1 komponenter i kontrolsystemet
Komponenterne i et industrielt kontrolsystem ICS kan bredt opdeles i to kategorier afhængigt af hvor de er placeret: Control Center -enheder og fjerntliggende webstedsenheder. Control Center -enheder er placeret i System Control Center og inkluderer Human Machine Interface (HMI), Engineer Workstations og History Servers (historiker). Fjernwebstedsenheder er enheder, der bor på produktionsstedet og er direkte forbundet til aktuatorer og sensorer, hvis primære funktion er at føre tilsyn med og kontrollere den fysiske proces. Selvom webstedsenheder normalt ikke interagerer direkte med mennesker, er det mere sandsynligt, at de bliver angrebet og kompromitteret, fordi produktionssteder normalt er mindre sikre end kontrolcentre.
1.1 Control Center -udstyr
Human Machine Interface HMI'er (undertiden kaldet SCADA -systemer) er systemer, der giver operatører mulighed for at overvåge og kontrollere processer. HMIS HMIS er normalt rene softwareapplikationer, der kører på en generel computer, der typisk kører i Microsoft Windows-familien i operativsystemmiljøer. Almindelige HMI'er i industrien inkluderer Wonderware, Siemens 'Wincc, Rockwells RSView og Areva E-Terra, hvor Kinsal også er et godt valg.
History Server Historian er en databaseserver, der registrerer historien om staten for et processtyringssystem. I nogle tilfælde, hvis historikeren er kraftig nok, kan det også bruges som en HMI til kontrolsystemet. Historiker kører typisk på større operativsystemer og almindelige hardwareenheder og spejles normalt på virksomhedsnetværket.
1.2 Fjernwebstedsenheder
Fjernwebstedsenheder inkluderer PLC'er, fjernterminalenheder RTU'er, intelligente elektroniske enheder IED'er og elektroniske relæer. Selvom funktionerne på disse enheder varierer meget, kan de groft grupperes sammen baseret på deres placering og ligheder. Der er også ligheder i den hardwarearkitektur, der bruges i disse enheder, som generelt giver analoge eller digitale input/output (I/O) og kontrolfunktioner. De læser data direkte fra sensorer og sender driftskommandoer til aktuatorer, og i nogle tilfælde er de forbundet til andre feltenheder.
En forenklet diskussion af enhederne findes i denne artikel. Faktisk udfører hver af disse enheder, der er nævnt ovenfor (PLCS, RTU'er, IED'er og elektroniske relæer) en bestemt undergruppe af funktioner i kontrolsystemets objektforholdsmodel (ORM). For eksempel udfører RTU'er, der normalt er funktionen af SCADA -systemer, der leverer felt I/O -kontrol, kun prøveudtagning via felt I/O -sensorer, og individuelt vil RTU'er generere triggere til aktuatorer. Elektroniske relæer udfører altid prøveudtagnings- og udløsningsfunktioner. RTU genererer statusdatafeltpunkter, og i nogle tilfælde behandler kommando -datafeltpunkter. Relæer vil generere statusdatafeltpunkter, men er mindre tilbøjelige til at håndtere kommanderede datafeltpunkter.rtus har generelt ikke lokal kontrolfunktionalitet, men relæer har denne funktionalitet. Ud over at kommunikere med sensorer, aktuatorer og kontrolfunktioner på højere niveau har PLC'er vigtige lokale kontrolfunktioner. Disse funktioner kan virke ens, men der er betydelige forskelle i ORM'erne.
2 Typisk kontrolsystemarkitektur
Figur 1 viser en typisk kontrolsystemarkitektur. I den kommunikerer en almindelig kommerciel pc, der kører en HMI, med feltenheder såsom PLC'er via standard netværksprotokoller (f.eks. Ethernet). Ingeniørstationen og historiens database er også typisk almindelige kommercielle pc'er eller servere, der kommunikerer med feltenhederne via standard netværksprotokoller. Feltenheder opretter forbindelse til andre feltenheder ved hjælp af Ethernet-baserede industrielle kontrolprotokoller såsom Fieldbus. Nogle feltenheder opretter forbindelse til intelligente enheder ved hjælp af standard serielle buskommunikationsprotokoller såsom RS232 eller RS485, og nogle feltenheder forbinder direkte til sensorer, I \ O -enheder og maskinenheder.
3 Programmerbar logikcontroller PLC
En PLC er en feltenhed, der kan tilsluttes direkte til sensorer og aktuatorer eller andre feltenheder. PLC'er styres lokalt gennem logiske programmer (generelt i et format defineret i henhold til IEC 61131-3 -standarden) og er i stand til at modtage kontrolkommandoer og forespørgselsanmodninger fra en HMI gennem kontrolsystemets kommunikationsprotoks. Typer bruger i det væsentlige de samme underliggende komponenter. Typer bruger i det væsentlige de samme underliggende komponenter.
