Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
RS-232 RS-232/RS-485 Всего TeleSAFE M i c r o l 6 SCADAPack Light SCADAPack SCADAPack Plus 1 1 на плате + 1 на модуле 1 на плате + 1 на модуле 1 на плате + 2 на модулях 1 1 на плате 1 на плате 1 на плате 2 3 3 4 200 Рис. Обобщенная архитектура системы управления наб азе контроллеров S C A D A P a c k Ethernet и удалёнными контроллерами SCADAPack (через ра диомодем модели 5902). Условия эксплуатации контроллеров - температура - от -40 до +70 С - влажность - 5-95 % без конденсации. Производителем системы MOSCAD является транснациональная компания MOTOROLA - известный разработчики производитель профессиональных систем связи, передачи данных, а также протоколов систем передачи информации. Контроллеры MOSCAD предназначены, главным образом, для создания систем диспетчерского контроля и управления территориально распределенными объектами. Семейство MOSCAD включает три типа контроллеров • MOSCAD-M - самый малый контроллер семейства одно платной конструкции (рис. 14.4). Возможны две конфигурации (базовая/расширенная), отличающиеся количеством подключаемых вводов/выводов и их типом 12/15DI, 8DO, 0/4 AI (4...20 мА, 0...5 В, 0/1 АО (4...20 мА, 0...5 В. Питание MOSCAD-M осуществляется от источника постоянного тока 9-30 В. Имеется отсек для резервной батареи, которая обеспечивает питание контроллера при отсутствии сетевого напряжения. Контроллер может функционировать в режиме энергосбережения. Источник включен только тогда, когда элементы 201 контроллера активированы программой. RTU переходит в спящий режим, когда цепи контроллера не функционируют. В контроллере применяется микропроцессор фирмы Motorola 68VZ328 с тактовой частотой 33 МГц. Процессор поддерживает 512 Кбайт оперативной и 1024 Кбайт памяти. MOSCAD-M полностью совместим со всеми аппаратными средствами семейства MOSCAD. Он использует протокол связи MDLC (Motorola Data Link Communication) и может совместно работать сними в составе единой системы управления. Коммуникационные возможности - портили (конфигурируется программно - порт 2 - RS-232; - порт 3 - радиоканал. Контроллер легко монтируется на стене, в шкафу или на рейке. • MOSCAD-L - это малый (облегченный) контроллер системы MOSCAD (рис. 14.5). Основное применение контроллер находит в качестве удаленного терминального устройства. Контроллер имеет модульную конструкцию и включает блок питания, ЦПУ (центральный процессор) и три модуля ввода/вы вода. Резервная аккумуляторная батарея закреплена в конструктивно выделенном для нее месте и предназначена для обеспечения работы контроллера при пропадании сетевого напряжения. Зарядка батареи осуществляется автоматически при наличии напряжения в сети через модуль блока питания, к которому она подключена непосредственно кабелем. Полностью заряженная батарея сохраняет работоспособным стандартный контроллер MOSCAD-L в течение 17 ч при температуре +25 С. 202 Рис. 14.4. Контроллер M O S C A D - M Рис. 14.5. Контроллер M O S C A D - L Модуль центрального процессора (ЦПУ) осуществляет управление работой всего контроллера, включая модули вво да/вывода, и устанавливается в специально предназначенный для него слот рядом с модулем блока питания. Контроллером MOSCAD-L не поддерживается совместная работа нескольких ЦПУ (резервирование. В ЦПУ применяется 32 разрядный микропроцессор фирмы Motorola 68LC302 с тактовой частотой 16,6 МГц. ЦПУ содержит 256 Кбайт оперативной и 1024 Кбайт Flash памяти. В качестве модулей ввода/вывода могут быть использованы 6AI, 16DI, 8DO и комбинированный модуль Mixed I/O на 8DI, 2AI и 4 DO. Максимальные возможности по вводу/выводу: AI - 18 (3x6), DI - 48 (3x16), DO 24 (3x8). На передней панели ЦПУ расположены три порта. Порты предназначены для подключения контроллера к другим устройствам. Порт 1 может