Автоматизацияя технических процессов. Улучшение качества регулирования
 Скачать 6.17 Mb.
|
|
6.1.7. Контроллер Delta V MD Plus Задачей контроллера MD Plus является локальное управление и контроль обмена данными между подсистемой ввода/вывода и управляющей сетью. Контроллер устанавливается в правый слот 2-слотовой горизонтальной несущей панели (рис. 7). Имеется возможность добавить дополнительный контроллер с целью обеспечения резервирования основного контроллера. В случае отказа, резервный контроллер безударно и автоматически переключается в рабочий режим, не вызывая резких переходных процессов и ударов. 44 Рисунок 7. Контроллер MD Plus, установленный в модуль По заявлениям производителя, MD Plus работает на 400% быстрее, чем его предшественник M5 Plus и имеет больший объем памяти. В результате снижается загрузка центрального процессорного устройства (ЦПУ) и расширяются возможности для стратегий управления. Контроллер MD рекомендуется для управления периодическими процессами, регистрации последовательности событий и усовершенствованного управления. Контроллер способен автоматически самоидентифицироваться в сети управления. При включении контроллера ему автоматически присваивается адрес. Для начала работы нет необходимости в конфигурировании системы. Конфигурирование осуществляется автоматически, как и определение типа подключенного устройства. Контроллер имеет систему светодиодной индикации. Индикация позволяет определить режимы работы контроллера без обращения к рабочей станции. Контроллер автоматически распознает подключенные устройства ввода/вывода и их тип. Сразу после подключения платы ввода/вывода контроллеру становятся известны типы всех полевых приборов, подключенных к ней. Таким образом, сокращается количество трудоемких операций связанных с конфигурированием. Каждый раз, когда загружаются данные в контроллер, DeltaV сохраняет информацию о загруженных параметрах. Аналогично, когда пользователи вносят в оперативном режиме изменения в конфигурацию 45 контроллера, система также сохраняет эти изменения. Таким образом, система всегда регистрирует все данные, загруженные в контроллер, и все внесенные в диалоге изменения. Присваивание меток времени, формирование и сбор трендов также осуществляются контроллером. Непосредственно в контроллере выполняется программа управления системой. Цикл обработки любого контура (считывание информации из канала ввода, реализация управляющей стратегии, передача данных на выход) осуществляется в течение 100 мс. Контроллер способен передавать служебную информацию от интеллектуальных HART-совместимых полевых приборов к любому узлу сети управления. Это позволяет воспользоваться системой обслуживания КИПиА, дающей возможность дистанционно управлять настройками приборов, которые поддерживают HART или FOUNDATION Fieldbus. Наличие способности холодного перезапуска гарантирует автоматический перезапуск контроллера в случае отключения питания без ручной перезагрузки конфигурации из рабочей станции. Основные характеристики представлены в таблице № 5. Таблица №5 – Характеристики контроллера MD Plus Электропитание (обеспечивается системным источником питания через 2-слотовую несущую панель) +5.0 В пост. тока, 1.4 A Максимальный ток 2.0 A Предохранитель 3.0 A, несменные предохранители Рассеивание энергии Обычное — 6.0 Вт, максимальное — 10 Вт Характеристики окружающей среды: Рабочая температура от 0 до 60°C Температура хранения от -40 до 85°C 46 Относительная влажность от 5 до 95%, без конденсации Вибрация (пределы сохранения работоспособности) Двойная амплитуда 1 мм от 5 Гц до 16 Гц, 0,5 g от 16 Гц до 150 Гц Память для приложений 14 MБ Установка В правый слот несущей панели устройств питания/контроллеров. Внешние соединения: Первичная сеть управления 8-контактный разъем RJ-45 Резервная сеть управления 8-контактный разъем RJ-45 Благодаря используемым технологиям, имеется возможность изменять систему без останова технологического процесса, что существенно упрощает работу с системой. 6.1.8. Подсистема ввода-вывода Delta V Подсистема ввода-вывода Delta V поддерживает множество типов плат интерфейса ввода-вывода, включая платы аналогового и дискретного ввода и вывода, в том числе с возможностями HART, платы последовательного интерфейса, платы ввода сигналов термопар, платы ввода сигналов термометров сопротивления, платы искробезопасного аналогового и дискретного в/в. Также поддерживаются платы полевых шин, а именно интерфейса Fieldbus H1, Profibus DP, AS-I и DeviceNet. Подсистема ввода/вывода Delta Vвключает в себя модули интерфейсов ввода/вывода, каждый из которых состоит из клеммного блока и платы ввода/вывода. На следующем рисунке 8 представлены составные части модуля стандартного токового ввода 4 – 20мА (AI). Как видно в клеммном блоке