3.1 PLC -programmering
PLC'er kan programmeres ved hjælp af et af de sprog, der er anført i IEC 61131-3:
Stigdiagram (LD), grafisk
Funktionsblokdiagram (FBD), grafisk
Struktureret tekst (ST), tekstlig
Instruktionsliste (IL), tekstual
Sekvensfunktionsdiagram (SFC), grafisk
PLC fungerer i cykliske cyklusser kaldet "scanninger", der består af input, logisk udførelse og output.
3.2 Generel modulær PLC -arkitektur
Modulære PLC'er er sammensat af individuelle moduler forbundet med en bagplan. En ikke-modulær PLC integrerer alle komponenter i et enkelt bord.
3.3 PLC -modulinteraktion
I den generelle formål PLC-arkitektur vist i figur 2 har hvert modul et fysisk slot og tildeles en række bagplanadresser. Interface -registre og bufferhukommelser udsættes inden for rækkevidden af bagplanadresser. Meddelelser sendes og modtages ved moduler, der læser og skriver til registre eller andre modulbuffere.
3.4 Processormodul
Processormodulet er hjertet i PLC. Det implementerer koordinering mellem moduler og bruges undertiden som en bagplan. Processormodulet konfigurerer andre moduler ved power-up, hvis de ikke gemmer deres egne konfigurationer.
Processormodulet fortolker og udfører stige -logik, læser værdier fra kommunikationsmodulet eller I/O -modulet, opretholder den operationelle tilstand, kører "Scan" -cyklusser af stigen logik og skriver outputværdier til kommunikationsmodulet eller I/O -modulet.
3.5 Kommunikationsmodul
Kommunikationsmodulerne tager kommunikationsprotokolrelateret kode fra processormodulet. De tager de tidsfølsomme protokolinteraktionsdata fra processormodulet, hvilket sikrer, at processormodulet er i sin egen tidsfølsomme kontrolsløjfe. Da nogle kontrolsystemprotokoller er meget komplekse, kan kommunikationsmodulet have høj behandlingskraft, så kommunikationsmodulet kan være så komplekst som processormodulet.
3.6 I/O -moduler
I/O -moduler konverterer signaler mellem lavspænding (3,3 volt eller 5 volt), lav strøm (milliampere -niveau) kontrollogik og højspænding (24 volt eller mere), højstrøm (ampere niveau) processtyring. Analoge I/O-moduler indeholder analoge-til-digitale konvertere (ADC'er) og digital-til-analoge konvertere (DAC'er). Disse moduler har relativt enkel logik og relativt lidt intelligent hardware, og deres eneste opgave er at konvertere mellem analoge og digitale signaler.
3.7 Processorer til generelle formål
Der findes tre typer processorarkitekturer, der oftest findes i PLC'er:
ARM Architecture (7 eller 9 serie)
Motorola/Freescale 68000 Series Architecture
IBMs Power Architecture
ARM -arkitekturen blev designet af Arm, et firma med base i Storbritannien med mere end 1.700 ansatte. Arm fremstiller ikke chips, men snarere design og licenser den intellektuelle ejendom (IP) for dem. (1) ARM -arkitekturen er vidt brugt i indlejrede systemer og enheder, og den har en særlig stor andel af forbrugerelektronik, såsom mobiltelefoner og personlige digitale assistenter (PDA'er), med en markedsandel på over 90%. (2) ARM-processorer kan køre i big-endian eller lille-endian-tilstand og kan også bruge armen (32- bit) og tommelfingeren ({8}} bit) instruktionssæt.arm-processorer er ofte en del af tilpassede systemer-på-chips (SOCS).
Motorola (nu Freescale) 68000 -serien er en 32- bit kompleks instruktionssæt (CISC) mikroprocessor. Det er vidt brugt i indlejrede systemer. Det var verdens bedst sælgende 32- bit arkitekturprocessor i 2000, og 68000-serien er big-endian.
Power Architecture inkluderer PowerPC, et reduceret instruktionssæt (RISC) mikroprocessorarkitektur implementeret af IBM, Freescale, AMCC, Tundra og PA Semi, blandt andre. Power Architecture bruger stor-endian byte-sekvenser.
3.8 Hukommelseslayout
PLC'er bruger typisk ikke-flygtige flashhukommelsesopbevaring til at opbevare processormodul firmware- og stige-logikprogrammer (eller andre IEC 61131-3 sprog). Adressen på flashhukommelsen er kortlagt til processorens adresserum, ligesom kontrolregistrerne for andre ombord enheder. Ram bruges til at gemme status for køretid.
3.9 indlejrede operativsystemer
Mange indlejrede operativsystemer er også realtidsoperativsystemer (RTO'er). For at blive betragtet som en RTOS skal operativsystemet "deterministisk er forsinket eller garantere en worst-case afbrydelsesforsinkelse eller kontekstafbrydertid".
PLC'er bruger ofte kommercielle RTOS-implementeringer såsom VXWorks, Windows CE eller QNX, men kan også bruge brugerdefinerede "interne" operativsystemer. Selvom de endnu ikke er almindelige, er nogle producenter begyndt at bruge Linux-baserede operativsystemer på PLC'er.