46774

Расчет многофункционального контроллера МФК3000

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Контроллер предназначен для измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления производственными процессами, технологическими линиями и агрегатами средней и высокой сложности, в том числе для применения в системах противоаварийной защиты (ПАЗ).

Русский

2015-01-06

4.46 MB

41 чел.

Аннотация

Настоящее руководство предназначено для ознакомления с принципом действия и техническими характеристиками многофункционального контроллера МФК3000 (допускается обозначение контроллера латинскими буквами: MFC3000).

Контроллер и модули, входящие в его состав, относятся к приборам контроля и регулирования технологических процессов по ГОСТ Р 52931 и к программируемым контроллерам по ГОСТ Р 51841-2001, а также соответствуют техническим условиям ДАРЦ.420002.002ТУ.

Контроллер предназначен для измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления производственными процессами, технологическими линиями и агрегатами средней и высокой сложности, в том числе для применения в системах противоаварийной защиты (ПАЗ).

Содержание

[1] Содержание

[2] 1. Анализ современного рынка микропроцессорных

[3] информационно-управляющих систем

[4] 2. Описание и работа контроллера

[4.1] 2.1. Назначение

[4.2] 2.2. Области применения контроллера

[4.3] 2.3. Основные особенности контроллера

[4.4] 2.4. Общие технические характеристики

[4.5] 2.5. Общий вид

[4.6] 2.6. Программное обеспечение

[4.7] 2.7. Местный операторский интерфейс

[4.8] 2.8.  Общие принципы работы контроллера

[4.9] 2.9. Описание и работа составных частей контроллера

[4.9.1] 2.9.1. Каркас CR3000

[4.9.2] 2.9.2. Модули центрального процессора CPU730, CPU830

[4.9.3] 2.9.2. Модуль ввода аналоговых сигналов среднего уровня AI32

[4.9.4] 2.9.3. Модуль вывода аналоговых сигналов AOC8

[4.9.5] 2.9.4. Модуль вывода дискретных сигналов DO16r

[4.10] 2.10. Эксплуатационные ограничения

[4.11] 2.11. Использование изделия

[4.11.1] 2.11.1. Основные способы использования контроллера

[4.11.2] 2.11.2. Заказ и подключение кабелей к контроллеру

[4.11.3] 2.11.3. Работа с панелью оператора

[5] 3. Система автоматизации

[5.1] 3.1. Структура системы

[5.2] 3.2. Основные характеристики

[5.3] 3.3. Открытость системы

[5.4] 3.4. Функции системы

[5.5] 3.5. Работа оператора

[5.6] 3.6. Техническое и программное обеспечение контроллера

[5.7] 3.7. Выбор SCADA системы

[6]
4. Описание схем подключения

[7] Заключение

[8] Список литературы

[9] Приложение А

[10] Приложение Б

[11] Приложение В

[12] Приложение Г

[13]
Приложение Д

[14] Приложение Е

[15] Приложение Ж


1. Анализ современного рынка микропроцессорных

информационно-управляющих систем

ПЛК представляют собой устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления. Они реализованы на базе микропроцессорной техники и работают в локальных и распределенных системах управления в РВ в соответствии с заданной программой.

Сферы использования ПЛК в полной мере отражают отрасли применения систем автоматизации. Управление станками (82 %) все еще самая распространенная сфера применения. Управление процессом (74 %), управление движением (55 %), управление периодическими процессами (31 %), диагностические приложения (25 %). Реже всего PLC используются для обеспечения безопасности производства (1 %).

Можно выделить несколько ключевых тенденций, определяющих развитие контроллеров:

  1.  Увеличение спроса на компактные недорогие контроллеры для решения таких задач, как автоматизация отдельных агрегатов, учет энергоресурсов, мониторинг и диспетчеризация территориально распределенных промышленных объектов и объектов ЖКХ: тепловых пунктов, котельных, насосных станций, газораспределительных пунктов и трансформаторных подстанций.
  2.  Наличие у фирмы поставщика широкой линейки PLC различных классов (от Micro до Large) с единой системой программирования. Такой подход дает проектировщику АСУТП возможность выбрать необходимое контроллерное оборудование.
  3.  В классе "тяжелых", традиционно популярных в России контроллеров, востребованы резервированные структуры с развитой диагностикой и мощные процессоры, снимающие ограничения на масштаб проекта и сложность технологических алгоритмов.

АСУТП удобно разделить на классы. Первым в процессе такого разделения является размер системы, определяемый по количеству входных и выходных сигналов. По нему системы можно разделить на четыре класса:

  1.  Малые системы – число сигналов измерения/управления – до 100, и все они собраны в одном месте. Все PLC-контроллеры имеют однотипные конструктивные решения, в них применяются стандартные языки программирования IEC-61131. Да и удельная цена одного канала измерения/управления у них одного порядка.
  2.  Средние системы – число сигналов – несколько сотен, но их тоже можно собрать в одном помещении. Для этого сегмента АСУ ТП наиболее эффективно применение магистрально-модульных систем, на рынке которых присутствуют решения от всех крупных поставщиков контроллерного оборудования. Системы среднего класса могут быть реализованы огромным числом вариантов с применением как магистрально-модульных систем различных архитектур, так и нескольких типов PLC-контроллеров. При этом одним из важнейших критериев выбора является цена проекта, включающая стоимость оборудования, разработки и поддержки, а для конечного пользователя – и эксплуатации.
  3.  Крупные однородные системы могут быть представлены набором распределенных однотипных малых или средних систем. Крупные разнородные системы – обладают большим количеством входов и выходов и требуют одновременной реализации различных алгоритмов контроля и управления. В этом классе АСУ ТП строятся обычно как распределенные системы, состоящие из множества повторяющихся малых или средних подсистем. Соответственно, обязательным условием при выборе оборудования для таких систем является поддержка одной из промышленных сетей: Profibus, CAN, Industrial Ethernet и др.