также располагаются сменные одноразовые защитные предохранители на 2А. 47 Рисунок 8. Состав модуля аналогового ввода Клеммный блок устанавливается на несущую панель и обеспечивает подключение полевого оборудования (измерительных приборов и исполнительных устройств) с помощью зажимных винтов или много контактных разъемов. Плата ввода/вывода устанавливается на несущую панель на клеммный блок и преобразует сигналы, поступающие от приборов, или сигналы, подаваемые на исполнительные устройства, в цифровой формат для реализации функций управления и коммуникаций. Такая конструкция позволяет устанавливать клеммные блоки и подключать кабели до установки плат ввода/вывода, уменьшая тем самым затраты времени на монтаж и обслуживание. К одному контроллеру можно подключить до 64 плат ввода- вывода. Чтобы упростить установку и гарантировать, что плата в/в соответствует подведенным к клеммнику сигналам по типу, клеммные блоки снабжены ключами защиты, которые соответствуют ключам на платах в/в. Ключи гарантируют соответствие плат в/в и клеммных блоков. Плата в/в вставляется в клеммный блок только в том случае, если ключи совпадают. 6.1.9. Модули аналогового ввода (AI) Плата AI содержит восемь каналов измерения сигналов диапазона 4- 20мА. Имеется возможность общаться с полевыми устройствами с помощью 48 HART. Используются для подключения 2х проводных и 4х проводных датчиков. В клеммном блоке модуля располагаются специализированные предохранители на 2А на каждый канал (рис. 8). Основные технические характеристики представлены в таблице № 6. Таблица № 6 – Основные характеристики модуля аналогового ввода. Пункт Характеристика Число каналов Восемь Изоляция Каждый канал оптически изолирован от системы (проверено на заводе при пост. напряжении 1500 В) Номинальный диапазон сигнала (шкала) от 4 до 20 мА Максимальный диапазон сигнала от 1 до 22.5 мА, с проверкой выхода за границы диапазона Диапазон светодиодной индикации от 0.75 до 23 мА Ток локальной шины на одну плату (при 12Vdc) Обычно 120 мА, максимум 150 мА Ток цепи полевых приборов, на одну плату Максимум 300 мА при пост. напр. 24 В (+/- 10%) Ток цепи полевых приборов, на один канал 32 мА максимум Погрешность преобразования во всем температурном диапазоне 0.1% шкалы 49 Разрешение 16 бит Повторяемость 0.05% шкалы Частота затухания -3 дБ при 2.7 Гц; -20.5 дБ при частоте, равной 1/2 частоты дискретизации Калибровка Не требуется Поддержка коммуникаций (только для версии с HART) Сквозной запрос/ответ HART Информация о переменных HART Информация о состоянии устройства Время сканирования по HART 600-800 мс (типично) на каждый включенный канал Предохранитель (только симплексный режим) 2.0 A Установка Выделенный слот несущей панели в/в Далее на рисунке 9 представлена структурная схема платы AI для подключения двухпроводного полевого устройства. 2 Проводное устройство Фильтр низких частот Ограничитель тока АЦП Шина питания Гальвани ческая развязка Система Рисунок 9. Структурная схема канала платы AI для двухпроводного устройства Так же существуют платы AI для приборов питающихся напряжением 24В и выдающие данные в форме унифицированного токового сигнала, 50 подключаемых по четырехпроводной схеме. 4 Проводное устройство Фильтр низких частот АЦП Шина питания Гальвани ческая развязка Система 250 Ом Рисунок 10. Структурная схема канала платы AI для четырехпроводного датчика Примерами таких приборов могут служить, например, газоанализаторы Polytron. В токовом контуре таких приборов устанавливаются плавкие предохранители, располагающиеся в шкафу управления, на предельную токовою нагрузку 100мА. Структурная схема канала платы AI для подключения 4х проводного прибора представлена на рисунке 10. 6.1.10. Модули дискретного ввода (DI) В шкафу управления установлены 6 плат модулей дискретного ввода (DI). Платы установлены согласно чертежу общего вида. Плата имеет 32 канала дискретного ввода, подключаемых по схеме «сухой контакт». Структурная схема канала платы DI представлена на рисунке 11. Шина питания Система Фотоэлемент Рисунок 11. Структурная схема канала платы DI Основные технические характеристики модуля дискретного ввода представлены в таблице №7. 