быть сконфигурирован RS-485 или RS-232, порт 2 - RS-232; в порт 3 может быть установлена одна из сменных интерфейсных плат (RS-232, проводной модем, радиомодем). На ЦПУ расположена светодиодная матрица из 20 светодиодов, которая отражает состояние многих ключевых функций модуля. Контроллер размещается в корпусе размером 380x380x210 мм. • MOSCAD-RTU (рис. 14.6) - мощный контроллер, поддерживающий большое количество вводов/выводов (максимум 83 мо- 203 Рис. Контроллер M O S C A D - R T U в корпусе на шесть модулей дуля, те. более 1000 вводов/выводов - зависит от набора модулей. Количество и состав модулей подбирается под конкретный объект. Основные модули для контроллера MOSCAD: 60DI, 16DI, 32DO, 16DO, 8DO, 8AI, АО, Mixed I/O. ЦПУ контроллера выполнено на микропроцессоре Motorola 68302. Многозадачная ОС, математическое обеспечение пакетного связного контроллера и пользовательская управляющая программа записываются во память (1 Мб). Текущая информация хранится в ОЗУ (до 1,2 Мб). При необходимости ЦПУ может быть доукомплектован математическим сопроцессором. Вычислительные возможности контроллеров и использование различных модулей ввода/вывода позволяют не только принимать входную информацию и перерабатывать по определенным алгоритмам, но также выполнять функции контроля, управления и аварийной сигнализации состояния любого объекта. Для управления объектами могут использоваться алгоритмы практически любой сложности. В библиотеку функций входят специализированные функции для расчёта массовых расходов при использовании расходомеров скоростного напора, массовых и 204 объемных расходов при использовании турбинных расходомеров, а также функция ПИД-регулирования. Для связи с внешними устройствами, в том числе и с другими RTU, в модуле ЦПУ имеются три порта - портили (конфигурируется программно - порт 2 - RS-232; - порт 3 - сменный интерфейс (выбирается при заказе ра диомодем, линейный модем, RS-232. Как и все контроллеры семейства, контроллер MOSCAD снабжен резервной аккумуляторной батареей на случай отсутствия сетевого напряжения. Конструктивно контроллер изготавливается в различных вариантах - в корпусе размером 500x500x210 мм (до 6 модулей - бескорпусный («рэковый») вариант для монтажа настойку. Имеются стойки для размещения 15 модулей ввода/вывода, а также дополнительный стоечный модуль для получения общего количества в 83 модуля ввода/вывода. Все контроллеры семейства имеют единую систему связи с протоколом обмена MDLC. Каждый контроллер - это ПЛК плюс полнофункциональный пакетный контроллер, способный осуществлять прим, передачу, буферизацию и маршрутизацию пакетов информации в сети MDLC. Протокол позволяет одновременный обмен Host (главный компьютер, контроллер) - RTU, RTU - Host, RTU - RTU. Организация сбора информации в системе программируется разработчиком, используя следующие процедуры - циклический опрос из центра (устаревшая технология - по расписанию (например, каждые 5 мин - по событию - новая технология, позволяющая снизить нагрузку на каналы связи и ускорить доставку информации в системах с большим количеством контроллеров и сложной сетевой архитектурой - любой комбинации перечисленных методов. Контроллеры могут использовать практически любые каналы связи телефонные выделенные или коммутируемые линии, кабельные линии связи, витые пары, оптоволокно, радиоканал, УКВ. Благодаря наличию в модуле ЦПУ трёх портов существует большое количество вариантов взаимодействия контроллеров семейства MOSCAD между собой и с верхним уровнем. Для расширения коммуникационных возможностей в системе предусмотрены дополнительные модемы 205 Рис. Взаимодействие контроллеров со S C A D A - сервером через коммуникационный процессор МС Р - М по протоколу Modbus - проводной модем (несколько модификаций - радиомодем MOSCAD 500. Для