В настоящее время контроллеры иностранных фирм Siemens, ABB, GE Fanuc, Mitsubishi, Schneider Electric в России встречаются чаще, нежели отечественные. Тем не менее, с течением времени доля рынка, занятого отечественной продукцией, заметно увеличивается, что соответствует общемировым тенденциям, когда в большинстве стран на рынке превалирует продукция отечественного производства. Это можно объяснить следующими причинами:

  •  сочетание высокого уровня подготовки российских специалистов и использования западных материалов и технологий;
  •  территориальная близость производителя к потребителю, что определяет срок поставки;
  •  соответствие отечественных разработок российским стандартам;
  •  осведомленность российских производителей о проблемах и потребностях отечественного промышленного рынка.


2. Описание и работа контроллера

2.1. Назначение

Многофункциональный программируемый контроллер МФК3000 предназначен:

  •  для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов среднего и большого (по числу входов-выходов) уровня сложности;
  •  для построения систем блокировок и противоаварийной защиты.

Контроллер используется для сбора, обработки информации и управления объектами в схемах автономного управления или в составе распределенной системы управления.

Крейтовая конструкция контроллера позволяет:

  •  встраивать его в стандартные электротехнические шкафы или другое монтажное оборудование (контроллер выполнен в конструктиве Евромеханика 19'' размера 6U);
  •  проектировать различные конфигурации контроллера — выбирать различные типы модулей ввода-вывода, их количество, способы  резервирования для конкретного объекта автоматизации;
  •  проектировать контроллеры, состоящие от одного до трех крейтов (всего до 62 модулей, включая модуль ЦП);
  •  проектным путем увеличивать надежность контроллера за счет возможности частичного и полного резервирования и строить системы автоматизации с различными требованиями к степени надежности и безопасности.

2.2. Области применения контроллера

  •  АСУ ТП энергоблоков, котлов и других объектов теплоэнергетики;
    •  АСУ ТП высокой и средней сложности предприятий различных отраслей (энергетические, химические, нефте- и газодобывающие и перерабатывающие,  машиностроительные, сельскохозяйственные, пищевые производства и т.п.);
    •  построение систем ПАЗ в указанных областях;
    •  на объектах АЭС для систем классов безопасности удовлетворяющих следующим требованиями к ЭМС по ГОСТ Р 50746-2000 для III группы исполнения по устойчивости к воздействию помех с критерием качества функционирования А и с критерием качества функционирования A/B (в зависимости от состава и архитектуры системы) для IV группы исполнения по устойчивости к воздействию помех.

2.3. Основные особенности контроллера

  •  возможность полного или частичного резервирования ресурсов контроллера, в том числе дублирование и резервирование модулей ЦП и/или УСО в составе одного контроллера;
    •  построение контроллера, состоящего из одного, двух, трех крейтов (всего до 61 модуля УСО с максимальным количеством 2928 дискретных входов или 976 аналоговых входов);
    •  «горячая» замена модулей;
    •  система «plug & play» модулей;
    •  отключение выходов в системах резервирования и при отказе модуля;
    •  инициативный ввод сигналов и инициативные сообщения от модулей;
    •  гарантированное время доставки инициативных сообщений любого модуля;
    •  развитая система диагностики;
    •  постоянный контроль и квитирование выполнения команд;
    •  дублированная контроллерная магистраль;
    •  дублированная система питания контроллера и модулей внутри него;
    •  дублированный интерфейс Ethernet 100 Base-T;
    •  высокий уровень гальванической изоляции входных цепей модулей;
    •  высокая точность измерения сигналов датчиков;
    •  наличие предварительной обработки информации в модулях;
    •  возможность питания датчиков (4...20 мА) непосредственно от модулей контроллера;
    •  ввод сигналов 220 VAC, 220 VDC непосредственно в модули контроллера;
    •  коммутация сигналов 220 VAC, 220 VDC непосредственно модулями контроллера;
    •  развитые средства конфигурирования модулей УСО и ресурсов модуля ЦП.

2.4. Общие технические характеристики

Информационная мощность:

  •  дискретные входы - до 2928; дискретные выходы - до 1952;
  •  аналоговые входы - до 976; аналоговые выходы - до 488.

Основные интерфейсы:

  •  2xEthernet 10/100-BaseT, 2хRS232, LPT1, VGA, клавиатура.

Дополнительное оборудование:

  •  панель оператора V04 и V04M.

Эксплуатационные характеристики:

  •  Рабочая температура от 1 до 55 °С
  •  Температура хранения от минус 20 до плюс 70 °С
  •  Относительная влажность от 5 до 95 % без конденсации влаги
  •  Атмосферное давление от 84,0 до 106,7 кПа
  •  Вибрации частотой 5...9 Гц с амплитудой 3,5 мм и
  •  9...200 Гц с ускорением 2 g
  •  Удар 15 g, 11 мс

Питание контроллера:  

  •  постоянный ток напряжением 24 (+10%; -15%) В.

Вес одного крейта контроллера:  

  •  не более 20 кг.

2.5. Общий вид

 

Рис. 1. Общий вид и габаритно-присоединительные размеры контроллера МФК3000

2.6. Программное обеспечение

Контроллер МФК3000 предоставляет разработчику АСУ ТП возможность создания, загрузки и отладки прикладных проектов, используя языки технологического программирования в соответствии с международным стандартом IEC 61131-3. Среда технологического программирования, установленная на инженерной станции разработчика АСУ ТП, взаимодействует с БПО контроллера.

Разработчик системы может использовать для программирования контроллеров различное базовое программное обеспечение (БПО) — среду ISaGRAF.

Базовой системой программирования для всей линейки контроллеров ТЕКОН является система ISaGRAF. Загрузка подготовленных прикладных программ в память контроллера для отладки и выполнения производится по сети Ethernet, используя протокол TCP/IP.

