Category: Корпоративные новости 

Система безопасных приборов, Safety Instrumented System (SIS), также известная как система безопасности с блокировкой (Safety interlocking System). Основное назначение — реализация сигналов тревоги, блокировки и управления в системах контроля на заводах. Она осуществляет действия по оповещению, регулировке или остановке оборудования на основе результатов контроля в системе управления, являясь важной составляющей автоматического управления на предприятиях.
Характеристики системы
Продвижение
Редактирование

(1) Основным стандартом является IEC61508, соответствующим требованиям Международной ассоциации безопасности по технике безопасности (ISA) к безопасности приборов.
(2) Обладает широкой охватываемостью, высокой степенью безопасности и функцией самодиагностики, способностью выявлять и предотвращать потенциальные опасности.
(3) Многократная избыточная система с возможностью аварийных отказов: SIS обычно использует многократную избыточную структуру для повышения запаса против аппаратных неисправностей; единичный отказ не приводит к потере функций безопасности SIS.
(4) Простота изменения приложений, возможность корректировки программного обеспечения в соответствии с практическими потребностями.
(5) Высокая степень охвата самодиагностики, минимальное количество контрольных точек, требуемых для проверки при обслуживании персоналом.
(6) Быстрое время отклика: от времени изменения входных сигналов до выходных — обычно около 10–50 мс, для некоторых небольших систем SIS время отклика может быть ещё меньше.
(7) Возможность проектирования безопасности всего контура — от датчиков до исполнительных элементов, включая функции мониторинга короткого замыкания, размыкания и т.д.

Основные компоненты
Продвижение
Редактирование

Система безопасных приборов включает датчики, логические операторы и конечные исполнительные устройства, то есть детекторы, управляющие блоки и исполнительные блоки. Система SIS может отслеживать возникающие или скрытые опасности в производственном процессе, подавать предупреждающие сигналы или напрямую выполнять заданные программы, немедленно переводя работу в режим предотвращения аварий, чтобы предотвратить их возникновение и минимизировать последствия.

Структура системы
Продвижение
Редактирование

Основные структурные решения для SIS включают TMR (тройную избыточность) и 2004D (четверную избыточность).

(1) Тройная избыточная структура (TMR): объединяет три изолированных параллельных цепей управления (каждая называется отдельной цепью) и широкий диапазон диагностики в одной системе, используя тройной голосовой метод «три братья — два победители» для обеспечения высокой надежности и безотказности управления. Такие системы, как TRICON, ICS, HollySys, используют структуру TMR.

(2) Структура 2004D: состоит из двух независимых параллельных систем. Контрольные модули отвечают за синхронное выполнение работы, и если в ходе самодиагностики обнаруживается неисправность одного модуля, ЦП принудительно его отключает, гарантируя корректность выходных сигналов. Кроме того, в модуле безопасных выходов предусмотрена функция SMOD (помехозащищённый метод удаления магнитного поля), которая обеспечивает передачу сигнала аварийной безопасности, даже если оба модуля системы или питание находятся в состоянии отказа. Одна выходная цепь фактически реализуется через четыре выходных цепи и функцию самодиагностики. Это обеспечивает высокую надёжность, безопасность и доступность системы. Системы SIS HONEYWELL и HIMA используют структуру 2004D.

Функции и требования
Продвижение
Редактирование

Основные функции и требования системы безопасных приборов:

1. Обеспечение нормальной работы производства и аварийной защиты (время сканирования ЦП системы управления должно достигать уровня миллисекунд).
2. Предупреждающие сигналы аварийной защиты (для большинства технологических параметров установлены определённые значения предупреждения и аварийных значений).
3. Отображение действий аварийной защиты и включения/выключения оборудования.

Дополнительные функции систем аварийной защиты:

1. Предварительная предупреждающая функция аварийной защиты.
2. Задержка аварийной защиты.
3. Различение первоочередных причин аварий.
4. Включение и переключение систем аварийной защиты.
5. Градация аварийной защиты.
6. Ручной экстренный останов.
7. Сброс аварийной защиты.

Принципы требований
Продвижение
Редактирование

1. Настройка сигналов тревоги и точек аварийной защиты, установка значений действий и диапазоны регулировки должны соответствовать требованиям технологического процесса.
2. При соблюдении условий безопасного производства следует стремиться к использованию простейших схем с минимальным количеством компонентов.
3. Сигналы тревоги и оборудование аварийной защиты должны устанавливаться в местах с малыми вибрациями, низким уровнем пыли, отсутствием коррозионных газов и электромагнитных помех.
4. Системы сигналов тревоги и аварийной защиты могут быть реализованы с помощью реле с контактами или без контактов (транзисторные схемы), а также с помощью DCS, PLC.5. Устройства обнаружения и исполнительные механизмы, установленные на месте в системах сигнальной оповещения и взаимодействия безопасности, должны соответствовать требованиям взрывозащиты и противопожарной защиты данного помещения.

6. Требования к питанию системы сигнальной оповещения совпадают с классом питания обычных приборов.

Принципы проектирования

Оповещение
Редактирование

Принципы проектирования датчиков

Принцип независимости

Критерии избыточности

Принципы проектирования конечных исполнительных механизмов

Принцип независимости клапанов

Критерии избыточности клапанов

Критерии согласования электромагнитных клапанов

Критерии согласования пускателей электродвигателей

Принципы проектирования логических модулей

Принцип независимости логических модулей

Критерии избыточности логических модулей

Принципы проектирования интерфейсов связи

Градация

Оповещение
Редактирование

Согласно IEC-61508 уровень надежности безопасности, необходимый для безопасной работы процесса, делится на 4 уровня (SIL1–SIL4). [1]

В соответствии с ISA-S84.01 уровень надежности безопасности разделяется на 3 уровня (SIL1–SIL3) на основе вероятности несоответствия требований взаимодействия безопасности системой:

1-й уровень применяется для редких аварий. В случае возникновения аварии воздействие на оборудование и продукцию незначительно, немедленное загрязнение окружающей среды и переломы людей не происходят, экономические потери невелики;

2-й уровень применяется для случаев, когда аварии происходят периодически. В случае аварии воздействие на оборудование и продукцию значительное, возможны загрязнение окружающей среды и травмы людей, экономические потери существенны;

3-й уровень применяется для случаев частых аварий. В случае аварии воздействие на оборудование и продукцию серьёзное, возможно значительное загрязнение окружающей среды и гибель людей, экономические потери велики.