связи контроллеров семейства MOSCAD со SCADA- компьютером предусмотрен интерфейсный контроллер, в качестве которого может использоваться обычный контроллер MOSCAD (называемый FIU - Field Interface Unit) с одним из специальных коммуникационных процессоров - МСР-М или МСР-Т. Коммуникационный процессор МСР-М передает информацию через порт RS-232 по протоколу Modbus. Этот протокол рекомендуется использовать для связи со сервером в системах с небольшим количеством RTU (рис. 14.7). Удаленные контроллеры могут взаимодействовать между собой как по проводному каналу (на рисунке внизу справа, таки по радиоканалу (внизу слева. На данной схеме использован доступна основе эстафетной передачи (см. п. - Коммуникационные возможности контроллеров. Коммуникационный процессор МСР-Т (Motorola Communica tion Processor) предназначен для взаимодействия с локальной компьютерной сетью по протоколу TCP/IP. Применяется в системах с большим количеством RTU (большие потоки информации между FIU и сервером. Условия эксплуатации контроллеров - температура - от -40 до +70 С - влажность - 5...95 % без конденсации. 206 14.2. ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ ФИРМ ALLEN-BRADLEY, GE FANUC, SIEMENS Самая широкая группа контроллеров в классификации по назначению - общепромышленные контроллеры. На мировом рынке средств и систем автоматизации представлены многие десятки и даже сотни фирм - производителей общепромышленных контроллеров (чего не скажешь о телемеханических контроллерах - здесь круг производителей гораздо уже. Среди семейств общепромышленных контроллеров имеются и малые (сотни вводов/выводов), и средние контроллеры (тысячи поддерживаемых вводов/выводов), и крупные контроллеры, имеющие адресное пространство на десятки и сотни тысяч переменных. Эти контроллеры предназначены для автоматизации промышленных объектов площадного типа. Расстояния от датчиков и исполнительных устройств до мест расположения контроллеров составляют десятки, сотни метров и даже километры. Контроллеры размещаются в отапливаемых помещениях, где гарантирована плюсовая температура. Поэтому требования к об щепромышленным контроллерам сточки зрения условий эксплуатации (температуры окружающей среды от 0 до 60...70 С) гораздо мягче по сравнению с телемеханическими контроллерами. Основной способ взаимодействия контроллеров с объектом, между собой и серверами и рабочими станциями - промышленные шины и сети кабельного типа (проводные, оптоволоконные. Автоматизация промышленных объектов часто предполагает наряду с контролем, сигнализацией и дискретным управлением реализацию функций непрерывного управления (регулирования. В одних случаях регулирование предполагает стандартную (од ноконтурную) стабилизацию технологических параметров. В других случаях требуется реализация более сложных алгоритмов управления. Требования к общепромышленным контроллерам сточки зрения памяти, быстродействия, количества поддерживаемых вво дов/выводов, интерфейсов могут быть самыми разными и определяются объектом автоматизации. Поэтому производители контроллеров выпускают семейства контроллеров различной мощности. Как уже было сказано, список производителей контроллеров общепромышленного назначения огромен. Но обзор современных систем автоматизации, внедренных в последние годы в нефтегазовой отрасли, позволяет выявить отечественных и зарубежных производителей, прочно обосновавшихся на российском рынке 207 средств и систем автоматизации. Среди наиболее популярных зарубежных фирм - Allen-Bradley, GE Fanuc, Siemens.. Компания Allen-Bradley предлагает несколько семейств контроллеров микроконтроллеры MicroLogix, малые логические контроллеры SLC (Small Logic Controller), контроллеры семейства PLC и мощные контроллеры ControlLogix. MicroLogix (1000, 1200, 1500) - семейство самых малых