В МФК3000, благодаря высокопроизводительным ЦП и оптимальной архитектуре аппаратуры и системного программного обеспечения, достигается малое время пересчета технологических алгоритмов.

Основой исполнительной системы является системное программное обеспечение (СПО), обеспечивающее доступ ко всем ресурсам контроллера и эффективное выполнение прикладной программы пользователя.

СПО контроллеров ТЕКОН является TeNIX®, включающее ядро многозадачной OC Linux с драйверами и файловой системой, а также подсистему ввода-вывода,  взаимодействующую со встроенным программным обеспечением модулей УСО и с БПО. СПО TeNIX® контроллеров МФК3000 имеет удобное встроенное средство конфигурирования, тестирования и мониторинга состояния ресурсов контроллера — программу TUNER. Программа TUNER имеет пользовательский Web-интерфейс. Доступ к программе TUNER осуществляется по протоколу TCP/IP при использовании любого графического Internet браузера современных операционных систем: Internet Explorer, Opera, Netscape, Mozilla, Konqueror и т.д. TUNER настраивает в контроллере запуск программных служб, параметры диагностики, резервирование ЦП и контроллера в целом, резервирование модулей, режимы работы модулей, диапазоны измерения и т.д.

В случае БПО ISaGRAF связь с СВУ выполняет OPC сервер (TeconOPC Server), работающий на АРМе или выделенном сервере или, для некоторых SCADA систем, встроенных драйвер связи.

В случае поставки контроллера в составе ПТК «ТЕКОН» связь с СВУ выполняет шлюз, работающий на АРМе или выделенном сервере.

2.7. Местный операторский интерфейс

В качестве средств местного операторского интерфейса применяется графическая интеллектуальная панель оператора V04M ДАРЦ.426476.501 [7]. Программирование панели осуществляется в среде VisiBuilder фирмы «Дэйтамикро» [8]. Для контроллера с одним модулем ЦП рекомендуется использовать V04M/0/0/0 и нульмодемный кабель связи. Подключение производится по интерфейсу RS-232 (в модуле P05-02 к порту COM1, в модулях CPU730 и CPU830 – к порту COM4).

Для контроллера с резервированными ЦП CPU730 (CPU830) или комплекса резервированных контроллеров рекомендуется использовать одно устройство V04M/2/0/0 (см. рис. 2). Подключение производится к любому порту COM1...COM3 модуля ЦП CPU730 (CPU830) по интерфейсу RS-485. Кабель CLI010 должен иметь как можно меньшую длину, не превышающую 1 м. Аналогично подключаются, любые другие устройства с последовательным интерфейсом RS-485.

Рис. 2. Подключение V04M к паре модулей CPU730 (CPU830)

2.8.  Общие принципы работы контроллера

Режимы работы контроллера

Режимы работы контроллера зависят от способа резервирования и полностью    определяются режимом работы модулей ЦП в составе контроллера, а также зависят от положения переключателя на модуле ЦП.

В Табл. 1 приведены режимы работы контроллера.

Таблица 1

Индикация модулей

В верхней части лицевой планки модулей расположены системные индикаторы и переключатель Run/Stop.

В Табл. 2 приведено соответствие цвета свечения системных индикаторов и режима работы модуля.

Таблица 2

Кроме этих индикаторов, на модуле присутствуют канальные индикаторы.

2.9. Описание и работа составных частей контроллера

2.9.1. Каркас CR3000

Каркас CR3000 (далее — крейт) предназначен для установки модулей (включает в себя 21 посадочное место). В составе контроллера может быть от одного до трёх крейтов. На крейте указан серийный номер контроллера (если в контроллере более одного крейта, то на всех крейтах указывается одинаковый серийный номер контроллера), порядковый номер крейта в пределах одного контроллера и его серийный номер.

Вид крейта с задней стороны приведен на Рис. 3 (модули и объектовые разъемы не установлены). 

Рис. 3

На задней стороне крейта расположены:

  •  4 разъема (XP1...XP4) для расширения магистрали контроллера;
    •  2 клеммных соединителя (XS22, XS23) для подключения питания;
    •  переключатель адреса крейта в контроллере S1;
    •  4 перемычки для подключения терминирующих резисторов шин CAN (WWZ1...WWZ4);
    •  клеммы XP5, XP6 и XP7;
    •  клемма на боковой стенке для подключения защитного заземления;
    •  металлическая панель, предназначенная для установки объектовых разъемов, закреплена восемью невыпадающими винтами (показаны стрелками):

XP5 — клемма, к которой подключены конденсаторы фильтров объектовых разъемов модулей для ЭМС (далее по тексту сигнал EARTH).

XP6 — клемма заземления.

XP7 — клемма нуля питания внутренних схем контроллера (использовать не рекомендуется).

2.9.2. Модули центрального процессора CPU730, CPU830

Назначение

Модули центрального процессора CPU730 и CPU830 предназначены для использования в качестве центрального вычислительного устройства контроллера МФК3000.

СПО контроллера МФК3000 поддерживает работу до двух модулей ЦП в составе одного МФК3000.

Для обмена информацией с внешними устройствами используются коммуникационные интерфейсы LAN, COM. Прикладные программы загружаются во внутреннюю энергонезависимую память модуля ЦП.

Состав модуля

Модули ЦП занимают в каркасе CR3000 два посадочных места и включают в себя следующие компоненты:

  •  плата-носитель с источником питания;
    •  

процессорная плата ЦП CPU730 t-mezon-2;

  •  контроллер системной шины;
    •  коммуникационные интерфейсы LAN (Ethernet 10/100 BASE-T);
    •  коммуникационные интерфейсы COM1- COM3 (RS-485);
    •  коммуникационный интерфейс COM4 (RS- 232);
    •  переключатель режимов работы;
    •  SD-карта (Flash-память);
    •  системные светодиодные индикаторы.