В мониторинге работы промышленного оборудования модуль фазового синхронизатора является одним из ключевых компонентов. Его основная функция заключается в захвате фазовых сигналов вращающихся механизмов, что обеспечивает базовый эталон для анализа вибрации и измерения скорости вращения. Усовершенствованная версия модуля фазового синхронизатора 3500/25 от американской компании Bentley относится к категории датчиков, специально разработанных для систем инструментальных приборов на рамной основе. Благодаря оптимизации возможностей обработки сигналов модуль повышает надежность мониторинга состояния оборудования.
1. Техническое принципиальное устройство и основные компоненты:
Принцип работы модуля фазогенератора основан на электромагнитной индукции или фотоновом кодировании, при котором механический движение преобразуется в электрический импульсный сигнал путем обнаружения пазов или маркировочных точек на вращающейся оси. Модуль Bentley 3500/25 выполнен по двухканальной конструкции, поддерживает одновременную сборку двух сигналов фазы ключей, входное напряжение составляет 24 В, ток входа — 12 мА, что обеспечивает стабильную работу даже в сложных условиях эксплуатации. Вес основного модуля составляет всего 0,34 кг, вес модуля ввода-вывода (I/O) — 0,40 кг. Легкая конструкция позволяет легко интегрировать его в существующие системы мониторинга.
2. Функциональные характеристики и области применения:
Функция «установки-рамы» данного модуля позволяет беспрепятственно интегрироваться в систему мониторинга Bentley 3500, поддерживая такие функции, как измерение скорости вращения и анализ фазового сигнала. Например, при мониторинге паровых турбин или компрессоров модуль может точно захватывать фазовый сигнал на каждом обороте ротора, обеспечивая временной базис для анализа спектра вибрации и помогая инженерам выявлять несоосность валов, дисбаланс и другие неисправности. Минимальный объем упаковки составляет 1 штука, что делает его подходящим для модернизации отдельных устройств или небольшой масштабной развертки.
3. Технические улучшения и практическое применение: по сравнению с традиционными фазовращателями, модуль 3500/25 демонстрирует значительное повышение устойчивости к помехам и скорости отклика. Благодаря оптимизации схемы модуль эффективно фильтрует электромагнитные помехи в промышленной среде, а стабильность выходного сигнала увеличивается более чем на 30%. Кроме того, модуль поддерживает функцию горячей замены, что позволяет проводить обслуживание без остановки оборудования и снижает потери из-за простоев. Практические испытания показали, что при колебаниях скорости в пределах ±5% модуль сохраняет точность измерения фазы не менее ±0,1°.
4. Способ использования и меры предосторожности: при установке необходимо обеспечить совмещение пазов штифтов датчика с вращающимся валом, расстояние между ними должно составлять от 0,5 до 2 мм для достижения оптимальной силы сигнала. Модуль поддерживает монтаж на DIN-рейку или панель, что позволяет использовать его в различных конфигурациях корпусов. В повседневном использовании необходимо регулярно проверять надежность крепления разъемов, чтобы избежать плохого контакта из-за вибрации. Диапазон рабочих температур модуля составляет от -20 °C до +60 °C, что делает его пригодным для большинства промышленных условий.

Интерфейс программы
Интерфейс программирования — это механизм вызова сервисов, предоставляемый операционной системой для программистов. Он обеспечивает взаимодействие пользовательских программ с ядром через системные вызовы и включает функции управления процессами, работы с файлами, обмена данными между процессами и другие возможности. Будучи единственным законным способом доступа приложений к системным ресурсам, интерфейс запускает переход из пользовательского режима в режим ядра с помощью программных прерываний, передает запросы через регистры или таблицу параметров и в конечном итоге выполняет их, возвращая результат.

Развитие интерфейсов программирования сопровождается эволюцией парадигм программирования. В ранние времена процедурно-ориентированные языки использовали функции как минимальную единицу, а объектно-ориентированные языки ввели классы, объединяющие данные и методы. Чтобы решить проблему смешанного функционала внутри классов, механизмы интерфейсов определяют модульные наборы методов с помощью чисто виртуальных функций. Сначала C++ реализовал технологию интерфейсного поиска (QI) для переключения между функциональными модулями. Системные вызовы, являясь базовой реализацией интерфейсов, постепенно стандартизировались в такие спецификации, как POSIX, а также улучшались за счёт инкапсуляции через API, что повысило удобство использования.
Описание интерфейса
Сообщениередактор
Для описания интерфейсов необходимо рассказать об истории развития языков программирования. Как говорил Лу Синь: «Сначала изучай историю, а затем учись науке». Только поняв прошлое и настоящее языков программирования, можно разобраться, почему существуют столько языков и почему они выглядят именно так, как сейчас. После появления компьютеров ученые последовательно разработали множество языков — Smalltalk, Pascal, Basic, C, C++, Java, .NET и другие. Развитие этих языков можно рассматривать как исторический переход от процедурного к объектно-ориентированному программированию. Многие книги по объектно-ориентированному программированию, рассказывая о своей истории, включают этот период в свои описания и призывают читателей восхищаться преимуществами ОО-программирования. Проблема в том, что многие новички в программировании вообще не понимают, зачем вообще нужно такое изменение, и трудно осмыслить, для чего вообще нужны такие понятия, как виртуальные функции, интерфейсы и т.д. в ОО-языках. Гранулометрия. Трансляция.редактор
Прежде чем мы погрузимся в историю этого раздела, давайте сначала разберём понятие «гранулометрия». Что такое гранулометрия? Автор считает, что под гранулометрией подразумевается масштаб комбинирования кодовых единиц в программе. Возьмём пример: песок — кирпичи — шаблон для строительства дома. Представьте, что вы собираетесь построить дом, и существует множество способов его возведения. Если вам не против сложности, можно строить домиками из песка, или обжигать песок в кирпичи и использовать их для кладки, а также напрямую покупать двери, окна и стены для дома на заводе. Эти три различных метода представляют собой три разных масштаба комбинирования. Песок — это минимальная единица измерения: если строить небольшой дом из песка, возможно, это даже приемлемо, но, безусловно, нам придётся использовать огромное количество песка, что затрудняет управление им. Кирпичи представляют собой более крупный уровень, позволяющий строить большие дома; шаблон для строительства дома — это максимальный масштаб, который позволяет быстро сооружать крупномасштабные здания. Различия и взаимосвязи между этими тремя уровнями во многом аналогичны концепции написания программ.

Во время раннего изучения языка Pascal преподаватель объяснил, что базовой единицей в этом процедурном языке являются процедуры и функции — они представляют собой мельчайшие компоненты программы. Процедуры и функции позволяют реализовать базовое повторное использование кода. Когда мы пишем определённые фиксированные функции в виде процедур или функций, мы можем вызывать их в программе, не приходя в каждый нужный момент написать такой же код отдельно. Преимущество очевидно. В небольших программах использование процедур и функций вполне уместно, однако в средних и крупных программах их недостатки проявляются: гранулометрия процедур и функций слишком мала. Если в системе насчитывается 10 000 функций и процедур, наши программисты будут тратить огромное количество времени на поиск и обслуживание этих элементов. Управление 10 000 совершенно не связанных между собой функций и процедур очевидно сложно — как быстрое расстройство компании из 10 000 человек без отделов и должностей?

Объектно-ориентированное программированиередактор
Появление объектно-ориентированных языков было задумано именно для решения этой проблемы. Не слушайте, как ОО-языки хвалятся, их появление имело одну единственную цель — повысить гранулярность программирования. Основной элементом объектно-ориентированного программирования является класс (CLASS), который объединяет множество данных, методов и процедур, тем самым повышая уровень детализации компонентов. Теперь мы не работаем с процедурами и функциями, а с отдельными классами более высокого уровня.

