«ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И КОНТРОЛЛЕРЫ Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного ...»

• передачи данных в смежную и вышестоящие системы управления;

• инструментальная подсистема (для сопровождения системы, настройки прикладных программ, информационной базы, программирования).

Каждая из вышеперечисленных подсистем может быть реализована в виде отдельных программнотехнических средств или может быть осуществлено их объединение. Например, станция оператора может объединять в себе функции подсистем представления информации и передачи данных в систему верхнего уровня.

Уровни иерархии ПТК. Система управления на базе ПТК может состоять, в общем случае, из следующих иерархических уровней.

В 1-й (нижний) уровень входят датчики измеряемых параметров, запорная и регулирующая арматура совместно с электрическими, пневматическими и гидравлическими исполнительными механизмами и устройствами.

Во 2-й уровень системы входят микропроцессорные устройства (контроллеры) для автоматического сбора и первичной обработки измеряемых параметров, выполнения функций автоматического регулирования, противоаварийных защит, дистанционного управления.

В 3-й уровень (условно «операторский») системы входят средства для вычислительной обработки информации, ее регистрации, архивирования, отображения, документирования и диалога с системой;

клавиатуры, ключи (кнопки) для воздействия оператором-технологом на регуляторы и исполнительные органы.

В 4-й уровень (условно «диспетчерский») входят автоматизированные рабочие места (АРМ) оперативно-диспетчерского и управленческого персонала.

На базе ПТК создаются системы различной структуры и степени сложности – от простой локальной АСУ ТП до сложной иерархически распределенной системы управления многими объектами, интегрированной в сеть предприятия.

Наиболее часто встречающиеся на практике варианты систем управления имеют следующую архитектуру:

• один сегмент локальной сети; минимальный состав – контроллеры и станция оператора (рис.

1.16, 1.17);

• набор сегментов локальных сетей, объединенных на базе технологии коммутируемых сетей (10/100 Switch Ethernet). Каждый сегмент охватывает относительно независимую группу технологического оборудования (локальную АСУ ТП) (рис. 1.18);

• распределенная многоуровневая система управления, использующая клиент-серверную архитектуру и резервирование выделенных серверов (рис. 1.19).

Способы и средства связи для информационного обмена междукомпонентами ПТК:

• локальная вычислительная сеть (ЛВС) на базе 10 Мбитной технологии Ethernet (обмен между контроллерами, станциями оператора, архивной, инженерной и другими станциями);

Рис. 1.17. АСУ ТП с использованием архитектуры клиент-сервер • ЛВС на базе 100 Мбитной технологии Ethernet (обмен между всеми станциями, кроме контроллеров);

• выделенные физические линии (RS 232, RS 485, ИРПС, модемы);

• коммутируемые телефонные линии (модемы);

• радиоканал (радиомодемы).

В качестве базового протокола сетевого и межсетевого взаимодействия используется, как правило, протокол TCP/IP (UDP/IP).

При этом реализована программная «надстройка» протокола, обеспечивающая его адаптацию к специальным требованиям, предъявленным системами реального времени при обмене данными.

В случае использования сети на базе интерфейса RS-485 применяются как стандартный протокол MODBUS (MODBUS RTU), так и фирменные протоколы.

Для сетей на базе Ethernet предусмотрена возможность 100 %-ного «холодного», «теплого» или «горячего» резервирования.

Совокупность способов и средств связи обеспечивает как горизонтальный, так и вертикальный обмен информацией между отдельными компонентами ПТК.

Горизонтальный обмен обеспечивает передачу информации между компонентами одного уровня, а вертикальный обмен – между компонентами разных уровней.

Рис. 1.19. Распределенная АСУ ТП с использованием архитектуры клиент-сервер и резервированием выделенных серверов При вертикальном обмене информация от контроллеров через заданные интервалы времени направляется станциям оператора, архивной, инженерной, серверу оперативной базы данных. Кроме того, контроллеры передают этим станциям событийную информацию (с меткой времени), связанную с выходом за уставки аналоговых сигналов, изменением состояния дискретных сигналов, появлением или исчезновением ошибок. Такой вид обмена используется в целях регистрации событий (в частности, аварийных).

Связь со смежной или вышестоящей системой может осуществляться через выделенный файлсервер или на базе технологии коммутируемых сетей (10/100 Switch Ethernet), или, например, по модему (коммутируемая или выделенная телефонная или физическая линия), радиомодему.

Диагностика. Программные и технические средства системы обеспечивают глубокую степень диагностики и самодиагностики компонентов технических средств. Информация о работе этих средств формируется с помощью:

• индикаторов, встроенных в технические средства;

• сообщений, передаваемых в инженерную и операторскую станции по локальной сети инженерной станции.

С помощью средств самодиагностики фиксируются, как минимум, следующие ситуации:

• отказ источников питания;

• отказ контроллера;

• отказ рабочей станции;

• обрыв цепи аналогового датчика с сигналом 4 – 20 мА;

• обрыв цепи дискретного датчика с сигналом 5 – 48 В;

• несоответствие текущего состояния дискретных выходов для релейных модулей состоянию, задаваемому пользовательской программой;

• отклонение сигналов за установленные диапазоны.

Все средства самодиагностики определяют конкретный адрес неисправного модуля.

Диагностические сообщения поступают в инженерную станцию, операторскую станцию и квитируются оперативным персоналом.

В подсистеме автоматического сбора и обработки информации формируются диагностические данные о состоянии:

• исполнительных устройств;

• датчиков аналоговых и дискретных сигналов;

• линий связи.

В контроллерах, обеспечивающих автоматический сбор и первичную обработку информации, формируется диагностическая информация об отказах и нарушениях в работе отдельных модулей.

В системе формируются также следующие диагностические сообщения:

• отказ (восстановление) связи контроллеров со станциями оператора;

• нарушение работоспособности принтеров;

• останов (или включение в работу) станции оператора, станции архивирования и др.;

• отказы в системе электропитания ПТК;

• превышение температуры в шкафах с контроллерами выше допустимой и др.

на 1 контроллер TREI – 05-00 от 1 до Количество видеокадров (окон, мне- не ограничено мосхем) Количество динамических элементов ограничено на одном видеокадре (окне) только Количество сообщений (событий):

Количество исторических трендов:

Количество трендов:

Периодичность обновления трендов на станции оператора и архивирова- 1 и выше ния, с «Глубина» трендов:

на станции архивирования не ограничено Контроллер TREI-05:

время опроса дискретных сигналов не более 20 мкс время опроса аналоговых входных не более 1,5 мс сигналов Отображение информации:

время полной смены кадра, с от 0,5 до 2, цикл обновления оперативной ин- от 0,25 до 1, формации на мониторе, с время полного перезапуска системы от 30 до после перерыва питания, с время полного перезапуска контрол- от 20 до леров после перерыва питания, с ПТК представляет собой интегрированную иерархическую систему, состоящую из аппаратно- и программно совместимых технических средств, объединенных средствами передачи данных. ПТК удовлетворяет следующим требованиям:

• рациональность структуры в условиях интенсивного развития номенклатуры средств и расширения состава информационно-вычислительных и управляющих функций системы;

• гибкость структуры, обеспечиваемой модульностью технических средств и программного обеспечения;

• возможность построения многоуровневых многомашинных комплексов, обеспечивающих территориально распределенную обработку информации и управление;

• возможность развития системы путем модульного наращивания подсистем и реализуемых функций контроля и управления.

ПТК включает в себя следующие компоненты:

• контроллеры TREI-5B ( www.trei-gmbh.ru);

• системы и средства передачи данных, в том числе локальные сети;

• средства представления информации – станции оператора (вычислительные средства, цветные мониторы, принтеры и т.п.);

• технические средства архивирования;

• систему бесперебойного питания;

• сервисные средства для эксплуатации, проверки, контроля работы, наладки и обслуживания системы.

Контроллеры и монтажные шкафы. Контроллеры TREI-5В – это компактные проектнокомпонуемые многофункциональные аттестованные устройства, выполненные в конструктиве Евромеханика 19.

Контроллеры TREI-5B имеют модульную структуру, что позволяет при изменении набора и количества модулей устанавливать требуемую информационную и вычислительную мощности.

Вычислительную часть контроллера составляет одноплатный IBM PC/AT-совместимый компьютер в промышленном исполнении.

Контроллеры TREI-5B обеспечивают:

• ввод информации от датчиков дискретных сигналов;

• ввод унифицированных аналоговых сигналов, сигналов термопар и термометров сопротивления;

• циклический и адресный опрос датчиков;

• фильтрацию и сглаживание значений параметров;

• линеаризацию нелинейности характеристик датчиков: масштабирование (приведение к физической шкале) значений параметров;

• компенсацию температуры холодных спаев термопар, извлечение квадратного корня при измерении расходов;

• контроль достоверности измерительной информации по граничным значениям, скорости изменения (или по другим критериям);

• прием команд оператора, противоаварийных защит, формирование команд управления исполнительными механизмами;

• формирование команд противоаварийных защит по технологическим параметрам и действиям оператора;

• формирование управляющих воздействий для реализации законов регулирования (П-, ПИ-, ПИД и т.п.);

• управление исполнительными механизмами, контроль их состояния.

Семейство TREI-5B состоит из трех типов контроллеров:

TREI-5B-00 – средний по мощности контроллер, рассчитан на 192 (768) канала ввода/вывода, поддерживает шину ISA.

TREI-5B-01 – наименьший по мощности контроллер семейства, рассчитан на 128 дискретных или 24 аналоговых каналов ввода/вывода, поддерживает шину РС-104.

TREI-5B-02 – наибольший по мощности контроллер семейства, рассчитан на большое количество каналов аналогового (до 1984) и дискретного (до 3968) ввода/вывода, построен по магистральномодульной архитектуре, поддерживает шину РС-104 и соединяется с интеллектуальными платами ввода/вывода через последовательный порт RS-485.

Все контроллеры имеют варианты исполнения с искробезопасными цепями, приспособленными к работе во взрывоопасных зонах.

Контроллеры поддерживают набор типовых портов и интерфейсов:

TREI-5B-00 – ИРПС, RS-232, RS-485, Ethernet;

TREI-5B-01 – RS-232, RS-485;

TREI-5B-02 – RS-232, RS-485, Ethernet, Profibus DP и FMS, Modbus.

Контроллеры TREI-5B-01 и TREI-5B-02 поддерживают дополнительные интерфейсы к типовым промышленным сетям, совместимым с шиной РС-104.