Рис. 4 отображает внешний вид модулей ЦП:

а) CPU730;

б) CPU830.

Рис. 4.

Технические характеристики

Таблица 3

Режимы работы

Режим работы модуля ЦП определяет режим работы всего контроллера МФК3000. При наличии резервного модуля ЦП режим работы контроллера определяется режимами работы обоих модулей ЦП.

На лицевой панели модуля ЦП расположены трехпозиционный переключатель режимов работы и кнопка Def.

Табл. 4 показывает положение элементов управления для различных режимов работы модуля ЦП с установленным СПО TeNIX® [9].

Таблица 4

Режим «Run»

Основной режим работы. В режиме «Run» (переключатель в положении Run или Lock) работает технологическая программа, все  сконфигурированные службы, диагностика контроллера МФК3000, служба «Plug & Play» модулей, входящих в состав контроллера МФК3000.

Режим «Run» имеет следующие состояния:

  •  «MASTER» (переключатель в положении Run) — полное управление ресурсами контроллера МФК3000 (управление технологическим процессом);
    •  «SLAVE» — работает технологическая программа, управление не осуществляется. Режим возможен только при резервировании:

− если резервным является контроллер МФК3000 (100%  резервирование) и нет резервирования модуля ЦП то выполняется запись данных в модули.

При этом выходы модулей отключены (модули в режиме «SLAVE»);

− если резервным является ЦП, то запись в ШК от этого ЦП запрещена, модуль только «подслушивает» входные данные на ШК МФК3000.

Установите переключатель в положении Run. При этом модуль ЦП готов к переключению в режим «MASTER».

Установите переключатель в положении Lock. При этом переход модуля ЦП в режим «MASTER» запрещен — ручная блокировка режима «MASTER». Используется для принудительного переключения в режим «SLAVE» при резервировании и для блокировки выходов в контроллере МФК3000 без резервирования:

Режим «Prg»

Основной режим работы. В режиме «Prg» выполняется конфигурирование ресурсов контроллера и параметров модулей. Диагностика работает, служба «Plug & Play» модулей не работает.

Режим «Def»

Вспомогательный режим, предназначен для восстановления параметров связи по умолчанию (например, для восстановления забытого или неправильно установленного IP адреса).

Световая индикация модуля

Рис. 4 отображает расположение системных светодиодных индикаторов на лицевой панели модуля ЦП.

Светодиодные индикаторы Bus1 и Bus2 показывают состояние (обмен данными) двух системных ШК МФК3000. Управление этими индикаторами осуществляется независимо от СПО.

Светодиодный индикатор Err указывает на наличие ошибки в контроллере МФК3000. Если в контроллере МФК3000 при помощи СПО диагностируется ошибка, то светодиодный индикатор светится жёлтым цветом, при отказе контроллера МФК3000 – красным. При конфигурировании контроллера МФК3000 в СПО задаются параметры, используемые при диагностике.

Управление светодиодными индикаторами M/S, Run и Prg выполняется программно в зависимости от положения переключателя режима работы. Табл. 5 содержит  информацию о наименовании и цвете свечения системных светодиодных индикаторов модуля ЦП.

Таблица 5

Внешние интерфейсы

LAN

Модуль ЦП имеет интерфейсы типа Ethernet 10/100 BASE-T: для CPU730 — LAN1, LAN2; для CPU830 — LAN1...LAN4. Краткие характеристики интерфейсов:

  •  соответствие спецификации IEEE 802.3;
    •  поддержка режимов 10BASE-T, 100BASE-TX;
    •  автоматическое переключение скорости 10 Мбит/с или 100 Мбит/с;
    •  автоматическое определение типа подключенного кабеля, позволяет использовать как прямые, так и перекрещенные сетевые кабели;
    •  экранированные разъемы RJ-45 со встроенными светодиодными индикаторами Speed (зеленый) и Link/Activity (желтый).

Табл. 6 показывает соответствие режимов работы интерфейсов LAN состоянию светодиодных индикаторов Speed и Link/Activity.

Таблица 6

Подключение рекомендуется выполнять экранированным кабелем типа STP 4x2x24AWG категории 5.

Обозначение контактов разъемов LAN показывает Табл. 7.

COM (RS-485)

Модуль ЦП имеет три порта COM1, COM2, COM3 для обеспечения обмена данными по последовательному интерфейсу RS-485. Краткая характеристика интерфейса:

  •  индивидуальная ГР 1500 В;
    •  поддержка стандартных скоростей обмена до 230400 бит/с;
    •  автоматический перевод линии в «пассивное» состояние после окончания передачи;
    •  экранированные разъемы типа RJ-11 6P/6C.

Для подключения к портам COM1, COM2, COM3 рекомендуется использовать кабель CLI010 ДАРЦ.685625.195 [1]. Если модуль ЦП не является оконечным  устройством в магистрали RS-485, длина кабеля CLI010 (от модуля до магистрали) должна быть как можно короче, и не превышать 1 м. Если модуль ЦП является оконечным устройством в магистрали RS-485, необходимо установить между двумя сигнальными проводами магистрали согласующий резистор сопротивлением 120 Ом (номинал согласующего резистора определяется волновым сопротивлением линии связи (кабеля)).

Табл. 8 показывает обозначение контактов разъемов COM1, COM2, COM3.

COM (RS-232)

Модуль ЦП имеет порт COM4 для обеспечения обмена данными по последовательному интерфейсу RS-232. Краткие характеристики интерфейса:

  •  поддержка стандартных скоростей обмена до 230400 бит/с;
    •  отсутствие гальванической развязки.

Обозначение контактов разъема COM4 показывает Табл. 9.

Назначение контактов разъемов

Табл. 7 – Табл. 9 показывают обозначение контактов разъемов LAN, разъемов COM1, COM2, COM3 и разъема COM4.