Например, если мы разделим 10 000 человек на несколько отделов, каждый из которых будет заниматься разными задачами, компания наконец сможет нормально функционировать. Но стоит ли сразу после создания класса CLASS закрываться? Нет, новые вопросы возникают: допустим, в одном отделе много сотрудников, которые могут выполнять множество задач — как же улучшить управление внутри отдела? Возьмем класс, который предоставляет множество методов и свойств, но эти методы и свойства можно разделить на группы, выполняющие различные функции. Однако наш класс не обеспечивает такого управления.

В объектно-ориентированном программировании (AO) объект map обладает множеством функций: управление слоями, элементами, наборами выбора, отображение карты. Каждая из этих функций имеет множество методов и свойств, которые хаотично скопированы в один класс без какой-либо системы группировки. Когда программист хочет найти определенный метод, ему приходится перебирать все методы, что очень неудобно.

В этот момент появляется интерфейс (interface). Когда создатель C++ впервые предложил концепцию чистых абстрактных функций (по сути, интерфейсов), он столкнулся с сопротивлением. Многие не понимали смысла интерфейса. Мы хорошо использовали виртуальные функции, зачем тогда добавлять пустой формальный инструмент?

Если сказать, что это класс, то он не может создавать объекты; если сказать, что это объект, то у него нет тела метода. Интерфейс сыграл хорошую роль, выделив внутренние структуры класса. Для объекта map можно создать несколько интерфейсов, в которых будут определены методы и функции различных функциональностей. Класс map реализует эти интерфейсы, и теперь мы можем использовать интерфейсы для определения и реализации объектов.

Таким образом, интерфейс — это совокупность определенных методов и свойств.

Dim pGraphicsContainer as iGraphicsContainer
pGraphicsContainer = application.document.ActiveView.focusMap

Свойства и методы, доступные для использования в pGraphicsContainer, ограничиваются теми, что они определили, и нельзя использовать интерфейсы, такие как управление элементами. Как же тогда использовать другие функции? Это называется QI (Query Interface).

Dim pGeoFeatureLayer as iGeofeatureLayer
pGeoFeatureLayer = pGraphicsContainer QI

История развития компьютерных языков — это история постоянного повышения гранулярности компонентов и повторного использования кода. Раньше мы использовали процедуры и функции, затем классы, а потом интерфейсы — всё ради того, чтобы найти баланс между конкретностью и абстрактностью. Если слишком конкретно, например, процедуры и функции, — теряется структура. Если слишком абстрактно, например, классы, — невозможно различать их.

Пример кода:

public interface IForm{
voidShow();
voidShowDialog();}
public class A : IForm{
public void Show(){
}
public void ShowDialog(){
}
}
public class B : IForm{
public void Show(){
}
public void ShowDialog(){
}
}
public class FormFactory{
public static IFormCreateInstance(string parm){
если (параметр == “A”){
returnnewA();
elseif(parm==”B”)
returnnewB();}
return null;}
}
Это абстракция логики, это конкретизация метода — это философия написания программ.

Японская TOSHIBA TCPSV
TOSHIBA TCPSV — это программное обеспечение для программирования ПЛК (программируемых логических контроллеров). Ниже приведено подробное описание его функций и особенностей:
1. Интерфейс программного обеспечения и управление
Программное обеспечение TCPSV обладает интуитивно понятным и удобным интерфейсом, позволяющим пользователям выполнять большинство операций простым кликом и перетаскиванием. Основные окна включают окно проекта, окно сообщений и окно программы, которые обеспечивают пользователю полную среду программирования и информационный отклик.
Окно проекта: используется для отображения и управления структурой и содержимым всего проекта ПЛК, включая блоки программ, настройку параметров и определение переменных.
Окно сообщений: в реальном времени отображает различные сведения о работе программного обеспечения, такие как ошибки компиляции, предупреждения и подсказки, помогая пользователю своевременно выявлять и решать проблемы.
Окно программы: является основной областью для программирования ПЛК, поддерживает различные языки программирования (например, табличные диаграммы, таблицы команд) и предоставляет богатые возможности редактирования и отладки.

2. Создание и управление проектами
Регистрация и выбор проекта:
Пользователь может зарегистрировать несколько проектов в TCPSV и выбрать нужные для редактирования проекты, нажав кнопку «ОК». Максимум можно выбрать 3 проекта; не выбранные проекты будут установлены по умолчанию (начальные данные).
Типы ПЛК и выбор языка программирования:
После выбора типа ПЛК и языка программирования нажмите кнопку «OK», чтобы войти в интерфейс редактирования проекта. TCPSV поддерживает различные типы ПЛК и языки программирования, что позволяет удовлетворить потребности разных пользователей.
Создание проекта из файла DOS KGL:
Пользователь может создать новый проект, используя объекты, созданные в KGL for DOS, включая программы, параметры и переменные/комментарии. После выбора существующего файла KGL необходимо выбрать тип ПЛК и язык программирования, чтобы открыть новый проект.
Создание проекта из файла GSIKGL:
TCPSV также поддерживает создание новых проектов из файлов GSIKGL. Пользователю достаточно выбрать существующий файл GSIKGL (например, *.PGM, *.CMT) в диалоговом окне и одновременно указать тип ПЛК и язык программирования.
3. Функции программирования и отладки
Меню блоков:
TCPSV предоставляет функцию блочного меню, с помощью которого пользователи могут управлять блоками программы, выполняя такие операции, как вырезание (Ctrl+X), копирование (Ctrl+C) и вставка (Ctrl+V). Эти функции доступны только после выбора блока.
Редактировать меню:
Пользователь может вставлять и удалять строки кода на курсоре, что удобно для локальных изменений и корректировки программы.
Редактор комментария Рунга:
TCPSV поддерживает редактирование комментариев к строкам (т.е. комментариев к строкам) в указанных строках, что помогает пользователям лучше понять структуру и функциональность программы.
Выбор блока:
Пользователь может выбирать блоки по количеству шагов, что удобно для копирования, перемещения или удаления крупных фрагментов кода.
Оптимизируйте программу:
TCPSV предоставляет функцию оптимизации программ, позволяя достичь максимально возможного состояния программы путем удаления NOP-команд (команд без действия) или ненужных строк.
Поиск и замена:
Пользователь может использовать функцию поиска и замены для быстрого нахождения и замены заданных объектов операций (например, имен переменных, команд и т. д.), что повышает эффективность программирования.
4. Другие функции
TCPSV также поддерживает множество других функций, таких как онлайн-мониторинг, диагностика неисправностей и запись данных. Эти функции позволяют пользователям в режиме реального времени отслеживать состояние работы ПЛК, своевременно выявлять и решать возникающие проблемы.

