Главная >  Инвестиции 

 

Системы автоматизации и диспетчеризации. энергосберегающих процессов

 

Г.Е. Аксенов,
Научно-технологический центр

 

Управляющие контроллеры

 

и установок ОИВТ РАН

 

К ПЛК относятся управляющие контроллеры, требующие разработки и загрузки программы управления технологическим процессом. ПЛК универсальны и возможность их применения в конкретной АСУ ТП определяется производительностью, объемом памяти и наличием необходимых периферийных устройств.

 

Большинство управляющих контроллеров, представленных на рынке АСУ ТП можно подразделить на две категории:
- программируемые логические контроллеры ПЛК
- специализированные логические контроллеры СЛК

 

Программируемые логические контроллеры

 

В отличие от ПЛК, СЛК являются законченными устройствами, предназначенными для реализации предопределенных функций и требующих лишь настройки на конкретный объект. Пример СЛК – регулятор температуры.

 

В настоящее время широкое распространение получили IBM-PC совместимые ПЛК, выполненные, например в стандарте MicroPC фирмы Octagon System. Стандарт MicroPC предусматривает применение модулей размером 114x124 мм., объединенных пассивной соединительной платой с шиной ISA, устанавливаемой в монтажный каркас. ПЛК компонуется в монтажном каркасе из модуля центрального процессора, модулей ввода-вывода, источника питания.

 

Рынок АСУ ТП отличается разнообразием ПЛК разной архитектуры и производительности. Выбор конкретного ПЛК является многофакторной задачей и определяется как требованиями технологического процесса, так и стоимостью аппаратных, программных средств, наличием средств разработки и отладки, поддержкой сетевого взаимодействия.

 

Более подробную информацию можно получить на сайте фирмы Прософт

 

Номенклатура модулей ввода-вывода в стандарте MicroPC достаточно обширна и позволяет работать с различными аналоговыми и цифровыми сигналами. Вместе с тем для измерения сопротивлений и коммутации мощной нагрузки (например для управления приводами КЗР и МЭО) требуется применение дополнительных модулей УСО.

 

Ultronic MegaPLC обеспечивает измерение сигналов в виде напряжения и тока на выходах измерительных преобразователей (например, датчиков давления, влажности и т.п.), измерение сопротивлений резистивных датчиков положения и термометров сопротивлений всех типов, прием сигналов от дискретных датчиков и управление механизмами с аналоговыми или дискретными приводами.

 

Одним из представителей ПЛК российского производства является промышленный контроллер Ultronic MegaPLC (Центромонтажавтоматика – АОЗТ ЦМА).

 

Ниже представлены основные технические характеристики ПЛК Ultronic MegaPLC

 

Ultronic MegaPLC может использоваться как в автономном необслуживаемом режиме, так и в составе крупной АСУ ТП, объединенной локальной вычислительной сетью. В автономном режиме, для управления и контроля, контроллер снабжается пультом локального управления (дисплей и клавиатура).

 

Оперативная память данных 4 кбайт

 

Память программ 128 кбайт

 

Часы реального времени/календарь на основе DS1202/DS1302

 

Энергонезависимая память данных 4 кбайт

 

Локальная вычислительная сеть на базе интерфейса RS-485 с оптической развязкой

 

Сторожевой таймер

 

32 узла на один сегмент линии. Между сегментами должны быть усилители/повторители сигнала · 255 узлов в сети

 

Среда распространения сигнала – витая пара

 

Пульт локального управления

 

максимальная скорость 115200 бод

 

клавиатура (4 клавиши)

 

ЖКИ дисплей 2 строки по 16/20символов

 

разрядность АЦП –10 бит

 

15 аналоговых входов

 

диапазон входных сигналов (0…2,5/0…1 В, 0…5/20mA

 

время преобразования 10 мкс

 

4 аналоговых выхода

 

встроенный источник тока для термометров сопротивления и резистивных датчиков положения

 

диапазон выходных сигналов (0…1 В

 

разрядность ЦАП – 8 бит

 

24 дискретных выхода. Каналы имеют гальваническую развязку с контроллером и светодиодную индикацию состояния. К выходам твердотельных полупроводниковых реле может быть подключена нагрузка переменного или постоянного тока до 400В, 0.7А.

 

32 дискретных входа типа “сухой контакт”. Питаются напряжением от 12В до 24В постоянного тока. Каналы имеют гальваническую развязку с контроллером и светодиодную индикацию состояния

 

Встроенный программатор, подключаемый к параллельному порту персонального компьютера

 

Универсальный порт расширения для подключения внешних модулей ввода/вывода

 

Габаритные размеры контроллера: 190x140x25 мм.

