obezbedjen uz stalni dvosmerni protok komunikacionih,
upravljačkih i podataka iz procesa. Ova dvosmerna serijska komunikacija
se odvija po principu poziv/odziv (“request/response”), upravljana iz
nadredjenog upravljačkog centra.
To je tradicionalni RTU način
komunikacije, gde se pojedini RTU entiteti tretiraju kao “spoljne stanice”,
identifikovane jedinstvenom RTU adresom (ID brojem).
Daljinski
saobraćaj je podržan odgovarajućom telekomunikacionom opremom
(serijskim asinhronim modemima), dok primenjeni protokol razmene
podataka kompenzira male brzine prenosa podataka. Za tu svrhu razvijen
je i interni ATLAS-IEC protokol, koji je kompatibilan i u potpunosti
odgovara preporukama IEC 870-5-101 standarda, koji se dokazao u praksi
tokom svoje uspešne višegodišnje primene.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 11 od 60
•
Postojeći ATLAS-IEC protokol se može enkapsulirati (ugraditi) u TCP/IP
protokol i koristiti u TCP/IP okruženju. To praktično znači da se daljinska
razmena podataka sa udaljenim centrom/centrima može ostvariti i
posredstvom postojeće internet infrastrukture (što danas predstavlja vrlo
realan scenario). Korišćenjem VPN linka (“virtual private network”),
moguće je ostvariti privatni virtuelni prenosni put izmedju sistema ATLAS i
udaljenog upravljačkog centra, uz potpuno obezbedjenje intergriteta
podataka u razmeni. Koristi od ovakvog pristupa su očigledne, a sama
razmena podataka bolja u mnogim aspektima: veće brzine prenosa,
efikasnost, cena, čak i pouzdaniji i sigurniji prenos podataka pod
odredjenim uslovima.
2.2.5 Online testiranja i dijagnostika
Sistem ATLAS je pod neprekidnim autonomnim nadzorom, testiranjem i detekcijom
potencijalnih grešaka i kvarova u svom radu. Veći broj predvidljivih hardverskih i
programskih grešaka i nekatastrofalnih kvarova mogu biti blagovremeno detektovani, uz
odgovarajuće lokalno i daljinsko izveštavanje. Svaki detektovani problem se automatski
analizira i, ako je moguće, preduzima odgovarajuća preventivna akcija: samo-korekcija,
funkcionalna samo-izolacija, blokiranje, deaktiviranje, i drugo. Na najvišem nivou obavlja
se neprekidni nadzor ispravnog rada sistema uz pomoć posebne hardverske jedinice: za
kontrolu vremena izvršenja programa 11 . Ugradjena on-line dijagnostika je zasnovana na
inherentnim SNMP karakteristikama 12 primenjenog hardvera, ili test-procedurama
karakterističnim za RTU opremu.
Evo kratkog pregleda:
o
Kontinuirani nadzor napojnih jedinica (svi naponi napajanja) i automatsko
upozorenje ili blokiranje kada je potrebno. U slučaju redundantnog napajanja
obezbedjeno je i automatsko prebacivanje napajanja.
o
Periodična provera ulaznog dela procesnog interfejsa (sprege sa procesom) – u
slučaju otkrivenog kvara: neispravni ulazni modul se suspenduje iz daljeg rada,
signalizira pripadajućim LED indikatorom, i o kvaru obaveštava lokalno i daljinski.
o
Periodična provera izlaznog dela procesnog interfejsa (sprege sa procesom) – u
slučaju otkrivenog kvara: neispravni izlazni modul se signalizira pripadajućim
LED indikatorom i o kvaru obaveštava lokalno i daljinski, dok se neispravni
izlazni modul blokira i isključuje iz daljeg rada.
o
Periodična provera ispravnog rada komunikacionih, serijskih i mrežnih, portova i
pripadajuće komunikacione opreme.
11
U pitanju je harversko-programski sklop poznat kao “Watch-Dog Timer - WDT” – ako dodje do nekakvog
ozbiljnog problema i zastoja u radu sistema, WDT automatski resetuje i restartuje sistem u cilju povratka u
normalni režim rada.
12
SNMP - Simple Network Management Protocol – nove tehnologije podržavaju SNMP standard.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 12 od 60
o
Online provera centralnih kontrolera i lokalne magistrale procesnog interfejsa, uz
automatsko izolovanje neispravnih modula i drugih komponenata, uz lokalno i
daljinsko obaveštavanje.
o
Perodična provera važnih računarskih resursa: RAM, PROM i fleš memorije, i
sistemskih periferija, praćenih odgovarajućom povratnom korektivnom akcijom:
odvajanje, blokiranje, suspendovanje, resetovanje, i drugim što je već moguće,
uz lokalno i daljinsko obaveštavanje..
Postojeća on-line dijagnostika čini sistem ATLAS robusnijim u eksploataciji, dok rana
detekcija predvidljivih grešaka i nekatastrofalnih kvarova sa upozorenjem (ponekada čak i
sa automatskom korekcijom) značajno povećava raspoloživost sistema – u odredjenim
situacijama sistem je popravljen i pre nego što je otkazao.
2.3
Osobine sistema
ATLAS predstavlja savremeni sistem za nadzor i upravljanje industrijskim i
elektroenergetskim objektima, posebno projektovan za najzahtevnije i najsloženije uslove
procesnog okruženja. Da bi uspešno postigao ovaj cilj, ATLAS mora da zadovolji niz
krajnje oštrih operativnih i eksploatacionih zahteva, što podrazumeva i odgovarajuće
vrhunske osobine samog sistema. Evo kratke liste osnovnih osobina sistema ATLAS:
Fleksibilnost – zasnovana na fleksibilnoj organizaciji hardvera i softvera
(firmvera), uz potpuno zadovoljenje vodećih industrijskih i RFC (Request for
Comments) standarda, ATLAS obezbedjuje veliku fleksibilnost u primeni, i
mogućnost jednostavne nadradnje ili razgradnje u eksploataciji.
Skalabilnost – zasnovana na modularnoj arhitekturi hardvera, uz
odgovarajuću programsku (firmversku) podršku različitim konfiguracijama
sistema ATLAS od najednostavnijih uredjaja sa jednim modulom, do klaster
grupisanja oko brzih računarskih mreža.
Konektivnost – velike mogućnosti povezivanja zasnovana na projektovanoj
arhitekturi hardvera i firmvera koji obezbedjuju višestruke načine pouzdanog
komuniciranja, kao i punu TCP/IP podršku umrežavanju, uz poštovanje i
primenu 7-novovskog ISO OSI referentnog modela i drugih postojećih
komunikacionih standarda.
Modularnost – zasnovana na modularnoj strukturi i arhitekturi hardvera i
firmvera, uz implementaciju vodećih industrijskih i RFC (Request for
Comments) standarda i preporuka, obezbedjena je jednostavna modularna
izgradnja sistema ATLAS, kao i kasnije nadgradnje, dopune, inovacije i
zamene u eksploataciji.
Pouzdanost – zasnovana na redundantnim arhitekturama sistema: dualna,
master/slave, vruća rezerva, uz obezbedjeno prebacivanje rada u slučaju
kvara (automatsko ili ručno).
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 13 od 60
Auto-dijagnostika – zasnovana na neprekidnom online auto-nadzoru rada,
ugradjenoj dijagnostici i sposobnosti predvidjanja kvarova.
Lako održavanje – zasnovano na modularnoj organizaciji sistema ATLAS,
ugradjenoj auto-dijagnostici, zameni modula i postojanju odgovarajućih alata
za testiranje i odr-avanje sistema.
Raspoloživost – zasnovana na velikoj inherentnoj pouzdanosti sistema
ATLAS i mogućnosti lakog održavanja i brzog i blagovremenog intervenisanja
na sistemu.
Kastomizacija – izgradnja sistema ATLAS po posebnom zahtevu i za
posebne potrebe korisnika je moguća zahvaljujući otvorenosti sistema po
pitanju prilagodjenja modularnog firmvera, ugradjene PLC podrške i
mogućnosti uvodjenja novih funkcionalnih programa.
Otpornost – mogućnost primene u najoštrijim abijentalnim uslovima
najzahtevnijih procesa zasnovana je na robusno projektovanom hardveru
sistema ATLAS, kao rezultat višegodišnjeg akumuliranog iskustva iz
eksploatacije, punog poštovanja postojećih standarda, primene savremenih
tehnologija i obavljenih atestiranja.
Efikasnost – zasnovana na snažnom računarskom hardveru i pratećoj
programskoj podršci (komunikacije, baze podataka, MMI ‘ interfejs sa
korisnikom, itd.).
Kapacitet – zasnovan na velikim pojedinačnim kapacitetima procesnog
interfejsa (sprege sa procesom) i mogućnostima lokalnog umreženja i
grupisanja u još veće ATLAS klaster sisteme.
Lokalno i daljinsko upravljanje – zasnovano na inherentnim RTU i PLC
mogućnostima, koji čine sistem ATLAS pogodnim za autonomno lokalno
upravljanje, i/ili učešće u velikim distribuiranim i hijerarhijskim upravljačkim
sistemima.
Ekonomičnost – zasnovana na posebnom namenskom dizajnu sistema
ATLAS, raspoloživoj standardnoj hardverskoj i programskoj podršci, i
mogućnosti kastomizacije sistema za potrebe korisnika.
Zaštita životne sredine – sistem ATLAS pripada grupi “zelene opreme” uz
puno poštovanje postojećih EPA (Environment Protection Agency) preporuka,
i ispunjava uslove za minimalnu potrošnju električne energije, toplotnu
disipaciju i EMI zračenja.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 14 od 60
2.4
Organizacija sistema
Sistem ATLAS se sastoji od većeg broja gradivnih komponenata koje su medjusobno
spregnute na optimalan način radi zadovoljenja postojećih operativnih zahteva u
specifičnom pogonskom okruženju (procesu). Pri tome postojeća otvorenost i fleksibilnost
sistema omogućuju različite pristupe hardversko/programskoj organizaciji sistema u cilju
ispunjenja različitih zadataka, što čini sistem ATLAS pogodnim za različite primene.
Svaka od ATLAS komponenata obuhvata dva gradivna dela: osnovni hardver, i
odgovarajuću programski podršku (softver). Strogo govoreći, ATLAS predstavlja
programski upravljani sistem, čuju osnovu čini programabilni hardver koji se sastoji od
nekoliko računarskih modula i niza programski-kontrolisanih modula procesnog interfejsa.
To znači da rad pojedinih hardverskih modula, kao i sama konfiguracija sistema ATLAS,
direktno zavise od prateće programske podrške – program je taj koji čini osnovni hardver
aktivnim i funkcionalnim 13 . Činjenica da je interni kontrolno-upravljački program smešten
“u silicijumu” (nedestruktivnoj memoriji sistema) i da je nepromenljiv tokom redovnog rada
sistema, čini da se ovakva programska podrška identifikuje kao “firmver” 14 .
.
2.4.1 Organizacija hardvera sistema ATLAS
ATLAS predstavlja namenski procesni računar, koji je projektovan za najoštrije procesne
uslove (ambijentalne i eksploatacione). Sama organizacija hardvera, u suštini odgovara
uobičajenoj arhitekturi procesnih računara i može se dekomponovati u nekoliko
funkcioanlnih delova, kao što je predstavljeno na Slici 2.1.
o Napajanje – PSU
(Power Supply Unit)
o Centralna računarska
jedinica – CRJ
o Procesni interfejs – veći broj
različitih ulazno/izlaznih modula
sprege sa procesom.
Slika 2.1: Uprošćeni prikaz organizacije hardvera sistema ATLAS
Predstavljena organizaciona podela sistema ATLAS je veoma opšta i strogo funkcionalna.
Navedeni funkcionalni delovi se medjusobno značajno razlikuju po pitanju veličine,
složenosti i karakteristika.
13
Isti hardver može da obavlja veoma različite funkcije, u zavisnosti od primenjenog programa.
U skladu sa usvojenim terminima za hardver i softver (engl. “hardware & software”) uveden je i poseban
termin firmver (engl. “firmware”) za ovakve slučajeve.
14
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 15 od 60
2.4.1.1 Napajanje - PSU
Napajanje - PSU 15 obezbedjuje neprekidno napajanje električnom energijom svih delova
sistema ATLAS: centralne računarske jedinice (CRJ) i procesnog interfejsa (PI). U
zavisnosti od konfiguracije i izvodjenja sistema, napajanje može biti realizovano kao
jednostruki ili udvojeni (redundantni) izvor napajanja, više povezanih izvora napajanja (u
slučaju velike potrošnje), kao integralni deo CRJ, ili bilo koja kombinacija prethodnog.
Izvor napajanja može biti izveden u posebnom reku (krletki), polu-reku, kao zasebni
modul-štampana ploča, ili n apojna jedinica za montažu sa zadnje strane ormana.
Nezavisno od konkretne izvedbe, oblika, veličine i specifikacije, napajanje predstavlja
nezaobilaznu komponentu i igra važnu ulogu u celokupnom ponašanju sistema.
2.4.1.2 Centralna računarska jedinica - CRJ
Centralna računarska jedinica – CRJ predstavlja centralnu i ključnu ATLAS komponentu
– “srce” i “mozak” sistema. CRJ je programska komponenta sistema koja čuva ATLAS
firmver i kontroliše rad svih ulazno/izlaznih modula procesnog interfejsa, rukuje internim
bazama podataka i upravlja daljinskom i mrežnom komunikacijom. Postoje dve osnovne
CRJ varijante sistema ATLAS:
Namenski industrijski PC računar, nazvan ATLAS-CPU – interna
arhitektura CRJ može biti bazirana na industrijskoj ISA magistrali (PCI na
poseban zahtev). Zadržana je potpuna kompatibilnost u odnosu na sve
postojeće standarde industrijske verzije PC računara, čime su omogućene
buduće dogradnje, zamene i proširenja.