Связь контроллеров и рабочих станций осуществляется по сети Ethernet со скоростью передачи данных до 10 Мб/c на оптоволокне или по Fast Ethernet со скоростью до 100 Мб/c. К контроллерам можно напрямую подключить VGA-монитор.

Удаленные блоки ввода/вывода соединяются с контроллером по последовательному интерфейсу RS-485 и могут находиться на расстоянии до 1200 м. Число узлов, подключаемых к линии, может достигать 124 устройств.

Унифицированные сигна- 0 … 5; –5 … 0 … 5;

постоянного тока, мА … Унифицированные сигна- 0 … 5; 0 … 10;

постоянного напряжения, Сигналы термопар градуи- ТХА, ТХК ровок Сигналы термосопротив- 50М, 100М, 50П, 100П лений ТСМ и ТСП Дискретные входные сигналы постоянного напряжения: 0… логическая единица Коммутационные возмож- 24 В при токе до 0,25 А;

ности модулей вывода дис- до 220 В и до 0,5 А (релейкретных сигналов ный выход);

Для программирования контроллеров можно использовать набор технологических языков пакета ISaGRAF, соответствующий стандарту IEC 61131-3, или язык КРУГОЛ, являющийся частью пакета «КРУГ-2000».

При использовании выходных дискретных сигналов для управления исполнительными механизмами (задвижкой, двигателем), пусковыми устройствами, которые потребляют достаточно большую мощность, применяются силовые преобразователи 24/220 В с выходным током не менее 5 А, входящие в состав аппаратуры ПТК.

Контроллеры TREI-5B имеют в составе развитые сетевые средства для работы в локальной вычислительной сети. Связь между контроллерами и верхним уровнем управления цифровая, помехоустойчивая, защищенная резервированием на случай отказа или разрушения аппаратуры системы связи. При нарушении работы сети контроллеры обеспечивают автоматическую работу с безударным включением в сеть при восстановлении последней. Кроме того, имеется возможность выполнения через интерфейсный канал всех процедур технологического программирования и настройки контроллера.

Контроллер оснащен аппаратно-программными средствами самодиагностики. Информация о работе этих средств формируется с помощью индикаторов, расположенных в контроллере, и сообщений, передаваемых оператору через интерфейсный канал.

В контроллерах TREI-5B предусмотрена возможность проектного увеличения их надежности путем резервирования модулей ввода-вывода в пределах одного контроллера или дублирования контроллеров.

Контроллеры для выполнения функций противоаварийных защит дублируются с автоматическим переключением в случае отказа с основного контроллера на резервный.

Станция оператора обеспечивает контроль протекания технологического процесса, контроль состояния технологических параметров и оборудования, а также дистанционное управление техническими средствами.

Станция оператора обеспечивает выполнение следующих функций:

• вывод видеокадров в виде мнемосхем, графиков, цифровой информации в виде таблиц;

• вывод информации об ошибках в контроллерах, связанных с данной станцией;

• изменение оперативных параметров и параметров настройки контроллеров;

• дистанционное управление аналоговыми и дискретными выходами.

В качестве вычислительного блока станции оператора применяются компьютеры ведущих мировых компьютерных фирм (офисное исполнение) со следующими характеристиками: процессоры от РENTIUM II 266 МГц, высокоскоростная шина РCI, высокоскоростная кэш-память емкостью от 256 до 512 кбайт.

Дисковый интерфейс – типа Fast Wide SCSI. Графический SVGA РCI адаптер не менее чем с 4 Мб видеопамятью. Объем ОЗУ – не менее 128 Мб. Конкретный выбор характеристик оборудования осуществляется на этапе поставки ПТК. Кроме того, в состав станции оператора, как правило, входит плата автоматического перезапуска (НПФ «КРУГ»), осуществляющая автоматический перезапуск системного блока компьютера в случаях сбоя компьютера, «зависания» или «зацикливания» системного или фирменного программного обеспечения.

Станция оператора имеет возможность архивации информации на определенную глубину и распечатки информации на принтере. Программирование функций станции ведется с помощью инструментальных программных средств, не требующих знания и навыков в области программирования на языках высокого уровня.

Основным средством вызова информации для отображения оператору и ввода команд оператора является функциональная технологическая клавиатура в пыле-, брызгозащищенном исполнении.

Основными средствами отображения информации являются цветные графические дисплеи высокого разрешения размером от 20 до 21 офисного исполнения в комплекте с мышью (офисного или промышленного исполнения) Для регистрации информации (ведения отчетов, составления протоколов и т.п.) применяются устройства печати – черно-белые принтеры.

Пульты управления. Важным звеном в АСУ ТП на базе ПТК «КРУГ-2000» является оператортехнолог (машинист, диспетчер и т.п.), рабочим местом которого является пульт управления (ПУ).

Для представления информации оператору на пульте используются:

• видеомониторы (цветные графические дисплеи от 17 до 21);

• показывающие и регистрирующие приборы для индикации отдельных параметров (при необходимости);

• ключи аварийного останова технологического оборудования;

• экран коллективного пользования, например, видеосистема (при необходимости).

Визуальные устройства контроля и оповещения дополняются средствами звуковой сигнализации.

Дисплеи, как и операторские станции, в которые они входят, резервируют друг друга и взаимозаменяемы.

На цветные дисплеи выводится оперативная информация по контролируемым параметрам в виде фрагментов мнемосхем, графиков и гистограмм с сигнализацией отклонений параметров от допустимых значений. Для вызова информации на экраны дисплеев используются функциональные клавиатуры, позволяющие выводить нужные видеокадры простым нажатием клавиш.

Кроме того, предусмотрен автоматический (инициированный системой управления) вывод на экраны дисплеев сигнальной информации о работе оборудования (при нарушениях нормального хода технологического процесса). На панели дистанционного управления располагаются индивидуальные ключи и блоки управления для воздействия на наиболее важные исполнительные механизмы.

В состав ПТК входит набор универсальных пультовых конструкций производства НПФ «КРУГ», позволяющих создавать путем проектной компоновки широкий набор пультов управления.

Сервер оперативной базы данных. Оперативная база данных (ОБД), т.е. СУБД реального времени, размещается на выделенном сервере ОБД. Сервер ОБД осуществляет также хранение предыстории процесса за относительно короткий период времени (от 1 до 7 суток).

Все серверы реализуются на высоконадежной кластерной платформе DELL Power Edge. Кластер объединяет вместе два сервера. В случае отказа одного сервера, другой сервер кластера берет на себя выполнение приложений отказавшего сервера.

Архивная станция обеспечивает долговременное хранение динамической информации – значений технологических параметров, периодически передаваемых ей через заданные промежутки времени или в момент аварии, расчетной информации, а также любой другой информации, обеспечивающей отчетность, анализ.

В качестве архивной станции (архивного сервера) применяются рабочие станции с характеристиками, аналогичными характеристикам станции оператора. В качестве средств долговременного хранения архивов используются магнитооптические накопители емкостью не менее 230 Мб и/или съемные жесткие диски, которые устанавливаются в архивную станцию.

Инженерная станция обеспечивает инженерное обслуживание микропроцессорных контроллеров, входящих в состав ПТК средств контроля и управления – их программирование, наладку и настройку, сбор информации об отказах и сбоях. Также инженерная станция обеспечивает инженерное обслуживание рабочих станций – их программирование, наладку и настройку, контроль работоспособности, останов и запуск.

Инженерная станция выполнена на базе персонального IBM PC-совместимого компьютера офисного исполнения.

В состав ПТК входит также стенд для проверки модулей и узлов контроллеров. Конкретный состав стенда определяется на этапе разработки АСУ ТП.

Коммуникация различных элементов ПТК в основном осуществляется посредством локальной вычислительной сети, базирующейся на 10/100 Мб/с Ethernet технологии (витая пара). В качестве базового протокола использованы протоколы семейства IP (TCP/IР, UDP) фактически признанные в качестве международного стандарта.

Это обеспечивает возможность применения разноплатформенной техники при построении, развитии и дальнейшей модернизации системы. При использовании протокола TCP/IР предусмотрена программная «надстройка» протокола, обеспечивающая его адаптацию к специальным требованиям, предъявляемым к обмену данными в системах реального времени.

Для реализации простых задач обмена в управляющей сети используется протокол UDP (User Datagram Protocol). Однако протокол UDP не обеспечивает гарантированную доставку данных.

Все компоненты системы передачи данных полностью дублированы, что защищает систему от отказов кабелей, разъемов и т.п. Отказ каналов связи не влияет на работоспособность подключенных к ним контроллеров. Отказ идентифицируется системой. При этом контроллер переходит на резервную сеть.

1.6. Примеры построения автоматизированных систем управления 1.6.1. АСУ ТП «АСТРА-3.2» УСТАНОВКИ ГИДРООЧИСТКИ

ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ АСТРАХАНСКОГО ГПЗ

У-1.732 (ЛЧ-24/11-1000) Астраханского газоперерабатывающего завода ООО «Астраханьгазпром».

АСУ ТП «АСТРА-3.2» – распределенная система управления, включающая в себя следующие подсистемы:

• сбора и отображения информации;

• автоматического регулирования;

• дискретно-логического управления;

• противоаварийных защит и блокировок.

Основные компоненты системы:

• контроллеры TREI-05B взрывозащищенного исполнения со 100 %-ным резервированием систем автоматического регулирования и противоаварийных защит и блокировок;

• автоматизированные рабочие места оператора гидроочистки и машиниста компрессора на базе персональных компьютеров в комплекте с функциональной клавиатурой и 20 мониторов со 100 %-ным резервированием;

100 %-ным резервированием;

• сервер оперативной базы данных с функциями архивирования со 100 %-ным резервированием и функциями полной зеркализации оперативной базы данных и архивов;

• станция инжиниринга;

• принтеры;

• программное обеспечение:

o пакет программ «КРУГ-2000» для Windows NT, ОС Windows NT4.0 – для абонентов верхнего o система реального времени контроллеров на базе пакета программ «КРУГ-2000», ОС QNX v.4.24 – для абонентов нижнего уровня;

• конструктивы – 19 шкафы (RITTAL).

АСУ ТП «АСТРА-3.2» функционирует в структуре клиент-сервер, со 100 %-ным резервированием серверов базы данных и локальных вычислительных сетей. Структура автоматизированной системы управления «АСТРА-3.2» представлена на рис. 1.20.