 

Питание напряжением постоянного тока +(12…1 В

 

Конструктивно контроллер выполнен в виде печатной платы размером 180x135 мм., размещенной в корпусе и содержащей клеммы и разъемы для коммутации с датчиками, исполнительными устройствами, модулями расширения.

 

Вес не более 0.6 кг.

 

Порт A – ввод/вывод TTL сигналов или для подключения модулей дискретного ввода/вывода

 

Для подключения к объекту Ultronic MegaPLC использует 5 портов ввода/вывода, причем к порту A могут подсоединяться модули расширения:

 

Порт D – дискретный порт, до 32-х изолированных каналов ввода сигналов типа “сухой контакт”

 

Порт C – дискретный порт, до 24-х изолированных каналов вывода управляющих сигналов +/– 400В 0.7 А

 

Порт AO – порт аналогового вывода, 4 канала 0-10В

 

Порт F – аналоговый порт, до 15-ти каналов для подключения источников аналоговых сигналов (напряжение, ток, сопротивление)

 

Модули расширения:

 

Модули расширения подключаются к порту A десятипроводным кабелем RC-10 c разъемами RC-10.

 

А). Два последовательно соединенных оптореле (5П19Б – нагрузка до 800В, 0.7A постоянного или переменного тока

 

DO-8 – модуль дискретного вывода, содержит восемь дискретных каналов с гальванической развязкой для управления мощной нагрузкой и может быть выполнен в одном из двух исполнений:

 

DO-12 – аналогичен DO-8, рассчитан на коммутацию 12 каналов и в обоих исполнениях имеет светодиодную индикацию

 

Б). Одно оптореле (5П19Б последовательно со светодиодом – нагрузка до 400В, 0.7A постоянного или переменного тока

 

EDIO-16/6 – содержит схему управления 16 дискретными каналами ввода с гальванической развязкой типа “сухой контакт” и 6 выходными дискретными каналами с гальванической развязкой для коммутации мощной нагрузки (в двух вариантах исполнения на 400 и 800В 0.7A)

 

EDI-14 – содержит схему управления 14 дискретными каналами ввода с гальванической развязкой типа “сухой контакт”

 

возможность конфигурирования гальванически изолированных аналоговых входов для измерения, как унифицированных сигналов тока и напряжения, так и сопротивления, что позволяет перекрыть большинство необходимых в практике автоматизации теплоэнергетических установок типы воспринимаемых аналоговых сигналов, (в том числе сигналов термометров сопротивления и резистивных датчиков положения КЗР, МЭО и т.д.) без применения дополнительных модулей УСО

 

Перечислим некоторые отличительные особенности ПЛК Ultronic MegaPLC, делающие его незаменимым для решения задач АСУ ТП в системах отопления, горячего и холодного водоснабжения, вентиляции и т.д.:

 

наличие гальванически изолированных каналов дискретного ввода для регистрации “сухого контакта” без применения дополнительных модулей УСО

 

наличие гальванически изолированных каналов релейной коммутации мощной нагрузки без применения дополнительных модулей УСО (управление КЗР, МЭО, электродвигателями насосов и вентиляторов, соленоидными клапанами)

 

Ultronic MegaPLC поставляется совместно с системой визуального программирования MegaLogic, разработанной в соответствии со стандартом Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) IEC113 Система программирования устанавливается на IBM – совместимых компьютерах и функционирует в операционной среде Windows 95/98.

 

система визуального программирования MegaLogic

 

FDB является языком визуального программирования, в котором программный алгоритм строится в виде связей между элементами блочной диаграммы – блоками. Каждый блок диаграммы может представлять собой атомарную операцию, определенную FDB (арифметическую, логическую), либо сложный объект (алгоритм), являющийся сам по себе блочной диаграммой. Также в виде блока может быть представлена процедура, написанная на каком либо другом языке программирования, например Ассемблере, С, Паскале. Не вдаваясь в подробности синтаксиса и семантики FDB отметим, что разработка программы управления технологическим процессом на языке FDB практически настолько естественна для инженера КИПиА, как разработка принципиальной схемы цифрового устройства для инженера электронщика.

 

Стандарт IEC1131 специфицирует 5 языков программирования для систем автоматизации технологических процессов, в том числе язык функциональных блоковых диаграмм FDB (Function Block Diagram – IEC 6113 – реализованный в системе MegaLogic.

 

MegaLogic состоит из системы программирования и системы исполнения.

 

Рис. Фрагмент программы на языке FDB

 

Система исполнения функционирует на целевом контроллере.