PC kompatibilni mikroračunar realizovan na jednoj štampanoj ploči, nazvan
ATLAS-XP2 – projektovan da zadovolji prosečne potrebe malih, i manjih
srednjih upravljačkih sistema. Arhitektura računara je kompatibilna sa
PC104 magistralom, sa nakačenom mikroprocesorskom karticom (tzv.
“piggy-back” rešenje) i ekstenderom za dopunske PC104 kompatibilne
kartice.
Više ATLAS CRJ jedinica se može grupisati u klaster u cilju izgradnje snažnijeg sistema
ATLAS, efektivno podižući procesne mogućnosti sistema da zadovolje gotovo svaki
upravljački zahtev i u najsloženijim procesima, ili kako se to “pežurativno” može formulisati:
“iznad bilo koje realne potrebe u upravljanju procesima”.
U obe navedene varijante, ATLAS CRJ predstavlja kastomizirani namenski PC
kompatibilni računar bez čvrstog diska. Umesto diska, CRJ sadrži nedestruktivnu fleš
memoriju u kojoj je smešteno “portirano” prekrojeno OS jezgro (“kernel”) koje obezbedjuje
neophodno programsko RTE 16 okruženje za izvršenje aplikativnih programa, razvijenih za
potrebe efikasne akvizicije padataka i upravljanja procesima.
15
PSU – skraćenica engleskog naziva “Power Supply Unit”
RTE – skraćenica engleskog termina “Run-Time Environment”, kojom se označava postojanje
programskog okruženja za uspešno izvršavanje programa
16
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 16 od 60
2.4.1.3 Procesni interfejs – PI
Procesni interfejs - PI čini veći broj ulazno/izlaznih modula preko kojih se ostvaruje
sprega sa procesom, odnosno sprega izmedju procesorskog/računarskog dela sistema i
industrijskog ili elektroenergetskog postrojenja. U zavisnosti od smera kretanja podataka
u toj sprezi (u ili iz sistema), PI moduli se mogu grupisati na:
•
Ulazni PI moduli prikupljaju pogonske podatke iz različitih industrijskih i
elektroenergetskih procesa u realnom vremenu, koji se zatim predaju
računarskom delu ATLAS-CRJ na dalje rukovanje i obradu.
•
Izlazni PI moduli izdaju (isporučuju) podatke u proces (postavne vrednosti,
upravljački podaci i indikatorske veličine) u realnom vremenu, koji najčešće
uzrokuju odredjene promene stanja i statusa procesa.
Ulazni podaci iz procesa obuhvataju normalizovane i standardizovane digitalne i
analogne električne signale koji odgovaraju različitim fizičkim pogonskim veličinama.
Sama normalizacija podataka se obavlja posebnom opremom (releji, transduseri,
konvertori, transformatori, itd.) koja ne pripada sistemu ATLAS. ATLAS PI moduli su
kompatibilni sa svim postojećim industrijskim i elektroenergetskim snandardima i
preporukama, uključujući i zahtevana kondicioniranja ulaznih signala, galvanska
odvajanja, tačnost i rezolucije konverzija podataka, koja se obavljaju na samim modulima.
Izlazni podaci za proces obuhvataju analogne i digitalne postavne vrednosti, impulsne
(uključi/isključi) i trajne komande, AGC komande i druge analogne i digitalne regulacione i
indikatorske podatke. Imajući na umu značaj pogonskog komandovanja i posledica koje
ono ima na proces, posebna pažnja se mora posvetiti integritetu i sigurnosti svih izlaznih
podataka.
2.4.1.3.1 Ulazni PI moduli
Raznovrsnost ulaznih podataka iz procesa prati i raznovrsnost ulaznih PI modula, jer ne
postoji nekakav “univerzalni ulazni PI modul” koji bi bio u stanju da prihvati i obradi sve
mogiće ulazne signale iz procesa. Ipak, zahvaljujući postojećoj programabilnosti ATLAS
PI modula, izdvajaju se tri hardverska tipa ulaznih PI modula 17 :
Analogni ulazni moduli (AUM) – više tipova
modula projektovanih da prihvate i prilagode
standardni normalizovani strujni ili naponski
signal iz procesa, i obave konverziju u digitalni
numerički podatak pogodan za dalju lokalnu
obradu. Standardno je primenjena 12-bitna
AD konverzija koja obezbedjuje tačnost
podataka od 0,2%, što zadovoljava u
najvećem broju slučajeva.
Potrebno
galvansko odvajanje i brzine skaniranja se
ostvaruju na različite načine.
Posebna pažnja je posvećena:
• kastomizaciji konverzije ulazne struje u
naponski merni opseg;
• merenju temperatura - Pt-100 i termoparovi;
• pojedinačnim ili grupisanim letećim
kondenzatorima;
• pojedinačna ili zajednička AD konverzija;
• glavanskom odvajanju (pre ili posle AD
konverzije).
17
Postoje razlike izmedju pojedinačnih modula istog tipa, kao i mogućnost manjih podežavanja na samim
modulima
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 17 od 60
Digitalni ulazni moduli (DUM) – više tipova
modula projektovanih za skaniranje i filtriranje
binarnih naponskih signala iz procesa.
Razlike izmedju postoječih DUM modula se
odnose na:
• vrednost napona ulaznih signala;
• galvansko odvajanje signala;
• kapacitet modula (broj ulaznih signaala);
• filtriranje signala;
• brzine skaniranja ulaznih signala.
Digitalni ulazni signali se skaniraju u oktetima
(jedan bajt), ili kao multipli bajta.
Brojački ulazni moduli (BUM) – više tipova
modula projektovanih da filtriraju i prebrojavaju
(sumiraju) ulaznu sekvencu impulsnih signala
iz procesa. Prebrojavanje ulzanih signala je
autonomno,
hardverski
ili
programski
kontrolisano.
Različiti BUM parametri su
podešljivi i programabilni:
• filtriranje ulaznih signala;
• tip i opseg brojanja;
• numeričke konverzije;
• galvansko odvajanje signala.
Značaj i osetljivost brojačkih podataka
uslovaljava potrebu za strogim i preciznim
podešavanjima modula, i zadovoljenjem
postojećih standarda i preporuka.
2.4.1.3.2 Izlazni PI moduli
U slučaju izlaznih ATLAS PI modula, postoje dva osnovna tipa: analogni i digitalni izlazni
PI moduli. Medjutim, u okviru ova dva tipa modula ima veći broj različitih hardverskih
rešenja:
Analogni izlazni moduli (AIM) – više tipova
modula
projektovanih
za
izdavanje
standardnih referentnih strujnih ili naponskih
signala u proces, za potrebe analognih
regulatora ili indikatora. Zahtevana operativna
fleksibilnost modula se postiže hardverskim
podešavanjem ili programskim kontrolom, a
odnosi se na:
• opseg izlaznog signala;
• tačnost izlaznog signala;
• usaglašavanje impedansi;
• galvansko odvajanje signala.
Digitalni izlazni moduli (DIM) – više tipova
postavnih i komandnih modula. Funkcionalna
raznolikost komandnih naloga uslovljava i
raznolikost odgovarajućih DIM modula.
Razlike u harverskom dizajnu modula su
posebno izražene po pitanju izdavanja
komandnih signala u proces:
• tranzistorski ili relejni izlazi;
• trajni ili impulsni izlazi;
• fiksni ili modulisani izlazi;
• jednostepena ili dvostepena operacija;
• galvansko odvajanje izlaza;
• opseg naposnkih izlaza.
Drugi specijalizovani PI moduli – postoji odredjeni broj specijalizovanih modula (kao što je npr.
modul za GPS sinhronizaciju vremena), dok se drugi mogu realizovati na zahtev. Generalno,
pristup je da se svi specifični zahtevi prebace u domen programiranja – medjutim, ponekad to nije
moguće (najčešće zbog postojećih vremenskih ograničenja), i tada je jedino reženje dizajniranje
novog PI modula.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 18 od 60
2.4.2 Organizacija programa (firmvera) sistema ATLAS
Kada se govori o sistemu ATLAS, uglavnom se misli na njegov hardver i tehničke i
ekploatacione karakteristike. Medjutim, ATLAS prestavlja i složeni i moćni programski
sistem – bez te programske podrške svi navedeni hardverski moduli bi predstavljali
bezživotne i bezkorisne komade neoperabilne “gvoždjurije” 18 . Istina, nije lako opisati na
sažeti i razumljivi način razgranatu i sofisticiranu programsku strukturu i organizaciju
sistema ATLAS, a još je teže razumeti u potpunosti kako je sve to integrisano u jedinstven
“pametni” programski sistem. Ipak, u ovom delu se nalazi jedan takav pokušaj uprošćenog
opisa programskog dela sistema ATLAS.
ATLAS program je organizovan kao skup kontrolabilnih programskih entiteta specifičnih
namena, koji medjusobno dele i razmenjuju podatke kroz postojeće, unapred definisane
programske medjuveze (interfejse): protokole, standarde i sistemska pravila. Ovakva
“modularna programska organizacija” donosi neposredne koristi po pitanju programske
fleksibilnosti, skalabilnosti, lakšeg održavanja i nadgradnje, kao i u efikasnijoj i
ekonomičnijoj realizaciji sistema ATLAS.
Glavni programski entiteti (celine) sistema ATLAS su:
ATLAS RT JEZGRO – centralni programski deo sistemskog i aplikativnog firmvera
koji obezbedjuje potrebne radne uslove (tzv. “run-time” okruženje) za uspešno
izvršenje programa i rad sistema ATLAS.
ATLAS MODULI – veća zaokružena aplikativna programska celina organizovana
oko odredjenog posla (ili grupe zadataka), i čiji je cilj izvršenje tog posla, odnosno
grupe zadataka u okviru sistema ATLAS.
ATLAS PLUGINS – aplikativna programska celina čiji je cilj izvršenje odredjenog
zadatka (ili funkcije) u okviru sistema ATLAS. Glavna karakteristika plugina jeste
njegova jednostvana implementacija – kao što njegov engleski naziv na to i
neposredno ukazuje (“plugin” je engleska reč za “utikač”), ATLAS plugin se može
jednostavno “uključiti u”, ili “isključiti iz” firmvera sistema ATLAS.
ATLAS TOOLS – veći broj programa za konfigurisanje, PLC editovanje, dijagnostiku
i održavanje, kao i drugih programa za podršku sistema ATLAS. Iako ovi programski
alati formalno nisu deo firmera sistema ATLAS, oni su mu potpuno posvećeni i
podržavaju njegov rad, tako da je bez njih teško i zamisliti sveobuhvatnu kontrolu
sistema ATLAS. Da bi uspešno ispunili ovu svoju namenu, programske ATLAS alate
prati i odgovarajući hardver opremljen potrebnim interaktivnim interfejsom prema
korisniku i prema samom sistemu ATLAS.
Navedeni programski entiteti odgovaraju programskoj organizaciji “od-gore-ka-dole”, pri
čemu niže navedeni entiteti mogu biti konstituenti viših programskih celina. Ovakva
programska sistematizacija može pomoći u lakšem opisivanju i razumevanju programske
podrške sistema ATLAS. Ona takodje direktno ukazuje i na važne osobine sistema:
fleksibilnost, skalabilnost i nadgradljivost – jednostavno, zamenom odredjenog
programskog entiteta, moguće je poboljšanje stare instalacije novim i boljim tehnološkim
rešenjem.
18
“Gvoždjurija” i jeste originalno značenje engleske reči “hardware”.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 19 od 60
2.4.2.1 RT jezgro sistema ATLAS
ATLAS RT (real-time) jezgro predstavlja centralni deo ATLAS programa/firmvera, i
obezbedjuje neophodno programsko RTE okruženje za izvršenje ostalih aplikativnih
programa u realnom vremenu. ATLAS RT jezgro uključuje kastomizirani operativni sistem
– OS sa svojim kernelom, bibliotečnim funkcijama i drajverima, zatim OS “runtime-utility”
programe, distributere programa i rukovanje interaptima, podršku za debagovanje
programa, i druge potrebne specifične programe. ATLAS RT jezgro mora da ispuni
sledeće uslove:
•
Korišćenje novih tehnologija koje zadovoljavaju stroge industrijske
standarde: PHMIIX POSIX (IEEE1003.1) za Linux sisteme, X Windows R11
distribuirani grafički sistem, HMIF /MOTIF 1.2.4 bazirani HMI ( Human
Machine Interface) u skladu sa uputstvima iz “Motif Style Guide” i TCP/IP
bazirane LAN /WAN mreže.
•
Korišćenje otvorenih tehnologija koje dozvoljavaju medjusobno povezivanje
hardversko/softverskih proizvoda različitih proizvodjača.
•
Skalabilnost – fleksibilnu promenu veličine potrebnih resursa, jednostavna
proširenja sistema, slobodno alociranje rpogramskih komponenata u okviru
postojećih računarskih mreža i lako povezivanje svih sistemskih
komponenata.
•
Podršku za: grafičko prezentiranje podataka i štampanja.
•
Primenu “windows” okruženja uz jednovremeno korišćenje više prozora za
različite prikaze i izveštaje, i jednostavno prilagodjavanje potrebama
korisnika.
•
Punu mrežnu transparentnost, uključujući PC/MSDHMI/ WINDOWS čvorove
u LAN i WLAN okruženju.
•
Visoku pouzdanost u radu koja se postiže kroz redundantno konfigurisanje
sistema.
•
Apsolutnu sinhronizaciju vremena svih sistemskih komponenti, koja
uključuje korišćenje GPS (Global Positioning System) i NTP (Network Time
Protocol) tehnologija.