Рис. 1.20. Общая структура системы контроля и управления Общее количество входных/выходных сигналов – 1492, в том числе:

• контролируемых аналоговых сигналов (расход, уровень, температура, вибрация, частота и т.п.), с учетом резервируемых каналов – 460;

• контролируемых дискретных сигналов (с учетом состояния запорной арматуры), с учетом резервируемых каналов – 610;

• дискретных управляющих сигналов, с учетом резервируемых каналов – 260;

• контуров аналогового регулирования, с учетом резервируемых каналов – 162.

• АРМ оператора гидроочистки – 2 шт.;

• АРМ машиниста компрессора – 1 шт.;

• устройство печати – 2 шт.;

• станция инжиниринга – 1 шт.;

• сервер базы данных с функциями архивирования – 2 шт.;

• контроллеры ТРЕЙ-05В – 9 шт., контроллеры установлены в четырех монтажных шкафах:

шкаф № 1 – информационная подсистема для аналоговых сигналов (контроллеры № 1, 2);

шкаф № 2 – подсистема автоматического регулирования со 100 %-ным горячим резервированием (контроллеры № 3, 4);

шкаф № 3 – подсистема технологических защит со 100 %-ным горячим резервированием (контроллеры № 5, 6);

шкаф № 4 – информационная подсистема для дискретных сигналов и подсистема дистанционного управления (контроллеры № 7, 8, 9);

• комплект сетевого оборудования на базе 10 Мб/c технологии Ethernet cо 100 %-ным резервированием для абонентов нижнего уровня и комплект сетевого оборудования на базе 100 Мб/c технологии Ethernet cо 100 %-ным резервированием для абонентов верхнего уровня;

• система бесперебойного питания – 1 шт. (со 100 %-ным резервированием);

• источники питания внешних цепей (24 В) – 10 шт.

1. Минимальный период опроса датчиков на контроллере:

• 100 мкс – дискретный вход;

• 1 мс – аналоговый вход.

2. Минимальное время реакции на аварийные сигналы:

• при обработке в целях аварийной защиты на уровне контроллеров – от 100 мс;

• при передаче к пультам оператора – 200 мс.

3. Цикл смены данных на пульте оператора при наличии до 200 динамических элементов в кадре от 0,2 до 1 с. Цикл смены кадров – 0,2 до 1,5 с.

4. Минимальное время реакции на команду оператора – 0,2 с.

5. Время полного перезапуска АРМ-а оператора системы после перерыва питания – 60 с.

6. Время полного перезапуска контроллеров после перерыва питания – 40 с.

1. Видеокадры:

• количество стандартных видеокадров – 80;

• количество мнемосхем – 60;

• количество динамических элементов на одном кадре – ограничено только размером экрана.

2. Сигнализация:

• типы сигнализации – 5;

• виды сигнализации – световая, звуковая (3 уровня);

• количество сообщений, запоминаемых в памяти станции машиниста – 24 000 (за сутки).

3. Тренды:

• оперативные тренды – 1000 параметров, периодичность обновления – 3 с;

• исторические тренды – 500 параметров, периодичность обновления – 1 мин, глубина архивирования – не ограничена;

• часовые тренды – 500 параметров, периодичность обновления 1 ч, глубина архивирования – не ограничена.

Контроллеры ТРEI-5В обеспечивают ввод, обработку и вывод всех сигналов датчиков турбины.

Контроллер TREI-5В – это компактное проектно-компонуемое многофункциональное аттестованное устройство в конструктиве «Евромеханика»19.

Основные характеристики:

• процессор – 486DX4/75 МГц;

• энергонезависимое ОЗУ – до 512 кб;

• память программ пользователя – 4 Мб;

• количество входных/выходных сигналов любого типа – до 576;

индивидуальная гальваническая развязка по всем видам входов/выходов – 1500 В;

гальваническая развязка между каналами – 1500 В;

исполнение – взрывозащищенное (вид взрывозащиты – искробезопасная электрическая цепь);

размеры плат: 9HE;

стандарт сети – ETHERNET IEEE 802.3;

стандарт протокола – TCP/IP;

стандарт шины вычислительного блока – ISA.

Серверы БД РВ – серверы базы данных производят опрос данных от контроллеров и их обработку;

ведение оперативной базы данных, базы данных трендов, протокола событий; формирование печатных документов и протоколов пред- и послеаварийных ситуаций; автоматическую печать протокола событий. Также они осуществляют автоматическое резервирование базы данных и зеркализацию оперативных и архивных данных между основным и резервным сервером в реальном времени.

АРМ оператора и машиниста – на базе персональных компьютеров DELL в комплекте с графическими 20 мониторами и функциональными клавиатурами – обеспечивают отображение на мнемосхемах в графической или численной форме параметров базы данных. Оперативные данные и данные из архивов запрашиваются у сервера базы данных по резервируемой локальной вычислительной сети Ethernet Мб/c.

Станция инжиниринга может работать в режиме реального времени или в автономном режиме с целью выполнения сервисных функций или пользовательских задач. Она может осуществлять функции дублирующей станции для любой из станций оператора сети в режиме реального времени, производить диагностику состояния связи с абонентами системы, архивирование и протоколирование изменений, вносимых в программное обеспечение абонентов системы. С ее помощью можно вносить изменения в программное обеспечение функционирующих контроллеров и станций оператора, загрузку программного обеспечения абонентов системы после останова или замены их после ремонта.

Сетевые средства. Локальная сеть АСУ ТП для связи серверов базы данных с контроллерами базируется на сетевой 10 Мб/с ETHERNET технологии – витая пара. Локальная сеть АСУ ТП для связи серверов базы данных с абонентами верхнего уровня системы и выполнения алгоритма зеркализации данных между серверами базируется на сетевой 100 Мб/с ETHERNET технологии – витая пара. В качестве базового протокола сетевого взаимодействия использован протокол TCP/IР.

Конструктивы. Контроллеры TREI-5B установлены в 4 шкафах. Шкафы выполнены в конструктивах фирмы RITTAL (1800 600 800) со стеклянной передней и металлической задней дверями, которые имеют встроенные запорные устройства. На задней плоскости расположены клеммники для внешних соединений, резервируемые источники питания внешних цепей и панель освещения.

В АСУ ТП «АСТРА-3.2», созданной на базе пакета «КРУГ-2000», реализованы следующие функции.

Информационные функции:

• измерение и контроль параметров;

• обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных границ;

• ручной ввод данных;

• формирование и выдача оперативных данных;

• архивирование предыстории параметров на жестком магнитном диске;

• анализ срабатывания блокировок и защит.

Управляющие функции:

• реализация контролером режима непосредственного цифрового регулирования аналоговыми регуляторами;

• выдача со станции машиниста сигналов задания регуляторам и сигналов управления аналоговыми исполнительными механизмами с функциональной клавиатуры на контроллер;

• выдача дискретных управляющих воздействий с функциональной клавиатуры на контроллер.

Выдача управляющих воздействий осуществляется с видеокадров мнемосхем.

Управление дискретными исполнительными механизмами осуществляется нажатием кнопок «Откр/Вкл», «Закр/Выкл», «Стоп». Система обеспечивает контроль прохождения команды с клавиатуры на монитор и контроллер.

Команды управления имеют наивысший приоритет по сравнению с другими функциями системы.

Величины управляющих воздействий и изменения логических состояний регистрируются в «Протоколе событий».

К функциям диагностики системы относятся:

• контроль состояния связи с УСО (контроллерами);

• диагностика состояний узлов и плат ввода/вывода контроллера;

• диагностика состояний уровней входных сигналов, поступающих от первичных преобразователей;

• диагностика состояния связи с абонентами верхнего уровня системы;

• диагностика связи и состояния резервируемых серверов базы данных.

К вспомогательным функциям системы относятся:

• тестирование и самодиагностика комплекса технических средств ПТК системы;

• перенастройка системы (реконфигурация программного обеспечения);

• разграничение прав доступа пользователей к управляющим функциям системы и регистрация входа и выхода пользователя в систему;

• зеркализация базы данных и архивов на уровне серверов базы данных;

• зеркализация базы данных на уровне резервируемых контроллеров;

• автоматическое резервирование локальных сетей для связи с абонентами системы;

• резервирование контроллеров в подсистеме защит и блокировок и подсистеме регулирования;

• подробная экранная помощь;

• коррекция времени.

Информация, выдаваемая на монитор, группируется на видеокадрах по функциональному признаку и отображается в виде технологических схем, графиков, таблиц, гистограмм.

Информация предоставляется оператору по принципу «детализации сверху – вниз (от общего к частному)».

В системе предусмотрены следующие типы видеокадров: стандартные и мнемосхемы.

Стандартные видеокадры (окна):

• протокол событий (по системе в целом, с возможностью выборки по типам сигнализации, дате и времени регистрации события, сообщениям из программ пользователя, управляющим действиям, по позиции, абоненту, по диагностике оборудования);

• «настройка» – таблица оперативной настройки для каждого параметра;

• групповые тренды – историческая информация (тренды) по 10 переменным;

• одиночные тренды – тренд предыстории по каждой переменной;

• быстрые тренды – оперативная информация (тренд) по переменной;

• просмотр печатных документов, протоколов предаварийных и послеаварийных событий и др.

Мнемосхемы отображают в динамике текущее состояние технологического процесса.

• Обзорное табло – обобщенный кадр (1-й уровень детализации). Информация о состоянии параметров технологических блоков установки поделена на технологические участки, и их названия высвечиваются на этом видеокадре. Изменение цвета (зеленый, желтый, красный) названий указывает на появление сигнализации на соответствующем технологическом участке.

• Технологические мнемосхемы (2-й уровень детализации): «Блок подготовки сырья», «Печной блок (П-201, П-202)», «Реактор гидроочистки Р-201», «Блок стабилизации гидрогенизата», «Компрессия ВСГ», «Блок очистки и регенерации ДЭА», «Узел ввода/вывода», «Системы блокировок и защит», и др.

В системе предусмотрен вывод на мнемосхемы (экран монитора) следующих динамических элементов:

• текущее значение аналоговой переменной в цифровой форме;

состояние дискретной переменной в виде надписей, например, «Вкл», «Откл», «Открытие», «Закрытие»;

• динамический барграф, меняющий свою длину в зависимости от величины аналогового параметра;

• динамический элемент мигания определенного поля мнемосхемы;

• динамическая виртуальная клавиша, при нажатии на которую происходит переход от текущей мнемосхемы на любую другую по выбору;

• динамическая область мнемосхемы, на которой могут высвечиваться различные «картинки», в зависимости от взаимного состояния дискретных сигналов и других логических переменных;

• приборы управления регуляторами и электрооборудованием • и многие другие элементы динамики.

