Индустриальные системы, унификация

Удаленные терминалы (RTU) для индустриальных и транспортных систем существует два конкурирующих направления в технике RTU индустриальные (промышленные) PC и программируемые логические контроллеры PLC (в русском переводе часто встречается термин промышленные контроллеры).

Индустриальные компьютеры представляют собой, как правило, программно совместимые с обычными коммерческими РС машины, но адаптированные для жестких условий эксплуатации буквально для установки на производстве, в цехах, газокомпрессорных станциях и т.д. Адаптация относится не только к конструктивному исполнению, но и к архитектуре и схемотехнике, так как изменения температуры окружающей среды приводят к дрейфу электрических параметров. В качестве устройств сопряжения с объектом управления данные системы комплектуются дополнительными платами (адаптерами) расширения, которых на рынке существует большое разнообразие от различных изготовителей (как, впрочем, и самих поставщиков промышленных РС). В качестве операционной системы в промышленных PC, работающих в роли удаленных терминалов, все чаще начинает применяться Windows NT, в том числе различные расширения реального времени, специально разработанные для этой операционной системы

Промышленные контроллеры (PLC) представляют собой специализированные вычислительные устройства, предназначенные для управления процессами (объектами) в реальном времени. Промышленные контроллеры имеют вычислительное ядро и модули ввода-вывода, принимающие информацию (сигналы) с датчиков, переключателей, преобразователей, других устройств и контроллеров, и осуществляющие управление процессом или объектом выдачей управляющих сигналов на приводы, клапаны, переключатели и другие исполнительные устройства. Современные PLC часто объединяются в сеть (RS-485, Ethernet, различные типы индустриальных шин), а программные средства, разрабатываемые для них, позволяют в удобной для оператора форме программировать и управлять ими через компьютер, находящийся на верхнем уровне SCADA-системы диспетчерском пункте управления (MTU). Исследование рынка PLC показало, что наиболее развитой архитектурой, программным обеспечением и функциональными возможностями обладают контроллеры фирм Siemens, Fanuc Automation (General Electric), Allen-Bradley (Rockwell), Mitsubishi. Представляет интерес также продукция фирмы CONTROL MICROSYSTEMS промышленные контроллеры для систем мониторинга и управления нефте- и газопромыслами, трубопроводами, электрическими подстанциями, городским водоснабжением, очисткой сточных вод, контроля загрязнения окружающей среды.

Унификацией называют приведение к оптимальному единообразию форм и объектов человеческой деятельности. Это понятие универсально и касается любых организационных, научных, проектно-конструкторских, технологических, экономических, общественно-социальных и других форм деятельности и их результатов (изделий, построек, деталей, материалов, технологических процессов, методов исследований и расчетов, формы представления результатов, законов, правил, порядка их принятия и т.п.).

Что касается техники, то понятие унификации определяется (согласно ГОСТ 23945.0-80) следующим образом: " Унификация изделий - приведение изделий к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей".

Так как изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии, то унифицированными комплексами, приборами, узлами, деталями следует называть такие, которые созданы на базе существующего ранее некоторого множества разных исполнений путем приведения их к рациональному числу единообразных исполнений.

Суть принципа унификации конструкций изделий заключается в ограничении многообразия возможных частных (индивидуальных) решений на всех этапах проектно-конструкторской деятельности рамками общих свойств и признаков, приводящих изделие к единой системе типовых конструкций.

Под единой системой типовых конструкций следует понимать ограниченное число (группу) конструкций изделий, применяемых в определенной области и выполняющих одинаковую или разные функции, но имеющих однозначную функциональную и конструктивную совместимость изделий и их элементов по принципам построения, структуре, источникам и номиналам питания, размерам, материалам, технологии изготовления, сборки, контроля, обслуживания, ремонтов и т.д.

Единая система создается, исходя из принципа: " Целое состоит из частей, на которое оно может быть разложено и из которых может быть снова собрано" [29]*.

Новое качество достигается заменой, добавлением, изъятием, перестановкой составных частей, которые должны иметь " открытую форму", т.е. обладать свойствами совместимости.

Различают следующие методы унификации конструкций: индивидуальный, базовый и агрегатно-модульный, которые фактически являются соответствующими методами проектирования.

Индивидуальный метод унификации (его называют также методом заимствования, моноблочным, пассивным методом) основывается на использовании в конструкции ранее созданных (заимствованных) решений, типовых устройств, деталей и их элементов (соответствие размеров ряду предпочтительных чисел, углов, уклонов, конусностей; форма поверхностей, шероховатость, фаски, канавки, центровые отверстия, рифления, покрытия и т.д. должны соответствовать типовым рекомендациям и стандартам).

Базовый метод унификации является активной формой унификации и заключается в создании модификаций или унифицированного ряда изделий на основе конструкции базового изделия.

В модификациях или унифицированных рядах используется единое функциональное и конструктивное решение и общие для всех основные части и элементы.

Агрегатно-модульный метод унификации (его называют также функционально-блочным, блочно-модульным) является наиболее прогрессивным, позволяющим проектировать и изготавливать изделие (их комплексы и ряды) из функциональных модулей (блоков).

Функциональный модуль представляет собой автономное конструктивное устройство, унифицированное по его функции, параметрам, геометрии, материалам, обладающее совместимостью необходимых свойств и параметров (информационных, энергетических, конструктивных, эксплуатационных)с другими модулями.

Синтез (и изменение) общей функции изделия, обеспечение его параметров и показателей качества достигается комбинацией модулей, присоединением новых, их изъятием и заменой. Оригинальные детали, узлы и функциональные устройства при агрегатно-модульном проектировании применяются только в случаях, когда этого требует специфика изделия либо " пионерское" решение.