Postoje dve verzije ATLAS RT jezgra koje su u upotrebi:
ATLAS-MAX koristi prilagodjeni (kastomizirani) VRTX operativni sistem za rad u
realnom vremenu (VRTX real-time OS). Niz godina to je bilo i jedino, ali veoma
pouzdano rešenje – danas, se isporučuje samo na posebni zahtev korisnicima
koji već poseduju ovakvu ATLAS opremu. VRTX je skraćenica za “Versatile
Real-Time Executive”, prizvod kompanije Hunter & Ready, koja je kasnije bila
kupljena od strane druge kompanije Mentor Graphics.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 20 od 60
ATLAS-MAX/RTL koristi prilagodjeni (kastomizirani) Real-Time Linux
operativni sistem, odakle i potiče sufiks “RTL” u imenu. Ovaj proizvod otvorenog
koda (”open source”) je prenesen i instalisan (portiran) na ATLAS-MAX hardver,
čime su stvoreni programski uslovi za uspešno korišćenje najsavremenijeg
računarskog hardvera čije se sve novije verzije pojavljuju na tržištu svake
godine. Rezultat je bio kompatibilni, ali savremeniji i moćniji RTU/PLC sistem,
koji danas predstavlja standardni ATLAS proizvod.
2.4.2.2 Aplikativna programska podrška sistema ATLAS
Najviši nivo u programskoj hijerarhiji ATLAS firmvera predstavlja aplikativna programaka
podrška sistema ATLAS. Ona obuhvata veliki broj aplikativnih programa, pri čemu opseg
njihove primene varira izmedju različitih konfiguracija sistema ATLAS. Dok su odredjeni
programi standardni u svakoj primeni, drugi su opcijski i koriste se samo po potrebi i na
poseban zahtev. Generalno, struktura aplikitavnog programskog paketa sledi
funkcionalnu specifikaciju sistema ATLAS – svaka prepoznatljiva funkcija sistema je
podržana odgovarajućim skupom aplikativnih programa. U skladu sa ranijim opisom
“modularne programske organizacije”, sada se može uvesti novi pojam: “funkcionalni
programski modul”. Kao glavni funkcionalni programski moduli izdvajaju se:
o Kontrola procesnog interfejsa – više programskih modula za kontrolu rada
postojećeg hardvera procesnog interfejsa: akviziciju analognih, digitalnih i brojačkih
pogonskih podataka, i analogno i digitalno pogonsko upravljanje. Ova kratka
uopštena lista se dalje deli na mnoštvo manjih specifičnih zadataka vezanih za
pojedinačne PI module, i predstavlja pravi programerski izazov. Sve obrade
podataka: selekcija, detekcija, filtriranja, identifikacija, validacije i ostalo se moraju
obaviti u realnom vremenu, a sva vremenska i procesorska ograničenja prevazići u
svakom trenutku i pod svim uslovima. Akvizirani “sirovi” pogonski podaci se interno
smeštaju u memorijsku bazu podataka 19 spremni za dalje obrade i prenos na
daljinu. Sa druge strane izdavanje kontrolnih i komandnih naloga može biti
inicirano lokalno ili daljinski, uz neophodne medju-korake u validaciji i verifikaciji
podataka, kao i prihvata povratnih informacije iz procesa. Razmena podataka
izmedju programskih modula se prevashodno odvija kroz postojeću bazu podataka,
ali i uz asistenciju drugih programskih komunikacionih mehanizama: zajedničke
deljive memorije (“shared memory”), semafora, flagova i slično.
o Lokalne obrade podataka – čine drugi kompleksni posao koji se mora obaviti
efikasno i pouzdano. I ovaj posao obuhvata više programskih modula za ispunjenje
pojedinačnih faza obrada podataka. Ono što je ovde specifično jeste činjenica da je
obrada podataka isključivo programski posao, nezavistan od samog PI hardvera.
Ulazni i izlazni podaci obrada se uzimaju i vraćaju u bazu podataka 20 , a sve ostalo
je specificirano u okviru samih programa. Tri glavne grupe potrebnih obrada se
izdvajaju:
19
Umesto “baza podataka” adekvatniji opis bi bio “pul podataka” (engl. “data pool”)
Treba imati u vidu da se interna programska organizacija sistema ATLAS oslanja na više namenskih baza
podataka (pulova podataka), tako da je korektnije za bazu podataka koristiti množinu
20
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 21 od 60
RTU obrade podataka, obuhvataju lokalne obrade akviziranih pogonskih
podataka (podataka iz procesa) za potrebe daljinskog prenosa u nadredjene
kontrolno-upravljačke centre, kao i daljinskog upravljanja procesima.
Pogonski podaci različite vrste i porekla podležu različitima obradama (po
pitanju procedura i kriterijuma), što uslovlajava potrebu za brojnim lokalnim
programskim podešavanjima (granice, HRD registracija, izbor podataka,
identifikacija, itd.), što treba uraditi u vreme konfigurisanja i inicijalizacije
sistema.
PLC obrade podataka, obuhvataju lokalne programske tehnike za
implementaciju lokalno-specifičnih upravljačkih algoritama u veoma osetljivom
domenu automatskog autonomnog izdavanja komandnih pogonskih naloga.
Ove programski i procesno intenzivne obrade podataka predstavljaju pravi
izazov pred sistemom ATLAS, i zahtevaju dopunske, “pametne” alate u
praktičnoj primeni. Upravljački PLC algoritmi se kreću od trivijalnih komandnih
blokada i leder diajgrama, do veoma kompleksnih i sofisticiranih FBD i ST
algoritama.
Ponekad lokalne obrade podataka zahtevaju i lokalna izveštavanja, najčešće
u formi štampanih izveštaja. Da bi se dobili razumljivi i za korisnika upotrebljivi
izveštaji, potrebno je obezbediti oderedjeni nivo lokalnog programiranja i
dopunskih obrada podataka direktno zavisnih od konkretne implementacije.
o Lokalna i daljinska komunikacija – dvosmerna razmena podataka je standardni
posao sistema ATLAS, podržan od strane komunikacionih programskih modula, koji
slede preporuke sedmo-nivoiskog ISO/OSI referentnog modela 21 . Dva tipa
komunikacionih kontrolera su potpuno podržana: asinhroni serijski (prvenstveno za
potrebe daljinske komunikacije preko modema) i TCP/IP mrežna komunikacija
(prvenstveno za LAN i WAN komunikaciju). Medjutim, oba tipa komunikacije mogu
biti kombinovana i korišćena za lokalni i daljinski prenos podataka na više različitih
načina. Primenjeni protokoli u razmeni podataka su usaglašeni sa postojećim
standardima, i omogućuju jednostavno povezivanje sa nadredjenim upravljačkim i
distributivnim centrima, kao i korićenje raznovrsne komunikacione opreme različitih
proizvodjača.
Podržana serijska master-slave komunikacija je zasnovana na internom ATLAS-IEC
protokolu, koji poštuje preporuke IEC 870-5-101 standarda. Ukoliko postoji TCP/IP
mreža, moguća je enkapsulacija ATLAS-IEC protokola u TCP/IP protokole i
obezbedjenje ekstremno brze komunikacije. Drugi podržani protokoli su: IEC
60870-5 serija, IEC 61850, OPC, ASEA/SINDAC 9000, DNP 3.0, MODBUS,
BACNET i EASYIP. Lokalna mrežna komunikacija u potpunosti podržava četvoronivoiski TCP/IP stek 22 i odgovarajuće RFC 23 preporuke.
o On-line testiranje i dijagnostika – ova važna i “skrivena” grupa programskih
modula čini da sistem ATLAS predstavlja stvarno pouzdanu i “fault-tolerant”-nu
21
International Standard Organization / Open System Interconnection Reference Model – sedmo-nivoiski
ISO/OSI referentni model obuhvata standardnu specifikaciju komunikacione programske podrške
22
TCP/IP Stack Architecture – četvoro-nivoiski TCP/IP stek predstavlja alternativni komunikacioni model
direktno primenljiv kod TCP/IP organizacije
23
RFC – Request for Comments, nezvanična Biblija novih tehnologija
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 22 od 60
opremu. Istovremeno ovi programski moduli podupiru i redundantne visokopouzdane konfiguracije sistema, preventivno održavanje i, shodno tome, povećanu
raspoloživost sistema. Oni neprekidno nadgledaju sve bitne aktivnosti sistema
(direktno ili indirektno), uz rano upozorenje ili alarmiranje kada uoče neki problem u
radu. U pojedinim kritičnim situacijama, čak se i pokušava sa on-line otklanjanjem
problema, resetovanjem pojedinačnih hardverskih i programskih komponenata,
preventivnom izolacijom i blokadom programa, pa sve do rebutovanja/restartovanja
celokupnog sistema ATLAS.
2.4.2.3 Programski alati sistema ATLAS
U svojoj osnovi, postojeći ATLAS programski alati predstavljaju snažne autonomne
programske sisteme koji se i izvršavaju na odvojenoj računarskoj platformi. Medjutim, ovi
alati bi bili neupotrebljivi bez saradnje i odgovarajuće podrške samog sistema ATLAS –
svaki alat mora biti prepoznat i prihvaćen od sistema na koji se vezuje. Ova podrška se
kreće od kontrole komunikacije i razmene podataka, pa sve to potrebe za instalisanjem
složenih programskih klijenata na strani sistema.
Tri osnovna tipa programskih alata sistema ATLAS su na raspolaganju:
•
Alati za nadzor rada i dijagnostiku
Ovi alati se u najvećoj meri oslanjaju na interne mogućnosti merenja performansi
sistema ATLAS (interni task menadžeri, kontrola izvršenja programa i statistika,
merenje performansi, i drugi interni Linux alati i komande), koje se onda
interpretiraju na za korisnika razumljiv način.
•
Alati za PLC editovanje i proveru rada
Fokus ovih alata su programske mogućnosti sistema ATLAS, i supervizija
primenjenih kontrolno-upravljačkih algoritama (pojedinačno i grupno izvršenje
komandi, blokada komandi, i druge slične aktivnosti).
Izrada kontrolnoupravljačkih algoritama uvek zavisi od lokalnih uslova procesnog okruženja, i mora
biti koordinisana sa tekućim statusom procesa dobijenim kroz komunikaciju sa
sistemom ATLAS. Očigledno da lokalni program rada sistema ATLAS u velikoj
meri utiče na samu proceduru interaktivnog PLC programiranja.
•
Alati za razvoj programa
Ovu grupu alata čine programi višeg nivoa nadzora rada koji se koriste tokom
razvoja i izrade programske podrške sistema ATLAS, kao što su: ICE emulatori i
drugi simulatori, najčešće proizvedeni i isporučeni od strane specijalizovanih
proizvodjača ove vrste programske opreme.
Ovi alate veoma zavise od
hardverskog dizajna samog sistema ATLAS, i arhitekture primenjenog računara.
Koriste se tokom razvoja, proizvodnje i integracije sistema ATLAS, a nikada tokom
ekploatacije.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 23 od 60
3. TEHNIČKI OPIS
3.1
Električne i eksploatacione karakteristike
3.1.1 Napajanje
Ovde je prikazan jedan tip izvora napajanja, nazvan
NAP03. Ovaj izvor je realizovan kao štampana ploča
(standardne visine 6HE 24 ), i može se jednostavno utaknuti
sa prednje strane reka (krletke) visine 6HE. Vrlo je
jednostavan za održavanje. Razvod napajanja je izveden
posebnog konektora napajanja montiranog na prednjoj
ploči izvora (beli konektor u donjem desnom delu).
Postoji više različitih tipova izvora napajanja koji se mogu
koristiti u sistemu ATLAS. Ovaj tip izvora je veoma
pogodan u primenu zbog svojih standardnih dimenzija i
kompaktnog smeštaja.
Specifikacija napajanja:
Ulazni napon napajanja:
220 VAC ±10%, 110VAC and 110/220 VDC na zahtev
Izlazni naponi napajanja:
+5 VDC / 15A, +12 VDC / 8A ili 24 VDC / 4A)
Frekvencija:
50/60 Hz ± 1%
Distorzija:
<5%
Potrošnja:
tipično, 25 W za CCU i 15 W za svaki PI U/I rek
Temperatura:
0 – 50 C
Galvansko odvajanje:
2 KV izmedju ulaznog i izlaznih napona napajanja
Zaštita od kratkog spoja:
ugradjena
Specijalna izvodjenja:
na zahtev
Napomena: Napajanje se u daljem tekstu označava skraćenicom PSU (od engleskog
naziva: „Power Supply Unit“).
3.1.2 Centralna računarska jedinica
Dva tipa centralne računarske jedinice (CRJ) su u upotrebi, a koriste se u skladu sa
potrebama u konkretnoj primeni sistema ATLAS:
24
o
Industrijski PC računar – ATLAS CPU
o
Mikroračunarski modul – ATLAS XP2
6HE predstavlja standardnu oznaku za visinu štampane ploče od 233,4 mm
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 24 od 60
3.1.2.1 ATLAS CPU – Industrijski PC računar
Projektovan za potrebe visoko-zahtevnih primena,
ATLAS-CPU obezbedjuje veliku procesnu snagu,
fleksibilnost i pouzdanost u radu u najoštrijim
uslovima okruženja. Obuhvata više namenskih
modula kompatibilnih sa standardnom PC
arhitekturom (neki od ovih modula su opisani u
tekstu koji sledi), koji su smešteni u kompaktno i
robustno kućište zaštićeno od elektro-magnetnih
smetnji (EMI), pogodno za primenu u industrijskim
i elektro-energetskim objektima.
Specifikacija modula industrijskog PC računara:
o
o
Industrijski procesorski modul (ATLAS-CPU)
(Napomena: minimalni zahtevi)
Mikroprocesor:
AMD® Geode GX-466 processor 333MHz
Sistemski sat:
333 MHz
Memorija:
RAM.128 Mb na ploči, 1x200-pin SO-DIMM
DDR 266MHz do 512MB
SSD:
CF Type II
Interapti:
16
Magistrala i slotovi:
industrijski ISA - 6 slotova (opcija: PCI)
WD Timer (WDT):
15 ms rezolucija
RT sat (RTS):
1 ms rezolucija
Eksterni interfejsi:
2xserijski RS 232C, 1xRS-232/422/485,
2xUSB, 2x100 bps UTP (RJ45), 1xparalelni,
VGA, tastatura & miš (opcije), DVD (opcija)
Modul memorijskog proširenja (MEM1M)
RAM
1M
Baterijski napajani
RAM
1M
RT sat (RTC)
opcija
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 25 od 60
Kontroler signala za procesni interfejs (Gateway - PTA02)
o
Napomena: tehničke karakteristike kontrolera pogledati u 3.1.3.1
Serijski komunikacioni kontroler i modem (AMD-AMS)
o
•
•
•
•
•
•
•
Standard:
V.23
Brzina:
1200 bps
Tip prenosa: asinhroni
Način prenosa: puni ili polu-dupleks
Prenosni link: žičani
Impedance: 600 Ohm (simetrično)
Modulacija: FSK (za 1200 bps)
mark – 1300 Hz
space – 2100 Hz
Napomena: Moguće je korišćenje i drugih PC ISA kompatibilnih modema.