 

Система программирования содержит средства разработки проектов и средства отладки, функционирующие на персональном компьютере.

 

считывание входных переменных (записывает значения входных сигналов в переменные)

 

Программа управления технологическим процессом состоит из модулей, в терминологии MegaLogic – программ. В процессе работы контроллер выполняет следующий цикл:

 

установка выходных переменных (устанавливает на выходах контроллера значения переменных, вычисленных в ходе выполнения программ)

 

выполнение по одному проходу каждой из программ

 

Разработка проекта состоит из следующих этапов:

 

сетевой обмен (обмен значениями переменных, объявленных как сетевые, с другими участниками сети)

 

отладка программы в режиме эмуляции контроллера на персональном компьютере

 

разработка программы

 

отладка программы на целевом контроллере

 

загрузка программы в контроллер

 

Для облегчения отладки программы как в режиме эмуляции контроллера, так и на целевом контроллере – в состав MegaLogic включены средства просмотра переменных программы и осциллографирования переменных. Основное отличие режимов отладки состоит в том, что в режиме эмуляции контроллера пользователь имеет возможность останова и пошагового исполнения программы, кроме того в этом случае, пользователю может потребоваться дополнительно программа имитации объекта регулирования. Режим отладки программы на целевом контроллере также используется для наладки непосредственно на объекте.

 

Разработка программы включает создание списка переменных, привязку переменных к входам/выходам контроллера, разработку блочных диаграмм. Система MegaLogic поставляется с обширной FDB библиотекой, включающей в свой состав готовые алгоритмы П, ПИ, ПИД регулирования, подавления дребезга цифрового сигнала, фильтрации аналогового сигнала и т.д.. Ниже приведен перечень поставляемых библиотек и в качестве примера содержание библиотеки Regulation.

 

Системы исполнения и отладки Mega-Logic включают в свой состав драйверы локальной промышленной сети PLCNet (на базе интерфейса RS-485 с оптической развяз-кой, среда распространения сигнала – витая пара), посредством которых контроллеры осуществляют сетевое взаимодействие между собой, системой отладки MegaLogic и системами верхнего уровня диспетчеризации.

 

Загрузка программы в контроллер осуществляется через последовательный интерфейс RS-232.

 

В сети могут быть активные участники – Master и пассивные Slave. Узлы типа Master могут адресовать запросы любому участнику сети, в то время как узлы типа Slave – только отвечать на запросы активных узлов.

 

Каждый участник (узел) сети имеет свой уникальный сетевой адрес. Сетевой адрес задается программно, количество узлов сети – до 256.

 

В состав MegaLogic входит также OPC сервер, назначение которого описано далее.

 

Все переменные, участвующие в сетевом обмене имеют двойное имя, состоящее из имени сетевой переменной, описанной при программировании контроллера в системе MegaLogic и префикса, являющегося сетевым адресом контроллера. Таким образом активные узлы могут строить в своей памяти образ технологического процесса безотносительно к территориальному расположению контроллеров.

 

Применение специализированных логических контроллеров для решения типовых задач автоматизации позволяет уменьшить время и затраты на внедрение АСУ ТП. К недостаткам СЛК, особенно отечественного производства следует отнести невозможность адаптации процесса регулирования к особенностям конкретного объекта – если такие имеются и реализации нетрадиционных (в т.ч. энергосберегающих) алгоритмов управления, а также сложности в построении на их базе распределенных АСУ ТП, интеграции СЛК с уровнем диспетчеризации.

 

Специализированные логические контроллеры

 

МЗТА выпускает ряд приборов серий Минитерм 300 и Минитерм 400, применяющихся в системах отопления, ГВС, вентиляции и т.д. Приборы Минитерм выполнены на основе базовых приборов Минитерм 300.00 и Минитерм 400.00.

 

Одним из производителей СЛК для управления теплоэнергетическими установками является Московский завод тепловой автоматики (МЗТА ).

 

Прибор обеспечивает:

 

В качестве примера рассмотрим прибор Минитерм 400.25.79 для управления приточной вентиляцией.

 

Регулирование температуры приточного воздуха (или в помещении) или(и) обратной воды калорифера в зависимости от температуры наружного воздуха в рабочем режиме

 

Защиту от замораживания зимой при низкой температуре обратной воды калорифера или приточного воздуха.

 

Автоматический перевод в зимний/летний режимы по температуре наружного воздуха. При пуске зимой прогрев калорифера и электропрогрев заслонки

 

Регулирование температуры обратной воды калорифера в зависимости от температуры наружного воздуха в стояночном режиме

 

Дистанционный пуск/останов от внешнего переключателя. Возможность автоматического пуска утром и останова вечером с учетом выходных дней.

