VÕRGUD
Side ja võrgud
Kaasaegsetel tootmis-, transpordi- ja sidesüsteemidel on üks ühine eriomadus; kõik hõlmavad keerukat hierarhilist struktuuri, mis on ehitatud hulgast seotud ja vastastikku toimivatest alamsüsteemidest. Ulatusliku funktsionaalsuse ja kõrge jõudlusega alamsüsteemide saavutamine eeldab integreeritud süsteemide arendamist tootmise juhtimiseks. Iga tootmissüsteemi omakorda saab esitada kui kolmetasandilist hierarhiamudelit. Kõige madalamale hiearhiatasandile kuuluvad süsteemid individuaalsetes masinates, seadmetes ja tegevmehhanismides toimuvate protsesside automaatseks reaalajaliseks juhtimiseks. Teine tase seob esimese taseme süsteemid territoriaalse/tootmisprintsiibi alusel operatiivse/administratiivse iseloomuga ülesannete täideviimise eesmärgil. Kolmas tasand hõlmab juhtimistegevustega seotud süsteeme, mis kuuluvad majanduse ja organisatsioonilise tegevuse valdkonda.
Sidesüsteemide arhitektuur
Kaasagsete tootmissüsteemide struktuuri iseloomulikud omadused mõjutavad sidesüsteemide arhitektuuri. Sidesüsteeme arendatakse kolmetasandiliste hierarhiliste heterogeensete arvutivõrkude põhjal (Joonis 5.1):
- Informatsiooni tasand: põhivõrk;
- Juhtimistasand: tootevalmistuse juhtimiseks mõeldud võrgud, mis hõlmavad seirearvuteid ja tööjaamu;
- Tööväljatasand: sidevõrgud koos programmeeritavate loogikakontrollerite, andurite ja täituritega.
Kaasaegsete sidesüsteemide iseloomulikud tunnused
Kaasaegsed sidevõrgud kasutavad erinevaid side edastusvahendeid nagu kaabliühendused, valguskiud, raadioühendused, infrapuna kiired jne. Hiljuti on koos sideliideste hinna langemisega hakatud arendama erinevaid vastastikku täiendavate funktsioonidega võrguarhitektuure. See kõik loob sobivad tingimused heterogeensete tööstussüsteemide ehitamiseks, mille juhtimisfunktsioonide eripäraks on globaliseerumine.
Hajusjuhtimissüsteemid
Hajusjuhtimissüsteem (distributed control systems, DCS) on peamine alamsüsteem tootmise juhtimiseks. Hajusjuhtimissüsteeme on kahte põhitüüpi: vertikaalselt integreeritud ja horisontaalselt integreeritud.
Detsentraliseeritud vertikaalselt integreeritud hajusjuhtimissüsteemi arhitektuurid I
Antud süsteeme iseloomustab vertikaalne hierarhiline ülesehitus ja vertikaalne infovahetus erinevate hierarhiatasemete vahel (Joonis. 5.2).
Alamsüsteemid (kontrollerid, andmekogumisseadmed, seirearvutid , operaatorjaamad) on tegelikult iseseisvad hajusjuhtimissüsteemi komponendid, mis toimivad vastastikku, vahetades intervallide kaupa võrgus informatsiooni. Sellist tüüpi hajusjuhtimissüsteemide põhisuunaks on üleminek avatud arhitektuurile, mis baseerub võrgustandarditele ja protokollidele nagu Ethernet koos TCP/IPga ja tegevmeediumidel, mis toetavad kasutaja-serveri vahelist infovahetust hajusjuhtimissüsteemide alamsüsteemide vahel.
Detsentraliseeritud vertikaalselt integreeritud hajusjuhtimissüsteemi arhitektuurid II
Seda konkreetset hajusjuhtimissüsteemi tüüpi iseloomustab kõrge detsentraliseerimistase (Joonis 5.3) ja spetsiaalsete funktsioonidega seadmete kasutamine. Hajusjuhtimissüsteem koosneb lihtsatest kontrolleritest, mis baseeruvad ühekiibilistel mikroarvutitel, ja tööjaamaks konstrueeritud arvutist.
Horisontaalselt integreeritud hajusjuhtimissüsteemi arhitektuurid
Horisontaalselt integreeritud arhitektuurid võimaldavad hajusjuhtimissüsteemi alamsüsteemide vahel nii vertikaalset kui horisontaalset infovahetust. Selle arhitektuuriklassi põhiomaduseks on kaugsisendi ja -väljundiga süsteemid, kus mikroprotsessor kontrollerid on kärbitud intelligentseteks sisend/väljund-seadmeteks, samal ajal kui juhtimisfunktsioone täidab tööjaama rolli täitev arvuti (Joonis 5.4).