3.1.2.2 ATLAS XP2 – Mikroračunarski modul
Projektovan kao namenski mikroračunar na štampanoj
ploči, ATLAS-XP2 obuhvata sve što je potrebno za rad
centralne računarske jedinice (CPJ) sistema ATLAS, uz
zadržanu kompatibilnost i otvorenost za buduću
nadogradnju. Njegova kompaktna realizacija čini ga
pogodnim za mnoge primene gde je kritičan prostor
(zauzima samo jedan slot u PI reku, isto kao i kontroler PI
magistrale, ili bilo koji drugi PI modul). Istovremeno,
njegove procesne mogućnosti su približne mogućnostima
ATLAS-CPU – vidi paragraf 3.1.2.1. Komunikacija sa
spoljnim svetom je obezbedjena preko prednje ploče, a sa
ATLAS PI magistralom preko 64-pinskog DIN konektora.
ATLAS-XP2 obuhvata više integrisanih funkcionalnih blokova:
o
o
o
o
o
Procesorsku ploču: Single Board Computer (SBC) WAFER GX(LX);
Interfejs PC104 prema ATLAS PI magistrali;
DC/DC konvertor - 12 VDC na 5 VDC;
Nedestruktivnu memoriju SRAM i RTC (real-time sat);
Kontroler za sinhronizaciju vremena (eksterni RS485 PPM/PPS/PPH signal)
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 26 od 60
Prednja ploča ATLAS-XP2 je prikazana na Slici 3.1.
Slika 3.1: Prednja ploča ATLAS-XP2
3.1.3 Moduli za spregu sa procesom (procesni interfejs)
Svi moduli procesnog interfejsa sistema ATLAS (PI moduli) su projektovani u skladu sa
postojećim preporukama za mehaničku i električnu izgradnju sistema ATLAS. U tom
okviru je razvijen i interni standard poznat kao “ATLAS PI magistrala”, koji definiše tip,
režim rada i raspored svih signala procesnog interfejsa krucijalnih za rad sistema ATLAS.
U pitanju su adresni signali, signali podataka, kontrolno-upravljački signali, signali za
identifikaciju (”plug-and-play”) i neki specifični opcijski signali. Svi PI moduli su u
potpunosti uskladjeni sa ovim standardom, što znači i da su svi realizovani kao štampane
ploče visine 6HE (dvostruka Evropa kartica) i sa zadnjim 64/96-pinskim DIN konektorom
prema ATLAS PI magistrali na zadnjoj ploči reka u koji se smeštaju PI moduli.
Povezivanje sa procesom (postrojenjem), odnosno uvodjenje “sirovih” signala iz procesa
se ostvaruje preko drugih konektora (često smeštenih na prednjoj strani modula) koji su
fizički i galvanski odvojeni od ATLAS PI magistrale.
3.1.3.1 ATLAS PI magistrala
Specifikacija ATLAS PI magistrale je data na Slici 3.2. Važno je razumeti da je ATLAS PI
magistrala isključivo interna magistrala u okviru reka, realizovana kao štampana ploča koja
nisi utične konektore, smeštena na zadnjoj strani reka. To znači da je ATLAS PI
magistrala zaštićena od smetnji spolja – što se ovde lako postiže oklopljavanjem samog
reka.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 27 od 60
Raspored signala PTA-ATP
Raspored signala ATLAS PI
magistrale
Slika 3.2: Specifikacija ATLAS PI magistrale
Eksterna povezivanje PI rekova su ostvareno posredtvom oklopljenih (šildovanih) PTAATP kablova sa upletenim paricama. Svaki od potrebnih signala se vodi diferencijalno po
jednoj parici, čime je obezbedjena maksimalna zaštita od elektro-magnetnih i elektrostatičkih smetnji. Raspored signala je predstavljen na Slici 3.2. U slučaju potrebe za
većim brojem PI rekova, isti se medjusobno lančano povezuju (“daisy-chain”).
Potrebna konverzija i multipleksiranje signala obezbedjuju dva uparena modula-kontrolera
identifikovani kao: PTA02 i ATP02 – sledi njihova kratka specifikacija.
o
Kontroler signala za procesni interfejs (Gateway - PTA02)
Kontroler PI signala PTA02 predstavlja
jednu od ploča (kartica) industrijskog
PC-a ATLAS-CPU. Ovaj “gateway”
modul radi u paru sa kontrolerom PI
magistrale ATP02, i generiše potrebne
signale adresa, podataka i kontrole za
upravljanje radom PI modula (modula
procesnog interfejsa) - videti Sliku 3.2.
Svi generisani signali se multipleksiraju
i prenose diferencijalno prema PI
modulima u susednim rekovima.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 28 od 60
Specifikacija PTA02:
o
Addresa:
A0 - A10
Addresa-dif:
AD0 - AD10 (dif)
Podaci:
D0 - D7
Podaci-dif:
DD0 - DD7 (dif)
Kontrola:
write, read, reset, power supply check
Kontrola-dif:
IOW, IOR, RES, IRQ (dif)
Električna kompatibilnost:
RS 485
Eksterni interapti:
Sinhronizacija vremena
Taster-prekidač:
vrući/hladni start
Status indikatori:
LED indikatori napona napajanja i
glavnih signala rada i kvarova
Naponi napajanja:
+5 VDC, +12 VDC
Kontroler ATLAS PI magistrale (ATP02)
Kontroler ATLAS PI magistrale je smešten u PI
reku i direktno upravlja sa PI modulima u tom
reku. Ovaj modul radi u paru sa kontrolerom PI
signala PTA02, i konvertuje i multipleksira
signale adresa, podataka i kontrole ATLAS PI
magistrale. Prenos PI signala prema centralnoj
računarskoj jedinici ATLAS-CCU, odnosno
kontroleru PTA02 u njenom sastavu (videti Sliku
3.2) se obavlja diferencijalno. Dva 50-pinska
konektora
(obeležena
kao
“INPUT”
i
“OUTPUT”) služe za medjusobno lančano
(“daisy-chain”) povezivanje modula u susednim
PI rekovima.
Specifikacija ATP02:
Addresa:
A0 - A10
Addresa-dif:
AD0 - AD10 (dif)
Podaci:
D0 - D15
Podaci-dif:
DD0 - DD7
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 29 od 60
Kontrola:
write, read, reset, interrupt
Kontrola-dif:
IOW, IOR, RES, IRQ (dif)
Električna kompatibilnost:
RS 485 interface
Status indikatori:
LED indikatori napona napajanja i glavnih
signala rada i kvarova
Naponi napajanja:
+5 VDC, +12 VDC, -12 VDC (modul
obezbedjuje potrebno napajanje za PI
rek)
3.1.3.2 Kapacitet procesnog interfejsa
Inherentna fleksibilnost u primeni i mogućnosti konfigurisanja sistema ATLAS čine da
pitanje kapaciteta procesnog interfejsa praktično i ne postoji. Jednostavno, izgradnjom i
umreženjem više uredjaja ATLAS u jedinstven sistem za nadzor i upravljanje, može se
praktično pokriti bilo koji realni proces. Prema tome, specifikacija koja sledi se odnosi na
kapacitete sistema ATLAS realizovanog oko jedne centralne računarske jedinice: ATLASCPU ili ATLAS-XP.
o
Maksmalni kapacitet ATLAS-MAX/RTL (varijanta: Industrijski ATLAS-CPU):
• do 16 PI rekova;
• do 208 PI modula, 13 modula po reku;
• do 2048 digitalnih ulaznih signala;
• do 2048 digitalnih izlaznih signala;
• do 512 analognih ulaznih signala;
• do 512 analognih izlaznih signala;
• do 64 brojačkih ulaznih signala.
o
Maksimalni kapacitet ATLAS-MAX/RTL (varijanta: ATLAS-XP2):
• Jedan PI rek;
• do 13 modula, 13 modula po reku;
• do 416 digitalnih ulaznih signala;
• do 208 digitalnih izlaznih signala;
• do 208 analognih ulaznih signala;
• do 104 analognih izlaznih signala;
• do 52 brojačkih ulaznih signala.
Napomena: U slučaju redundantnih konfiguracija sistema ATLAS, navedeni maksimalni
kapaciteti se umanjuju.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 30 od 60
3.1.3.3 Uslovi ambijenta
Temperatura
Skladištenje & transport:
Radni opseg (standardni)
Na posebni zahtev:
-25 to 70 C
0 to 60 C
-20 to 60 C
Relativna vlažnost
5 to 95 %
Vibracije
Ubrzanje:
Frekvencija:
2G
10 - 55 Hz
Zaštita
Standardna
Na posebni zahtev:
IP 55
IP 67
Dozvoljene EMI smetnje
Širokopojasna 1V/m/MHz
Opšta ambijentalna ograničenja
Za standardni smeštaj opreme u ormane, nije
dozvoljeno sledeće:
• Agresivni korozioni gasovi
• Previsok stepen prašine, soli i/ili metalne
prašine,
• Prskajuća voda, ulje i/ili hemijski rastvori.
Drugačiji smeštaj opreme je moguć na poseban
zahtev.
3.1.3.4 Karakteristike PI modula
Nekoliko PI modula sistema ATLAS su prikazani na Slici 3.3 – oni su samo deo game
ulazno/izlaznih modula procesnog interfejsa različite namene, koji u potpunosti pokrivaju
standardne potrebe u nadzoru i upravljanju različitim procesima.
Slika 3.3: Nekoliko primera PI U/I modula
Svaki PI modul je realizovan kao štampana ploča visine 6HE koja odgovara dvostrukoj
Evropa kartici. Moduli su kompatibilni sa internim standardom za ATLAS PI magistralu, sa
64-pinskim igličastim DIN konektorom (muški) na zadnjem donjem delu ploče koji se utiče
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 31 od 60
u odgovarajući konektor (ženski) smeštenim na zadnjoj ploči reka. Signali iz procesa se
dovode elastičnim signalnim PI kablovima na druge, robusnije konektore, koji su smešteni
na prednjoj strani štampane ploče modula (PI moduli tipa “A” – tradicionalno rešenje), ili u
gornjoj zadnjoj strani štampane ploče modula (PI moduli tipa “B” – ovi moduli nose prefiks
“B” u svom nazivu).
Iako se pojedini PI moduli iste namene u svojoj praktičnoj realizaciji mogu razlikovati u
mnogim detaljima i tehničkim karakteristikama, specifikacija PI modula koja sledi je
organizovana na način da su moduli iste namene grupisani zajedno. To znači da ako je
specificirano više različitih karakteristika (ili opseg karakteristika) za PI modul odredjene
namene, one nisu važeće za svaki od modula te vrste – naprotiv, one važe za pojedinačne
module u okviru te vrste.