PCIe-карта памяти с оптическим отражением представляет собой высокопроизводительное устройство связи с низкой задержкой, широко применяемое в промышленной автоматизации, аэрокосмической отрасли, военной моделировании, медицинской визуализации и других областях. Она обеспечивает высокоскоростной обмен данными между несколькими компьютерами через оптическую сеть, гарантируя согласованность и оперативность данных, что особенно подходит для распределённых систем, где важны требования к времени и синхронности.
**Основные технологии PCIe-карты рефлективной памяти**
Рефлективная память (Reflective Memory) — это особая технология общего доступа к памяти, основой которой является отображение памяти нескольких узлов в глобальное адресное пространство через высокоскоростную сеть (например, оптоволоконную). PCIe-карта рефлективной памяти использует интерфейс PCIe для связи с хостом и соединяется с другими узлами через оптоволоконную сеть, обеспечивая синхронизацию данных в режиме реального времени. Основные особенности технологии включают:
1. **Связь с низкой задержкой**: Задержка отражения данных в оптоволоконных картах памяти обычно составляет уровень микросекунд, что значительно ниже, чем в традиционных сетях TCP/IP, и подходит для систем, требующих быстрого реагирования.
2. **Детерминированная передача данных**: После записи данных в локальную память они немедленно распространяются на все соединённые узлы, обеспечивая согласованность данных.
3. **Отсутствие сложных протоколов**: Технология отражения данных использует аппаратное синхронизацию данных, не требуя дополнительного программного стека, что снижает нагрузку на процессор.
4. **Высокая пропускная способность**: Современные оптоволоконные карты памяти с технологией отражения данных по интерфейсу PCIe поддерживают скорость передачи данных до нескольких Гбит/с, что позволяет удовлетворить потребности в реальном времени передаче больших объёмов данных.
### **Типичные сферы применения**
#### **1. Промышленная автоматизация и реальное управление**
В интеллектуальном производстве и автоматизированных производственных линиях множество управляющих модулей (например, ПЛК, контроллеры движения, роботы) должны оперативно обмениваться данными. Например, сварочные роботы в автомобилестроении требуют синхронизации координатных данных: традиционные сети могут приводить к несинхронизации действий из-за задержек, тогда как PCIe-карта с отражением памяти обеспечивает синхронизацию данных на уровне миллисекунд, повышая точность и эффективность производства.
2. Авиакосмическая и авиационная симуляция
Авиационные симуляторы требуют совместной работы нескольких вычислительных узлов (например, системы визуализации, динамической модели, инструментальной системы). Традиционные сети могут вызывать задержки из-за задержек, что приводит к лагам в отображении или операциям. Использование PCIe-карты памяти с оптическим отражением позволяет подсистемам в реальном времени обмениваться данными полета, обеспечивая плавность и точность моделирования.
3. Военная имитация и распределённое обучение
В военной сфере распределённые системы имитации (например, моделирование полей боя, испытания оружия) требуют реального времени взаимодействия между несколькими вычислительными узлами. Например, в системе обороны отражения необходимо одновременно обрабатывать данные радаров, траектории ракет и команды управления. Карта памяти с оптическим отражением позволяет всем узлам получать актуальные данные за очень короткий промежуток времени, что повышает скорость реакции и надёжность системы.
4. Медицинская визуализация и навигация во время операций
В медицинской сфере, например при использовании МРТ, КТ и других визуализационных систем, требуется высокоскоростная передача больших объемов данных на рабочие станции для анализа. Оптоволоконные карты памяти с отражением PCIe позволяют создавать системы медицинской визуализации с низкой задержкой, обеспечивая врачу возможность получения высококачественных изображений в реальном времени во время навигации во время операции или дистанционного консилиента, что повышает точность диагностики и лечения.
5. Высокочастотная торговля в финансовой сфере
В области количественной торговли торговые системы должны выполнять прием, анализ и отправку заявок на рынке с точностью до микросекунды. Традиционные сети могут привести к потере арбитражных возможностей из-за задержек, тогда как карты памяти с отражением оптического сигнала PCIe обеспечивают сверхнизкую задержку связи между биржей и сервером, повышая конкурентоспособность торговых систем.
### **Анализ реальных примеров**
#### **Пример 1: Система симулятора полетов авиакомпании**
Одна авиакомпания разработала распределённый симулятор полётов, используя карты памяти с отражением данных по оптическому кабелю PCIe. В системе присутствует несколько вычислительных узлов, каждый из которых отвечает за вычисление динамики полёта, рендеринг визуализации, отображение приборов и обратную связь управления. Традиционная система Ethernet имела задержку около 10 мс, что приводило к несинхронизации между действиями пилотов и обновлением изображения. После перехода на карты памяти с отражением данных по оптическому кабелю задержка синхронизации данных снизилась до менее чем 1 мкс, что значительно повысило реалистичность симулятора и эффективность обучения.
#### **Пример 2: Система управления синхронизацией промышленных роботов**

Автомобильный производитель внедрил несколько кооперирующих роботов на сварочной линии, требуя строгой синхронизации траекторий их движений. Изначально использовалась коммуникация по шине PROFINET, однако из-за джампинга сети роботы иногда отклонялись в движениях. После внедрения PCIe-карты памяти с оптическим отражением все команды управления роботами стали синхронизироваться в реальном времени через оптоволоконную сеть, что позволило снизить погрешность до менее чем 0,1 мм и значительно повысить качество сварки.
#### **Пример 3: Система обработки данных военных радаров**
Один научно-исследовательский институт оборонного назначения разработал распределённую систему обработки данных радаров, предназначенную для оперативного отслеживания нескольких высокоскоростных целей. Традиционные решения использовали гигабитный Ethernet, что приводило к высокой задержке обработки данных и недостаточной точности отслеживания целей. После внедрения PCIe-карты памяти с оптическим отражением данные радаров стали обрабатываться в реальном времени между вычислительными узлами, а время отклика системы снизилось с миллисекунд до микросекунд, значительно повысив способность к восприятию боевого поля.
### **Тенденции будущего развития**
С развитием технологий, таких как Индустрия 4.0, автономное вождение и метавселенная, потребность в синхронизации данных в реальном времени будет только расти. Карты памяти на основе оптического отражения PCIe могут развиваться в следующем направлении:

1. **Более высокая пропускная способность**: поддержка PCIe 5.0/6.0 обеспечивает более высокие скорости передачи данных.
2. **Более интеллектуальные возможности**: совместно с ускорением с помощью ИИ позволяют проводить предварительный анализ данных и динамическую оптимизацию.
3. **Шире применение**: расширение в области периферийных вычислений, связи 5G, квантовых вычислений и других областей.
### **Заключение**
PCIe-карта памяти с оптическим отражением благодаря низкой задержке, высокой надежности и возможности аппаратного синхронизации данных стала ключевой технологией в распределённых системах реального времени. Она значительно повышает производительность и скорость реакции систем, будь то промышленное управление, военная имитация, медицинская визуализация или финансовые операции. В будущем, по мере постоянного прогресса технологий, сфера применения будет расширяться, и она станет основным решением для связи в большем количестве отраслей.

Источник питания, обеспечивающий ток возбуждения синхронного генератора, и вспомогательное оборудование к ней называются системой возбуждения. Обычно она состоит из двух основных частей: блока возбуждения и регулятора возбуждения. Блок возбуждения обеспечивает ротор синхронного генератора током возбуждения, а регулятор возбуждения управляет выходным сигналом блока возбуждения на основе входного сигнала и заданных параметров регулирования.

Автоматический регулятор возбуждения играет важную роль в повышении стабильности параллельных агрегатов электрической сети. Особенно современное развитие энергосистем привело к снижению пределов стабильности агрегатов, что также способствует постоянному развитию технологии возбуждения.

Описание системы

Возбуждение
Процесс создания вращающегося магнитного поля в роторе генератора по принципу электромагнитной индукции обычно называется возбуждением. Кроме того, подвозбуждение — это процесс подачи рабочего магнитного поля на электрооборудование, использующее принцип электромагнитной индукции, например, генераторы. Иногда устройство, подающее питание на ротор генератора, также называют возбуждающим устройством.