В системе предусмотрено формирование и отображение на мониторе, а также печать в виде отдельного документа:

• «Протокола сообщений» – отчетного документа, в котором в хронологическом порядке фиксируются следующие события:

отклонения параметров от допустимых границ;

возврат параметров в регламентные границы;

изменение коэффициентов настройки отдельного параметра;

срабатывание схем технологических защит и блокировок;

диагностические сообщения;

ввод данных ручного ввода и др.;

• отчетных документов произвольной формы:

суточная ведомость, режимные листы, наработки электрооборудования, информация о хозрасчетных параметрах, ведомость регенерации реактора Р-201 и др.;

• «Протоколы предаварийного и послеаварийного состояния» по срабатыванию параметров технологических защит и блокировок компрессора ЦК-201.

Автоматизированная система коммерческого учета воды и пара на Саранской ТЭЦ-2 на базе ПТК «КРУГ-2000/Т» (АСКУТ), предназначена для автоматизированного коммерческого учета и оперативного контроля отпуска тепловой энергии с сетевой водой и паром, как по отдельным внешним потребителям, так и по Саранской ТЭЦ-2 в целом (с учетом потребления сетевой воды на собственные нужды), потребления артезианской и добавочной (речной) воды.

Цели работы. Повышение информативности, оперативности, надежности, точности, достоверности и снижение трудоемкости учета отпуска тепловой энергии и теплоносителей, потребления артезианской и речной воды, представление обслуживающему персоналу и руководству средствами локальной вычислительной сети оперативной и учетной информации о параметрах теплоносителей, архивирование и документирование информации для последующего статистического анализа и прогнозирования нагрузки Саранской ТЭЦ-2.

Результаты работы. Внедрение АСКУТ позволило оперативному персоналу решать задачи учета и контроля на качественно новом уровне за счет:

• реализации более сложных алгоритмов, которые являются дополнением и детализацией «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя»;

• обеспечения персонала оперативной и учетной информации о параметрах теплоносителей, как по отдельным потребителям, так и по ТЭЦ-2 в целом.

Рис. 1.21. Структурная схема АСКУТ Саранской ТЭЦ-2:

СТД, Miltronics – счетчики газа, уровномеры; СИ – станция инжиниринга Кроме того, распределенная структура АСКУТ обеспечила существенное снижение затрат на кабельную продукцию.

Структурная схема АСКУТ Саранской ТЭЦ-2 представлена на рис. 1.21.

Функции системы:

• автоматический контроль параметров;

• обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных границ;

• представление информации технологам, службам АСУ ТП и КИПиА;

• коммерческий учет отпуска потребителям тепловой энергии и теплоносителей: пара, сетевой, подпиточной воды, а также артезианской воды;

• формирования архивов учетных данных и технологических параметров трубопроводов, а также действий персонала;

• получение документов по коммерческому учету тепловой энергии и теплоносителей, артезианской холодной воды.

Информационная мощность:

• всего сигналов – 144;

• аналоговых сигналов – 144;

• мнемосхем – 197;

• трендов – 3920.

Компоненты системы:

• Пакет SCADA «КРУГ-2000», в том числе среда разработки (генератор базы данных, графический редактор, технологический язык и др.) и среда исполнения (исполняемые модули станций оператора и контроллеров, модули учета тепла). На рис. 1.22 представлена одна из мнемосхем станции оператора.

• Операционная система в контроллерах QNX.

• Контроллер серии TREI-5B-02 (100 %-ное резервирование процессорной части).

• Станция оператора (2 шт.) на базе персональных компьютеров со 100 %-ным «горячим» резервированием с 17 мониторами и технологическими клавиатурами.

• Станция инжиниринга на базе персонального компьютера представляет собой АРМ инженера службы АСУ ТП.

• Локальная управляющая сеть Ethernet (100 %-ный дублированный «промышленный» Ethernet, витая пара, оптоволокно).

• Искробезопасные источники питания внешних цепей (от контроллера).

• Шкафы монтажные (4 шт.) на базе конструктивов RITTAL.

• Источники бесперебойного питания.

Объект автоматизации: автоматизированная система управления установкой «Южный теплоцентр».

Южный теплоцентр цеха № 11 является бойлерной установкой, которая вырабатывает горячую воду для системы теплоснабжения южной части предприятия ОАО «Саратовкий НПЗ».

Цели работы. Обеспечение надежной и эффективной работы оборудования за счет оптимального управления режимами его работы в соответствии с требованиями технологического регламента, своевременного обнаружения и ликвидации отклонений, организация хозяйственного учета пара и оборотной воды, мониторинг насосного оборудования, накопление данных о наработке моточасов силового электрооборудования.

Результаты. Внедрение АСУ обеспечило снижение непроизводительных потерь материальнотехнических и топливно-энергетических ресурсов и сокращение эксплуатационных расходов.

Структурная схема АСУ установкой «Южный теплоцентр» представлена на рис. 1.23.

Функции системы:

• сбор и обработка информации;

• предупредительная и аварийная сигнализация выхода значений технологических параметров за установленные регламентом пределы технологических норм; отображение информации о технологическом процессе;

• расчет параметров хозяйственного (некоммерческого) учета по стандартизированным методикам коммерческого учета;

• мониторинг насосного оборудования;

• вычисление материального баланса по воде и пару;

редача информации о параметрах технологического процесса в системы верхнего уровня;

Рис. 1.23. Структурная схема АСУ входных аналоговых – 34;

установкой «Южный теплоцентр»

дискретных выходных – 6;

мнемосхем – 88;

трендов – 372.

Компоненты системы:

• Пакет SCADA «КРУГ-2000», в том числе среда разработки (генератор базы данных, графический редактор, технологический язык и др.) и среда исполнения (исполняемые модули станций оператора и контроллеров, модули учета тепла). Одна из мнемосхем пульта оператора представлена на рис. 1.24.

• Контроллер серии TREI-5B-02. Операционная система в контроллерах QNX.

• Станция оператора на базе персонального компьютера, оснащенная монитором 17 и технологической клавиатурой.

• Станция инжиниринга на базе персонального компьютера представляет собой АРМ инженера службы АСУ ТП.

• Локальная управляющая сеть Ethernet.

• Искробезопасные источники питания внешних цепей (от контроллера).

• Шкаф монтажный на базе конструктивов RITTAL.

• Источники бесперебойного питания.

• Лазерный принтер.

Рис. 1.24. Мнемосхема «Откачивание конденсата из емкости»

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ РЕГУЛИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ

Успехи в микроэлектронике, появление микропроцессоров революционизировали технику построения систем управления. Микропроцессоры стали входить в состав отдельных средств автоматики и контроля. В настоящее время на рынке автоматизации представлено огромное количество микропроцессорных средств автоматики различной степени сложности – от простейших микропроцессорных приборов контроля и локального управления до многоканальных (до нескольких тысяч входов-выходов) микропроцессорных контроллеров.

Измерители-регуляторы ТРМ-1, 2ТРМ-1 предназначены для измерения и регулирования температуры различных сред. Также они могут использоваться для измерения и регулирования других физических величин, преобразованных в электрический унифицированный сигнал по току (0 … 5 мА, 0 … Прибор ТРМ-1 осуществляет одноканальное регулирование по позиционному или пропорциональному независимое регулирование двух измеряемых величин по двухпозиционному или пропорциональному закону;

регулирование одной измеряемой величины по трехпозиционному закону;

регулирование разности температур (или другой физической величины).

Приборы выполнены в настенном (130105 65 мм) или в щитовом исполнении (96 96 70 мм или 96 48 100 мм) с напряжением питания 220 В (ТРМ-1(2)А) или с расширенным диапазоном напряжения питания 85 … 250 В (ТРМ-1(2)Б). Внешний вид приборов представлен на рис. 2.1.

Функциональные схемы приборов представлены на рис. 2.2 и 2.3.

ТРМ-1 имеет один вход для подключения измерительного датчика. 2ТРМ-1 содержит два идентичных входа. Вход может быть выполнен в одной из следующих модификаций:

ТС – для подключения термометров сопротивления ТСМ или ТСП;

ТП – для подключения термопар ТХК, ТХА, ТНН, ТЖК;

ТПП – для подключения термопар ТПП;

АТ и АН – для подключения датчиков с унифицированным сигналом тока и напряжения, соответственно.

Блок обработки данных предназначен для предварительной обработки входного сигнала (цифровой фильтрации, коррекции и масштабирования), индикации измеренной величины и формирования сигнала управления выходным устройством. Блок обработки данных включает логическое устройство (ЛУ), Компаратор (устройство сравнения) – реализуется позиционное регулирование. Для работы ЛУ в этом режиме требуется выходное устройство (ВУ) ключевого типа (реле, оптосимистор, транзисторный ключ).

П-регулятор – реализуется аналоговое П-регулирование.

Измеритель-регистратор. Для реализации П-регулятора и измерителя-регистратора требуется установка в качестве выходного устройства цифро-аналогового преобразователя с выходным сигналом 4 … 20 мА.

Модификация входного и тип выходного устройства определяются при заказе прибора.

Программирование прибора осуществляется с помощью кнопок, расположенных на передней панели. Программирование заключается в установке параметров регулирования и режимов работы прибора.

Все настроечные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти прибора и остаются неизменными при выключении питания.

Измеритель-ПИД-регулятор ТРМ-10 предназначен для измерения входного параметра, широтноимпульсного (ШИМ) или аналогового регулирования нагрузкой по ПИД-закону регулирования. Также прибор формирует на своих выходах дискретный сигнал в виде замыкания контактов реле, который может использоваться для двухпозиционного регулирования или сигнализации о выходе измеряемого Приборы выполнены в настенном (130 105 65 мм) или в щитовом исполнении (96 96 70 мм или 96 48 100 мм) с напряжением питания 220 В (ТРМ-10А) или с расширенным диапазоном напряжения питания 85 … 250 В (ТРМ-10Б).

Датчик К входу ТРМ-10 могут быть подключены термопара, термометр сопротивления или датчик с унифицированным сигналом тока или напряжения. Конкретная модификация входа прибора указывается Блок обработки данных включает два логических устройства: ПИД-регулятор и устройство сравнения. Текущее значение регулируемой величины поступает на входы обоих логических устройств. Каждое логическое устройство имеет собственные уставки и работает независимо от другого.

В зависимости от установленного в приборе выходного устройства сигнал с ПИД-регулятора может быть преобразован в последовательность импульсов (с помощью широтно-импульсного модулятора ШИМ) для управления электрическими импульсными исполнительными механизмами или в аналоговый сигнал 4 … 20 мА.