3.1.3.4.1 Digitalni ulazni moduli
Naziv (ID) modula:
DIS32, BIS32
Broj ulaza:
16, 32
Uvodjenja signala:
Diferencijalno
Zajednički kraj po grupisanim ulazima (4, ili 8)
Tip sprege:
Optička (optokapler)
Galvansko odvajanje:
2 kV (ulaz prema elektronici)
Ulazni napon:
standardni Vs: 24 VDC, 48 VDC (ostalo na zahtev)
Ulazna struja:
4.5 mA / 48VDC
Kašnjenje ulaznog signala: < 100 ns
Učestanost akvizicije:
100 Hz
Filtriranje signala:
programabilno
Obrada signala:
programabilno
3.1.3.4.2 Brojački ulazni moduli
Naziv (ID) modula:
CIN10, DBS32
Broj ulaza:
10, 32
Tip sprege:
Optička (optokapler)
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 32 od 60
Galvansko odvajanje:
2 kV izmedju ulaza i elektronike
Ulazni napon:
Nominalna vrednost: Vs = 24/48 VDC
logička "0" :
0 to Vs/4
logička "1" :
Vs/2 to 5Vs/4
Ulazna struja:
4.5 mA/48VDC
Min. širina impulsa:
4 ns
Max. frekvencija:
100 kHz
3.1.3.4.3 Analogni ulazni moduli
Naziv (ID) modula:
AIR16, V16, I16, R16, BV16, BI16, BAI16, BR16
Broj ulaza:
16
Uvodjenje signala:
diferencijalno, zajednički kraj
Tip sprege:
"leteći" kondenzator, optički odvojen AD konvertor
Galvanska izolacija: 1 kV izmedju ulaza i elektronike
Struja
Napon
Struja
Napon
0 - 5 mA
0-5V
-2.5 - 2.5 mA
-2.5 - 2.5 V
0 - 10 mA
0 - 10 V
-5 - 5 mA
-5 - 5 V
-10 - 10 mA
-10 – 10 V
0 - 20 mA
4 - 20 mA
0 - 40 mA
(16 bita)
Otpornost kod
strujnog ulaza:
25 - 250 Ohm
Otpornost kod
naponskog ulaza:
10 kOhm - 100 MOhm
A/D konverzija:
rezolucija:
tačnost:
vreme konverzije:
Učestanost
skaniranja:
10 Hz
Bipolarno
Unipolarno
Ulazni opseg:
-20 - 20 mA
(16 bita)
12 do 24-bitna
±0.05% (±0.01%) / ±1 K
30 ns do 20 ms
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 33 od 60
Merenje
temperature:
Termoparovi
Tip
Opseg (ºC)
Otpornost (R-2W, R-3W, R-4W)
Tip
Opseg (ºC)
-100..309.5 (ºC)
TP J
1 ÷ 750
TP B
1 ÷ 1700
PT100
Ni100
TP K
1 ÷ 1232
TP U
1 ÷ 400
PT200
Ni120
TP T
1 ÷ 350
TP L
1 ÷ 760
PT500
Ni250
PT1000
Cu10
0..409.5 (ºC)
PT100
0..850 (º C)
PT100
TP F
1 ÷ 1230
TP N
1 ÷ 1300
TP R
1 ÷ 1500
TP E
1 ÷ 661
Cu100
0..250
R (Ohm)
TP S
1 ÷ 1500
TP XJ
200 ÷ 609.5
Cu53
0..2000
3.1.3.4.4 Digitalni ulazni moduli
Naziv (ID) modula:
DOR16, DIR16, DDR16, DAR16, DOF32, BOF32
Broj izlaza:
16 nezavisnih, ili 32 sa zajedničkim krajem (4/8-ugrupi) izlaza
Način povezivanja:
beznaponski NO kontakt releja, tranzistor, FET, drugo
na zahtev
Galvansko odvajanje:
2 kV izmedju izlaza i elektronike
Karakteristike izlaza:
max. napon:
max. struja:
max. snaga:
min. struja:
Očekivani vek trajanja:
za 60 VDC, 0.8A: 4 x 106 [prebačaja kontakta]
za 220 VAC, 0.35A: 2 x 106
mehanički:
2 x 107
Trajanje impulsa:
100 ms do 25.5 s (selektivno, ili programabilno)
300 VDC, 250 VAC
do 8 A
40 W @ 48 VDC
0.1 mA @ 0.1 VDC
3.1.3.4.5 Analogni izlazni moduli
Naziv (ID) modula:
AOS08, BAO08
Broj izlaza:
8 nezavisnih izlaza
Tip sprege:
optička (opto-električna)
Galvansko odvajanje:
0.5 -1 kV izmedju izlaza i elektronike
Opseg strujnih izlaza:
4 do 20 mA
0 do 20 mA (±10 mA)
0 do 10 mA (±5 mA)
0 do 5 mA (±2.5 mA)
max. otpornost opterećenja: 500 Ohms
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 34 od 60
Opseg naponskih izlaza:
±5V
± 10 V
0 do 10 V (± 5 V)
0 do 5 V (± 2.5 V)
min. otpornost opterećenja: 5 kOhms
A/D konverzija:
rezolucija:
12-bit
linearnost: ± 0.03%
učestanost konverzije: 30 kHz
3.1.3.4.6 Specijalni moduli
Postoji nekoliko specijalizovanih PI modula izvan uobičajene sistematizacije:
o
Modul:
•
•
•
•
•
•
•
KNV – Modul serijskog interfejsa
način povezivanja:
kapacitet:
standard:
brzina prenosa:
tip prenosa:
način prenosa:
prenosni link:
• kontrolni signali (RS232):
o
Modul:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
5-žični RS232, or 3-žični RS485
1 RS232 i 3 RS485
V23
do 19600 bps
asinhroni
puni-dupleks, polu-dupleks
telefonske linije, radio modem, optički
modem
RTS (request-to-send)
CTS (clear/ready-to-send)
DCD (data-carrier-detect)
BPC02 – Modul za digitalno merenje obrtaja
broj ulaza:
način povezivanja:
tip sprege:
galvansko odvajanje:
ulazni napon:
ulazna struja:
učestanost akvizicije:
indicacija:
merenje obrtaja:
2
diferencijalno
optički (optokapler)
2 kV (ulaz prema elektronici)
24 VDC
4 mA / 24 VDC
1 kHz (1 ms)
RS232C
opseg:
0 – 5000 rot/min
tačnost:
0.1 %
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 35 od 60
3.2
Mehanička konstrukcija
Primenjeni mehanički standard za ATLAS module jeste štampana ploča formata dvostruke
Evropa kartice visine 6HE, prikazana na Slici 3.4.
Slika 3.4: Dva tipa ATLAS PI modula
Specifikacija štampane ploče ATLAS modula:
Dimenzije (Š x V):
233.4 x 162.5 [mm]
Debljina:
3-4 [mm]
Konektori:
(za ATLAS PI magistralu)
Donji zadnji 64-pinski DIN konektor
Konektori:
(za sugnale iz procesa, preko
priključnih regleta)
Jedan ili dva prednja konektora (tip “A”),
Ili gornji zadnji konektor (tip “B”)
ATLAS moduli se smeštaju u jedan ili više 19-inčevskih rekova (krletki), prikazanih na Slici
3.5.
Slika 3.5: ATLAS Rekovi (Krletke)
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 36 od 60
Specifikacija ATLAS reka:
Dimenzije reka (Š x V x D):
44 x 26.5 x 25 [cm]
Težina popunjenog U/I reka:
6 kg
Ukupan broj slotova:
14
ATLAS rekovi se smeštaju u jedan ili više samostojećih ormana, zavisno od konkretne
konfiguracije i kapaciteta sistema ATLAS, a u skladu sa postojećim uslovima na samom
mestu ugradnje. Primeri sistema ATLAS smešteni u jednom ili više ormana su prikazani
na Slici 3.6.
Slika 3.6: Smeštaj sistema ATLAS u jednom i više ormana
Specifikacija ATLAS ormana:
Dimenzije (Š x V x D):
210 x 50 x 55 [cm]
Capacitet:
max. 5 rekova
Težina (puni kapacitet / 5 rekova):
70 kg
Sam orman može imati jedna (prednja) vrata, ili dvoja (prednja i zadnja) vrata. Zadnja
vrata se uvek preporučuju (ukoliko uslovi ugradnje dozvoljavaju) jer obezbedjuju lakši
pristup svim delovima sistema, što je veoma poželjno tokom ugradnje, kao i kasnijeg
održavanja sistema.
Uvodjenje signalnih kablova iz procesa se obavlja kroz postojeće namenske otvore na
podu ormana, i zatim dovodi na odgovarajuće vezne reglete. Uvodnici za napajanja
uredjaja iz mreže su takodje obezbedjeni na dnu ormana, uključujući i zaštitno uzemljenje.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 37 od 60
Vezne reglete se smeštaju u posebne ormane ili u zadnjem delu ATLAS ormana. One se
nastavljaju fleksibilnim signalnim kablovima prema PI modulima smeštenim u instalisanim
PI rekovima sistema ATLAS. Vezne reglete su opremljene i potrebnim držačima dovodnih
signalnih kablova i kanalicama, kako bi bilo olakšano povezivanje, provere i održavanje
tokom ekploatacije. Snimak dela veznih regleta iz jedne od postojećih ATLAS instalacija
je prikazan na Slici 3.7.
Slika 3.7: Priključne reglete (delimični prikaz)
3.3
Konfiguracija sistema ATLAS
Jedna od glavnih osobina sistema ATLAS-MAX/RTL je njegova velika fleksibilnost u
primeni. Postojeće komponente sistema ATLAS se mogu kombinovati na različite načine,
ostvarujući različite konfiguracije sistema, a sve u cilju postizanja i zadovoljavanja različitih
operativnih zahteva. Potvrda ovog stava se može naći u tekstu koji sledi, gde će biti
prikazano nekoliko različitih konfiguracija sistema ATLAS – počev od jednostavnijih
primena, pa sve do veoma složenih i zahtevnih rešenja. Pri tome su korišćeni simboli
blokova i dijagrama dovoljno intuitivni i razumljivi da ne postoji potreba za nekakvim
dopunskim tumačenjima
3.3.1 Tradicionalna rešenja
Istorijski gledano, RTU sistemi su bili projektovani kao autonomni uredjaji kod kojih je
jednostruki ili udvojeni (redundantni) centralni resurs (nazvan i “centralna logika”) upravlja
radom preostalog dela uredjaja, tj procesnim interfejsom (identifikovanim često i kao
“sprežna logika”) 25 . Takav tradicionalni pristup je i danas preovladjujući medju RTU
sistemima, tako da su ovde prvo razmatrana neka tradicionalna ATLAS reženja.
25
Videti Sliku 2.1
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 38 od 60
3.3.1.1 Standardni ATLAS-XP2 procesni sistem
Sistem ATLAS čini jedan rek koji
obuhvata jedan mikroračunarski modul
ATLAS-XP2 (obično, ali ne i obavezno,
smešten u slotu #1) i do 13 PI modula
bilo kog tipa.
Tu je još jedna
komponenta koja se ne može izbeći, a to
je izvor napajanja – PSU koji direkto
napaja modul ATLAS-XP2 i preko njega
celokupni PI rek.
Modul ATLAS-XP2 ima potpunu kontrolu nad svim resursima: pripadajućim PI modulima,
eksternom komunikacijom i svim obradama podataka. U ovom primeru, komunikacija je
ostvarena preko TCP/IP mreže, ali se isto može uraditi i uz pomoć USB modema, ili na još
nekoliko drugih načina.
3.3.1.2 Udvojeni ATLAS-XP2 procesni sistem
Ovo je verzija visoko-pouzdanog sistema
ATLAS koji je bip predstavljen u
predhodnom primeru 3.3.1.1. Centralni
procesorski resurs, mikroračunar ATLASXP2 je udvojen i konfigurisan za rad u
master/slave režimu rada. Uobičajeno je
da
dva
mikroračunarska
modula
zauzimaju prva dva slota u reku (što nije
obavezno), ostavljajući preostalih 12
slotova za smeštaj različitih PI modula.
Eksterna komunikacija je obezbedjena
preko mrežnih TCP/IP priključaka i
postojeće LAN mreže, i takodje je
redundantna (udvojena). Isto važi i za
napojne jedinice PSU.
Samo jedan, master modul ATLAS-XP2, je aktivan u jednom trenutku, i on upravlja PI
modulima i eksternom komunikacijom. Istovremeno, moduli ATLAS-XP medjusobno
razmenjuju status i podatke iz procesa posredstvom postojećeg master/slave linka,
ostajući svo vreme medjusobno sinhronisani. Ako master ATLAS-XP2 otkaže, odmah
dolazi do automatske promene uloga i prebacivanja rada na slave jedinicu, bez ikakvog
impakta na rad celokupnog sistema
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 39 od 60
3.3.1.3 ATLAS-MAX/RTL – Industrijski procesni sistem
Centralna računarska jedinica ATLASCRJ (industrijska verzija) upravlja sa
radom jednog ili više PI rekova sa
pripadajućim PI modulima različite vrste.
U ovom primeru reč je o dva PI reka, koji
su lančano povezani (”daisy-chain”)
medjusobno, kao i sa ATLAS-CRJ
jedinicom (za tu svrhu koriste se signalni
PI kablovi opisani u paragrafu 3.1.3.1).
ATLAS-CCU obezbedjuje i daljinsku
modemsku
i/ili
mrežnu
TCP/IP
komunikaciju.
Ovaj primer predstavlja uobičajeniju i
najčešću konfiguraciju sistema ATLAS
koja je našla široku praktičnu primenu.
Ona
prestavlja
optimum
izmedju
performansi i cene sistema, i uspešno se
uklapa u “prosečni sistem za nadzor i
upravljanje procesom.
3.3.1.4 Udvojeni ATLAS-MAX/RTL – Visoko-pouzdani procesni sistem
Ovde je prikazana visoko-pouzdana
konfiguracija sistema ATLAS-MAX/RTL.
To je potpuno redundanti sistem, gde su
kritične komponente sistema: izvori
napajanja (PSU) i centralne računarske
jedinice (CRJ), udvojeni. Redundantnu
hardversku
konfiguraciju
prati
i
redundantni firmver koji kontroliše rad
sistema i obezbedjuje automatsko
prebacivanje na rezervnu CRJ u slučaju
kvara.
Uobičajen je master/slave pristup: master
CRJ je aktivan, dok slave CRJ pasivno
prati rad sistema i ostaje sinhronizovan
sa masterom.
U slučaju kvara na
aktivnom CRJ uloge se menjaju.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 40 od 60
3.3.2 ATLAS klaster sistemi
Arhitektura sistema ATLAS omogućuje jednostavno grupisanje pojedinačnih ATLAS
uredjaja u veće sisteme tipa klaster (u daljem tekstu “ATLAS klaster sistemi”, ili kraće
“ATLAS klasteri”). Grupisanjem u klaster praktično se prevazilaze postojeća ograničenja
pojedinačnih uredjaja po pitanju obrada podataka i kapaciteta, što ATLAS klaster čini
krajnje pogodnim za gotovo svaku praktičnu implementaciju. Uspešno grupisanje u klaster
je zasnovano na TCP/IP razmeni podataka izmedju pojedinačnih učesnika u klasteru
(članova klastera) preko ultra brze lokalne mreže, što omogućuje da se klaster ponaša kao
veći ekvivalentni sistem za nadzor i upravljanje procesom.
U osnovi, klaster konfiguracije donose niz pogodnosti: klaster sistemi su robusniji (gubitak
jednog, čak i više članova, ne dovodi do potpunog ispada klaster sistema) i veoma
pogodni za implementaciju, posebno po pitanju raspoloživog prostora i mogućnosti
alociranja resursa. Najzad, veličina klastera i raspodela poslova izmedju članova klastera
mogu biti organizovani na više različitih načina, a sve u skladu sa konkretnim operativnim i
ekploatacionim potrebima i zahtevima.
3.3.2.1 ATLAS-XP2 klaster sistem
Ovde predstavljeni ATLAS-XP2 klaster
obuhvata samo dva člana, ali se on može
lako proširiti sa dopunskim ATLAS-XP2
uredjajima. Članovi klastera medjusobno
komuniciraju posredtvom postojeće brze
TCP/IP mreže (tipa LAN, ili WAN) – oni
dele sve potrebne informacije i podatke iz
procesa kroz zajedničke baze podataka
(“data pools”). Rezultat ovakve klaster
konfiguracije jeste efikasni distribuirani
sistem za lokalno i daljinsko upravljanje
procesom.