Таблица 7

Таблица 8

Таблица 9

2.9.2. Модуль ввода аналоговых сигналов среднего уровня AI32

Технические характеристики

Таблица 10

Назначение контактов объектового разъема

Таблица 11

Измерение сигнала от источников с токовым выходом

Модуль может измерять сигналы от датчиков с токовым выходом. Для питания датчиков с токовым выходом следует использовать внешние источники питания. Схема подключения токовых сигналов к модулю AI32 с внешним источником питания показана на Рис. 5.

Рис. 5

Индикация состояния каналов

На лицевой панели модуля AI32, помимо системных индикаторов, расположены 4 индикатора диагностики каналов, каждый из которых может индицировать следующее:

2.9.3. Модуль вывода аналоговых сигналов AOC8

Технические характеристики

Таблица 12

Назначение контактов объектового разъема

Таблица 13

Схема подключения

На Рис. 6 приведена типовая схема подключения одного канала модуля AOC8. Выход канала подключается непосредственно к нагрузке с соблюдением полярности. В режиме резервирования нагрузка подключается к выходам модулей соединенным параллельно.

Рис. 6

Индикация состояния каналов

На лицевой панели модуля AOC8, помимо системных индикаторов, расположены 8 индикаторов диагностики выходных каналов, каждый из которых может индицировать следующее:

2.9.4. Модуль вывода дискретных сигналов DO16r

Общие характеристики

Таблица 14

Характеристики выходов

Таблица 15

Назначение контактов объектового разъема

Таблица 16

Примечание:

DO##A, DO##B, DO##C — обозначение контакта;

НЗК — нормально замкнутый контакт;

ОК — общий контакт;

НРК — нормально разомкнутый контакт.

Типовая схема включения

На Рис. 7 приведены типовые схемы включения модуля DO16r (задействованы нормально разомкнутые контакты реле). Благодаря наличию всех защитных элементов в самом модуле, каких-либо дополнительных внешних радиокомпонентов не требуется.

При разработке систем на базе DO16r следует учитывать величину ток утечки выхода модуля. При использовании в качестве нагрузки других реле, контакторов и подобных устройств рабочий ток нагрузки должен не менее чем в 10 раз превышать ток утечки выхода. Например, при питании от сети 220 В переменного тока минимальный ток нагрузки модуля основного исполнения составляет 30 мА, а для 01-исполнения — 15 мА. В противном случае могут наблюдаться ложные срабатывания нагрузки или появление в нагрузке посторонних шумов, вызываемые протеканием тока утечки.

Рис. 7

Индикация состояния каналов

На лицевой панели модуля DO16r, помимо системных индикаторов, расположены 16 индикаторов каналов, каждый из которых может индицировать следующее:

2.10. Эксплуатационные ограничения

К работе с контроллером МФК3000 и модулями допускается персонал, прошедший обучение и имеющий допуск для работы на электроустановках с напряжением до 1000 В.

Допускается «горячее включение» всех модулей, то есть установка их в крейты контроллера МФК3000 при включенном питании.

Монтаж проводов, подходящих к ответной части объектового разъема контроллера МФК3000, проводится при отключенном электропитании.

При эксплуатации контроллера МФК3000 запрещается перекрывать поток воздуха снизу и сверху крейта. При размещении контроллера МФК3000 в шкафу минимальное расстояние над крейтом должно быть не менее 2U.

Запрещается пользование средствами связи на расстоянии ближе 3 м.

2.11. Использование изделия

2.11.1. Основные способы использования контроллера

Контроллер — это проектно компонуемое изделие. Можно проектными способами создавать различные контроллеры для разнообразных задач, повышать надежность контроллера и т.д.

Различаются следующие способы создания контроллера:

  •  одиночный контроллер с нерезервированными модулями УСО;
    •  резервирование модулей УСО в составе контроллера;
    •  резервирование модулей ЦП и модулей УСО в составе контроллера;
    •  полное резервирование контроллеров.

Первые три способа — это базовые и рекомендуемые способы проектирования контроллера.

2.11.2. Заказ и подключение кабелей к контроллеру

Для подключения внешних цепей в контроллере применяется два типа разъемов фирмы Harting:

  •  DIN41612 тип F на 48 контактов;
    •  DIN41612 тип C на 96 контактов.

В Табл. 17 указаны типы применяемых разъемов для каждого модуля.

Таблица 17

При изготовлении контроллера в крейты  

устанавливаются проходные разъемы согласно карте заказа. Также по карте заказа можно заказать готовые кабели определенной длины или ответную часть разъема (кабельная часть). Для  модулей DO16r, DO16s-220AC, DO16s-220DC, DI16-220 разводка разъемов и кабелей одинаковая. При  изготовлении применяются кабели марок UNITRONIC® LiYCY сечения 0,25 мм2 и Ölflex-FD®Classic 810 сечения 0,75 мм2 (фирмы Lapp Cable) с испытательным  напряжением 1200 В и 2500 В.

Если в системе используется нестандартное подключение или используются разнотипные схемы подключения датчиков к одному модулю, можно не заказывать кабель. В этом случае поставляется отдельно корпус разъема и сам разъем.

При перестановке модуля в другое место (свободное или ранее занятое модулем другого типа) необходимо переставить ответный разъем, установленный в крейте.

Модули с разъемом типа F48 имеют кодировку, предотвращающую установку модуля в слот, предназначенный для модуля другого типа.

2.11.3. Работа с панелью оператора

Для отображения и управления переменными прикладного проекта по месту установки в состав системы могут входить следующие панели оператора [7]:

  •  V04 — простая панель оператора с жидкокристаллическим 4-строчным индикатором и функциональной клавиатурой;
    •  V04M — панель V04 c встроенной поддержкой среды разработки пользовательских графических экранов.