В качестве выхода для компаратора используется сильноточное реле с коммутирующей способностью 8 А при 220 В.

Тип выходных устройств, установленных в приборе, определяется при заказе.

Программирование прибора осуществляется с помощью кнопок, расположенных на передней панели, и заключается в установке параметров регулирования и режимов работы прибора.

ПИД-регулятор с универсальным входом ТРМ-101 предназначен для регулирования температуры или других физических величин в различных технологических процессах. ТРМ-101 представляет собой одноканальный ПИД-регулятор с универсальным входом для подключения датчиков; дополнительным входом для дистанционного управления; блоком обработки даных, формирующим сигналы управления выходными устройствами, и с двунаправленным интерфейсом RS-485.

Функциональная структура прибора представлена на рис. 2.5.

ТРМ-101 имеет один универсальный вход (вход 1), к которому могут быть подключены датчики различным типов: термопреобразователи сопротивления, термопары, датчики с унифицированным сигналом тока 0 … 5 мА, 0(4) … 20 мА и напряжения 0 … 1 В, –50 … +50 мВ.

К дополнительному входу (вход 2) ТРМ101 можно одновременно подключить два внешних ключа:

для управления запуском/остановом процесса регулирования и для переключения на управление от ТРМ-101 осуществляет регулирование по ПИД-закону. Настройка коэффициентов ПИД-регулятора на объекте осуществляется автоматически (автонастройка).

Ключ Ключ Управление нагрузкой может осуществляться двумя способами: импульсным (через реле, транзисторную или симисторную оптопару) или аналоговым (током 4... 20 мА). Способ управления зависит от установленного в приборе выходного устройства и определяется при заказе.

В ТРМ-101 реализована функция обнаружения обрывов в контуре регулирования (LBA). Прибор контролирует скорость регулируемой величины и выдает сигнал об аварии, если при подаче максимального управляющего воздействия измеряемое значение регулируемой величины не меняется в течение определенного времени.

В приборе устанавливаются два выходных устройства в следующих сочетаниях: оба ключевого типа (реле, транзисторная или симисторная оптопара); выход 1 – ключевой; выход 2 – аналоговый (ток В регуляторе ТРМ-101 установлен модуль двунаправленного интерфейса RS-485, который позволяет осуществлять связь с РС-сов-местимым компьютером. При этом с компьютера можно производить чтение измеряемых величин, изменение режимов регулирования, запуск/останов процесса регулирования.

Микропроцессорный регулятор ТРМ-101 выполнен в щитовом исполнении и имеет габаритные размеры 48 48 102 мм.

Производство приборов ТРМ-1, 2ТРМ-1, ТРМ-10, ТРМ-101 осуществляется ПО «ОВЕН», г. Москва (www.owen.com.ru). Кроме рассмотренных микропроцессорных регуляторов ПО «ОВЕН» производятся:

ТРМ-12 – ПИД-регулятор для управления задвижками и трехходовыми клапанами;

ТРМ-501 – позиционный регулятор с таймером;

ТРМ-961, ТРМ-974.

Программируемые микропроцессорные регулирующие приборы семейства «Протар» (Протарразработаны Московским заводом тепловой автоматики с целью замены автоматизированных системах управления технологическими процессами автоматически включающегося при отключении сети переменного тока, обеспечивает сохранение информации, записанной в цифровом вычислительном устройстве.

Регуляторы «Протар» используют в одном из двух режимов работы:

в режиме работы по программе с «жесткой» структурой (за исключением Протар-120(130)), записанной в ПЗУ вычислительного устройства прибора, и пригодной для решения наиболее распространенных задач;

в режиме работы по программе со свободно программируемой структурой, составленной пользователем на базе библиотеки подпрограмм ПЗУ.

Использование «Протара» в режиме работы по программе с «жесткой» структурой фактически не отличается от использования непрограммируемых приборов: необходимо подключить прибор и установить с помощью пульта оператора требуемые параметры настройки.

Функциональная структура регулятора «Протар»-101(102, 120) представлена на рис. 2.8. Она включает устройства ввода и вывода информации, цифровое вычислительное устройство и встроенный пульт Устройство ввода информации позволяет вводить до шести аналоговых сигналов xi и до одиннадцати дискретных сигналов qi.

Устройство qaу информации Аналоговые входные сигналы xa, xb, xc, xd гальванически изолированы друг от друга и от всех остальных цепей и рассчитаны на подключение унифицированных сигналов тока (0 … 5 мА, 0(4) … 20 мА) или напряжения (0 … 10 В). Входные сигналы вводятся через устройства ВТ 05/2, ВТ 20/2, ВН 10/2, поставляемые в комплекте. Устройства подключения ВТ и ВН преобразуют соответствующий входной сигнал внешних цепей во входной сигнал прибора с динамическим диапазоном изменения 0 … 2 В.

Аналоговые входные сигналы xe, xh вводятся без гальванического разделения.

Все шесть аналоговых входных сигналов преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым Дискретные входные сигналы qi, соответствующие разомкнутому или замкнутому состоянию контактных или бесконтактных ключей, преобразуются в электрический двоичный сигнал (логический «0»

или логическая «1»). Для ввода сигнала логической «1» управляющий ключ должен находиться в замкнутом состоянии. Для ввода логического «0» – ключ размыкается.

Устройство вывода информации предназначено для связи регулятора с исполнительными механизмами, другими регуляторами и системами управления, а также для организации систем контроля и сигнализации.

Результаты функционирования регулятора представляются на его выходе в виде:

аналогового сигнала y с диапазоном изменения 0 … 10 В («Протар»-101(111)) или в виде унифицированного сигнала тока (0 … 5 мА, 0(4) … 20 мА) или напряжения 0 … 10 В («Протар»-101(111), «Протар»-120(130));

сигнала широтно-импульсной модуляции, организованного по трехпроводной схеме с внутренним или внешним источником питания и используемого для управления электрическим импульсным исполнительным механизмом;

дискретных сигналов zн, zв, управляемых программными компараторами, и zотк, управляемым блоком диагностики отказов.

Подключение нагрузок к импульсным и дискретным выходам регулятора при использовании внутреннего и внешнего источников питания иллюстрируется рис. 2.9.

Программируемое цифровое вычислительное устройство обеспечивает работу прибора в режиме «жесткой» или свободно программируемой структуры. Переключение режимов осуществляется дискретным входом qs. При q s = 0 (вход разомкнут) реализуется свободно программируемая структура, при q s = 0 (вход замкнут) включается «жесткая» структура. При этом вход в режим программирования не а, в – с внутренним источником питания; б, г – с внешним источником питания Вычислительное устройство в рамках функции F00 (эта функция входит в любую программу) реализует диагностику отказов. При наличии отказов или ошибок программирования или инициализации на цифровом дисплее периодически индицируется код отказа.

• Е.08 – отказ ПЗУ;

• Е.06 – некорректность в записи программы или отказ ОЗУ программы;

• Е.05 – отсутствие инициализации или отказ ОЗУ данных;

• Е.04 – превышение допустимого времени выполнения программы или зацикливание;

• Е.02 – программируемый отказ (при использовании функции F58);

• Е.01 – программируемый отказ (если переменная Г 0 < 0 ).

При возникновении одного из отказов размыкается дискретный выход zотк, обнуляются импульсные выходы zм, zб и замораживается выходной аналоговый сигнал y.

Встроенный пульт оператора предназначен для набора программ, изменения текущих значений переменных, индикаций режимов работы и состояний дискретных и импульсных выходов, сигнализации при отказах регулятора. Размещение кнопок управления, светодиодных индикаторов и 8-разрядного • Кнопка – переключение режимов работы цифрового дисплея;

• Кнопка «П-Н» – переход в режим просмотра (настройки) переменных и структуры (кода) программы;

• Кнопки – просмотр или изменение переменных или структуры программы;

• Кнопки и – переход в ручной и автоматический режим работы регулятора, соответственно;

Кнопки, – управление в ручном режиме исполнительным механизмом, подключенным к импульсным выходам z б, z м ;

• Светодиодные индикаторы, – индикация работы выходов z б, z м в автоматическом режиме работы регулятора;

• Светодиодные индикаторы, – индикация работы дискретных выходов zн, zв.

По выбору оператора цифровой восьмиразрядный дисплей может работать в одном из следующих 1. Режим «гашения». В режиме предусмотрена возможность контроля исправности дисплея (при одновременном нажатии кнопок во всех восьми разрядах высвечивается «8»). Также в этом режиме производится снятие отказов (при одновременном нажатии кнопок и «П-Н»).

2. Режим индикации рассогласования E и задания Y0.

3. Режим просмотра переменных и параметров, выбора переменной для отображения на дисплее и настройки параметров алгоритмов. Выбор переменной или параметра из списка осуществляется кнопками. После нажатия кнопки «П-Н» выбранный параметр может быть изменен кнопками.

4. Режим просмотра сигналов, выбор сигнала для индикации и индикация переменной, выбранной в режиме 3. В этом режиме оператор имеет возможность одновременно наблюдать на дисплее один из входных сигналов и любую внутреннюю переменную из списка. Переключение режимов осуществляется кнопкой, и они устанавливаются в последовательности 1-2-3-4-1 и т.д.

5. Режим набора программы и просмотра ее структуры. В режим дисплей переходит из режима при нажатии на «П-Н» (если реализуется свободно программируемая структура). При переходе в этот режим в первых двух разрядах высвечивается «ПС» (просмотр структуры); в третьем и четвертом – порядковый номер команды (шаг); в остальных – ее содержание. Программа может содержать до ста команд с порядковыми номерами от 00 до 99. Выбор требуемого шага программы осуществляется кнопками. Для изменения содержания шага необходимо нажать кнопку «П-Н» (до появления первых двух разрядов «НС») и кнопками выбрать нужную команду.

МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ «ПРОТАР»

Регуляторы «Протар» в режиме работы со свободно программируемой структурой вычислительного линейное и нелинейное, статическое и динамическое преобразования аналоговых и дискретных входных сигналов, заданий и переменных алгоритма;

селектирование, переключение и отключение сигналов;

введение в алгоритмы регулирования дополнительных статических и динамических, линейных и нелинейных звеньев;

автоматическое изменение параметров настройки по определенным функциональным зависимостям;

логическое управление;

программное регулирование;

каскадное регулирование;

формирование сигнала аварийной сигнализации отказа системы по введенному в программу алгоритму вычислений;

автоматическую перестройку выполняемой структуры.