Horisontaalselt integreeritud süsteemid, mis koosnevad töövälja võrkudest, on viimastel aastatel saanud üha kasvava tähelepanu osaliseks.
Juhtimissüsteemide struktuuri aluseks olevaid arvutivõrkusid, mis sisaldavad intelligentseid üksusi nagu regulaatorid, programmeeritavaid kontrollerid, intelligentsed sensorid, täiturid jne, nimetatakse töövälja võrkudeks.
Võrgusidega automaatsed juhtimissüsteemid
Võrgusidega automaatsed juhtimissüsteemid (automatic control systems with network communication, ACSNC) on süsteemid, milles juht- ja terminalüksused (sensorid, muundurid, detektorid, täiturid, juhtelemendid, automaatsed kontrollerid, tööjaamad jne) on ühendatud kindlasse andmeside võrku. Iga selline üksus esindab ühte sõlme (jaama) konkreetses võrgus ja suhtleb teiste üksustega võrgumeediumi kaudu.
Võrgusidega jaotusvõrkude funktsionaalne jaotamine
Funktsionaalsest vaatenurgast jagunevad võrgusidet võimaldavad juhtimissüsteemid kolmele tasemele:
Töövälja tasandi süsteemid
Need on ehitatud töövälja võrkudest programmeeritavate kontrollerite (programmable logic controllers, PLC) ja intelligentsete terminaliüksuste (sensorid, mõõteseadmed, täiturid, jne) vaheliseks sideks. Need süsteemid kasutavad selliseid tööväljaprotokolle nagu DeviceNet, CAN, Foundation Fieldbus, Profibus-DP jne. Töövälja võrgud on aluseks võrgusidega juhtimissüsteemide hierarhiale (Joonis 5.5). Neid kasutatakse katkematute tootmisprotsesside, juhtelementide, kontrollerite, andurite ja teiste tootmisprotsessis kasutatavate üksuste juhtimiseks.
Töövälja võrkudel on tavastruktuuride ees mitmed eelised:
- Nad tagavad suurema andmeturvalisuse, kaasates juhtimisinformatsiooni;
- Võimaldavad suuremat täpsust andmete ülekandel, kuna rakendavad täielikult digitaalset sidet;
- Mitmevariandiline ligipääsuvõimalus, mille puhul kasutatakse detektoreid erinevate protsessiparameetrite lugemiseks;
- Võimalus kaugkonJoonisureerimiseks ja võrguüksuste diagnostikaks.
Juhtimistasandi süsteemid
Need koosnevad programmeeritavatest kontrolleritest (PLC) kohalikes deterministliku loomuga võrkudes.
Selle tasandi süsteemid võimaldavad reaalajalist protsesside juhtimist ning erinevat tüüpi programmeeritavate kontrollerite, tööjaamade, arvutite, programmi- ja diagnostikaüksuste vastastikust toimimist. Sellele tasandile kuuluvad võrgud on oma olemuselt jadakommunikatsiooni süsteemid, mis tõhustavad ühendust üksuste vahel, mis vahetavad rakendatud informatsiooni kindlaksmääratud eeldefineeritud viisil. Nende eesmärgiks on hõlbustada tehnoloogiaprogrammide vahetamist, koordineerida ja juhtida programmeeritavate kontrollerite vahelist informatsioonivahetust. Võrgud peavad olema vastavuses neile esitatud standardnõuetele andmeülekande mahu, turvalisuse, kiiruse, müratakistuse ja reaalaja operatsioonide ettemääratuse osas.
Informatsioonitasandi süsteemid
Informatsioonitasandi süsteeme kasutatakse juhtimiseks ja informatsiooni vahetamiseks ettevõtte tasandil; nende eesmärgiks on lahendada ettevõtte haldamise peamisi ülesanded. Nende süsteemide üldiseks olemuslikuks probleemiks on ülekantud informatsiooni hulk, ülekande kiirus, turvalisus ja kaitse autoriseerimata ligipääsu eest. Selle tasandi kaasaegsed süsteemid kasutavad laialdaselt Ethernetina tuntud spetsifikatsiooni (Joonis 5.6). Selle tasandi võrkudele on omane tihe suurte andmemahtude (massiivide) vahetamine. Erinevalt enamusest konkureerivatest tehnoloogiatest on selle eeliseks regulaarne hindade alanemine.