 

Управление включением-отключением вентилятора, открытием-закрытием воздушной заслонки

 

Сигнализацию обрыва и замыкания датчиков, неисправности вентилятора, срабатывания защиты от замораживания.

 

Ручное управление исполнительными механизмами

 

Минитерм 400.25.79 оснащен цифросимвольным индикатором и клавишами управления, позволяющими осуществлять настройку и оперативное управление.

 

Возможность соединения с ЭВМ по последовательному каналу

 

Минитерм 400.25.79 функционирует совместно с усилителем У330.Р2, выполняющим функции источника питания и УСО – сопряжения дискретных выходов прибора с КЗР, МЭО, МП.

 

Функциональная схема автоматизации приточной установки с применением Минитерм 400.25.79 аналогична представленной на рис. В качестве термометров сопротивления используются приборы с градуировкой 50М.

 

По принятой терминологии системы диспетчеризации АСУ ТП, относят к системам типа SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

 

Системы диспетчеризации

 

Технологический процесс на экране монитора представляется в виде мнемосхемы (рис. , при этом параметры технологического процесса могут отображаться в реальном масштабе времени как в цифровом виде, так и посредством анимированных изображений, изменяющих свой цвет, размер, положение, внешний вид – в зависимости от состояния соответствующего параметра.

 

Системы диспетчеризации являются неотъемлемыми компонентами современных АСУ ТП. В состав систем диспетчеризации входят локальные и удаленные диспетчерские пульты (ДП), роль которых как правило исполняют персональные компьютеры в обычном или промышленном исполнении с соответствующим ПО, устройства связи с удаленными ДП (модемы, радиомодемы и т.д.), каналы связи.

 

Оператор имеет возможность вмешиваться в ход технологического процесса непосредственно с ДП простым указанием курсором мыши на элемент мнемосхемы с последующим нажатием кнопки и дополнительно – вводом параметра с клавиатуры.

 

Помимо функций визуализации состояния технологического процесса, системы диспетчеризации обеспечивают архивирование параметров технологического процесса, формирование, протоколирование и выдачу сигналов тревог (визуальных, звуковых), протоколирование действий персонала.

 

SCADA приложение взаимодействует с контроллерами, входящими в АСУ ТП как правило через какую либо локальную промышленную сеть.

 

Программное обеспечение современных SCADA систем состоит из систем разработки SCADA приложений и систем исполнения. Система разработки используется разработчиком ДП для создания программы, которая поставляется вместе с системой исполнения заказчику.

 

OPC базируется на технологии связывания и внедрения объектов (OLE) фирмы Microsoft. Технология OPC воплощается в виде ПО сервера OPC, разрабатываемого производителем аппаратных средств.

 

С целью обеспечения независимости ПО SCADA от программных и аппаратных особенностей промышленной сети и контроллеров разработана спецификация OPC (OLE for Process Control), позволяющая независимым разработчикам программного обеспечения и аппаратных средств, создавать совместимые между собой продукты.

 

Рис. 7.

 

Спецификация OPC определяет стандартный интерфейс к OPC серверу, посредством которого OPC клиенты (в нашем случае SCADA клиенты) обмениваются информацией с OPC сервером. Механизм взаимодействия OPС сервера с аппаратными средствами АСУ ТП определяется их разработчиком.

 

· доступ к данным реального времени (Data Access)

 

Стандарт OPC состоит из трех основных спецификаций:

 

· доступ к историческим данным (Historical Data Access)

 

· обработка тревог и событий (Alarms&Events)

 

Элементы данных могут по требования клиента объединяться в группы. Для группы клиентом задается частота обновления данных, все данные в группе сервер старается обновлять и передавать клиенту с заданной частотой.

 

OPC сервер отображает технологический процесс в виде набора данных – тегов. Базовым элементом модели технологического процесса является элемент данных (Item). Каждый элемент данных имеет следующие атрибуты: значение, время последнего обновления (timestamp), признак качества, определяющий степень достоверности значения. Значение может быть практически любого скалярного типа булево, целое, с плавающей точкой или строкой. Хотя время представляется с 100-наносекундной точностью, реальная точность измерения времени обыч-но бывает хуже и, в общем случае, зависит от реализации сервера и аппаратуры. Качество данных представляет собой код, содержащий в себе грубую оценку достоверности UNCERTAIN, GOOD и BAD (неопределено, хорошее и плохое), а в последнем случае еще и расшифровку, например QUAL_SENSOR_FAILURE – ошибка датчика.

