Концепция ========== При разработке оборудования IOOT PRO использовались самые современные стандарты автоматизации технологических процессов. Эти документы включают инструкции для распределённых систем управления и встроенных систем, соответствующие передовому международному стандарту IEC 61499. Стандарт IEC 61499 отличается от предыдущих систем автоматизации тем, что он определяет эталонную архитектуру для открытых и распределённых систем управления. Это позволяет применять устройства IOOT PRO в качестве функциональных блоков в различных обрабатывающих системах и оборудовании, а также создавать для них логику на разных языках программирования. .. figure:: /isobus/img/controller-generation.png Рисунок: Развитие архитектуры контроллеров. Таблица 1 показывает прогресс в области промышленной автоматизации. С каждым поколением автоматизированные системы становились все более гибкими и эффективными. Архитектура решений становится более эффективной, а наследие предыдущих поколений сохраняется в каждом новом поколении. .. table:: Свойства четырех предыдущих поколений систем автоматизации и перспективные функции интеллектуальной автоматизации +-----------------------------------------+---------------------------------------------+ | | Поколение | +-----------------------------------------+--------+-------+----------+-------+---------+ | | 1 Реле | 2 PLC | 3 PLC-HE | 4 РСУ | 5 SMART | +=========================================+========+=======+==========+=======+=========+ | Автоматизированные рутинные операции | X | X | X | X | X | +-----------------------------------------+--------+-------+----------+-------+---------+ | Программируемость | | X | X | X | X | +-----------------------------------------+--------+-------+----------+-------+---------+ | Конфигурируемость | | | X | X | X | +-----------------------------------------+--------+-------+----------+-------+---------+ | Распределенная гибкая архитектура | | | | X | X | +-----------------------------------------+--------+-------+----------+-------+---------+ | Самонастраиваемость | | | | | X | +-----------------------------------------+--------+-------+----------+-------+---------+ Далее будут рассмотрены ключевые передовые технологии применяемые в приборах IOOT PRO. Эти технологии позволяют оборудованию IOOT PRO соответствовать четвёртому поколению систем промышленной автоматизации и стать основой для пятого поколения, обеспечивая высокую степень гибкости, эффективности и безопасности в различных отраслях промышленности. Функциональное приложение ------------------------- ПЛК (программируемый логический контроллер) — это, по сути, миниатюрный компьютер, используемый в промышленности. Он оснащён входами и выходами для контроля различных систем. Кнопки и сенсоры служат источниками входов, в то время как выходы управляют приводами и энергией. Благодаря архитектуре распределённой системы управления (РСУ), IOOT PRO снижает аппаратные требования к ПЛК, поскольку логика распределяется между модулями, и не требуются мощные центральные контроллеры. Кроме того, использование шины CAN исключает необходимость опроса модулей ввода-вывода мастером сети, что дополнительно сокращает ресурсы и повышает производительность. IOOT PRO предоставляет не только аппаратную часть, но и базовый программный код (ядро системы), что позволяет устройствам IOOT PRO иметь обширную функциональность. В большинстве случаев пользователю достаточно настроить (параметризовать) модуль, вместо того чтобы его программировать. Такой подход упрощает настройку системы и повышает её надёжность и предсказуемость. По сути, ядро контроллера сравнимо с мобильным телефоном, где большинство функций уже имеется, а дополнительные программы можно загрузить. Для создания таких приложений IOOT PRO предлагает облачную экосистему, в которой связываются параметры каждого контроллера, его логическая программа и графический интерфейс удалённого управления, мониторинга и анализа. Таким образом, создаётся функциональный блок, который может быть интегрирован в другие системы управления в качестве готового элемента. Такой функциональный блок состоит из: * параметров контроллера для его настройки * логической программы (специфичные функции) * визуальное представление * для оператора * для наладчика * для анализа данных * формы управления * подключение данных телеметрии * подключение данных телеуправления Передовая архитектура — основа Индустрии 4.0. Оборудование не требует сложной настройки и наладки, оно автоматически встраивается и поддерживает технологию «plug and play». .. figure:: /isobus/img/cloud-ioot-pro-ahu.svg Рисунок: Цифровой двойник cloud ioot pro с