Для работы с панелью оператора V04 в прикладной программе ISaGRAF необходимо использовать специальный функциональный блок T_V04 [4].

Разработка (программирование) пользовательских экранов панели V04M выполняется при использовании программы VisiBuilder, исполняемой на рабочей (инструментальной) станции [8]. С помощью программы VisiBuilder определяются используемые при работе протоколы обмена и их параметры, проектируются рабочие и аварийные экраны и описывается логика обработки входных данных для организации навигации по экранам. Построенная прикладная программа компилируется и загружается в V04М.

Панель оператора V04 (V04M) подключается к контроллеру следующим способом: для контроллера с модулем ЦП CPU730 и CPU830 рекомендуется использовать одну панель V04M (исполнение V04M/0/0/0) и нуль-модемный кабель связи. Подключение производится по интерфейсу RS-232 к порту COM4.


3. Система автоматизации

В качестве объекта управления выступает участок алкилирования бензола этиленом.

3.1. Структура системы

АСУТП имеет трехуровневую, иерархическую структуру, включающую следующие уровни:

  1.  Первый уровень – первичные датчики температуры, давления, уровня, исполнительные механизмы, установленные на участке охлаждения, очистки углекислоты.
  2.  Второй уровень – контроллер МФК3000 с программным обеспечением, которое обеспечивает опрос параметров технологического процесса, вычисление скорректированных расходов, реализует алгоритмы управления параметрами технологического процесса, обеспечивает связь с рабочими станциями на базе ПЭВМ.
  3.  Третий (верхний) уровень – автоматизированные рабочие места операторов технологов на базе ПЭВМ с программным обеспечением.

Используемая технологическая база включает приборы производственного объединения «Метран» (температура, давление), Yokogawa (анализатор дымовых газов) и исполнительные механизмы с электроприводами МЭПК.

Структура КТС АСУТП приведена в приложении А на плакате «Структура КТС АСУТП на базе контроллера МФК3000».

3.2. Основные характеристики

Можно выделить следующие основные характеристики системы автоматизации:

  1.  Современные средства управления и сбора информации.
  2.  Обеспечение условий безопасности рабочего персонала и проведения технологического процесса.
  3.  Надежность работы системы.
  4.  Открытость системы автоматизации.
  5.  Удобство обслуживания и эксплуатации.
  6.  Высокая готовность: структура системы позволяет безударно, за минимальное время и без влияния на остальную часть системы производить замену отказавших модулей.
  7.  Расширяемость: к функционирующей системе можно добавлять дополнительные модули, причем эта процедура не требует модификации действующей части системы.

3.3. Открытость системы

Открытость системы - категория не только техническая, но и экономическая. Одним из важнейших базовых принципов проектирования является принцип открытости. При создании комплексов и систем автоматизации он реализуется в двух аспектах:

  1.  Применение открытых международных стандартов и спецификаций;
  2.  Использование программных средств с открытыми исходными кодами.

SCADA-система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней "внешние", независимо разработанные компоненты.

Разработанная система автоматизации является открытой, потому что поддерживает большинство международных стандартов и спецификаций, легко масштабируема и обладает возможностью подключения оборудования сторонних производителей.

3.4. Функции системы

Функции и возможности АСУТП весьма разнообразны, тем не менее, выделяют три основных направления, на которые подразделяются основные задачи этих сложных технологических систем.

К первой группе относят информационные функции. Система способна качественно и быстро собирать и обрабатывать информацию, а также составлять из нее отчеты и предоставлять их пользователю, или передавать на следующую ступень. Контроллер МФК3000 производит измерения производственных параметров, отмечает их изменения и отслеживает динамику, и на основе полученных данных оценивает состояние объекта и составляет прогнозы на некоторое время.

Вторая группа — это управляющие функции. АСУТП автоматизирует производственный процесс, управляя им практически без вмешательства человека. Вся работа выполняется автоматически, по заранее определенному алгоритму, что обеспечивает высокую надежность исполнения. Управление при помощи АСУТП редко дает сбои, и благодаря этому повышается качество продукции, не происходит сбоев и аварийных ситуаций. Система автоматизации выполняет функции автоматического регулирования, логического управления.

Также выделяют группу вспомогательных функций. К ним относят решение возникающих внутри системы задач — это может быть, например, обеспечение контроля над состоянием технических средств, над хранением информации и ее структурированием, и так далее.

3.5. Работа оператора

Вся работа оператора ведется через диалоговые окна, передает на дисплеи всю информацию о состоянии датчиков, их значениях.

Оператор осуществляет мониторинг состояния системы за автоматизированным рабочим местом. Существует система правил доступа. В аварийных ситуациях вся информация поступает на дисплеи в окно алармов, оператор, путем перевода системы в ручной режим, осуществляет регуляцию процесса: уменьшение или увеличение подачи расходного материала, отключение аппарата или остановка всего отделения.

3.6. Техническое и программное обеспечение контроллера

В связи с тем, что контроллер имеет модульную структуру, довольно просто подобрать необходимые модули. Вся информация о заказываемых модулях и программном обеспечении приведена в приложении Б «Карта заказа на контроллер МФК3000».

3.7. Выбор SCADA системы

В качестве системы диспетчерского контроля и управления выберем программное обеспечение SCADA КРУГ-2000. SCADA КРУГ-2000 является одной из старейших и наиболее функциональных отечественных SCADA-систем. Модульный подход позволяет построить автоматизированную систему с заданной функциональностью и архитектурой, использовать только те программные компоненты SCADA КРУГ-2000, которые необходимы для решения поставленных задач. Открытость SCADA позволяет легко подключить произвольное устройство и передать информацию из SCADA. КРУГ-2000 совместима с распространенными операционными системами Microsoft Windows.