Библиотека подпрограмм включает 20 сложных подпрограмм-блоков для комплексной обработки, преобразования и формирования сигналов и 40 относительно простых подпрограмм-функций для выполнения статических и преобразований сигналов, выполнения логических операций и т.д.

• F00 – организация ввода-вывода информации, диагностика отказов, фиксация конца программы;

• F01, F03, F05 – модификации формирования ПИД-закона регулирования для управления импульсными исполнительными механизмами;

• F02, F04, F06 – модификации формирования ПИД-закона регулирования с аналоговым выходным сигналом;

• F07 – организация каскадного регулирования (совместно с F01 или F02);

• F08 – формирование сигнала программного управления в виде кусочно-линейной функции времени;

• F09, F11 – интегрирование с управлением по сигналам qб, qм ;

• F10, F12 – интегрирование с управлением по сигналам q+, q ;

• F13 – кусочно-линейное преобразование сигнала;

• F14, F15 – двух и трехпозиционное широтно-импульсное преобразование;

• F16, F17, F18, F19 – статическое и динамическое преобразование сигналов xа, xb, xс, xd соответственно.

Перечисленные подпрограммы-блоки и подпрограммы-функции (F20-F59) записаны в ПЗУ регулятора. Программирование заданного алгоритма заключается в объединении готовых подпрограмм в общую программу определенной конфигурации.

По форме записи программа работы регулятора представляет последовательность команд. Содержание этих команд определяет последовательность использования подпрограмм и устанавливает связь между переменными. При программировании эта последовательность записывается как шаги, каждому Введенная последовательность команд формирует цепочный алгоритм вычислений, промежуточные результаты которых запоминаются, а конечные результаты являются входными сигналами устройств вывода информации из прибора.

Алгоритмами подпрограмм предусматриваются действия над одной ( x1 ) или двумя ( x1, x2 ) независимыми локальными переменными. Соответственно, функции F20 – F24 принято называть одноместными y = f ( x1 ), F25 – F59 – двухместными y = f ( x1, x2 ).

В качестве локальной переменной x1 в подпрограмму передается результат вычислений на предыдущем шаге программы. В качестве переменной x2 функции используют переменную, записанную на Например, необходимо сложить переменные А и В, являющиеся цифровыми аналогами входных сигналов xa и xb, и запомнить результат в переменной P. Программа выглядит следующим образом:

При составлении программ необходимо учитывать следующие особенности технологического программирования:

1. Первым шагом программы может быть либо функция F40 (вызов переменной), либо одна из подпрограмм F16 – F19, входными переменными которых являются входные сигналы прибора, а также функции F08, F09, F10.

2. Каждая из сложных подпрограмм-блоков F00 – F19 в программе может быть применена только один раз (некоторые из них не совместимы); подпрограммы-функции F20 – F59 допускается использовать многократно.

3. Программа выполняется последовательно шаг за шагом, начиная с шага 00. Это дает возможность многократно использовать одни и те же переменные в течение одного цикла вычислений (например, для хранения промежуточных результатов). При этом на индикацию выводится последнее вычисленное значение в цикле.

Приборы «Протар» производятся Московским заводом тепловой автоматики (www.mzta.ru). Кроме рассмотренного прибора этим предприятием производятся специализированные микропроцессорные регуляторы, рекомендуемые для использования при автоматизации различных тепловых объектов:

Микропроцессорные прецизионные регуляторы температуры «Протерм-100». Предназначены для применения в системах прецизионного (с высокой точностью) регулирования температуры, в том числе программного, в электротермии, при производстве полупроводниковых материалов, оптоволоконной техники, в процессе научных исследований и др. Основная отличительная особенность: высокая статическая и динамическая точность преобразования информации.

Микропроцессорные регуляторы температуры «Теплар». Регуляторы «Теплар-110» предназначены для автоматизации теплоснабжения жилого дома или предприятия. Обеспечивают регулирование системы отопления и горячего водоснабжения с высокой точностью, экономичные режимы управления при избытках тепла и оптимальное использование теплоносителя при дефиците тепла. «Теплар-111»

предназначены для автоматизации тепловых пунктов и обеспечивают регулирование температуры и перепада давления (расхода) в системе отопления, автоматизацию системы горячего водоснабжения (ГВС), экономичные режимы управления при избытках тепла и оптимальное использование теплоносителя при дефиците тепла.

Микропроцессорные регуляторы «Минитерм-300», «Минитерм-400» и «Минитерм-450» (рис.

2.11 а, б, г, соответственно). Предназначены для регулирования различных технологических параметров, например, температуры, давления, разрежения, уровня жидкости, расхода и т.п. Применяются для автоматизации печей и сушильных камер; котлоагрегатов и систем теплоснабжения; водо- и воздухоподогревателей; климатических камер и кондиционеров; термостатов и стерилизаторов, установок для переработки пластмасс и пищевых продуктов, а также многих других процессов и установок. При этом во многих случаях используется программное регулирование (программный задатчик). В «Минитерм-400»

программный задатчик включает 10 участков, в «Минитерм-450» – 24 участка.

Микропроцессорные регуляторы «Минитерм-У.2» (рис. 2.11, в). Приборы построены на основе «Минитерм-300» и дополнены тиристорным усилителем мощности для управления однофазными двигателями исполнительных механизмов мощностью до 100 В А и аппаратной станцией ручного управления исполнительным механизмом, которая включает стрелочный индикатор положения с органами настройки шкалы.

Рис. 2.11. Микропроцессорные регуляторы «Минитерм»:

МАЛОКАНАЛЬНЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ

КОНТРОЛЛЕРЫ

3.1. Контроллер малоканальный многофункциональный Контроллер предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логико-программное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий. Контроллеры Р-130 позволяют осуществлять объединение в кольцевую сеть Контроллер имеет проектную компоновку, которая позволяет пользователю выбрать нужный набор модулей и блоков согласно числу и виду входных/выходных сигналов. В состав Ремиконта входит блок контроллера БК-1 и ряд дополнительных блоков, расширяющих его возможности (рис. 3.1).

БЛОК КОНТРОЛЛЕРА БК-

МСД МСД

ПН- Клеммно-блочные соединители Входные и выходные сигналы Блок контроллера БК-1 преобразует аналоговые и дискретные сигналы в цифровую форму, а также осуществляет обратные преобразования, ведет обработку информации в цифровой форме и обеспечивает обслуживание лицевой панели (ЛП) и пульта настройки (ПН).

Модуль процессора ПРЦ-10, предназначенный для обработки информации, поступающей из других модулей, в соответствии с заданной программой.

Модуль контроля и программирования МКП-10, обслуживающий клавиатуру и индикаторы лицевой панели и пульта настройки.

Модуль стабилизированного напряжения МСН-10, обеспечивающий стабилизированным питанием весь блок контроллера вместе с пультом настройки.

Модули УСО (устройство связи с объектом), преобразующие аналоговые и дискретные сигналы в цифровую форму, а также осуществляющие обратные преобразования.

Лицевая панель ЛП, с помощью которой осуществляется оперативное управление технологическим процессом.

В контроллер устанавливаются 2 любых сменных модуля входа/выхода УСО, выбираемых заказчиком из таблицы.

Наименование модуля Ко аналоговых) Каждая пара дискретных выходов может выполнять функции одного импульсного выхода с цепями «больше»

– «меньше», общее количество импульсных выходов – 4.

Различные комбинации модулей УСО дают 30 модификаций блока контроллера.

Контроллер может работать со следующими входными сигналами:

• сигналы от термопар ТХК, ТХА, ТПР, ТВР, ТПП;

• сигналы от термометров сопротивлений ТСМ, ТСП;

• унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0 – 5, 0 – 20, 4 – 20 мА; 0 – 10 В;

• дискретные сигналы:

o логическая «1» напряжением от 19 до 32 В;

o логический «0» напряжением от 0 до 7 В.

Унифицированные аналоговые сигналы подаются непосредственно на клеммно-блочные соединители, соединенные с блоком контроллера. Сигналы от термопар и термометров сопротивления заводятся в контроллер через устройства БУТ-10 и БУС-10 соответственно.

Устройства БУТ-10 и БУС-10 представляют собой усилители сигналов. Они преобразуют сигналы от термопар и термометров сопротивлений в унифицированный сигнал 0 – 5 мА. Оба усилителя имеют На выходах Ремиконта могут быть сформированы следующие управляющие сигналы:

• унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0 – 5, 0 – 20, 4 – 20 мА;

• дискретные сигналы o транзисторного выхода максимальное напряжение коммутации 40 В;

o сильноточного релейного выхода максимальное напряжение коммутации 220 В;

Сильноточные выходные дискретные сигналы формируются на выходе Ремиконта при использовании блока усилителя мощности БУМ-10. Усилитель содержит четыре независимых реле с мощными Блок переключения БПР-10 предназначен для коммутации аналоговых или дискретных сигналов и применяется при необходимости внешней коммутации, блокировок, переключений.

Пульт настройки ПН-1 предназначен для технологического программирования контроллера, его статической и динамической настройки, а также для контроля сигналов в процессе наладки системы.

Блок питания БП-1 преобразует сетевое напряжение переменного тока 220 В в нестабилизированное напряжение постоянного тока 24 В. Это напряжение используется для питания блока контроллера БК-1 и усилителей БУТ-10 и БУС-10, а также для питания дискретных входов и выходов контроллера.

Язык программирования Ремиконта Р-130 является непроцедурным. При программировании не задается порядок выполнения операций, а создается виртуальная (кажущаяся) структура, которая описывает информационную организацию контроллера и характеризует его как звено системы управления.

Часть элементов виртуальной структуры реализована аппаратно: аппаратура ввода-вывода информации, аппаратура оперативного управления и настройки, аппаратура интерфейсного канала. Часть реализовано программно в виде алгоритмических блоков (алгоблоков) и библиотеки алгоритмов.

Алгоблок служит для хранения одного из библиотечных алгоритмов контроллера. Алгоблок с помещенным в него алгоритмом может рассматриваться как виртуальный прибор, выполняющий алгоритмическую обработку информации в соответствии с помещенным в него алгоритмом. Он обладает входами и выходами в количестве, присущем данному алгоритму. Алгоблоки соединяются друг с другом и с входами-выходами контроллера программным путем. В Ремиконте Р-130 можно использовать Библиотека алгоритмов – это перечень алгоритмов управления, которые могут помещаться в алгоблоки. Библиотека насчитывает 76 алгоритмов. В ее состав входят алгоритмы автоматического регулирования, динамических преобразований, логики, арифметических операций.