авто-интеграцией. Рассмотрим примеры таких решений: - Вы выбираете сложную и энергоэффективную вентиляционную систему для своего ресторана. После подключения системы к центральному диспетчерскому пункту, она автоматически отображается как новый элемент системы и запрашивает ввод информации о названии и назначении установки. Затем автоматика активируется, и в вашей системе появляется графическое представление системы в виде цифрового двойника. - Вы подключаете автоматизированное орудие к своему трактору. Орудие автоматически подруливает и определяет оптимальную скорость в зависимости от почвы поля, а управление осуществляется через тачпанель трактора. Это значительно упрощает процесс и повышает эффективность работы. В обоих случаях система самостоятельно интегрируется и настраивается на основе современной передовой архитектуры автоматизации, что исключает ручной труд и обеспечивает максимальную производительность. Связь на основе CAN шины ------------------------ IOOT PRO использует CAN-шину для связи между модулями. CAN — это стандарт промышленной сети, разработанный компанией Robert Bosch Gmbh, быстрый, надёжный и экономичный. Он подходит для распределённых систем управления и позволяет устройствам взаимодействовать без центрального контроллера. Протоколы CANopen и ISOBUS обеспечивают универсальность и стандартизацию связи соответственно. В настоящее время CAN-интерфейс широко применяется во многих отраслях в том числе аэрокосмического профиля в качестве связующего звена между центральной магистралью MIL-STD-1553B и множеством датчиков исполнительных механизмов и.т.д. На транспорте CAN стал основным интерфейсом от лифтов и автомобилей, до сельскохозяйственной техники и электропоездов. CAN повсеместно применяется в медицине и робототехнике. Подход к решению ---------------- Устройства IOOT PRO подключены к шине CAN, работающей на базе протокола CANopen, соответствующего стандарту CiA 401 «Универсальные модули ввода-вывода». Этот стандарт описывает профили устройств CANopen для цифровых и аналоговых модулей ввода и вывода. Передача данных между модулями осуществляется по шине CAN через объекты данных процесса. Выходные данные модулей публикуются в сети CAN, и другие модули могут подписаться на них, события передаются от модуля к модулю, специальные сообщения протокола предназначенные для каждого устройства связывают с данными с применением алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта для принятия решений в реальном времени на основе анализа данных. Такой подход был разработан IOOT PRO в соответствии со стандартом CANopen и МЭК 61499 и ранее не публиковался. Внешнее управление (вспомогательные системы, системы верхнего уровня, HMI) осуществляется через сопроцессор по интерфейсу Ethernet с применением JSON RPC, MQTT или WEB-интерфейса. Сопроцессор также может функционировать как электронный блок управления (ЭБУ) по стандарту ISOBUS (ISO 11783) для сельскохозяйственной техники. Сопроцессор отправляет данные в сеть CAN через сервисные данные или данные процесса. Пример: Орудие на тракторе следует по краю обработанной зоны, определяя оптимальную скорость движения на каждом участке с использованием геоданных, пользовательское приложение оснащено машинным зрением и GNSS заданием на основе загруженных карт. Сопроцессор отправляет управление орудием через интерфейс CANopen в одну сторону, а через ISOBUS в другую — управляет трактором, "подруливая" и изменяя скорость. .. figure:: /isobus/img/isobus-tractor-implement-can-bus.svg Рисунок: Конфигурация шины CAN и протоколов верхнего уровня на примере сельскохозяйственной техники. - Приборы IOOT PRO управляют технологическим процессом прицепного устройства по протоколу CANopen - Через сопроцессор I-ECU интегрированы с трактором по протоколу ISOBUS - Так же в сети ISOBUS находятся органы управления VT "Виртуальный терминал" и блок навигации GNSS - Через TECU (своего рода «функциональный компьютер») трактора ISOBUS интегрирован с остальными электронными блоками управления машины по SAE J1939 Таким образом прицепное устройство получает данные от GNSS и Виртуального терминала от трактора на основании которых запускается технологический процесс, учитывая расчетные параметры Сопроцессор передает трактору коррективы в движении, например возможность повышения или снижения скорости движения для оптимальной работы установки. .. figure:: /isobus/img/drawing-centre-pivot.svg Рисунок: Конфигурация шины CAN и интеграция с облачным приложением на примере дождевальной машины. - Приборы IOOT PRO управляют технологическим процессом дождевальной машины и объеденны по протоколу CANopen - Через сопроцессор I-ECU данные