С развитием строительства электростанций отрасль электроэнергетики Китая вступила в этап крупных сетей, высокого напряжения и больших агрегатов. Стабильность работы крупногабаритных агрегатов имеет решающее значение для стабильности и безопасности всей сети. Однако наибольшее влияние на стабильность генератора оказывает система возбуждения. Она играет крайне важную роль в обеспечении безопасности сети, не только гарантируя стабильную работу агрегатов, но и служит рычагом для регулирования реактивной мощности и напряжения во всей сети.

Основные функции
1. Поддержание напряжения на стороне генератора на заданном уровне; при изменении нагрузки генератора регулировать силу возбуждения, чтобы сохранять напряжение на стороне генератора на заданном уровне.
2. Управлять распределением реактивной мощности между параллельно работающими генераторами.
3. Повышать статическую стабильность параллельно работающих генераторов.
4. Повышать транзитную стабильность параллельно работающих генераторов.
5. Выключать магнитное поле при возникновении внутренних неисправностей в генераторе, чтобы минимизировать потери.
6. Ограничивать максимальный и минимальный ток возбуждения в соответствии с требованиями эксплуатации генератора.

Типы систем
Показать

Генераторы постоянного тока
Для этого типа возбуждения используются специальные генераторы постоянного тока (DC generators), которые обычно соединены с генератором на одной оси. Вращающийся магнитный поток генератора создаётся за счёт постоянного тока, поступающего через кольца (brushes) и фиксированные брёвна (brushes) с помощью генератора постоянного тока, установленного на большой оси генератора. Такой способ возбуждения обладает преимуществами, такими как независимость тока возбуждения, высокая надёжность работы и уменьшение расхода собственной электроэнергии. На протяжении последних десятилетий он был основным способом возбуждения генераторов и имеет богатый опыт эксплуатации. Недостатками являются медленная скорость регулировки возбуждения и значительные затраты на обслуживание, поэтому его применяют реже всего в агрегатах мощностью свыше 10 МВт.

Генераторы переменного тока
Некоторые современные генераторы большого размера используют генераторы переменного тока (AC generators) для подачи тока возбуждения.Электрический двигатель с переменным током также устанавливается на большой оси генератора. Выходной переменный ток после выпрямления подаётся на возбуждение ротора генератора, при этом способ возбуждения генератора называется внешним возбуждением. Поскольку используется статическое выпрямительное устройство, такой метод возбуждения также называют статическим внешним возбуждением. Электрический двигатель с переменным током служит для подачи тока возбуждения. Данный электрический двигатель может быть постоянного тока или переменного тока с автономным источником постоянного напряжения. Для увеличения скорости регулирования возбуждения обычно используются среднечастотные генераторы частотой 100–200 Гц, а для дополнительных электрических двигателей — среднечастотные генераторы частотой 400–500 Гц. В этих генераторах обмотки постоянного и трёхфазного переменного тока намотаны внутри статорных щупалец, а ротор имеет только зубья и щупалец, без обмоток, что создаёт эффект «зубчатого колеса». Таким образом, в них отсутствуют движущиеся контакты, такие как щётки и кольца скользящего тока, что обеспечивает надёжную работу, простую конструкцию и удобство изготовления.

Недостатками являются высокий уровень шума и значительная гармоническая составляющая переменного напряжения.

[2]

Безвозбуждающий генератор

В системе возбуждения специальный генератор не устанавливается, а источник питания для возбуждения поступает непосредственно из самого генератора, который после выпрямления подаётся на возбуждение генератора. Такой способ возбуждения называется статическим автоматическим возбуждением. Статическое автоматическое возбуждение можно разделить на два типа: самовозбуждение и повторное самовозбуждение. При самовозбуждении ток возбуждения получают через выпрямительный трансформатор, подключённый к выходу генератора, и после выпрямления подаётся на возбуждение генератора. Этот способ имеет преимущества простой конструкции, малого количества оборудования, экономии инвестиций и уменьшения затрат на обслуживание. При повторном самовозбуждении помимо выпрямительного трансформатора используется мощный трансформатор, последовательно соединённый с цепью статора генератора. Этот трансформатор служит для подачи большого тока возбуждения при коротком замыкании, чтобы компенсировать недостаток напряжения, получаемого выпрямительным трансформатором. В этом способе возбуждения имеются два источника питания: напряжение, получаемое через выпрямительный трансформатор, и ток, получаемый через последовательно подключённый трансформатор. [2]

Свойства

Проголосить

Регулировка напряжения

Система автоматической регулировки возбуждения представляет собой систему отрицательной обратной связи с регулируемым параметром — напряжением. Ток реактивной нагрузки является основной причиной падения напряжения на выводах генератора. При неизменном токе возбуждения напряжение на выводах генератора снижается по мере увеличения тока реактивной нагрузки. Однако для удовлетворения требований потребителей к качеству электроэнергии напряжение на выводах генератора должно оставаться практически неизменным. Этому достигается путём изменения тока возбуждения в соответствии с изменением тока реактивной нагрузки. [2]

Реактивная мощность

При параллельном включении генератора в сеть можно считать, что генератор работает на источнике бесконечной мощности. Чтобы изменить реактивную мощность генератора, необходимо регулировать ток возбуждения генератора. В этом случае изменяемый ток возбуждения не является обычным понятием «регулировка напряжения», а представляет собой изменение тока, поступающего в систему, которое определяет реактивную мощность генератора. [2]

Реактивная нагрузка

При параллельном включении генераторов реактивная нагрузка распределяется пропорционально их номинальным мощностям. Большие генераторы должны нести большую часть реактивной нагрузки, а малые — меньшую. Для автоматического распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами можно использовать автоматическую систему регулировки напряжения, которая изменяет ток возбуждения генератора, поддерживая напряжение на выводах генератора постоянным, а также можно регулировать угол наклона характеристики регулировки напряжения, чтобы добиться более равномерного распределения реактивной нагрузки между генераторами. [2]

Автоматическая регулировка

Проголосить

Методы

Изменение тока возбуждения генератора обычно осуществляется не напрямую в обмотку ротора, поскольку ток в этой обмотке очень велик и неудобен для прямой регулировки. Обычно применяется метод изменения тока возбуждения генератора через электрический двигатель с переменным током. [2]В качестве распространённых методов можно выделить изменение сопротивления цепи возбуждения генератора, изменение дополнительного тока возбуждения, изменение угла включения тиристоров и т.д. В данном случае основное внимание уделяется методу изменения угла включения тиристоров: в зависимости от изменений напряжения, тока или коэффициента мощности генератора, угол включения выпрямителя на тиристорах соответственно корректируется, что приводит к изменению тока возбуждения генератора. Данная система обычно состоит из электронных компонентов — транзисторов и тиристоров, обладает такими преимуществами, как высокая чувствительность, быстрота, отсутствие зоны отказа, большая выходная мощность, малые габариты и вес. В аварийных ситуациях она эффективно подавляет перенапряжение генератора и обеспечивает быстрое размагничивание.