Часть библиотечных алгоритмов, которые называются специальными, выполняют особую задачу:

они связывают аппаратуру контроллера с основной массой функциональных алгоритмов. К специальным алгоритмам относятся: алгоритмы ввода и вывода аналоговых и дискретных сигналов; алгоритмы обслуживания лицевой панели; алгоритмы приема и передачи сигналов через интерфейсный канал.

Аппаратные средства виртуальной структуры (УСО, лицевая панель, интерфейсный канал) начинают выполнять свои функции после того, как в какие-либо алгоблоки будут помещены соответствующие В качестве примера библиотечного алгоритма на рис. 3.2 представлена функциональная схема алгоритма «Регулирование аналоговое РАН».

Функциональная схема алгоритма содержит несколько звеньев. Звено, выделяющее сигнал рассогласования, суммирует два входных сигнала, при этом один из сигналов масштабируется, фильтруется и инвертируется. Сигнал рассогласования на выходе звена (без учета фильтра) равен Зона нечувствительности не пропускает на свой выход сигналы, значения которых находятся в пределах от – x / 2 до x / 2.

ПИД-звено выполняет преобразование в соответствии с передаточной функцией где K п, Tи, K д – соответственно коэффициент пропорциональности, постоянная времени интегрирования На выходе ПИД-звена устанавливается ограничитель, который ограничивает выходной сигнал алгоритма по максимуму xмкс и минимуму xмин. Момент достижения выходным сигналом ПИД-звена значений xмкс и xмин фиксируют два дискретных выхода Dмкс и Dмин.

Алгоритм содержит узел настройки, состоящий из переключателя режимов «настройка-работа», нуль-органа и дополнительного фильтра с постоянной времени Tф1. При дискретном сигнале на входе cнас = 1 алгоритм переходит в режим настройки, и в замкнутом контуре регулирования устанавливаются автоколебания. Параметры этих колебаний (амплитуда и период), которые контролируются на выходе y, используются для определения параметров настройки регулятора.

Общие правила программирования. В исходном состоянии в алгоблоках отсутствуют алгоритмы управления, и алгоблоки не связаны друг с другом и аппаратной частью виртуальной структуры. При программировании контроллера алгоритмы помещаются в алгоблоки и между алгоблоками программно При размещении алгоритмов в алгоблоках в большинстве случаев действуют два правила:

1. Любой алгоритм можно помещать в любой (по номеру) алгоблок, за исключением алгоритмов, обслуживающих лицевую панель. Эти алгоритмы могут быть помещены в первые четыре алгоблока (номер алгоблока определяет номер контура регулирования).

2. Один и тот же алгоритм можно помещать в разные алгоблоки, т.е. использовать многократно.

При размещении необходимо задать реквизиты (параметры) алгоритма: библиотечный номер, модификатор и масштаб времени.

Библиотечный номер представляет собой двухзначное число, под которым данный алгоритм хранится в библиотеке, и является основным параметром, характеризующим свойства алгоритма.

Модификатор задает дополнительные свойства алгоритма. В частности в алгоритме суммирования модификатор задает число суммируемых входных сигналов, в алгоритме программного задатчика – количество участков и т.д.

Масштаб времени имеется только в алгоритмах, чья работа связана с реальным временем, например, регулирование, программный задатчик, таймер и т.д. Масштаб времени задает одну из двух размерностей для временных сигналов или параметров. Если контроллер настроен на младший диапазон, то масштаб времени индивидуально в каждом алгоблоке задает масштаб «секунды» или «минуты». Для старшего диапазона масштаб времени задает «минуты» или «часы».

Соединение алгоблоков между собой и с аппаратной частью контроллера осуществляется операцией конфигурирования. В процессе конфигурирования для каждого входа алгоблока задается источник сигнала или параметры настройки, т.е. каждый вход алгоблока находится в одном из двух состояний – Вход считается связанным, если он соединен с выходом какого-либо алгоблока, в противном случае Сигналы на свободных входах могут быть представлены в виде констант или в виде коэффициентов. Отличие между ними заключается в возможности их изменения: константы можно устанавливать и изменять только в режиме программирования, коэффициенты можно также устанавливать и изменять и Возможности конфигурирования не зависят от алгоритма, помещенного в алгоблок, и определяются 1. Любой вход любого алгоблока можно связать с любым выходом любого алгоблока или оставить свободным.

2. На любом свободном входе любого алгоблока можно вручную задавать сигнал в виде константы или коэффициента.

3. На любом входе любого алгоблока сигнал можно инвертировать.

Исключениями из этих правил являются неявные входы и выходы тех алгоритмов, которые связывают аппаратуру контроллера с основной массой функциональных алгоритмов.

В целях упрощения процесса программирования из библиотеки контроллера можно переписать в ОЗУ уже готовые, так называемые стандартные конфигурации аналогового (рис. 3.3) и импульсного регуляторов. При этом процесс программирования сводится к вызову стандартной конфигурации, к установке заданных параметров настройки алгоритмов (коэффициентов и констант на свободных входах алгоблоков), а также к изменению или дополнению (если требуется) этой стандартной конфигурации с На рис. 3.3 показана структурная схема стандартной конфигурации «Регулятор аналоговый РЕГА», предназначенной для построения контура регулирования с аналоговым выходным сигналом (свободные ОКО – алгоритм оперативного контроля контуров – применяется для связи лицевой панели контроллера с алгоритмами ЗДН, РУЧ, РАН и др. Алгоритм позволяет контролировать сигналы задания и рассогласования, входной и выходной сигналы, параметры программного задания (при программном регулировании) и т.п.

ВАА и АВА – соответственно, ввод аналоговый группы А и аналоговый вывод группы А – применяются для связи функциональных алгоритмов с аппаратными средствами аналогового ввода (АЦП группы А) и вывода (ЦАП группы А).

ЗДН – алгоритм «задание» – применяется для изменения режима задания и формирования сигнала ручного задания в контуре регулирования.

Рис. 3.3. Стандартная конфигурация 01 «Регулятор аналоговый РЕГА»

РАН – алгоритм ПИД-регулирования.

РУЧ – алгоритм «ручное управление» – используется для изменения режима управления (ручное – автоматическое) и изменения выходного сигнала регулятора в ручном режиме.

Процедуры технологического программирования и настройки.

В режиме программирования задаются все программируемые параметры контроллера, определяющие его алгоритмическую структуру, т.е. действия, которые будет совершать контроллер как звено системы управления. Эти параметры в общем случае задаются трехступенчатым методом: вначале выбирается та или иная процедура программирования, в ней выбирается нужная операция, и в пределах этой операции 1. Тестирование («Тест»).

2. Приборные параметры («Приб»).

3. Системные параметры («Сист»).

4. Алгоритмы («Алг»).

5. Конфигурация («Конф»).

6. Параметры настройки («Настр»).

7. Начальные условия («Н.усл.»).

8. Работа с ППЗУ («ППЗУ»).

В процедуре «Тест» можно осуществить проверку ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, интерфейсного канала, сторожа цикла, пульта настройки и лицевой панели, средств вывода информации.

В процедуре «Приб» задаются и контролируются параметры, характеризующие контроллер в целом. Здесь производится очистка ОЗУ и установка стандартной конфигурации, задание модификации контроллера, установка времени цикла (времени опроса входов и выдачи управляющих сигналов) и др.

В процедуре «Алг» производят заполнение алгоблоков алгоритмами и устанавливают требуемые В процедуре «Конф» определяют состояние каждого входа алгоблоков: связанное или свободное.

Для связанных входов задают номер алгоблока – источника и номер его выхода, с которым соединяется данный вход. На свободном входе определяется вид параметра настройки: константа или коэффициент.

В процедуре «Настр» устанавливаются значения параметров настройки – как констант, так и коэффициентов. Эта процедура выполняется лишь для тех входов алгоблоков, которые в процедуре конфигурирования были определены как свободные.

В процедуре «Н.усл.» устанавливаются значения сигналов на выходах алгоблоков, с которыми алгоблоки начнут работать при переходе в режим «работа».

В процедуре «ППЗУ» выполняются операции записи, восстановления, регенерации информации в Микроконтроллер «Ремиконт Р-130» изготавливается ОАО «Завод Электроники и Механики», г.

Кроме базовой модели «Ремиконта Р-130» этим предприятием изготавливаются «Ремиконт РМ», «Ремиконт Р-130ТМ», «Ремиконт Р-130ISа».

Контроллер Р-130М является модернизацией базового контроллера «Ремиконт Р-130» и имеет расширенные функциональные возможности. В контроллере Р-130М сохранены все функциональные возможности Р-130 (включая поддержку библиотеки алгоритмов) и габаритно-присоединительные размеры. Контроллер имеет физические интерфейсы ИРПС, RS232, RS485 и осуществляет поддержку протоколов «Транзит», Modbus, Ethernet TCP/IP.

В контроллере Р-130М по сравнению с базовой моделью Р-130 увеличено число независимых контуров регулирования и число независимых логических программ шагового управления до 8 (в Р-130 их 4), появилась возможность создания библиотек собственных алгоритмов.

Контроллер Р-130ТМ – исполнение контроллера Р-130 со встроенным микромонитором реального времени и ОЕМ-версии интегрированной SCADA/HMI системы Trace Mode.

Контроллер Р-130ISa разработан с целью дальнейшего совершенствования конструкции контроллеров Р-130, усиления их конкурентных преимуществ в соответствии с современными требованиями, предъявляемыми к автоматизированным системам управления и сбора данных. От Ремиконта Р-130 новая разработка отличается следующим: большей легкостью программирования за счет использования алгоритмов в среде IsaGRAF; наличием встроенного программного обеспечения, применением исполнительной системы ISaGRAF target kernel 3.32, использованием библиотеки управляющих алгоритмов Р-130; возможностью дополнения пользователем библиотеки готовых алгоритмов с помощью языка С;

наличием операционной системы реального времени RTOS-32; отсутствием необходимости применения блока шлюза; поддержкой сетей MODBUS по RS232/485 и TCP/IP(Ethernet); энергонезависимой памятью в виде FLASH-диска (8 МВ); наличием часов реального времени. Р-130ISA разработан в рамках предложения серии российской контроллерной техники нового поколения, соответствующей стандартам открытых систем.