контроллеров компании Allen-Bradley, выполненных в виде одномодульного конструктива и рекомендуемых для приложений, требующих несколько десятков точек ввода/вывода рис. 14.8). Выпускается большое количество моделей этого семейства, большинство из которых - чисто дискретного варианта (поддерживают только дискретный ввод/вывод). Имеются и модели со смешанным вводом/выводом. Модульные контроллеры серии SLC 500 предлагают дополнительную гибкость конфигурирования системы, более мощные процессоры и большую емкость ввода/вывода. Наряду с локальным вводом/выводом контроллеры SLC поддерживают расширение ввода/вывода (до 3 шасси. Процессоры SLC 5/03 и SLC 5/04 могут полностью поддерживать 30 модулей ввода/вывода (30x32 = 960 I/O). Контроллеры семейства SLC имеют 4 различных размера шасси на 4, 7, 10, 13 слотов. Контроллеры семейства SLC могут взаимодействовать с сетями DH-485, DH+, Remote I/O, DeviceNet через встроенные порты и с помощью интерфейсных модулей. Все контроллеры семейства допускают также последовательную связь через интерфейс RS-232 (процессоры SLC 5/03 и SLC 5/04 - через собственный порт, процессоры SLC 5/01 и SLC 5/02 - через порт интерфейсных модулей. PLC-5 - семейство модульных контроллеров средней мощно- Рис. 14.8. Контроллер MicroLogix 1000 208 сти фирмы Allen-Bradley, имеющих 25 типов центральных процессоров. Контроллеры PLC-5 поддерживают операции с плавающей запятой и расширенные математические функции (логарифмические, тригонометрические, статистические, экспоненциальные, функции квадратного корня. Контроллеры имеют встроенные управляющие программы (включая ПИД-регулирование), прерывания процессора управляются временем и событиями. Встроенный боковой разъём позволяет подключить модуль управляющего сопроцессора и модуль Ethernet. Платформа контроллеров ControlLogix (рис. 14.9) представляет собой набор модулей, объединяемых с помощью шасси вво да/вывода. Шасси снабжено высокоскоростной шиной для взаимодействия модулей между собой. Любой модуль может быть вставлен в любой слот шасси. В системе ControlLogix имеются шасси на 4, 7, 10, 13 и 17 модулей. Контроллеры ControlLogix построены на базе микропроцессоров Logix5555, поддерживающих многозадачную операционную систему (32 задачи. Приоритет решения задач определяется программным кодом. Процессоры Logix5555 снабжены модульной памятью пользователя (750 Кб, 1,5 Мб, 3,5 Мб и 7,5 Мб). Контроллер способен управлять как локальными, таки уда лёнными вводами/выводами. Локально контроллер поддерживает максимум 512 дискретных вводов/выводов или 256 аналоговых входов (или 96 аналоговых выходов. Эти цифры легко получить, воспользовавшись следующими данными. В системе ControlLogix используются модули семейства 1756. Максимальная ёмкость дискретного модуля ввода/вывода - 32, модуля аналогового ввода - 16, аналогового вывода - 6. А водно шасси можно вставить максимум 16 модулей ввода/вывода (й модуль - процессорный. Рис. Контроллер ControlLogix 209 Рис. 14.10. Сети и поддерживаемый ввод/вывод контроллера ControlLogix 210 В семействе 1756 имеются модули ввода/вывода различной плотности (до 32 каналов на модуль. Каждый модуль снабжен съёмным терминальным блоком, который позволяет производить замену модуля без отсоединения проводов. Кроме этого, контроллер ControlLogix поддерживает и другие семейства вво да/вывода Allen-Bradley (рис. 14.10). Один процессор может поддерживать в сети до 250 удаленных шасси (4000 аналоговых и 128 000 дискретных сигналов ввода/вода). На одном шасси может быть размещено несколько модулей процессора. Эти процессоры могут обмениваться информацией между собой через шасси. Кроме того, все эти процессоры, а также процессоры, размещённые на других шасси (сетевое применение) могут читать данные с любого модуля ввода системы и управлять любым