В АО «Концерн «НПО «Аврора» с целью создания современного, надёжного и экономически эффективного аппаратно-программного комплекса, способного заменить импортные аналоги в системах управления гражданских судов, а также в других отраслях промышленности разработана линейка модулей программируемого логического контроллера «АвроПЛК».
Основные задачи проекта:
- Обеспечение модульности конструкции для гибкости конфигурации систем.
- Достижение конкурентоспособной стоимости изделия за счёт применения доступных комплектующих и оптимизации производства.
- Реализация «горячего» резервирования критических компонентов для повышения отказоустойчивости.
- Соответствие требованиям Российского морского регистра судоходства (РМРС).
- Поддержка стандартных языков программирования МЭК 61131-3
- Интеграция с отечественной SCADA-системой MasterSCADA.
Рис.1 Внешний вид контроллера «АвроПЛК»
В результате выполненных работ был создан комплекс, позволяющий строить многоуровневые распределённые системы управления с клиент-серверной архитектурой, удалённым вводом-выводом и функциями резервирования.
Аппаратный комплекс построен по модульному принципу и включает:
- центральные процессорные модули (уровень управления);
- модули удалённого ввода-вывода (полевой уровень);
- модули питания, релейные и вспомогательные модули.
Программная часть комплекса базируется на:
- кастомизированной среде разработки MasterPLC (поддержка МЭК 61131-3)
Состав аппаратной части приведён в таблице 1.
- Модули серии АП1 предназначены для монтажа на DIN-рейку, имеют компактные габариты и соединители типа push-in.
- Модули серии АП2 устанавливаются на монтажную панель и используются в качестве центральных вычислителей.
- Допускается как вертикальная, так и горизонтальная установка модулей.
Ключевые характеристики основных модулей:
Процессорный модуль АП1-МП-х:
- 2 независимых порта Ethernet;
- 2 канала RS-485 с поддержкой Modbus RTU;
- поддержка кольцевой топологии сети (RSTP в АП1-МП-2);
- слот для карты MicroSD;
- установка IP-адреса механическим переключателем.
Процессорный модуль АП2-МП-1:
- 4 порта Ethernet, поддержка двух независимых сетевых колец;
- 2 канала RS-485;
- питание 24 В DC;
- поддержка «горячего» резервирования;
- интерфейсы USB и MicroSD.
Архитектура системы управления на базе «АвроПЛК»
Система строится по трехуровневой схеме (рис. 2)
1. Полевой уровень — модули удалённого ввода-вывода (АП1), объединённые в кольцевую сеть Ethernet.
2. Уровень управления — резервированные процессорные модули (АП2), выполняющие функции центральных вычислителей. На этом уровне могут также размещаться промышленные серверы для реализации клиент-серверной архитектуры.
3. Операторский уровень — рабочие станции с SCADA-интерфейсом (MasterSCADA), обеспечивающие визуализацию, управление и архивирование данных.
Рис. 2. Трехуровневая архитектура системы управления на базе «АвроПЛК»
Такая архитектура обеспечивает:
- отказоустойчивость за счёт резервирования каналов связи и центральных процессоров;
- масштабируемость — возможность наращивания количества модулей ввода-вывода;
- удобство обслуживания и диагностики.
Программное обеспечение
Модули АП1 работают под управлением ОС Linux. Поскольку они не выполняют логики управления, их ПО ограничено драйверами и сетевыми протоколами. Для конфигурирования используется утилита AvroPLCConfig (рис. 3), работающая под Windows и позволяющая:
- формировать конфигурацию контроллера;
- настраивать параметры аналоговых и дискретных каналов;
- задавать адресацию Modbus RTU;
- загружать конфигурацию в процессорный модуль.
Рис. 3. Интерфейс конфигуратора AvroPLCConfig
Альтернативно конфигурирование может выполняться непосредственно в среде MasterSCADA 4D.
Модули АП2 также используют ОС Linux, но дополнительно включают:
- системное ПО — драйверы, сетевые сервисы, среду исполнения;
- функциональное ПО (ФПО) — прикладные программы управления, разрабатываемые в MasterSCADA 4D.
В состав системы интегрирован MasterPLC — soft-logic контроллер, поддерживающий языки МЭК 61131-3.
MasterSCADA 4D предоставляет единую платформу для:
- программирования ПЛК (редакторы LD, FBD, ST, см. рис. 3, 4);
- разработки мнемосхем и HMI;
- конфигурирования тегов и аварийных сообщений;
- онлайн-отладки и мониторинга.
Рис. 4. Редактор функциональных блоков (FBD)
Рис. 5. Редактор структурированного текста (ST)
Основной протокол обмена данными — Modbus TCP. Вся сетевая инфраструктура (обмен между модулями АП1, АП2, серверами и клиентами) настраивается и управляется средствами MasterSCADA и MasterPLC, что избавляет пользователя от низкоуровневого программирования сетевых взаимодействий.
Разработанная линейка программируемых логических контроллеров «АвроПЛК» представляет собой полнофункциональное отечественное решение для построения распределённых систем управления в гражданском судостроении и других отраслях промышленности.