передаются через сотового оператора в облачную инфраструктуру предприятия. - К сети подключены клиенты, мобильные и стационарные рабочие места операторов. С помощью мобильного или десктопного приложения операторы контролируют и управляют дождевальными машинами удаленно. Облако фиксирует все параметры для последующего анализа. Облачная инфраструктура ----------------------- Для решения сложных задач вам понадобится интегрированная среда разработки (IDE). IOOT PRO предлагает облачные сервисы, которые позволяют создавать приложения с контролем версий Git и автоматической конвейерной сборкой (компиляцией) CI. В этой среде будет происходить разработка, сборка, тестирование и хранение приложений в облаке. Вы сможете иметь полную копию вашего проекта локально без установки дополнительных приложений и настроек. .. figure:: /isobus/img/cloud-ioot-pro.svg Рисунок: Даш-борд удаленного мониторинга на базе Cloud IOOT PRO. Для крупных компаний возможно развёртывание локального облака. Это позволит обеспечить независимость от других пользователей на сетевом и физическом уровне, максимальную безопасность конфиденциальных данных и полный контроль над инфраструктурой. Однако создание локального облака требует значительных затрат на оборудование, программное обеспечение, инфраструктуру и персонал для управления и обслуживания. Логическая программа -------------------- Разработка логической программы IOOT PRO может быть выполнена с использованием языка программирования Cи или одного из пяти языков программирования ПЛК, стандартизированных в IEC 61131-3. Эти языки включают: - лестничную диаграмму (LD) — графический язык; - блок-схему функций (FBD) — графический язык; - структурированный текст (ST) — текстовый язык; - список инструкций (IL) — текстовый язык (устаревший); - диаграмму последовательности функций (SFC) — графический язык. На следующем рисунке показан базовый пример использования FBD: .. figure:: /img/IEC61499-1.png Рисунок: Блок-схема функций (FBD) На этом изображении показаны три функциональных блока (on_delay1, AND, alarm), четыре входа (user_ok, T#5s, packet_arrived, conveyor_full), два выхода (red_light, conveyor_motor) и связи между функциональными блоками (FB). После «программирования» / рисования этого приложения в интегрированной среде разработки (IDE) вы должны выполнить его компиляцию, а затем осуществить загрузку в ПЛК. .. note:: IOOT PRO использует язык Си в качестве промежуточного, преобразуя в него языки, соответствующие ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016. Затем программа компилирует результаты с помощью свободно доступного оптимизирующего компилятора GCC для языков C и C++, избегая использования проприетарных решений. После этого полученный бинарный файл загружается в ядро контроллера. Важно отметить, что сама IDE TOOL PRO представляет собой свободное программное обеспечение с открытым исходным кодом. .. hint:: C IDE TOOL PRO можно ознакомиться в разделе `Программирование `_ Распределенные системы управления --------------------------------- Современные промышленные системы автоматизации переходят от централизованных структур управления к децентрализованным системам, где каждый элемент наделён собственным интеллектом и способен взаимодействовать с другими элементами. Один из стандартов, способствующих этому переходу, — IEC 61499. Шина CAN обеспечивает возможность передачи данных без участия мастера, что способствует переходу к архитектуре распределённого управления. На изображении ниже различные контроллеры соединены в конвейерном производстве и функциональные блоки распределены между ними. Так же предусмотрен Человеко-машинный интерфейс (HMI). .. figure:: /img/IEC61499-7.png Рисунок: Распределение приложения в соответствии со стандартом IEC 61499 Структура управления и мониторинга ---------------------------------- Облачные системы разработки IOOT PRO автоматизируют конфигурацию устройств, обеспечивая точную информацию о конфигурации каждого устройства. Контроллеры IOOT PRO передают данные по мере возникновения событий через CAN, что исключает необходимость опроса, как это было раньше. Сопроцессор отображает все устройства и передаёт информацию на облачный сервер SCADA-системы по протоколу MQTT. Каждое ядро контроллера также поддерживает подключение софт-контроллера для корректировки работы распределённых блоков «контроллеров». Заключение ---------- На основании рассмотренных передовых технологий приборы IOOT PRO могут стать основой систем пятого поколения, отвечающий всем требованиям современных систем автоматизации. .. hint:: в разделе `Решения `_ собраны примеры применения SMART PLC на распространенных задачах.