3.2. Модернизированный малоканальный многофункциональный Малоканальный микропроцессорный контроллер Р-130 – долгожитель на рынке средств автоматизации управления технологическими процессами. За десять лет Чебоксарским «Заводом Электроники и Механики» выпущено около 20 тысяч приборов, что составляет около 60 процентов этой продукции, Контроллеры Р-130 производства ОАО «ЗЭиМ» используют многие предприятия страны. Накоплен богатый опыт их применения в различных отраслях: энергетике, химии, нефтехимии, машиностроении, строительной индустрии, целлюлозно-бумажной промышленности. Контроллеры предназначены для построения АСУ ТП и выполняют функции управления и регулирования технологическими процессами. Причина их высокой популярности в том, что контроллеры Р-130 просты в эксплуатации. Технологическое программирование контроллера не требует знания специальных языков и участия высококвалифицированных программистов. Его сможет осуществить технолог, оператор знакомый с традиционными За время эксплуатации контроллера Р-130 собрано множество замечаний и предложений от потребителей, которые легли в основу его модернизации. В новой версии контроллера Р-130М сохранена самодостаточность, присущая всем контроллерам Р-130. При его программировании и эксплуатации на объекте не требуется дополнительных средств (компьютера, отдельно приобретаемого программного обеспечения). В настоящее время в эксплуатации находятся тысячи контроллеров Р-130, для них создана внушительная база программных наработок. Модернизированный вариант контроллера не потребует новых программ, он адаптирован к уже существующим. Для клиентов-предприятий, уже работающих с контроллерами Р-130, сохранены прежние схемы их подключения. В модернизированном варианте прибора остались теми же габаритно-присоединительные размеры. Все это значительно упрощает освоение в производстве новой модели.

Наряду с достоинствами предыдущих модификаций модернизированный контроллер Р-130М приобрел ряд свойств, которые существенно повышают его конкурентоспособность на современном рынке Проведена комплексная модернизация аппаратного обеспечения контроллера. В первую очередь модернизации подвергся процессорный модуль. В контроллере Р-130М используется IBM-совместимый процессор.

Для связи контроллеров Р-130 со средствами верхнего уровня используется блок шлюза. В модели Р-130М необходимости в этом устройстве нет, поскольку функциональные возможности шлюза заложены в модернизированном варианте контроллера. Кроме того, имеется Поддержка протоколов Modbus и Ethernet TCP/IP, которая используется для объединения контроллеров в сети разного уровня.

Сегодня в контроллерах Р-130 действует сеть «Транзит», разработанная более десяти лет назад, которая теперь не устраивает потребителя как слишком медленная и имеющая кольцевую конфигурацию, со всеми присущими кольцу недостатками. Однако поддержка этой сети сохраняется для взаимодействия между контроллерами Р-130 и Р-130М. За счет использования новых протоколов модернизированная модель контроллера Р-130 позволит наладить скоростной обмен информацией о текущем технологическом процессе.

Для модернизированного контроллера разрабатывается OPC сервер, который выполняет функцию взаимодействия со SCADA-системами.

В контроллере Р-130М предусмотрены программирование и загрузка пользовательских программ, а также новых версий программного обеспечения с верхнего уровня через имеющиеся интерфейсные каналы. Возможность программирования контроллера вручную сохраняется, однако появляется новая возможность программирования с компьютера. В отличие от Р-130, в котором обновление версий программного обеспечения осуществляется лишь путем перепрограммирования или замены микросхем, содержащих системную программу, в обновленном контроллере можно изменять программу путем загрузки новой версии через имеющиеся коммуникационные каналы с компьютера.

В настоящее время продолжаются работы по дальнейшей модернизации контроллера. В ближайшем будущем планируется осуществить несколько проектов.

1. Сегодня на ОАО «ЗЭиМ» выпускаются контроллеры двух модификаций, рассчитанные на непрерывные и дискретные процессы (аналоговая и непрерывно-дискретная модели). В перспективе возможно объединить эти функции в одном контроллере, который сможет одновременно работать в режимах логической, аналоговой и непрерывно-дискретной моделей контроллера Р-130.

2. Удаленная диагностика через Internet – это возможность диалога контроллера через Интернет с сервисной службой разработчика/производителя. Такая функция позволит в случае неполадки обратиться напрямую к разработчикам, чтобы оперативно получить информацию об устранении проблемы.

3. Сегодня технологическое программирование контроллера Р-130 осуществляется переводом его в режим программирования, во время которого контроллер не выполняет своих управляющих функций.

Но далеко не все производственные процессы можно прерывать. Поэтому в дальнейшем запланировано ввести возможность программирования контроллера во время работы на объекте, без прерывания процесса управления.

4. Перспективной возможностью является и исполняющая система языка FBD стандарта IEC 61131-3. Международные стандарты содержат пять языков технологического программирования. Однако контроллер Р-130 имеет язык программирования, не соответствующий этим стандартам. В перспективе планируется адаптировать контроллер к одному из стандартных языков технологического программирования.

Следует отметить, что новый технологический язык вводится в модернизированный вариант контроллера путем подключения новой, динамически подключаемой библиотеки, что позволяет без существенных проблем выполнять на одном контроллере задачи, использующие различные библиотеки. Одной из подключаемых библиотек станет библиотека нечеткой логики, которая все шире используется в задачах управления технологическими процессами.

Предусматривается возможность создания библиотек собственных алгоритмов с программированием на языке С/С++.

Работа над расширением возможностей контроллера будет проводиться последовательно и внедряться после тщательного тестирования. Обновление программного обеспечения станет осуществляться путем Панель лицевая Рис. 3.4. Упрощенная архитектура контроллеров Р-130 (а) и Р-130М (б) загрузки на твердотельный диск процессора контроллера новых версий программ и библиотек.

Архитектура Р-130М. Изменения в архитектуре контроллера связаны с применением недорогого IBM-PC-совместимого процессорного модуля в стандарте РС/104.

Упрощенная архитектура контроллеров Р-130 и Р-130М показана на рис. 3.4.

Как видно из рисунка, основные изменения связаны с подключением процессора. Преобразователь интерфейса осуществляет формирование управляющих сигналов внутренней магистрали контроллера, а также преобразование сигналов коммуникационных портов контроллера в гальванически развязанные сигналы интерфейсов RS232, RS485 или ИРПС. Предлагаемый подход позволяет реализовать следующие сетевые архитектуры.

RS- Р-130М посредством интерфейса ИРПС (рис. 3.5). При этом Р-130М будет работать не только как контроллер, но и как шлюз сети «Транзит». Тем самым осуществляется возможность интеграции существующего парка контроллеров Р-130 в современные системы управления технологическими процессами.

Функциональные возможности шлюза Р-130М будут наращиваться, в частности, будут добавлены функции ведения архивов данных для контроллеров Р-130.

Для связи контроллеров Р-130М могут быть использованы интерфейсы RS485 Modbus и Ethernet (рис. 3.6). Во многих случаях, например при плохой предсказуемости доступа к Ethernet, целесообразно использовать для связи между контроллерами интерфейс Modbus, а Ethernet использовать для связи с верхним уровнем системы управления.

Программное обеспечение контроллера базируется на операционной системе жесткого реального времени RTOS-32 фирмы On Time Informatik (www. on-time.com).

Программное обеспечение разработано на языке С++.

Конфигурация контроллера устанавливается в соответствии с информацией, содержащейся в файле конфигурации контроллера.

Все задачи хранятся в отдельных файлах, которые содержат информацию о конфигурации задачи и интерпретируемую программу. Каждая задача может иметь несколько файлов настроек (к примеру, в них могут быть отражены особенности, рецепты технологического процесса, использующего одну и ту же задачу).

Каждая задача выполняется под управлением интерпретатора языка функциональных блоков в отдельном потоке.

Алгоритмы реализованы в виде динамически компонуемых библиотек (аналогично библиотекам Windows.DLL) и подключаются в зависимости от требований, предъявляемых задачами.

Состав программного обеспечения контроллера:

Объектно-ориентированный интерфейс.

Подсистема ввода/вывода.

Интерпретатор языка функциональных блоков.

Редактор языка функциональных блоков.

Подсистема оперативного управления и настройки.

Коммуникационная подсистема.

Библиотеки интерпретатора.

Библиотеки поддержки.

Подсистема диагностики.

Преимущества нового контроллера Р-130М:

Р-130 (включая поддержку библиотеки алгоритмов) и габариты – присоединительные размеры.

• Исключены все ошибки программного обеспечения контроллера Р-130.

• Проведена комплексная модернизация аппаратного обеспечения.

• Применена встроенная операционная система реального времени RTОS-32.

• Имеются физические интерфейсы – ИРПС, RS232, RS 485.

• Осуществляется поддержка протоколов «Транзит», Modbus и Ethernet TCP/IP.

• Программирование и загрузка пользовательских программ, новых версий программного обеспечения с верхнего уровня через имеющиеся интерфейсные каналы.

• Используется более высокая точность математической обработки сигналов.

• Имеется возможность создания библиотек собственных алгоритмов с программированием на языке С/С++.

3.3. Интеллектуальные контроллеры SMART I/O и SMART Производитель контроллеров SMART I/O и SMART2 – фирма PEP Modular Computers (www.pep.com).

SMART – недорогой программируемый контроллер для промышленной автоматизации, базирующийся на технологии «Открытые магистрально-модульные системы», и предназначен для построения простых систем управления объектом с небольшим числом каналов ввода/вывода (до 100) и невысокими требованиями к скорости сбора и обработки информации. SMART I/O и SMART2 полностью программно совместимы с более мощными системами VME9300 и IUC9300. Они также сочетают в себе В отличие от традиционных PLC, контроллер SMART не ограничен жесткими рамками встроенных библиотечных функций. Он может выполнять программы, написанные на любых языках программирования.

3 разъема для сменных модулей ввода/вывода (рис. 3.7), и дополнительных блоков SMART-ЕXT, каждый из которых имеет 2 разъема для сменных модулей ввода/вывода. К одному блоку SМАRT-BASE можно подключать до 4-х блоков SMART-ЕXT (всего до 11 модулей ввода/вывода).

SMART2 может состоять из 5 базовых блоков. В каждом из блоков может располагаться до 3-х функциональных модулей. Соответственно, максимальное количество модулей в контроллере – 15. На рис. 3.8 представлен контроллер SMART2 с двумя базовыми блоками (шестью функциональными модулями).

Модульная архитектура SMART позволяет с помощью сменных модулей оптимизировать конфигурацию контроллеров для конкретных задач. Номенклатура модулей ввода/вывода перекрывает практически все потребности по подключению датчиков и исполнительных механизмов к контроллеру.

НаименоОписание модуля вание

БАЗОВЫЕ МОДУЛИ