4. Описание схем подключения

От датчиков на контроллер приходит 18 унифицированных аналоговых сигналов 4-20 мА. С контроллера на исполнительные механизмы и регулирующие органы поступают следующие управляющие сигналы: 2 унифицированных аналоговых сигнала 4-20 мА (на отсечные клапаны) и 1 дискретный сигнал на регулирующий клапан.

Таким образом, учитывая запас 25% по входам и выходам на модуль, необходимо:

  •  аналоговый сигнал: 1 модуль аналоговых вводов AI32 с 32 каналами ввода и 1 модуль аналоговых выводов AOC8 с 8 каналами вывода;
  •  дискретный сигнал: один модуль дискретных выводов DO16r-24 с 16 каналами вывода.

В итоге получаем 3 модуля ввода/вывода.

К модулю аналоговых вводов AI32 подключены:

  •  3 интеллектуальных преобразователя температуры Метран-288 с диапазоном измерений до +500 оС: поз. 11905 – температура в радиантной камере, поз. 11906 – температура дымовых газов на выходе из печи, поз. 11907 – температура дымовых газов печи на входе в трубу;
  •  4 интеллектуальных преобразователя температуры Метран-288 с диапазоном измерений до +1000 оС: поз. 11901-11904 – температура стенки змеевика в радиантной камере.
  •  9 интеллектуальных датчика давления Метран-150TG: поз. 12890 – давление топливного газа к главным горелкам печи, поз. 12812, 12832 – давление топливного газа к главным горелкам печи, поз. 12804, 12807 – давление топливного газа к пилотным горелкам, поз. 12813, 12814, 12833, 12834 – давление абгаза к главным горелкам.
  •  комплексный анализатор дымовых газов Yokogawa-SG700: поз. 15010, 15031, 15040 – содержание кислорода, оксида углерода и оксидов азота на выходе из трубы;
  •  интеллектуальный датчик разрежения Метран 100 Ex: поз. 12821 – разрежение в печи П-011А.

К модулю аналоговых выводов AOC8 подключены 2 отсечных  клапана КМО 302 с электроприводом МЭПК: поз. 13181 – подача бензольной шихты-1, поз. 10822 – подача топливного газа к горелкам.

К модулю дискретных выводов DO16r-24 подключен регулирующий клапан КМР 302 с электроприводом МЭПК: поз. 12891 – подача топливного газа к главным горелкам.


Заключение

Нами был рассмотрен контроллер МФК3000. Данный контроллер является удобным средством построения надежных и удобных в эксплуатации систем управления технологическими процессами. Модульная конструкция и большой выбор модулей позволяют создать оптимальную систему управления. Система, построенная на базе этого контроллера, достаточно удобна в обслуживании и легко расширяется, за счет введения новых модулей, также она является открытой и предполагает техническое соответствие со всеми подобными аппаратными и программными средствами ведущих мировых производителей в этой отрасли.

На базе контроллера МФК3000 была построена система автоматизации алкилирования бензола этиленом, приведены её особенности и обоснован выбор SCADA системы. Предложенная база технических средств предполагает полную комплексную автоматизацию и сводит к минимуму появление возможных проблем в ходе ее работы.

К системе автоматизации описаны и разработаны схемы подключения датчиков и исполнительных механизмов к модулям ввода/вывода. Весь технологический процесс более наглядно представлен на плакате КТС АУТП.


Список литературы

  1.  Многофункциональные контроллеры МФК3000, МФК1500. Методика поверки ДАРЦ.420002.002МП.
  2.  Системное программное обеспечение TeNIX (МФК3000). Руководство оператора ДАРЦ.73022-ХХ 34 01-Х.
  3.  Целевая задача ISaGRAF PRO для многофункциональных контроллеров. Руководство оператора ДАРЦ.70027-ХХ 34 01-Х.
  4.  Библиотека алгоритмов для среды ISaGRAF TIL PRO Std v X.X. Описание применения ДАРЦ.70015-ХХ 31 01-Х.
  5.  Библиотека алгоритмов для среды ISaGRAF TIL PRO Com v X.X. Описание применения ДАРЦ.70020-ХХ 31 01-Х.
  6.  Программное обеспечение TeconOPC Server v X.X. Руководство оператора ДАРЦ.70000-ХХ 34 01-Х.
  7.  Панель оператора V04. Руководство по эксплуатации ДАРЦ.426476.501РЭ.
  8.  VisiBuilder Руководство пользователя НПКФ «Дэйтамикро».
  9.  Программное обеспечение модуля процессорного CPU730. Руководство оператора ДАРЦ.73062-ХХ 34 01-Х.
  10.  В.Г. Хазаров. Интегрированные системы управления технологическими процессами. Санкт-Петербург. 2009



Приложение А

Структура КТС АСУТП на базе контроллера МФК3000


Приложение Б

Карта заказа на контроллер МФК3000

Наименование и комплект заказа модуля (блока)

Дополнительное оборудование, программное обеспечение, опции

Кол-во

1

Крейт на 21 посадочное место CR3000

1

Кабель расширения магистрали 5м

Кабель Ethernet 100м

2

Источник питания LWN 1610-6 250Вт

1

3

Модуль центрального процессора CPU730

1

ISaGRAF

Поддержка программирования на ISaGRAF (включает библиотеку алгоритмов TIL PRO Std)

1

TeNIX

OEM-исполение с СПО TeNIX

1

MasterScada

Вертикально-интегрированная SCADA и SoftLogic система визуальной обработки систем промышленной автоматики

1

V04M

Графическая панель оператора

1

Модули ввода/вывода

4

Модуль ввода аналоговых сигналов AI32

1

5

Модуль аналогового вывода AOC8

1

6

Модуль дискретного вывода DO16r-24

1


Приложение В

Спецификация на приборы и средства автоматизации


поз.

Наименование и краткая характеристика прибора

Тип (марка) прибора

Кол-во

Примечания

1

2

3

4

5

11905

11906

11907

Интеллектуальный преобразователь температуры. Диапазон измерений: -50 до +500 оС. Выходной сигнал: Hart Protocol, 4-20 мА.