Компоненты устройства:

Автоматическое регулировочное устройство возбуждения обычно состоит из следующих модулей: измерительного, синхронизирующего, усилительного, регулирующего, стабилизирующего, ограничительного и некоторых вспомогательных модулей. [2]

1. Измерительный модуль
Сигналы измерения (например, напряжение, ток и т.д.) преобразуются в измерительном модуле и сравниваются с заданными значениями. Затем результат сравнения (отклонение) усиливается предварительным и силовым усилителями и используется для управления углом включения тиристоров, тем самым регулируя ток возбуждения генератора.

2. Синхронизирующий модуль
Цель синхронизирующего модуля — обеспечить синхронность импульсов запуска, вырабатываемых фазированным блоком, с переменным питанием возбуждения тиристоров, чтобы гарантировать правильную триггерную синхронизацию тиристоров.

3. Регулирующий модуль
Регулирующий модуль предназначен для стабильного и рационального распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами.

4. Стабилизирующий модуль
Стабилизирующий модуль был введён для улучшения стабильности энергосистемы. Модуль стабилизации системы возбуждения используется для повышения стабильности системы возбуждения.

5. Ограничительный модуль
Ограничительный модуль предназначен для предотвращения работы генератора при условиях перегрузки по возбуждению или недостаточного возбуждения.

Следует отметить, что не каждое автоматическое регулировочное устройство возбуждения оснащено всеми вышеупомянутыми модулями. Находящиеся в устройстве регулирования количество модулей зависит от конкретных задач, которые оно выполняет.

Компоненты устройства:

Для автоматического регулировочного устройства возбуждения используются следующие компоненты: трансформаторы напряжения на стороне машины, трансформаторы тока на стороне машины, трансформаторы возбуждения; устройство возбуждения должно обеспечивать следующие токи: промышленное переменное напряжение 380 В, промышленное постоянное напряжение 220 В (исправительный ток), промышленное постоянное напряжение 220 В (ток замыкания); необходимо обеспечить следующие аналоговые сигналы: напряжение на стороне генератора 100 В, ток на стороне генератора 5 А, напряжение шины 100 В, а также следующие сигналы реле выхода устройства возбуждения: перегрузка трансформатора возбуждения, потеря магнитного поля, аварийный режим устройства возбуждения и т.д.

Система управления, защиты и сигнализации возбуждения состоит из размыкателя, цепи помощного возбуждения, вентилятора, размыкателя, сигнализации перегрузки возбуждения, сигнализации перегрузки трансформатора возбуждения, сигнализации неисправности регулятора, аварийного состояния генератора, сигнализации изменения количества электроэнергии и т.д. При внутренней неисправности синхронного генератора, помимо отключения, необходимо произвести размагничивание, максимально быстро ослабивая магнитное поле ротора до минимального уровня, чтобы при условии отсутствия перегрузки ротора время размагничивания было как можно короче. Это является основной функцией устройства размагничивания. В зависимости от номинального напряжения возбуждения различают линейные и нелинейные методы размагничивания сопротивлением.

Цифровое автоматическое регулировочное устройство возбуждения

За последние десять лет благодаря появлению новых технологий, новых процессов и новых компонентов, способы возбуждения генераторов постоянно развиваются и совершенствуются. В области автоматических регулировочных устройств возбуждения также продолжаются разработка и внедрение многочисленных новых регулирующих устройств. Поскольку цифровые автоматические регулировочные устройства возбуждения, реализованные с помощью программного обеспечения компьютеров, обладают значительными преимуществами, во многих странах разрабатываются и испытываются цифровые автоматические регулировочные устройства возбуждения, объединяющие микрокомпьютеры с соответствующими внешними устройствами. Такие устройства могут осуществлять адаптивное регулирование.

(CPM) состоит из вторичной платы питания PWS, платы обработки оповещений ALM, основной платы обработки AMP, центральной базы данных CDP, платы управления шиной BCP и встроенной платы обработки услуг ISP. Плата хранения тарифных записей SUB также интегрирована в структуру этого модуля. Модуль отвечает за управление соединением между модулями всей системы коммутации, создавая центральную базу данных (CDB) через плату центральных баз данных (CDP), что позволяет управлять ресурсами переправ и различными общими ресурсами, а также осуществлять техническое обслуживание оборудования центральных модулей. Аппаратные платы AMP, CDP и BCP являются платами CPC, которые с помощью загружаемого программного обеспечения выполняют функции главного управления, управления базой данных и перемещения шин, работая в режиме «главный-резервный». CPM предоставляет интерфейс между основным процессором и терминалом для оперативного обслуживания, совместно с BAM реализует функцию OAM системы коммутации. В этом случае плата AMP и плата BCP фиксированно конфигурируются в пару, плата CDP должна быть конфигурирована как минимум в пару, а плата ISP может быть конфигурирована до 6 пар [1].

Состав центрального модуля обработки (CPM)

Модуль CPM включает вторичную плату питания PWS, плату обработки оповещений ALM, основную плату обработки AMP, центральную базу данных CDP, плату управления шиной BCP и встроенную плату обработки услуг ISP. Плата хранения тарифных записей SUB также расположена внутри блока CPM. Платы AMP, CDP и BCP имеют аппаратное обеспечение в виде плат CPC, которые с помощью соответствующего программного обеспечения на основном компьютере выполняют функции главного управления, управления централизованной базой данных и перемещения шин, работая в режиме «главный-резервный». При этом плата AMP и плата BCP фиксированно конфигурируются в пару, плата CDP и плата ISP конфигурируются в зависимости от конкретных условий: плата CDP должна быть конфигурирована как минимум в пару, но не более семи пар; плата ISP может быть конфигурирована до шести пар.

Пропорциональный регулятор (proportional controller) — это управляющее устройство, которое осуществляет линейную регулировку на основе сигнала отклонения. Его принцип управления заключается в пропорциональной зависимости между входным отклонением и выходным сигналом. Обладает высокой скоростью реакции, но имеет статическое отклонение. При достижении стабильности системы выход регулятора равен нулю, однако фактическое значение управляемого объекта по-прежнему отклоняется от заданного значения, что требует компенсации путём изменения коэффициента усиления с помощью регулировки коэффициента пропорциональности [3].

Пропорциональный регулятор состоит из пропорционального усилителя и пропорционального электромагнита. Пропорциональный электромагнит является электромеханическим преобразователем, который преобразует токовый сигнал в перемещение или усилие, обладая простой конструкцией и удобством обслуживания [1]. Управляющий усилитель обеспечивает электромагнит определённым током, поддерживающим развязку или замкнутый контур управления.

Современные интеллектуальные пропорциональные регуляторы используют интегрированный дизайн, объединяя датчики, усилители и корпус клапана в единое целое, оснащая цифровыми чипами для многофункционального управления. Благодаря оптимизации конструкции, например, оптимизации конструкции ротора перемещения и приводного вала у трёхроторных пропорциональных регуляторов, объём и масса сокращаются примерно на 38% и 50% соответственно при сохранении высокой точности управления [2][4].

Интеллектуальный регулятор может комбинировать управление такими параметрами, как перемещение и скорость, с помощью программных алгоритмов, а также интегрировать функцию реального времени связи [2].