U ovom primeru prvi član klastera igra i ulogu komunikacionoh čvora prema udaljenom
upravljačkom centru – ovde se predpostavlja komunikacija preko USB modema, iako to
može biti uradjeno i na druge načine. Takodje u ovom primeru, drugi član klastera je
redundantni ATLAS-XP2 uredjaj, što ima za cilj da ilustruje mogućnosti različitih scenarija
u organizaciji ATLAS-XP2 klastera.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 41 od 60
3.3.2.2 ATLAS-MAX/RTL klaster sistem
Ovaj ATLAS klaster obuhvata veći broj
ATLAS-MAX/RTL članova organizovanih
oko brze TCP/IP mreže, sa zajedničkim
ciljem efikasne kontrole procesa. Svaki
član klastera obavlja svoj deo posla, i deli
informacije i podatke sa ostalima. Jedan
od članova ima vodeću ulogu u radu
klastera,
i
obezbedjuje
odredjene
zajedničke servise (kao što je, u ovom
primeru, komunikacija sa udaljenim
centrom). Medjutim, treba imati u vidu
potrebni zajednički servisi mogu biti
delegirani i drugim članovima klastera,
čime se ravnomernije raspodeljuje
opterećenje i odgovornost..
Predstavljena klaster konfiguracija podseća u mnogim detaljima na visoko-pouzdanu
ATLAS-MAX/RTL konfiguraciju iz paragrafa 3.1.4.4. To je, medjutim, tačno samo u
pogledu hardverske organizacije – sve ostalo izvan toga je veoma drugačije. I još nešto,
predstavljeni ATLAS klaster sa dva člana se lako može proširiti proizvoljnim brojem novih
ATLAS uredjaja.
3.3.2.3 Kombinovani ATLAS klaster sistemi
Ova konfiguracija ATLAS klastera je
nazvana “kombinovani klaster” zbog svog
heterogenog sastava. Dva različita tipa
sistema ATLAS: ATLAS-MAX/RTL i
ATLAS-XP2 se mogu kombinovati na
različite načine u okviru zajedničkog
klaster sistema – ovde prikazani klaster
predstavlja samo jedan ilustrativni primer.
I ovde više sistema ATLAS (sada
različitog tipa), organizovanih oko
zajedničke
brze
TCP/IP
mreže,
medjusobno
razmenjuju
potrebne
podatke i poslove, u cilju ostvarenja
efikasnog složenog sistema za kontrolu
procesa.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 42 od 60
3.3.2.4 Zaključak
Grupisanje u klastere predstavlja efikasni način za prevazilaženje mnogih praktičnih
kontrolno-upravljačkih ograničenja. Inherentna fleksibilnost klastera u primeni obećava
uspešno ispunjenje posebnih zahteva i potreba – uvek postoji nekakav način da se
optimalno primeni deo opreme koji najviše odgovara specifičnom problemu. To i jeste
koncept ATLAS klastera: raznolikost ATLAS opreme, njihove dokazane tehničke i
eksploatacione karakteristike, kao i akumulirano znanje i iskustvo ATLAS projektanata i
korisnika – sve su to ključni elementi za pronalaženje najboljeg mogućeg rešenja i
izgradnju još jednog ATLAS KLASTER USPEHA.
4. START I PROGRAMIRANJE SISTEMA ATLAS
U ovom poglavlju se razmatraju dve značajne teme: start i inicijalizacija sistema ATLAS, i
Programerski terminal ATLAS-PT - specijalizovani autonomni uredjaj koji se koristi za
postavljanje osnovnih parametara i konfigurisanje sistema ATLAS, operativni nadzor
njegovog rada i PLC programiranje. Ove dve teme su odabrane jer su krucijalne za
potpuno sagledavanje i razumevanje sistema ATLAS-MAX/RTL.
4.1
Start i inicijalizacija sistema ATLAS
ATLAS-MAX/RTL predstavlja programirani sistem čiji je rad odredjen upravljačkim
programom smeštenim u firmveru sistema. Kao i svaki programirani sistem, ATLAS po
svom startu mora najpre da prodje kroz inicijalizacionu fazu, da bi dostigao operativno
stanje u kome može da obavlja svoje regularne poslove (za šta je programiran).
Inicijalizaciona faza, ili kraće: inicijalizacija, predstavlja proceduru uspostavljanja
potrebnog programskog RTE okruženja za izvršenje aplikativnih programa, bez koga je
dalji rad sistema ATLAS nemoguć 26 .
Postoje dva tipa startovanja sistema:
o
vrući start – po uključenju sistema, programskom restartu sistema, ili na zahtev.
o
hladni start – po prvom uključenju i startu sistema, ručnom resetu, ili na zahtev.
Inicijalizaciju sistema prati odgovarajuća svetlosna indikacija – svi ATLAS moduli su
opremljeni LED indikatorima koji svetle u skladu sa trenutnim stanjem sistema. Ako je
inicijalizacija nadgledana preko Programerskog terminala ATLAS-PT, sam tok inicijalizacije
se može pratiti na detaljniji i razumljivij način.
26
U računarskoj terminologiji, ova procedura se naziva i “rebutovanje sistema”
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 43 od 60
4.1.1 Vrući start sistema
Vrući start je uobičajeni način startovanja sistema po uključenju, kratkotrajnim prekidima u
napajanju, i eventualnim problemima u radu. Vrući start dovodi sistem u ono stanje u
kome je bio neposredno pre nastajanja uzroka za restartovanje sistema, što podrazumeva
vraćanje svih podataka sistema u njihova ranija stanja (uključujući i reinicijalizaciju svih
sistemskih parametara koji bi mogli biti oštećeni), kao i osvežavanje podataka iz procesa.
Vrući start je moguć i ručnim aktiviranjem reset tastera, ili preko Programerskog terminala
Na početku vrućeg starta, svi hardverski resursi se inicijalizuju i testiraju. Zatim se anulira
RAM memorija sistema i iniciraju baze podataka:
•
•
•
•
ulazni digitalni i analogni podaci iz procesa se inoviraju/osvežavaju;
izlazni digitalni i analogni podaci se vraćaju u predhodno stanje;
ulazni i izlazni podaci se proveravaju (validacija padataka);
nastavlja se sa lokalnim obradama podataka.
Po inicijalizaciji baza podataka, nastavlja se sa inicijalizacijom ostalih programskih
struktura:
•
Linux RT (run-time) jezgro;
•
ulazno/izlazni podsistem OS;
•
funkcionalne biblioteke OS;
•
alokacija memorijskog prostora;
•
•
sinhronizacija vremena;
obrada procesnih zadataka (tasks processing);
•
rasporeda procesnih zadataka (task scheduling).
Po uspešno obavljenoj inicijalizaciji sistema, kontrola nad programima prelazi na Linux
RTE jezgro i nastavlja se sa regularnim programskim aktivnostima sistema.
4.1.2 Hladni start sistema
Hladni start predstavlja potpuno rebutovanje sistema iz početnog neaktivnog statusa do
potpunog operativnog stanja. Aktivira se ručno, pritiskom i držanjem reset tastera
odredjeno vreme, ili na zahetv preko Programerskog terminala ATLAS-PT. Hladni start
uzrokuje resetovanje celokupnog hardvera sistema, deaktiviranje svih PI modula, i
resetovanje svih lokalnih obrada podataka. U koordinaciji sa sačuvanom konfiguracionom
bazom podataka, obavlja se i automatska provera i dijagnostika hardvera, zasnovana na
ugradjenim “plug-and-play” karakteristikama hardvera sistema.
Start sistema prvi put predstavlja specijalni slučaj hladnog starta, koji predpostavlja
“default” konfiguraciju sistema. Početne vrednosti svih konfiguracionih podataka
odgovaraju “fabričkim default vrednostima” koje se mogu promeniti posredstvom
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 44 od 60
Programerskog terminala ATLAS-PT 27 . Sve promene ostaju sačuvane u nedestruktivnoj
memoriji sistema, a svaki naredni hladni start predpostavlja tako promenjenu konfiguraciju
sistema, pa i dovodi sistem u to stanje..
Hladni start obavlja sve poslove iz “repertoara vrućeg starta”, i još po nešto:
•
resetovanje izračunatih digitalnih i analognih parametara;
•
resetovanje internih bit varijabli;
•
resetovanje bafera podataka za prenos (u lokalnoj i daljinskoj komunikaciji);
•
•
•
•
•
resetovanje sumiranih vrednosti brojila i parametara za filtriranje;
deaktiviranje trajnih, AGC, jednostepenih i dvostepenih komandi;
anuliranje bafera za hronološku registraciju dogadjaja;
dovodjenje postavnih analognih veličina na minimalnu vrednost;
automatsko inventarisanje hardvera i provera konfiguracije sistema;
(bazirano na “plug-and-play” karakteristikama sistema ATLAS) ;
provera hardvera i softvera sistema, verifikacija i validacija.
•
4.2
Programerski terminal ATLAS-PT
Programerski terminal ATLAS-PT predstavlja samostalni prenosni uredjaj projektovan za
potrebe podrške sistemima ATLAS: setovanje i konfigurisanje sistema, on-line proveru,
nadzor i testiranje sistema, održavanje sistema i PLC programiranje. ATLAS-PT čini
korisnički orijentisan programski paket koji se može izvršavati praktično na svakom
prenosmo PC računaru, laptopu ili notebook-u (što danas predstavlja standard u
korišćenju računara). Jedna od mogućih realizacija Programerskog terminala je i na
ekranskom terminalu osetljivom na dodir (“touch screen”), koji se opcijski može ugraditi u
vrata ormana samog sistema ATLAS. Povezivanjem ATLAS-PT sa sistemom ATLAS, i
uspostavljanjem bidirekcionalne serijske veze izmedju njih, korisniku/operatoru je
omogućeno da “posmatra sistem ATLAS iznutra”. ATLAS-PT nudi nekoliko veoma važnih
opcija za rad sistema ATLAS:
o
o
o
Setovanje i konfigurisanje sistema ATLAS,
Proveru i nadzor rada sistema ATLAS,
PLC programiranje sistema ATLAS.
Izbor jedne od ponudjenih opcija je moguć po uspešno obavljenoj login proceduri i
autorizaciji korisnika/operatora. Posle toga započinje razumljivi dijalog u savremenom
prozorskom okruženju (“windows-based”) podržan odgovarajućim menijima (“menudriven”).
ATLAS-PT je nezavisan uredjaj – on ne predstavlja obavezni deo opreme sistema ATLAS
prosečne konfiguracije. Medjutim, on jeste veoma važan u svakoj implementaciji sistema
ATLAS, ako ništa drugo a ono u početnoj fazi instalacije i konfigurisanja samog sistema.
Iz ugla korisnika, ATLAS-PT ne predstavlja “obavezni deo opreme koja se mora imati”, ali
27
U SETUP režimu rada – pogledati deo 4.2.1
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 45 od 60
se toplo preporučuje. A u slučaju sistema ATLAS PLC 28 , Programerski terminal postaje
nezaobilazni deo PLC opreme. ATLAS-PT je neverovatno koristan i u održavanju sistema
ATLAS. U bilo kom trenutku rada sistema ATLAS, moguće je obaviti on-line proveru
ispravnosti glavnih komponenata sistema, testiranje hardvera, kao i promene u
konfiguraciji – ukratko sve što je potrebno za efikasno održavanje sistema – videti Sliku
4.1.
Slika 4.1: ATLAS PT na terenu – održavanje sistema ATLAS
U ovom delu dat je sažeti uvod i prikaz glavnih opcija Programerskog terminala ATLASPT, sa idejom da se čitalac u osnovnim crtama upozna sa time “šta je ATLAS-PT, i kako
on radi”. Za bolje upoznavanje i korišćenje Programerskog terminala na raspolaganju je
nekoliko priručnika, a po potrebi se organizuju i seminari (“tutorials”) za obuku PLC
korisnika. Treba imati u vidu da PLC programiranje predstavlja veoma kompleksnu
materiju, i da je potrebno mnogo treninga i praktičnog rada da bi neko postao PLC ekspert.
4.2.1 Setovanje i konfigurisanje sistema ATLAS
Rad sistema ATLAS je predodredjen njegovom konfiguracijom koja je zapisana u bazi
konfiguracionih podataka. Inicijalno, konfiguracioni podaci su postavljeni na početne
“default” vrednosti (“factory defaults”), koje se mogu automatski prepisati (shodno “plugand-play” osobinama hardvera) u vreme prvog starta sistema, ili ručno u SETUP režimu
rada (uz pomoć Programerskog terminala). To praktično znači da tokom redovnog rada
sistema, izmedju dve SETUP procedure, konfiguracioni podaci ostaju neizmenjeni
sačuvani u nedestruktivnoj memoriji sistema ATLAS.