Метран-288-02-Exia-1-500/1-H18-(-50; 500)-ТБ-Т6-1.1.-ГП-G1

3

Взрывобезо-пасное исполнение

11901

11902

11903

11904

Интеллектуальный преобразователь температуры. Диапазон измерений: -50 до +1000 оС. Выходной сигнал: Hart Protocol, 4-20 мА.

Метран-288-02-Exia-1-500/1-H18-(-50; 1000)-ТБ-Т6-1.1.-ГП-G1

4

Взрывобезо-пасное исполнение

12890

12812

12832

12804

12807

12813

12814

12833

12834

Интеллектуальный датчик давления. Диапазон измерений: до 6 МПа. Выходной сигнал: 4-20 мА.

Метран-150TG-3-2G-2-2-A-MA-IM-2F-4-B4

9

Взрывобезо-пасное исполнение

15031

15040

15010

Комплексный анализатор дымовых газов. Одновременное измерение до 5 компонентов – SO2, NOx, CO, CO2 и O2. Выходной сигнал: 4-20 мА

Yokogawa SG700-H-1-C-C-C-C-C-C-C-C-1-4-E-B-B-A-1-N-E

1

13181

10822

Клапан отсечной с электроприводом МЭПК.

КМО 302 Нж 5012РНЗУ

2

Взрывобезо-пасное исполнение

12891

Клапан регулирующий с электроприводом МЭПК.

КМР 302 Нж 5012РНЗУ

1

Взрывобезо-пасное исполнение

12821

Интеллектуальный датчик разрежения. Диапазон измерений: 0-100 МПа. Выходной сигнал: Hart Protocol, 4-20 мА.

Метран 100 Ex-ДИВ-1351-МП3-t10-0.25-2.4МПа-42-ШР14-ВИ-БФП-М20

1

Взрывобезо-пасное исполнение

1б, 2б,

Пускатель бесконтактный реверсивный

ПБР-3А

3

Приложение Г

Кабель для расширения ШК

1 — Розетка IDC-10

2 — Плоский кабель RC-10

Номер для заказа — «Кабель расширения магистрали», ДАРЦ.685625.170

Кабель для 100% резервирования

1 — Розетка IDC-10

2 — Плоский кабель RC-10

Номер для заказа — «Кабель резервирования КР МФК3000», ДАРЦ.685625.179

Кабель подключения TCC485A к СОМ2 Р05

1 — Розетка DHS-15F

2 — Вилка DB-25M

Номер для заказа — «COM2_МФК-ТСС485А», ДАРЦ.685625.151


Приложение Д


Приложение Е


Приложение Ж

PAGE   \* MERGEFORMAT 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65099. МАВЗОЛЕИ ЗОЛОТОЙ ОРДЫ: ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ОПЫТ ТИПОЛОГИЗАЦИИ 141 KB
  Бартольд нередко монгольские ханы после принятия ислама уничтожали тайну окружавшую могилы их языческих предшественников и строили над этими могилами мавзолеи мусульманского типа 5 приводя в пример самого Тимура который возвёл мавзолей над могилой своего отца-язычника.
65100. МУСУЛЬМАНСКИЙ ПОГРЕБАЛЬНЫЙ ОБРЯД В ЗОЛОТОЙ ОРДЕ 4.83 MB
  Основу источниковой базы для нашей работы составили сведения содержащиеся в научных отчётах об археологических исследованиях на территории Поволжья Юга России в Татарстане в республике Башкортостан и на территории Казахстана хранящиеся в архиве Института археологии...
65102. Погребальные памятники центральных областей Улуса Джучи (к вопросу об исламизации населения Золотой Орды) 169.5 KB
  Привлечение такого источника как погребальные памятники для изучения проблемы исламизации населения Золотой Орды с точки зрения археологии позволило бы не только рассмотреть этот процесс с политической стороны хорошо освещённой в письменных источниках но и детально изучить...
65103. УТВЕРЖДЕНИЕ ИСЛАМА КАК ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕЛИГИИ В ЗОЛОТОЙ ОРДЕ 163.5 KB
  Стремление задобрить служителей культа всех известных монголам религий создавало у современников-монотеистов мусульман и христиан впечатление будто завоеватели принадлежат всем верам. Усманов ранние чингизиды демонстрируя свою верность шаманизму исконной вере предков...
65104. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ИСЛАМА В ЗОЛОТОЙ ОРДЕ (НА МАТЕРИАЛАХ ПОГРЕБАЛЬНЫХ ПАМЯТНИКОВ) 2.13 MB
  Халикова также разбирает проблему идентификации исламских погребений и делает попытку выделить типично мусульманские признаки в погребальном обряде опираясь на предписанные шариатом правила и на анализ археологических материалов...
65105. К ВОПРОСУ О РОЛИ СУФИЗМА В ИСЛАМИЗАЦИИ ЗОЛОТОЙ ОРДЫ 71 KB
  Однако проникновение ислама в Золотую Орду началось намного раньше ещё с момента её образования поэтому связывать исламизацию лишь с волевыми решениями ханской администрации было бы ошибочно.
65106. ГОРОДИЩЕ АК-САРАЙ 43.5 KB
  На восток охранная зона памятника включающая городище и мавзолеи протянулась на расстояние около 2250 метров от берега р. В природном отношении территория занимаемая городищем и комплексом мавзолеев представляет собой всхолмлённую слабозадернованную песчаную полупустыню.
65107. ИСЛАМ В ЗОЛОТОЙ ОРДЕ (ИСТОРИКО-АРХЕОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ) 4.28 MB
  С течением времени уменьшается число как богатых так и бедных погребений с признаками всадничества. Однако при соблюдении ряда основных признаков мусульманской погребальной обрядности по остальным признакам данные захоронения часто мало...