Принцип работы

Пропорциональный регулятор представляет собой систему пропорционального управления, состоящую из пропорционального усилителя и пропорционального электромагнита. Его характеристики напрямую влияют на общие характеристики пропорционального клапана. Даже если отдельные компоненты, такие как пропорциональный усилитель и электромагнит, соответствуют проектным требованиям, их совместная работа не всегда удовлетворяет требованиям системы. Это связано с проблемой согласования параметров между различными элементами системы. Оптимизация комплексных характеристик системы пропорционального управления позволяет корректировать соответствующие параметры, достигая оптимального соответствия, что и является целью проектирования данной системы.

Электрогидравлический пропорциональный клапан — это тип клапана, который непрерывно и пропорционально управляет такими параметрами жидкости, как давление и расход, на основе входного электрического сигнала. Он способен выполнять сложные функции управления, обладает устойчивостью к загрязнениям, низкой стоимостью и быстрой реакцией, поэтому получает всё более широкое применение в гидравлических системах управления.

Пропорциональный усилитель — это электронное устройство, которое подаёт на пропорциональный электромагнит ток определённой величины, обеспечивая развязку или замкнутый контур управления электрогидравлического пропорционального клапана или системы управления.

Пропорциональный электромагнит служит электромеханическим преобразователем в системе электрогидравлического пропорционального управления. Его функция заключается в преобразовании токового сигнала, подаваемого усилителем, в перемещение. Пропорциональный электромагнит обладает большим усилием, простой конструкцией, низкими требованиями к качеству масла, удобством обслуживания и низкой стоимостью, являясь наиболее широко используемым электромеханическим преобразователем в технологии электрогидравлического пропорционального управления [1].

Характеристики и надёжность работы пропорционального электромагнита существенно влияют на работу электрогидравлической системы пропорционального управления и её компонентов, являясь одним из ключевых компонентов данной технологии.

Применение

Пропорциональный регулятор является основной частью электрогидравлической системы пропорционального управления. Современные электрогидравлические регуляторы объединяют в себе усилитель пропорционального управления, интеллектуальный регулятор, интерфейс полевной шины и другие цифровые функциональные модули. Для интеграции с пропорциональным клапаном требуется миниатюрность и высокая эффективность. В Китае до сих пор существуют значительные разрывы в области проектирования регуляторов по сравнению с зарубежными аналогами, особенно в части разработки высокоэффективных решений, где энергопотребление регуляторов остаётся высоким.
Особенности интеллектуальных регуляторов:(1) Компактность и интеграция конструкции: благодаря миниатюризации датчиков и электронных компонентов появились элементы, объединяющие датчики, усилители измерений, усилители управления и клапаны в единый блок. В современных системах пропорционального управления крупнейшие мировые гидравлические компании интегрируют электронные схемы в клапаны или насосы, что позволяет сократить количество проводов и пин-контактов, делает систему более простой, менее требовательной к пользователю и обеспечивающую высокую надежность.

(2) Цифровизация и интеллектуализация: применение цифровых микросхем и микропроцессоров позволяет реализовать ранее аппаратными средствами различные функции управления с помощью программного обеспечения, что делает систему более гибкой, удобной и экономичной. Интеллектуальные узлы с функцией связи могут осуществлять мгновенную связь с другими узлами или центральным контроллером. Гидравлические компоненты каждого узла способны выполнять сбор, обработку и хранение определённых сигналов в соответствии со своими специфическими требованиями, а центральный станций управления может осуществлять контроль на месте, мониторинг всей системы и диагностику неисправностей.

(3) Многофункциональность: например, при управлении одним исполнительным механизмом или насосом с помощью электрогидравлического пропорционального клапана можно одновременно управлять перемещением, скоростью, ускорением, силой или давлением — всё зависит от используемых в системе датчиков, величин обратной связи и алгоритмов управления, либо от переключения электронных схем. [2]

В современной промышленности и области автоматического управления двигатели играют ключевую роль как основные компоненты приводов и передач. Среди них серводвигатели и обычные двигатели, являясь двумя наиболее распространёнными типами двигателей, обладают уникальными характеристиками и сферами применения. Компания «Хэйхуэй Интеллект» рассмотрит различия между серводвигателями и обычными двигателями с различных точек зрения.
1. Определение и принцип работы
#Сервопривод#, как следует из названия, представляет собой электродвигатель, способный точно следовать управляющему сигналу. Это не просто электродвигатель, но и система управления, которая обеспечивает точное управление и обратную связь по положению, позволяя достичь высокоточного контроля положения, скорости и движения. Следует отметить, что сервопривод обычно оснащается датчиками обратной связи, такими как энкодеры или анализаторы, которые в реальном времени определяют положение и скорость двигателя и передают эти данные системе управления, обеспечивая точное управление двигателем.

Обычный электродвигатель — это электромагнитное устройство, преобразующее или передающее электрическую энергию на основе закона электромагнитной индукции. Обычно он не имеет механизма обратной связи, поэтому степень точности управления относительно невысока. Принцип работы обычного электродвигателя довольно прост: благодаря силе, действующей на ток в магнитном поле, ротор двигателя вращается, превращая электрическую энергию в механическую.

2. Точность управления и скорость отклика
Сервомоторы благодаря механизму обратной связи позволяют более точно управлять такими параметрами, как положение и скорость. Их точность управления обычно достигает уровня микрометров или даже нанометров, что делает их пригодными для применения в областях, требующих высокой точности, таких как робототехника, автоматизированное оборудование, прецизионная обработка и т.д. Кроме того, сервомоторы обладают высокой скоростью отклика — они могут реагировать на внешние управляющие сигналы за миллисекунды или даже быстрее.
В сравнении с этим, точность управления и скорость отклика обычных электродвигателей относительно низкие. Обычно они позволяют лишь приблизительно контролировать положение и скорость, что не соответствует требованиям высокоточного управления. Кроме того, скорость отклика обычных двигателей также относительно медленная, и они не могут быстро реагировать на внешние управляющие сигналы.
3. Конструкция и стоимость
Механическая конструкция сервопривода и обычного двигателя в принципе схожа: оба состоят из статора и ротора. Однако структура сервопривода более сложна, она требует наличия устройства обратной связи, таких как энкодер и анализатор, а также управляющего оборудования, например, серводрайвера. Это приводит к тому, что стоимость сервопривода обычно выше, чем у обычного двигателя, а типы неисправностей больше, ремонт более трудоемкий. IV. Сферы применения
Сервомоторы широко применяются в автоматизации, робототехнике, обработке и производстве, где требуется точное, высокоскоростное и эффективное управление. Например, на автоматизированных производственных линиях сервомоторы позволяют точно контролировать траекторию и скорость движения манипулятора, обеспечивая точную сборку и обработку деталей.
Обычные электродвигатели в основном используются в случаях, где не требуется высокая точность управления и быстрое отклик. Например, в обычных электроприборах, таких как электронные игрушки, гребенки для бритья и т.д., часто применяются обычные электродвигатели в качестве приводных устройств.
5. Подведение итогов
В целом, сервоприводы и обычные электродвигатели существенно различаются по определению, принципу работы, точности управления и скорости отклика, конструкции и стоимости, а также по области применения. Сервоприводы благодаря высокой точности и быстрому отклику играют важную роль в таких областях высокотехнологичного производства, как автоматизация и робототехника. В то же время обычные электродвигатели, обладая простой конструкцией и низкой стоимостью, доминируют в применении к обычным электроприборам и промышленной сфере. При выборе двигателя следует учитывать конкретные потребности и условия эксплуатации, чтобы обеспечить соответствие характеристик и надежности двигателя.