28
Slučaj kada sistem ATLAS obavlja i PLC funkcije – funkcije programabilnog logičkog kontrolera
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 46 od 60
Spisak konfiguracionih podataka koji se mogu menjati (automatski ili ručno) obuhvata:
o
Osnovna konfiguracija sistema:
• setovanje mikroprocesora;
• alociranje procesnog interfejsa;
• konfigurisanje ormana, rekova i
modula.
o
Brojački ulazni podaci:
• kapacitet – broj aktivnih ulaza (0 to 128);
• frekvencija divajdera (delitelja – posebno
za svaki ulaz);
• opisi..
o
Prenos podataka (za svaki asinhroni
serijski port):
• brzina prenosa (0, 200, 300, 600,
1200, 2400, 4800 i 9600 bps - 0 znači
neaktivan);
• zaštita na parnost (bez zaštite, na
parnost ili neparnost);
• broj bitova po karakteru (7 or 8);
• broj STOP bitova (1 or 2);
• tip protokola (modem, X-on/X-off);
• način prenosa (polu-dupleks, ili punidupleks).
o
Analogni ulazni podaci:
• kapacitet – broj aktivnih analognih ulaza
(0 to 512);
• opisi.
o
Trajne komande:
• kapacitet – broj aktivnih trajnih komandi;
• opisi..
o
Jednostepene i dvostepene komande:
• kapacitet – broj aktivnih komandi;
• daljinska i lokalna autorizacija izvršenja
komandi;
• trajanje komandnoh impulsa (u opsegu:
0.1 - 25.5 s, u inkrementima od 0.1 s);
• opisi.
o
AGC komande:
• kapacitet – broj aktivnih AGC komandi;
• daljinska i lokalna autorizacija izvršenja
AGC komandi;
• opisi.
o
Analogni izlazni podaci:
• kapacitet – broj aktivnih analognih
postavnih izlaznih veličina;
• daljinska i lokalna autorizacija za
izdavanje postavnih vrednosti;
• opisi.
o
Prenos podataka (za svaki mrežni
Ethernet port):
• tip protokola;
• zadavanje IP addrese.
o
Digitalni ulazni podaci i HRD
(hronološka registracija dogadjaja):
• kapacitet – broj aktivnih digitalnih ulaza
(0 to 2048);
• HRD parametri: veza izmedju HRD i
digitalnih ulaza, kriterijumi nastaka
dogadjaja, štampanja u lokalu, daljinski
prenos, tekstualni opisi;
• max. frekvencija i filtriranja ulaznih
signala;
• programirani digitalni signali - (prvih 32
su rezervisani za sistemske status
bitove);
• opisi.
Da bi bolje ilustrovali SETUP proceduru na Programerskom terminalu, nekoliko “setup”
primera su detaljnije prikazani. Po uspešnoj login proceduri korisnika/operatora i izbora
setup opcije (režima rada), otvoriće se Setup meni
:
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 47 od 60
Setup meni nudi izbor sledećih konfiguracionih opcija (poredjanih od leva na desno): Podaci o
daljinskoj stanici, Komunikacioni parametri, Digitalni ulazi, Analogni ulazi, Brojački ulazi, Opis
komandi, Master 101 konfiguracija i Konfiguracija rekova.
Konfigurisanje serijskih i mrežnih komunikacionih portova:
Za svaki serijski asinhroni COM port, sledeći parametri (od levo na desno) mogu da se konfigurišu:
Bodna brzina porta, Parnost, Broj bita, Stop biti, Tip modema, Tip veze, Rezervni put, Tip protokola
i kontrola vremenskog rasporeda RTS/CTS/DCD signala.
Za svaki mrežni interfejs mogu se konfigurisati tip protokola i IP adresa. U ovom primeru svi
mrežni portovi su jednako konfigurisani, uključujući i postavljene IP adrese.
Setovanje procesnog interfejsa podrazumeva specificiranje aktivnih PI rekova i modula. U
osnovi, ovo setovanje je zasnovano na ugradjenim “plug and play” karakteristikama
ATLAS modula, i tehnički se obavlja automatski. Ipak, automatsko konfigurisanje PI
rekova se dozvoljava samo u vreme prvog starta sistema ATLAS po njegovoj instalaciji, ili
na poseban zahtev. Sva kasnija hendlovanja PI rekova su ručna i uvek nadgledane od
strane korisnika/operatora. Za tu svrhu je razvijen poseban program nazvan Konfigurator
reka.
Konfigurator reka omogućuje ručne
promene
konfiguracije
rekova,
dodavanja modula, aktiviranje i
deaktiviranje postojećih modula u
reku,
deaktiviranje
neispravnih
modula i korišćenje specifičnih
nestandardnih modula.
Može da
hendluje do pet PI reka sa 14 utičnih
mesta (slotova), koji su prikazani
tabelarno u 5 kolona imenovanih
ATP1 – ATP5. Svakom slotu u reku
(polju u tabeli) je pridodat padajući
meni sa listom modula koji se mogu
dodeliti tom slotu.
Najveći deo posla oko konfiguracije sistema se odnosi na procesni interfejs (sprega sa
procesom) – svaki pojedinačni ulaz i izlaz je predmet nekakvog setovanja (podešavanja).
Sledeći primer se odnosi na setovanje analognih ulaznih podataka.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 48 od 60
Analogni ulazni podaci su identifikovani rednim (sekvencijalnim) brojevima. Za svaki predstavljeni
analogni ulaz, sledeći parametri (poredjani od leva na desno) se mogu zadati (ukoliko vrsta
analognog ulaza to dozvoljava): Tip analognog ulaza, Opseg, Filter, Tip hladnog kraja, Tip
prenosa, Tip AD konvertora, “Tara mernog opsega”, Pojačanje i zastavicu za prenos podatka.
U slučaju komandi (primer se odnosi na dvostepene komande) setup procedura obuhvata
tri glavna dela: identifikaciju, autorizaciju i vremenski parametri.
Padajući meni nudi izbor vrste komandnog izlaza izmedju (od gore na dole): Trajne komande,
Jednostepene komande, Dvostepene komande, AGC komande i Analognog izlaza. Komandni
izlazi su predstavljeni u prvoj koloni, identifikovani rednim (sekvencijalnim) brojevima. Ostale
kolone specificiraju parametre za autorizaciju izdavanja komande (do tri nezavisna udaljena centra
i lokalno PLC upravljanje), vremenske parametre komandi i zastavicu za prenos podatka.
4.2.2 Provera i nadzor rada sistema ATLAS
Programerski terminal ATLAS-PT omogućuje online nadzor rada sistema ATLAS bez
prekida redovnih operativnih aktivnosti. Sam nadzor obuhvata i veći broj procedura za
proveru ispravnog rada različitih hardverskih i programskih komponenti sistema. Na ovaj
način se mnogi nekatastrofalni kvarovi i greške u radu mogu otkriti blagovremeno i
saopštiti grafički ili tekstualno na krajnje razumljiv način. Online provera i nadzor sistema
obuhvataju:
o
Podešavanje datuma i vremena;
o
Prikaz konfiguracije sistema;
o
Prikaz tekućih digitalnih ulaznih podataka;
o
Selektivno skaniranja digitalnih ulaznih podataka;
o
Prikaz trenutnih vrednosti brojila;
o
Selektivna obrada brojačkih ulaznih podataka;
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 49 od 60
o
Postavljanje brojačkih podataka na željenu vrednost;
o
Prikaz analognih ulaznih podataka;
o
Selektivno skaniranje analognih ulaznih podataka;
o
Postavljanje analognih podataka na želejnu vrednost;
o
Selektivna lokalna obrada komandnih podataka (komandni algoritmi) ;
o
Postavljanje/forsiranje komandnih izlaza;
o
Postavljanje/forsiranje izlaza jednostepenih i dvostepenih komandi;
o
Postavljanje/forsiranje izlaza AGC komandi;
o
Postavljanje/forsiranje izlaza trajnih komandi;
o
Provera komunikacionih kontrolera i kanala: prikaz primljenih poruka i slanje
test poruka.
I ovog puta, za lakše razumevanje i upoznavanje sa mogućnostima Programerskog
terminala u režimu rada PROVERE sistema ATLAS, biće prikazano nekoliko primera sa
nešto više detalja. Npr., za predstavljanje osnovnih podataka o radu sistema (uključujući i
komunikacione konfiguracione parametre) na raspolaganju je sledeći grafičko-tekstualni
izveštaj:
U gornjem delu dat je hronološki prikaz svih reseta sistema iz prošlosti – svaki red
uključuje datum i vreme, tip, raylog i kraći komentar. U centralnom delu prikazani su
komunikacioni parametri serijskih asinhronih COM portova. U donjem delu su prikazani
komunikacioni parametri mrežnih interfejsa.
Prikaz trenutnog stanja hardvera sistema daje jasnu sliku o njegovoj organizaciji i alokaciji
celokupnog procesnog interfejsa – PI rekova i modula (uključujući i njihov trenutni status):
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 50 od 60
Ovaj razumljivi grafički prikaz predstavlja
stvarnu konfiguraciju PI rekova (rekova za
spregu sa procesom) sa postojećim PI
modulima. Aktivni slotovi u rekovima su
obojeni zeleno, sa ispisanim nazivima
modula. Crvenom bojom su označene
neaktivne komponente. Očigledno da se u
ovom slučaju dva donja reka ne koriste.
Postoje 256 sistemskih status bitova (tzv. “health-check” bitovi) o trenutnom stanju sistema
ATLAS. Ovi status bitovi daju potpunu online sliku o celokupnom hardveru i firmveru
sistema u bilo kom trenutku, i sigurno predstavljaju dobar izbor za početak provere
sistema, uz kasnije detaljnije specifične provere i dijagnosticiranja rada sistema. Deo
jednog takvog prikaza, stranica sa prvih 20 status bitova, je predstavljena u nastavku:
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 51 od 60
Za nastavak daljeg detaljnijeg nadzora procesnog interfejsa (ulaznih ili izlaznih podataka
iz/ka procesu) na raspolaganju je sledeći padajući meni:
Po uspešno okončanoj proceduri autentikacije i
autorizacije, ovaj padajući meni prikazuje sve
ulazne i izlazne podatke iz procesa koji su pod
nadzorom.
Npr., izborom opcije “Analogni ulazi”, otvara se stranica sa trenutnim stanjem i
vrednostima analognih podataka (ovde je prikazan samo mali deo jedne starnice).
Uz svaki analogni ulaz je pridodat detaljniji
opis signala: status, vrednost, opseg i tip i
alokacija odgovarajućeg modula. Boje i
grafički simboli imaju posebno značenje po
pitanju statusa ulaznih signala (povezani ili
otkačeni), ulazne vrednosti (stvarna ili
zadata/forsirana) i prekoračenja opsega
merenja.
Nadzor i online testiranje komandnih izlaza (u ovom primeru dvostepenih komandi) su
prikazani ovde:
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 52 od 60
Prvi korak:
Drugi korak:
Klikom na dugme Selektuj komandu
započinje procedura izbora komande. Po
uspešnom adresiranju odgovarajućeg
komandnog izlaza, leva strana simbola
prekidača postaje zelena, uz istovremenu
pojavu yelene poruke o uspešnoj selekciji
komande.
Klikom na dugme Izvrši komandu aktivira
se izvršenje komande, ili klikom na dugme
Obustavi komandu prekida se dalja
komandna procedura.
Po uspešnom
izvršenju komande, simbol prekidača se
boji zeleno i pojavljuje se druga zelena
poruka o uspelom izvršenju komande.
4.2.3 PLC programiranje sistema ATLAS
Najsloženiji i najosetljiviji programski deo Programerskog terminala ATLAS-PT predstavlja
alat za PLC programiranje, koji čini PLC programski paket (poznat i pod imenom FBD
programski paket) za potpunu podršku PLC mogućnosti sistema ATLAS. FBD
programski paket se sastoji od većeg broja grafičkih alata, razvijenih i napisanih u TCL
jeziku na Linux OS platformi. Centralno mesto u FBD programskom paketu zauzima FBD
editor - FBDE (Function Block Diagram Editor), koji predstavlja editor leder dijagrama u
skladu sa standardom IEC 1131-3. Ostali raspoloživi alati i korisnički programi podrzavaju
rad sa leder dijagramima: prevodjenje ledera u ST kod, kompilaciju u izvrsni kod ATLAS
sistema, simulacije ledera, debagovanja ledera, online testiranja i spuštanje aplikativnih
izvršnih programa na ATLAS sistem.
PLC programiranje je organizovano u okviru pojedinačnih PLC projekata, a sa leder
dijagramima projektovanim i razvijenim za odredjene ATLAS uredjaje/sisteme. U skladu
sa ovakvim pristupom, na samom početku se FBD programski paket aktivira sa jednim
obaveznim argumentom, a to je ime projekta. Po uspešnom završetku “login” procedure
korisnika-programera, odnosno uspešno obavljenoj “autentikaciji i autorizaciji” korisnika
(proveri identiteta i prava korisnika), dalji scenario PLC programiranja se odvija manje-više
na način.opisan u nastavku.
Kada se aktivira programski paket FBD, otvara se
prozor koji se zove PROJEKAT, sa imenom projekta
u zaglavlju (u ovom primeru: DRMNO_B1). Sa
desna na levo nalaze se tri dugmeta za izbor daljeg
rada, kao i dugme IZLAZ za izlazak iz programa:
• RTU: - za ponovni izbor ATLAS PLC uredjaja koji
je bio izabran kada je poslednji put korišćen ovaj
program.
• Trazenje uredjaja – za izbor odredjenog leder
dijagrama (ime LD se unosi u sledećem koraku).
• Izbor RTU – za izbor iz liste (spiska) postojećih
ATLAS PLC uredjaja, što je opisano u nastavku.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 53 od 60
Pritiskom na polje Izbor RTU otvara se prozor koji
sadrži listu svih RTU-ova (ATLAS PLC uredjaja) koji
učestvuju u projektu.
Po izboru jednog od
ponudjenih RTU-ova, postoje dve mogućnosti:
potvrda ili poništenje obavljenog izbora, pritiskom na
dugme Potvrdi ili Odustani.
Po potvrdi izabranog ATLAS PLC uredjaja, otvara se prozor GLAVNI MENI.
FBD (grafički) EDITOR – (FBDE) - Pritiskom na ovo polje otvara se novi prozor u kome se,
kreiraju funkcionalni blokovi i programi – za tu svrhu na raspolaganju je veći broj komandi
različite namene.
Konfigurator taska - Pritiskom na ovo polje otvara se meni u kome se nalaze svi dijagrami
kreirani u datom projektu sa datim FBD EDITOR-om.
Kreiranje programa - Od jednog ili više taskova kreiramo jedan program. U zavisnosti da
li je FBDE povezan sa odgovarajućom MySQL bazom, pritiska se jedno od dva polja.
Selektor ledera - Nakon izbora date opcije otvara se prozor sa spiskom svih ledera koji
postoje u datom projektu. Nakon izbora ledera ime odabranog ledera će se pojaviti u polju
: “TEKUCI LEDER“.
TEKST EDITOR – Otvara ST kod izabranog ledera (u “emacs” editoru) upisanog u polje
“TEKUCI LEDER“.