 

Одной из наиболее совершенных SCADA систем, представленных на рынке программного обеспечения АСУ ТП, является Genesis32 фирмы Iconics.

 

Элементы в группу клиент добавляет по имени, и эти имена являются именами соответствующих тегов. Клиент может либо знать нужные имена заранее, либо запросить список имен тегов у сервера. Пространство имен организованно в общем случае иерархически, например: “Устройство Модуль АналоговыйВход5”.

 

В состав Genesis32 входят следующие клиентские приложения, способные функционировать как в составе комплекса, так и автономно:

 

Genesis32 является комплексом 32 разрядных приложений для Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, полностью соответствующих спецификации OPC.

 

– TrendWorX32 Обеспечивает накопление и представление текущих данных в виде графических зависимостей от времени, является мощным средством архивации накапливаемой информации в базах данных с возможностью последующего извлечения и просмотра на графиках

 

– GraphWorX32 Инструментальное средство для визуализации контролируемых технологических параметров и оперативного диспетчерского управления, объединяет средства разработки и просмотра графических мнемосхем автоматизированных рабочих мест оператора АСУ ТП

 

– ScriptWorX32 Средство разработки и исполнения сценарных процедур Microsoft Visual Basic for Applications (VBA). Содержит мультизадачную среду параллельного исполнения сценариев.

 

– AlarmWorX32 Набор программных компонентов, предназначенных для обнаружения аварийных событий, оповещения оперативного персонала, прием подтверждений восприятия информации об аварийных событиях и регистрация информации об авариях в базе

 

– WebHMI Предназначен для предоставления данных и графической информации о контролируемом технологическом процессе любого клиентского приложения Genesis32 любому компьютеру, на котором установлен броузер Internet Explorer. Обеспечивает также возможность оперативного диспетчерского управления

 

Кроме того с Genesis32 могут поставляться следующие дополнительные приложения и инструментальные средства разработки:

 

– Библиотека символов Symbols32 Library Содержит множество готовых графических изображений для применения в мнемосхемах

 

– DataWorX32 OPC сервер, предназначенный для организации единого моста между множеством клиентских и серверных приложений

 

– AlarmWorX+ 6.0 Мультимедийное приложение, предназначенное для оповещения персонала об аварийных событиях

 

– ActiveX ToolWorX Предназначен для быстрой разработки компонентов ActiveX – клиентов OPC с возможностью применения в приложениях– контейнерах типа GraphWorX32.

 

– ActiveX ToolWorX

 

– OPC ToolWorX Инструментальное средство быстрой разработки клиентов и серверов OPC

 

Графические мнемосхемы рабочих мест оператора, – экранные формы разрабатываются при помощи GraphWorX3 Экранные формы могут включать в себя:

 

– OPC серверы различных фирм

 

– элементы просмотра событий и тревог AlarmWorX32 Viewer ActiveX

 

– элементы просмотра графиков текущих и исторических данных TrendWorX32 Viewer ActiveX

 

Конфигурирование указанных элементов просмотра может выполняться как в GraphWorX32, так и при помощи TrendWorX32 и AlarmWorX32.

 

– элементы просмотра архива событий AlarmWorX32 Reporter ActiveX.

 

При помощи DataWorX32 возможно построение единого списка переменных проекта. При этом структуризации глобальных переменных обеспечивается объединением их в отдельные многоуровневые группы. DataWorX32 позволяет осуществлять простые вычислительных операций над переменными проекта.

 

Подсистема обнаружения и обработки аварийных событий строится на базе Конфигуратора сервера аварийных событий AlarmWorX32.

 

Подсистема архивации данных строится на основе серверов архивации данных и событий TrendWorX32 SQL Data Logger и AlarmWorX32 SQL Data Logger, при этом могут быть использованы стандартные СУБД (MS Access, MS SQL Server и т.д.). Информация из архивов извлекается при помощи элемента просмотра графиков TrendWorX32 Viewer ActiveX, генератора отчетов TrendWorX32 Reporting, сценариев ScriptWorX32 и приложений, написанных на языках, допускающих использование интерфейсов OLE DB.

 

Вторичная обработка данных и другие пользовательские процедуры могут выполняться в многопоточных сценариях VBA 6.0, разработка и исполнение которых осуществляется при помощи ScriptWorX32.

 

 

Все компоненты комплекса открыты через интерфейс OLE Automation.

 

 

Под высоким напряжением. От реализации системы мониторинг. На переговорах премьер-министров. Квота России. Международные источники финансир.

 

Главная >  Инвестиции 

0.015