Интеллектуальные датчики. Преимущества использования интеллектуальных датчиков

Выбор контроллеров.

Спектр продукции, предлагаемой сегодня, чрезвычайно широк. В Табл. 1 приведены некоторые характеристики ПЛК различных фирм, наиболее распространенных в России. В четырех последних строках указаны параметры для модулей дискретного ввода-вывода. Все они построены по магистрально-модульному принципу, монтируются на панель или DIN-рейку, работают от напряжения +24 В, поддерживают протоколы обмена Fieldbus, имеют широкий набор модулей:

модули дискретных входов/выходов;
коммуникационные модули;
модули аналогового ввода/вывода;
модули терморегуляторов;
модули позиционирования;
модули ПИД-регулятора;
модули контроля движения.

Тип ПЛК	SYSMAC CQM1	SYSMAC C200H_	SMART 2	ADAM 5510	SIMATIC S7-300	DL 205	SLC 500
Фирма производитель	Omron	Omron	PEP	Advantech	Siemens	PLCDirect	Allen-Bradley
Страна		Япония	Германия	США	Германия	США	США
Диапазон температуры (С)	0 - +55	0 - +55	-40 - +80	-10 - +70	-25 - +60	0 - +60	0 - +55
Влажность воздуха(%)	10 - 90	10 - 90	5 - 95	5 - 95	5 - 95	5 - 95	5 - 95
Гарантийный срок (лет)	3	3	2	1	1	1	1
Номенклатура (шт)	42	87	18	12	45	30	80
Кол-во модулей в каркасе (шт)	до 11	3/5/8/10	До 14	4	до 8	3/4/6/9	4/7/10/13
Кол-во каналов в модуле	8/16/32	8/16/32/64	8	16	8/16/32	4/8/12/16	8/16/32
Размеры модуля (мм)	110*32*107	130*32*118	78*31*70	110*31*75	125*40*120	90*28*75	140*35*145
Вес модуля (г)	160-230	180-300	40-70	65-95	190-300	65-80	190-300
Мощность потребления (Вт)	0,85-1,2	0,24-1,3	0,1-0,27	0,25-0,3	0,6-2,0	0,5-1,0	0,5-2,2

Табл. 1. Характеристики ПЛК

Как видно из таблицы, контроллеры имеют равные функциональные возможности, близкие технические и эксплуатационные характеристики и даже почти одинаковые размеры (рис.1). В такой ситуации необходимо определить критерии оценки и выбора ПЛК, удовлетворяющего поставленной задаче.

Рис.1. Программируемые логические контроллеры

Учитывая специфику устройств, критерии оценки можно разделить на три группы (рис.2):

Критерии оценки

Технические характеристики
Количество каналов ввода/вывода
Быстродействие
Уровни напряжения входов/выходов
Напряжение изоляции
Эксплуатационные характеристики
Диапазон рабочих температур
Относительная влажность
Потребительские свойства Р
Производительность П
Время выполнения операции П₁^**
Функциональность П₂^*
Надежность Н
Наработка на отказ (MTBF) Н₁^*
Среднее время восстановления (MTTR) Н₂^**
Затраты З
Стоимость приобретения
Стоимость оборудования З₁^**
Стоимость монатажа З₂^**
Стоимость эксплуатации
Потребляемая мощность З₃^**
Гарантийный срок З₄^*
Массагабаритные характеристики
Масса З₅^**
Габариты З₆^**

* «прямые» характеристики, ** «обратные» характеристики

Рис.2. Критерии оценки ПЛК

технические характеристики;

эксплуатационные характеристики;
потребительские свойства.
При этом критериями выбора считать потребительские свойства, т.е. соотношение показателей затраты/производительность/надежность, а технические и эксплуатационные характеристики ограничениями для процедуры выбора.
Кроме того, необходимо разделить характеристики на прямые (для которых положительным результатом является её увеличение) и обратные (для которых положительным результатом является её уменьшение).
Так как характеристики между собой конфликтны, т.е. улучшение одной характеристики почти всегда приводит к ухудшению другой, необходимо для каждой характеристики Ki определить весовой коэффициент ai, учитывающий степень влияния данной характеристики на полезность устройства.
Терминология и состав критериев оценки ПЛК приведены в соответствии с основными положениями квалиметрии и стандартами качества (ГОСТ 15467-79).
Выбор аппаратуры производится в четыре этапа (рис.3):
определение соответствия технических характеристик предъявленным требованиям;
определение соответствия эксплуатационных характеристик предъявленным требованиям;
оценка потребительских свойств выбираемой аппаратуры;
ранжирование изделий.
На первом этапе каждая техническая характеристика анализируемого изделия сравнивается с предъявленными к проектируемой системе требованиями, и если данная характеристика не удовлетворяет этим требованиям, изделие снимается с рассмотрения.
Такой же анализ проводится на втором этапе с эксплуатационными характеристиками, и только если технические и эксплуатационные характеристики соответствуют поставленной задаче и предъявленным требованиям, проводится оценка потребительских свойств ПЛК.
Для этого используется аддитивный метод оценки, когда суммарная оценка каждого свойства вычисляется по следующей формуле:

где: Ki, Kj, прямая и обратная характеристики выбираемого изделия;
Ki^, Kj^ соответствующие характеристики аналога;
ai , aj весовые коэффициенты характеристик;
n, m количество прямых и обратных характеристик.
Деление на характеристики аналога необходимо для приведения всех свойств к относительным величинам.
Определение весовых коэффициентов для характеристик ПЛК является одной из самых ответственных задач, т.к. именно от их правильной величины зависит достоверность результатов анализа. Для нахождения усредненной оценки каждого коэффициента может быть рекомендована следующая методика экспертных оценок и программа их расчета [3].

	Коэффициент
Эксперт	1	2	…	i	…	n
1
2
…
j
…
m

Составляется матрица эксперты-коэффициенты, в которой проставляются полученные от каждого эксперта оценки коэффициентов по шкале от 0 до 10.
Рассчитывается относительная значимость (Wij) всех коэффициентов в отдельности для каждого эксперта. С этой целью оценки, полученные от каждого эксперта, суммируются (по горизонтали), а затем нормируются:
, при j = const.

Вычисляется усредненная оценка, данная всеми экспертами каждому коэффициенту. Для этого нормированные оценки, полученные в предыдущем шаге, суммируются (по вертикали), а затем рассчитывается среднее арифметическое для каждого коэффициента:

, при i = const.