Compile “Tekući Leder“ – Pritiskom na to polje startuje se kompilacija ledera (upisanog
unutar polja : “TEKUCI LEDER“ – u ovom primeru “RTU01_dbg_single“) u izvršni fajl.
KOMUNIKACIJA - Polje kojim se definišu komunikacioni parametri u razmeni podataka
sa sistemom ATLAS: master/slave IP adrese i fizička PLC adrese.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 54 od 60
:
PLC L, PLC D – ATLAS sistemi podržavaju “dual head” master-slave režim rada (kada
postoje dva PLC uređaja koja su međusobno povezana i povezana na iste ulazno/izlazne
PI module), sa automatskim prebacivanjem u slučaju kvara. Ova polja služe za prozivanje
odredjenog uredjaja kao i za identifikaciju ko je „master“ a ko „slave“ (žuta boja označava
da je u pitanju master, crvena označava slejv, dok plava boja govori korisniku da nema
komunikacije). Ako je polje sa plavim slovima, pritiskom na njega prozivamo odgovarajući
uredjaj sve dok se komunikacija ne uspostavi, tj. slova dobiju žutu ili crvenu boju.
Ledcopy – Dato polje služi za “upload” ledera na ATLAS sistem (ime ledera se nalazi u
polju : “TEKUCI LEDER“.
TEKUCI LEDER – Sve operacije nad lederima koje se izvršavaju pomoću alata FBD
EDITOR-a se odnose na leder čije se ime nalazi u ovom polju (u ovom primeru
“RTU01_dbg_single”).
Stop komunikacije – Datom komandom prekida se prethodno uspostavljena komunikacija
sa sistemom ATLAS. Posle toga, ponovna komunikacija se uspostavlja prozivanjem preko
polja
PLC L i/ili PLC D.
On-Line – Aktiviranjem datog polja otvara se spisak svih potprograma (slika) ledera koji je
odabran, tj. čije se ime nalazi u polju : “TEKUCI LEDER“. Kada se izabere određeni
leder i klikne na dugme “POTVRDA“, otvara se izabrana slika u on-line režimu rada, sa
živim ulazima iz procesa, izlazima ka procesu, kao i sa živim vezama među blokovima.
IZLAZ – Ovo je komanda kojom se izlazi iz glavnog menija.
Video ON Levo – Klikom na ovo polje otvara se video ekran PLC uredjaja koji je
selektovan (klikom na polje
PLC L ili PLC D) na kome su prikazani svi parametri vezani
za izabrani uredjaj. Prozor se zatvara klikom na isto dugme.
Stampanje – stampanje logičkih šema po završetku projekta na beloj pozadini sa crnim
elementima i linijama.
Od svih navedenih opcija iz GLAVNOG MENIJA, dve su teme od posebnog značaja, i one
će biti kratko opisane:
o
FBD Editovanje
o
Spuštanje leder programa
4.2.3.1 FBD Editovanje
Funkcionalni blok dijagram – FBD predstavlja dijagram koji opisuje funkcionalnu vezu
izmedju ulaznih i izlaznih varijabli (promenljivih veličina). Sama funkcija je opisana
skupom medjusobno povezanih elementarnih blokova. Ulazne i izlazne varijable su
povezane sa blokovima posredstvom odgovarajućih veznih linija. Izlaz iz jednog bloka
moze biti povezan na ulaze drugog bloka. Funkcionalni blok dijagrami predstavljau jedan
od pet jezika za PLC programiranje (PLC jezika) koji su definisani standardom IEC 611313, i važi sa najpopularniji. Tekst koji sledi se isključivo odnosi na FBD programiranje i
editovanje.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 55 od 60
Prvo treba razumeti: šta je to funkcionalni blok? Sledeći primer može da pomogne u tome.
Blok MUX_R odgovara releju (prikazanom
desno) koji prenosi ulaz R1 i R2 na izlaz R,
zavisno od stanja bita S (stanja namotaja
releja). Njegova prenosna funkcija jeste:
Ovaj prosti multiplekserski blok MUX_R je
unapredjen uvodjenjem “enable bita” E koji
dopunski kontroliše blok:
Ako je E=0 tada je Q=0 i R=0.
Ako je E=1 tada je Q=1 a R je jednako jednom
od ulaza R1 ili R2, zavisno od ulaynog bita S.
Blok MUX_R je primer funkcionalnog bloka koji obezbedjuje jednostavnu funkciju jednog
prostog multipleksera. Postoje stotine drugih blokova koji obezbedjuju druge, ponekad
veoma složene, funkcije. Iz programerskog ugla, svaki blok predstavlja programsku celinu
(programski entitet, rutinu) sa dobro definisanim odnosom izmedju ulaza i izlaza, i koja
tokom izvršenja obezbedjuje predpostavljenu funkcionalnost.
Nadalje, funkcionalni blokovi se mogu kombinovati u još složenije funkcionalne mreže
(opisane odgovarajućim dijagramima) u cilju ispunjenja još kompleksnijih funkcija – takvi
dijagrami su poznati pod nazivom “leder dijagrami”, prema engleskom nazivu: “ladder” za
merdevine/lestve (naš prevod bi bio “lestvičasti dijagrami”). Primer koji sledi ilustruje
ovakav pristup.
Dva bloka za konverziju podataka su definisana na sledeći način:
Ulazni signali blokova CONV_WTR i CONV_RTW su:
• GG: real, max. vrednost ulaznog podatka (gornja granica)
• DG: real, min. vrednost ulaznog podatka (donja granica)
• IN: word (real), vrednost ulaznog podatka
Izlazni signali blokova CONV_WTR i CONV_RTW su:
• OUT: real (word), vrednost konvertovanog podatka
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 56 od 60
Blok CONV_RTW konvertuje opseg
(GG-DG) u opseg (0-4095).
Blok CONV_WTR konvertuje opseg (04095) u opseg (GG-DG).
CONV_RTW:
CONV_WTR:
Zadatak je da se ulazna vrednost merene aktivne snage predstavi procentualno (kao
procenat njene max. vrednosti), kao i da se signalizira ako je njena trenutna vrednost
iznad neke postavljene granične vrednosti..
Sve ulazne analogne veličine prolaze kroz 12-bitnu AD konverziju, što znači da odgovaraju
nekoj numeričkoj vrednosti u opsegu (0-4095). Blokovi za konverziju podataka CONV_RTW i
CONV_WRT, zajedno sa blokom komparatorom Word_Comp, povezani su u prikazani
funkcionalni blok dijagram koji konvertuje vrednost ulazne aktivne snage (obeležena kao:
“AKTIVNA SNAGA”) u odgovarajuću procentualnu vrednost (opseg 0-100), i indicira ako je ta
vrednsot iznad 55,5%. Prikazani izlazi odgovaraju stanju kada je ulazna aktivna snaga 72%
max. vrednosti, a indikatorski bit 1.
FBD Editor predstavlja grafički alat koji omogućuje crtanje leder dijagrama. Pod
predpostavkom da je izabrana opcija FBDE u GLAVNOM MENIJU, otvoriće se FBDE
prozor za specificirani PLC pojekt, izabrani ATLAS uredjaj, i odgovarajući leder dijagram.
Ukoliko je u pitanju novi leder dijagram, procedura editovanja se može ukratko opisati na
sledeći način:
Kreiranje novog logičkog dijagrama počinje od
mesta gde se postavi kursor uz pomoć levog
dugmeta miša..
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 57 od 60
Klikom na desno dugme miša na praznom delu
dijagrama, otvara se padajući opcijski meni za
kreiranje i editovnja dijagrama. Za jednostavnija
logička kola koriste se prve dve opcije, dok su za
složenije funkcionalne blokove na raspolaganju
sledeće dve opcije (uključujući i koračnu “state
mašinu” STM). Preostale opcije za editovanje se
koriste za brisanje i ubacivanje redova.
Poslednja opcija je za izlazak iz programa.
Kada se doda blok, klikom desnim dugmetom
miša na sam blok otvara se blok meni. Svaki
blok ima jedinstveni redni (sekvencijalni) broj (u
ovom primeru B#11), i meni se direktno odnosi na
taj blok.
Blok se može izmestiti, izmeniti
(modifikovati broj bloka ili tip bloka), obrisati,
povezati sa bazom podataka, ili učiniti
transparentnim.
Blok meni može imati i više opcija od ovde
prikazanih, zavisno od konkretnih osobina samog
bloka.
Po levoj ivici prostora za dijagram, vertikalno su
poredjani ulazni signali, predstavljeni kao zelene
tačke. Klikom na desno dugme miša, najbliži
raspoloživi ulazni signal se može dovesti na ulaz
bloka.
Krajnji rezultat FBD editovanja predstavlja željeni leder dijagram na kome smo radili.
Veličina i složenost jednog takvog ledera može da varira u neverovatno velikom obimu –
uopšte uzevši, PLC programiranje traži puno znanja i umešnosti. Ovaj tekst je bio
posvećen samo tehničkom delu programiranja (nekim tehničkim procedurama), i samo
predstavlja mali osvrt na veliku oblast PLC programiranja. Jedan primer tako kreiranog
leder dijagrama je predstavljen na Slici 4.2.
Slika 4.2: Jedan primer leder dijagrama
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 58 od 60
4.2.3.2 Spuštanje leder programa
Po kreiranju leder dijagrama preostaje još nekoliko koraka do njegove stvarne primene.
Leder dijagram mora da bude testiran off-line, preveden u izvršni kod sistema ATLAS,
debagovan online, i na kraju (ako je sve prethodno prošlo bez problema) prebačen na sam
sistem ATLAS i smešteno u njegov firmver. Procedura prebacivanja leder programa se u
žargonu naziva “spuštanje ledera” 29 i koristi se u ovom tekstu. Inače to i jeste jedina tema
ovog paragrafa, iako postoje i druga “spuštanja programskih podataka” (npr. konfiguracioni
podaci, simulacioni podaci, aplikativni podaci, itd) koja se obavljaju na gotovo identičan
način.
Generalno, spuštanje ledera na sistem ATLAS može biti uradjen na tri načina, ili preciznije
rečeno u tri režima spuštanja podataka:
•
U off-line režimu, kada je sistem ATLAS izvan pogona;
•
U servisnom režimu, kada je sistem ATLAS trenutno izvan operativnog rada;
•
U on-line režimu, kada je sistem ATLAS u redovnom radu.
Svaki od navedenih režima spuštanja ledera se može realizovati sa Programerskog
terminala ATLAS-PT. Medjutim, prva dva režima dozvoljavaju čak i ručnu direktnu
zamenu “hot-pluggable” memorijskih čipova u samom sistemu ATLAS, što predstavlja
najednostavniji postupak zamene programa i uvek se preporučuje ako je moguć. U ovom
paragrafu se pak, razmatra samo spuštanje ledera posredstvom Programerskog terminala
ATLAS-PT, posebno u on-line režimu rada.
Konvencionalno, kompilirane podatke ledera u izvršnom kodu predstavljaju fajlovi sa
ekstenzijom “exp”. Shodno tome, “spuštanje ledera” predstavlja “spuštanje odgovarajućih
exp fajlova”, koji se potom povezuju sa lokalnim ATLAS programima za izvršenje PLC
programa.
Tehnički, ovo je precisno-definisana i uredjena procedura jednostavna za korišćenje. Po
izboru opcije
Ledcopy u GLAVNOM MENIJU, otvara se prozor za spuštanje ledera
(Upload Window). Jedan od izbora (TAB-ova) u prozorskom meniju jeste: “Copy Ladder“,
a posle toga sledi preostali deo posla koji je krajnje intuitivan.
Padajući meni Kopiranje ledera nudi dve opcije:
• Otvori datoteku sa lederom – za izbor leder
“exp” fajla za spuštanje na sistem ATLAS;
• Spusti leder na stanicu – iniciranje spuštanja
odabranog ledera na sistem ATLAS..
Sam tok komunikacije sa ATLAS sistemom tokom
spuštanja ledera se može pratiti online (po izboru:
“Prosledjivanje ledera stanici”), ali to znatno
povećava ukupno vreme spuštanja ledera.
Instalacija novog ledera uvek nosi odredjeni rizik u “živoj” implementaciji. Zbog toga, uvek
kada se vrši zamena novim lederom, veoma je važno biti spreman za vraćanje na staro
stanje ako do toga dodje. Povratak na stari leder predstavlja takodje uhodanu proceduru
29
Pogledati fusnotu 10 na strani 10
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 59 od 60
obuhvaćenu postojećim menijima, ali ipak uzima odredjeno vreme u kome je sam leder
suspendovan i neoperabilan.
U slučaju redundantnog master/slave PLC sistema ATLAS, mogući scenariji za spuštanje
ledera na sistem su:
o
Ako se novi leder spušta na master PLC uredjaj, predhodni (“stari”) leder se
suspenduje i startuje novi. Ako nešto krene naopako, doći će do automatskog
prebacivanja rada na slave PLC uredjaj, a samim tim i na stari leder (slave PLC
uredjaj i ne zna za novi leder).
o
Ako se novi leder spušta na slave PLC uredjaj, za proveru njegove funkcionalnosti
potrebno je forsirati prebacivanje rada sistema kako bi isti postao master i bila
moguća provera ledera. Ako sada nešto krene naopako, doći će do automatskog
prebacivanja rada na predhodni master PLC uredjaj (koji je još uvek sa starim
lederom) i “stari dobri leder” će biti ponovo u pogonu.
U oba slučaja, kada novi leder otkaže, potrebno je da se prethodna operabilna verzija
ledera (stari leder) reinstališe na “oštećenom” PLC uredjaju. Srećom, u to vreme je
“oštećeni PLC uredjaj” uvek slave uredjaj, tako da procedura povratka na stari leder nije u
koliziji sa tekućim operativnim zadacima.
Svojina Instituta "Mihajlo Pupin" – neovlašćeno kopiranje i distribucija je zabranjena
Pogledati takodje: http://www.atlas-max.rs
Strana 60 od 60
Download

PDF dokument - ATLAS