модулем вывода. Контроллер ControlLogix имеет лишь один встроенный порт - RS-232. Этот порт дает возможность контроллеру взаимодействовать с сетями DH-485, поддерживаемыми всеми контроллерами Allen-Bradley. Обмен данными по сетями реализуется через коммуникационные модули - 1756 - ENET/ENBT - 1 порт, 10 Мбит/с (ENET) или 10/100 Мбит/с (ENBT); - 1756 - CNB/CNBR - 1 порт, 5 Мбит/с; • - 1756 - DNB - 1 порт 125, 250, 500 Кбит/с (по выбору - 1756 - DHRIO - 2 порта (DH+ или Remote I/O), для DH+ - 57,6 Кбит/с, для Remote I/O - 57,6, 115, 230 Кбит/с. Можно вставить несколько интерфейсных модулей водно шасси, обеспечив сбор данных и управление устройствами, расположенными в сетях ControlNet, Ethernet/IP, Data Highway Plus (DH+) и DeviceNet. Широкое применение в России нашли контроллеры и сетевые комплексы американской компании GE Fanuc. Наиболее популярными в последние годы были семейства контроллеров 90-30, 90-70 и VersaMax. ПЛК серии 90-30 - это семейство контроллеров, специальных модулей и устройств ввода/вывода, адаптированных для различных применений (рис. 14.11). В семействе имеется большое количество моделей с различными процессорами. Более ранние модели имели достаточно слабую память и не поддерживали ПИД-регулирования. Последние модели (серии 360, 370) оборудованы быстродействующими процессорами. Характеристика процессоров ПЛК серии 90-30 приведена в табл. 14.2. Рис. Контроллер серии 9 0 - 3 0 ПЛК 90-30 поддерживают расширенный и удалённый ввод вывод. Расширение ввода/вывода обеспечивается расширительными базовыми платами (без гнезда для процессора, устанавливаемыми на расстоянии не болеем от центрального процессора. Для поддержания удалённого ввода/вывода компания GE Fanuc предлагает несколько решений. Одно из них - система удаленного ввода/вывода Genius. В её номенклатуру входят модули ввода/вывода аналоговых и дис- Т а блица Процессоры C P U 3 4 0 / 3 4 1 C P U 3 5 1 / C P U 3 5 2 C P U 3 7 4 Тип процессора Объём логической памяти Объём регистровой памяти слов) Скорость выполнения двоичных операций Тип памяти Операции с плавающей запятой Прерывания 80C188XL 32 К6/80К6 9999 0,2 мс ОЗУ, флэш Нет Есть 80386ЕХ 80 Кб 9999 0,1 мс ОЗУ, флэш Нет/есть Есть 586 80 Кб 9999 0,1 мс ОЗУ, флэш Есть Есть 211 кретных сигналов, сигналов от термопар и термометров сопротивления. Конструктивно система Genius представляет собой сборку из двух составляющих - шасси и электронного блока. Клеммы для подключения сети Genius, проводов от датчиков, исполнительных устройств и питания входят в состав шасси (рис. 14.12). Коммуникационный процессор и система ввода/вывода образуют электронный блок. Такое решение позволяет, в случае необходимости, быстро заменить электронный блок без отсоединения кабелей. Взаимодействие системы ввода/вывода Genius с центральным процессором осуществляется посредством контроллера шины Genius (Genius Bus Controller - GBC). Модуль GBC занимает одну ячейку контроллера и поддерживает до 32 устройств в локальной сети Genius. В состав одного ПЛК может быть включено несколько контроллеров шины GBC, каждый из которых поддерживает отдельный сегмент сети. Модуль GBC предоставляет возможность удаления устройств ввода/вывода на расстояние дом. Система распределенного ввода/вывода Field Control (рис. 14.13) имеет модульную конструкцию и состоит из блока интерфейса шины (Bus Interface Unit - BIU), блока полевых контактных устройств (шасси ввода/вывода) и модулей ввода/вывода. Блоки полевых контактных устройств могут устанавливаться на рейке или на панели. Один блок интерфейса шины может поддерживать до 8 модулей ввода/вывода, обеспечивая в сумме 128 точек (16x8). В ПЛК серии 90-70 используется стандарт шины VME - общепринятый международный стандарт, который используют сотни фирм, производящих модули и платы (рис. 14.14). |