Увидел на Хабре Q&A вопрос, как физически управляется оборудование в АСУ ТП, начал писать ответ, соответственно целую статью написал 🙂
Технически управлять оборудованием можно по-разному:
-
По подаче энергии (фазное или низковольтное – зависит от типа устройства). Подали еду – ушли, убрали – перестали. Здесь подойдут реле, магнитный пускатель, транзистор/тиристор/симистор…
-
Аналоговое управление – когда параметры подаются на устройство с определенным значением напряжения/тока. Например, подали 12В – пошло быстро, уменьшили до 5В – пошло пропорционально медленнее, при 0В – остановилось. Вариантом является пропорциональное управление, когда действие управления зависит от определенных факторов. Например, нам нужно как можно быстрее разогнать дрыгатель до стандартной скорости и затем поддерживать эти скорости. Мы сначала вкачиваем в него максимальную мощность, чтобы он заводился резво, затем по определенному закону снижаем ее до достижения нужной скорости, затем регулируем эту мощность по нагрузке на двигатель для поддержания нужной скорости. Конечно, аналоговым способом можно не только управлять мощным оборудованием, но и управлять контроллером с малыми напряжениями/токами, который уже будет качать мощность. Контроль натяжения подходит для коротких дистанций. при его увеличении потери в проводах становятся значительными, а напряжение на линейном выходе может быть совсем не то, что мы подали, соответственно контроллер будет работать некорректно. В этом случае вы можете переключиться на регулировку тока, см. «токовая петля».
-
Сухой контакт / Открытый коллектор / Оптопара. Дело в том, что мы можем управлять чем-то мощным с помощью маленькой мертвой кнопки. Пример: на пульте есть кнопка, в сторону машины тянется провод. По замыканию кнопки подается 12В на малое реле (промежуточное), которое подает одну фазу на большой пускатель, который подает 3 фазы на двигатель мощностью 100 киловатт. Или задача создать пульт для устройства. Есть устройство, которое может иметь свои кнопки, и мы хотим создать дополнительную станцию управления, которая будет дублировать кнопки на устройстве. Сделать это он мог. Разъем GPI (General Purpose Interface), замыкающий контакты, на которых заявлены соответствующие кнопки.
Все вышеперечисленные способы, как видите, “односторонние”, т.е. мы отдали приказ, а то, что произошло с другой стороны… не можем, что гадать, ну или насторожиться, слушай: жужжал или нет 🙂
Но ничто не мешает нам выбросить одну или несколько пар проводов и использовать их как «обратный канал»:
-
фаза подалась, реле сработало на другой стороне и вернуло нам нашу фазу, лампочка загорелась, сушилка запустилась физически – датчик сработал, загорелась вторая лампочка, агрегат перешел в третий режим, произошла аварийная остановка – большой красный 🙂
-
подали напряжение, агрегат запустился, сняли шестерню с помощью «динамо» и вернули напряжение на пульт, на котором
датчик напряжениявольтметр показывает скорость; -
на устройстве с GPI может. не только входы, но и выходы (иногда называемые Tally), сигнализирующие о состоянии устройства. Мы можем поднести их к нашему пульту и, например, поджечь лампочку кнопки, нажимали ли мы ее или Васян нажимал на самом устройстве.Конечно, все эти способы можно комбинировать, например, напряжение там, возврат GPI.
-
RS-232/422/485, Ethernet. Это последовательные интерфейсы, а перечисленные выше были параллельными. В отличие от «просто кнопки», они могут передавать сложные команды, используя одну пару проводов, несущих последовательно биты. Благодаря этому мы можем соединять сложные пульты тонким проводом. Например: у нас на пульте 8 кнопок. В случае с GPI потребуется 8 проводов + общий (земля). С помощью RS-… мы можем упаковать 8 кнопок в один байт (каждый бит — это состояние кнопки) и передавать его непрерывно, при этом следя за состоянием линии: данные есть — линия цела. Нам нужно больше кнопок — мы передаем несколько байт. Тогда я сказал пару, на самом деле их обычно не менее двух. Второй является только обратным каналом для передачи состояния устройства.
Да ничто не мешает использовать только “половинки” RS-232/422/485 для односторонней передачи, но это вообще не делается. А еще есть режим 422/485 с передачей по паре с временным мультиплексированием (линия переключается: сначала «туда», потом «обратно»). Дело в том, что эти интерфейсы изначально двунаправленные.
Благодаря тому, что последовательные интерфейсы являются «интеллектуальными», через них можно передавать сложные команды. Например, нам нужно управлять устройством с большой точностью, в пределах долей секунды. Разумеется, речь идет не о кнопках, а об автоматизированных контроллерах. GPI здесь не подходит, так как не гарантирует время отклика. Но мы можем заранее дать следующую команду: «Включить 10:11:12.16” или ” Вернуться к 5 сек от точки входа и бегите так, чтобы 17:18:19.00 режим вывода” или “Примерно В 12:00:00.00 переключиться с источника 5 на источник 55, но не раньше, чем там появится устойчивый сигнал”, а интеллектуальный контроллер, имея источник точного времени, выполнит команду как надо и сообщит что-то вроде “CAPSTAN LOCK“.Конечно, все дано не просто так, последовательные интерфейсы реализовать сложнее. Если вам нужно передать что-то более сложное, чем состояние 8 кнопок, вам уже нужно протокол обмена – набор правил формирования пакетов данных, благодаря которым оборудование разных производителей может понимать друг друга. Над протоколами могут быть протоколы, например, физический транспорт RS-422, в котором живет логический транспорт Modbus, над которым стоит оригинальный протокол ООО «Васян и Пацаны». реализована передача команд. Ну или посмотрите “модель OSI” – так устроена иерархия (стек) протоколов над физическим интерфейсом Ethernet.
В этой статье мы кратко рассмотрели основные физические интерфейсы передачи данных, наиболее используемые для управления любым оборудованием в народном хозяйстве. Это, конечно, не все. Например, важнейшая тема помехозащищенности отдельных типов линий, передачи сигналов на большие расстояния, использования отличных от медного провода физических сред (радио, оптических и т. д.) вообще не затрагивается. Но об этом в другой раз.