Важность и предыстория проверки программируемых логических контроллеров (ПЛК)

Программируемые логические контроллеры (ПЛК), являясь ключевым компонентом систем промышленной автоматизации, широко применяются в таких важных отраслях, как производство, энергетика, транспорт и автоматизация зданий. С углублением индустрии 4.0 и интеллектуального производства надежность, стабильность и безопасность ПЛК напрямую влияют на эффективность и безопасность работы всей производственной системы. Проверка ПЛК представляет собой систематизированные испытания, направленные на подтверждение соответствия аппаратных характеристик, программного обеспечения и возможностей связи проектным требованиям и техническим нормам.

Регулярная профессиональная проверка ПЛК позволяет своевременно выявлять потенциальные неисправности, предотвращать остановки производства, повреждение оборудования и даже аварии, вызванные отказом контроллера, что имеет решающее значение для обеспечения непрерывности промышленного производства, увеличения срока службы оборудования и снижения затрат на обслуживание.

В условиях современной высокосложной автоматизированной промышленной среды проверка ПЛК стала незаменимым элементом системы профилактического обслуживания оборудования и контроля качества.

Конкретные направления и объемы проверки

Проверка ПЛК охватывает несколько уровней: аппаратные, программные и системную интеграцию. Основные направления включают:

– Тестирование аппаратных характеристик: проверку блока питания, точности и времени отклика модулей ввода-вывода (I/O), оценку производительности процессора (CPU) и тестирование адаптивности к окружающей среде (например, температура, влажность, вибрация);
– Проверку функциональности программного обеспечения: верификацию логической корректности программ, анализ эффективности выполнения команд, тестирование совместимости протоколов связи и оценку функций диагностики неисправностей;
– Тестирование системной интеграции: проверку надежности и оперативности обмена данными между ПЛК, верхним уровнем управления (PLC), интерфейсом человек-машина (HMI) и другими устройствами на месте.

Кроме того, такие аспекты безопасности, как измерение сопротивления изоляции, устойчивость к напряжению и электромагнитная совместимость (ЭМС), также являются ключевыми для обеспечения стабильной работы ПЛК в сложных промышленных условиях.
Используемые приборы и оборудование для тестирования

Для проверки ПЛК требуется применение различных специализированных приборов, обеспечивающих точность и всесторонность измерений. Наиболее часто используются высокоточные цифровые мультиметры, осциллографы, измерители сопротивления изоляции и испытатели на стойкость к напряжению, которые применяются для измерения параметров электропитания и электрооборудования безопасности. Комплексная испытательная платформа программируемого логического контроллера позволяет имитировать различные входные сигналы и регистрировать выходные реакции, оценивая производительность модулей ввода-вывода (I/O). Анализатор протоколов связи (например, устройства, поддерживающие протоколы PROFIBUS, Modbus и др.) используется для проверки точности и оперативности передачи данных. Камера испытаний окружающей среды позволяет проводить испытания ПЛК на воздействие температуры, влажности, вибраций и других факторов окружающей среды. Кроме того, для тестирования электромагнитной совместимости (ЭМС) необходимы такие приборы, как камера без радиоволн и имитатор статического разряда. Всё это оборудование формирует техническую основу для тестирования ПЛК, обеспечивая научную обоснованность и надёжность результатов испытаний.
Стандартные методы и процедуры проверки

Стандартный метод проверки PLC следует систематизированной процедуре. Сначала проводится внешний и структурный осмотр, чтобы убедиться в отсутствии физических повреждений и надежности соединений. Затем выполняются аппаратные испытания: проверяется точность и характеристики отклика модуля ввода-вывода (I/O) с помощью стандартного источника сигнала, тестируется способность выходного модуля выдерживать нагрузку с помощью нагрузочного устройства, а также анализируется стабильность напряжения и пульсации в блоке питания с использованием анализатора качества питания.

На этапе программного обеспечения с помощью имитационного программного обеспечения моделируются различные рабочие условия для проверки корректности логики программы и способности обработки аварийных ситуаций. Для проверки связи необходимо подключить реальные сетевые устройства, чтобы оценить целостность передачи данных и задержки.

Испытания на адаптивность к окружающей среде проводятся в соответствии со стандартом в испытательной камере: циклические испытания при высоких и низких температурах, испытания на повышенную влажность и вибрацию. В завершение проводятся испытания безопасности, включающие измерение сопротивления изоляции, пробой по промышленной частоте и испытания на электромагнитную совместимость (EMC), такие как излучение и устойчивость к помехам.

Весь процесс требует детального фиксирования результатов испытаний и составления отчета о проверке.
Соответствующие технические стандарты и нормы

Проверка ПЛК строго соответствует международным, национальным и отраслевым техническим стандартам. Международные стандарты включают IEC 61131-2 (требования и испытания к оборудованию программируемых логических контроллеров), IEC 61131-3 (стандарт языков программирования) и серию IEC 61000 (требования к электромагнитной совместимости). Национальные стандарты, такие как GB/T 15969.2 (часть 2: Требования к оборудованию и испытаниям для программируемых логических контроллеров) и серия GB/T 17626 (техника испытаний и измерений по электромагнитной совместимости), предоставляют подробные основы для тестирования. Отраслевые нормы могут включать дополнительные требования для определённых сфер применения, например, сертификационный стандарт SIL (уровень безопасности и целостности) для высокорисковых областей, таких как атомная энергетика и железнодорожный транспорт, — IEC 61508. Эти стандарты определяют показатели производительности ПЛК, условия испытаний и критерии признания соответствия, обеспечивая стандартизированность и авторитетность процесса проверки.
Критерии оценки результатов проверки

Оценка результатов проверки с помощью PLC основывается на технических стандартах и предельных значениях, указанных в спецификации продукта. В плане аппаратных характеристик погрешность измерений модуля ввода-вывода должна находиться в допустимых пределах (например, ±0,1%), время отклика не должно превышать установленный порог; колебания выходного напряжения блока питания должны быть менее ±5%, а цикл обработки процессора должен соответствовать проектным показателям. Программная функциональность должна обеспечивать выполнение всех заданных логических условий без зависаний или дрейфа. При тестировании связи требуется, чтобы частота ошибок передачи данных была ниже 10⁻⁷, а реальное время отклика соответствовало требованиям системы управления.

После испытаний на адаптивность к окружающей среде оборудование должно нормально запускаться и сохранять полную функциональность. Показатели безопасности, такие как сопротивление изоляции, обычно должны составлять ≥100 МОм, при испытаниях на выдержку напряжения — не допускается пробой или молниеносное разрядное воздействие. Электромагнитная совместимость должна соответствовать ограничениям по излучению и уровню устойчивости к помехам. Если хотя бы один ключевой показатель не соответствует требованиям, проверка считается неудачной, необходимо провести исправления и повторную проверку до достижения соответствия всем параметрам стандарту.