Средний уровень АСУ ТП (ПЛК-контроллеры)

Средний (контроллерный, Control level) уровень АСУ ТП — это «мозг» автоматики. Здесь работают программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые в реальном времени принимают решения по управлению процессом на основе показаний датчиков.

Что относится к среднему уровню

ПЛК (программируемые контроллеры)

• Siemens SIMATIC — S7-1200 (малые объекты), S7-1500 (средние/крупные), S7-400H (резервированные)
• Schneider Modicon — M221/M241 (бюджет), M580 (крупные), Quantum (резервированные)
• Rockwell Allen-Bradley — ControlLogix, CompactLogix (популярны в США)
• ОВЕН — ПЛК160/210 (российский бюджет), ПЛК323 (средний класс)
• Beckhoff — CX5xxx/CX9xxx (компактные Linux PLC с мощными ЦП)
• Phoenix Contact — PLCnext (открытая платформа, Linux)
• Mitsubishi — Q-series, iQ-R (популярны в Азии)

Модули УСО (устройства связи с объектом)

• DI/DO — цифровые входы/выходы (датчики-дискретки, пускатели)
• AI/AO — аналоговые 4-20 мА / 0-10 В
• Temperature modules — для прямого подключения термопар и Pt100
• Высокоскоростные счётчики — для энкодеров, расходомеров
• Коммуникационные модули — Profinet, Modbus TCP, EtherNet/IP

Промышленные сети

• Между ПЛК — Profinet, Modbus TCP, EtherNet/IP (кольцевые с резервированием)
• К HMI — те же протоколы + OPC UA
• К операторной (верхний уровень) — OPC UA, OPC DA (устаревший)

Функции среднего уровня

• Циклическое выполнение программы (цикл 10-100 мс)
• ПИД-регулирование температуры, давления, расхода, уровня
• Блокировки и защиты (interlocks) — автоматический останов при аварии
• Последовательностное управление (SFC — Sequential Function Chart)
• Батч-процессы (ISA-88) — варка, смешивание по рецептам
• Сбор архивных данных (локальные буферы, передача на верхний уровень)
• Диагностика оборудования (ток двигателей, время наработки, вибрации)

Типовые задачи

• Поддержание температуры котла в заданном диапазоне (ПИД по регулирующему клапану)
• Защита насосов от сухого хода (блокировка по давлению на всасе)
• Автоматическое переключение резервного насоса при отказе основного
• Регулирование уровня в резервуаре с коррекцией по расходу (каскадный ПИД)

Резервирование среднего уровня

Для критичных процессов (нефтехимия, электроэнергетика) применяется резервированный ПЛК:

• Hot standby — второй ПЛК в горячем резерве, переключение за 100-500 мс
• TMR (Triple Modular Redundancy) — три ПЛК, голосование «2 из 3» (используется в SIS-системах безопасности)