51 Таблица № 7 – Основные характеристики модуля дискретного ввода Пункт Характеристика Число каналов 32 Изоляция Каждый канал оптически изолирован от системы (проверено на заводе при пост. напряжении 1500 В) Уровень определения для “вкл.” > 2 мА Уровень определения для “выкл.” < 0.25 мА Полное входное сопротивление 5 ОМ Ток локальной шины на одну плату (12 В пост. тока) номинально 50 мА, максимум 75 мА Питание цепи полевых приборов, на одну плату 150 мА при 24 В пост. тока (+/-10%) Для плат серии 2 150 мА при 24 В (- 15%/+20%) Установка Выделенный слот несущей панели в/в 6.1.11. Модули дискретного вывода (DO) В системе Delta V так же имеются модули дискретного вывода (DO). Один блок поддерживает 32 канала на напряжение 24В, имеет потенциальный контакт. Данные модули используются для выдачи 52 управляющих дискретных сигналов на элементы системы. Основные технические характеристики представлены в таблиц № 8. Таблица №8 – Основные характеристики модуля дискретного вывода Пункт Характеристика Число каналов 32 Изоляция Каждый канал оптически изолирован от системы (проверено на заводе при пост. напряжении 1500 В) Диапазон напряжения на выходе 24В пост. тока ( +/-10%) Ток на выходе по номиналу 100 мА на канал Ток утечки в выключенном состоянии 0.1 мА максимум Ток локальной шины на одну плату (при 12 VDC) 100 мА номинально 150 мА максимум Питание цепи полевых приборов, на одну плату 3.2 А при 24В пост. тока ( ± 10%) Установка Выделенный слот несущей панели в/в Структурная схема канала модуля дискретного вывода системы DeltaV представлена на рисунке 12. 53 Шина питания Система Электронный ключ Нагрузка Рисунок 12. Структурная схема модуля DО Модули такого типа отлично подходят для подключения исполнительных устройств, управляемых дискретными сигналами, а так же для реализации двухпозиционных регуляторов. 6.1.12. Интерфейсные блоки подсистемы дискретного ввода- вывода Обычный проводной монтаж узлов периферийных устройств требует значительных затратами временных. Передача сигналов от управляемых устройств к электротехническим клеммам, реле или оптопарам производится по отдельным проводам. Для этого необходимо комплексное выполнение проводного монтажа. Вероятность ошибки при совершении подключений не исключается. Системная кабельная разводка VARIOFACE, серия изделий от Phoenix Contact, благодаря быстрой, безошибочной и унифицированной разводке на единой системной основе позволяет значительно сократить все расходы. В данной системе интерфейсные модули используются как сопрягающие элементы подсистемы дискретного вывода Delta V. Используются две схемы гальванической развязки системы Delta V и полевого оборудования. Первая используется для гальванической развязки модуля DO (рис. 13) от индуктивной нагрузки (магнитный пускатель). Схема используется для управления мощными нагрузками (например, вытяжной 54 вентилятор, установленный в укрытии скважины) через силовой шкаф (именно там располагаются магнитные пускатели). Рисунок 13. Схема гальванической развязки индуктивной нагрузки и модуля DO Вторая схема (рис.14) используется для управления нагрузками питающимися от сети более высокого напряжения. Примерами использования могут послужить цепи управления клапаном-отсекателем с электроприводом или обогревателями ёмкостей. Рисунок 14. Схема гальванической развязки модуля DO от высокого напряжения Для использования открывающих, замыкающих или переключающих функций используются универсальные реле PLC-INTERFACE. Реле состоят из базового клеммного модуля со вставным реле (переключающий контакт) или с полупроводниковым реле (рис.15). 55 Рисунок 15. Внешний вид и устройство универсального реле PLC- INTERFACE Основные технические характеристики блока реле представлены ниже. Входные параметры Входное номинальное напряжение UIN ………………………………… 24 В Номинальный входной ток при UIN ……………………………………. 9 мА Время срабатывания, типовое …………………………………………… 5 мс Время возврата, типовое …………………………………………………. 8 мс Индикация рабочего напряжения ………………………………………... да Защита от неправильного подключения………………………... Диод защиты Выходные параметры Материал контакта …………………………………………………….. AgSnO Максимальное напряжение переключения …………………….. 250 В AC/DC Минимальное напряжение переключения …………………. 5 В (при100 мA) Минимальный коммутационный ток …………………….. 10 мА (при 12 В) Макс. ток продолжительной нагрузки …………………………………… 6 А Общие параметры Испытательное напряжение, обмотка реле /релейный контакт….4 кВ AC (50 Гц, 1 мин) Температура окружающей среды (при эксплуатации) ……… -40 °C – 60 °C 56 Рисунок 16. Схема соединения интерфейсных блоков Для соединения тонких (6,2 мм) модулей PLC-INTERFACE с системной кабельной разводкой используют адаптер Varioface PLC-V8. Подключение датчиков и исполнительных устройств осуществляется через клеммные блоки (рис.16). 6.1.13. Интерфейсные модули 6.1.13.1.Модуль интерфейса Foundation Fieldbus Н1 Fieldbus - это последовательный цифровой двунаправленный коммуникационный протокол для организации взаимосвязи различных устройств (например, приводов, сенсоров, дискретных устройств и контроллеров), составляющих полевое оборудование. Полевая шина является локальной вычислительной сетью (LAN) для контрольно-измерительных приборов, позволяющей передавать основные функции управления и в/в на уровень полевого оборудования. 57 Модуль интерфейса Foundation Fieldbus Н1 состоит из плата FF с интерфейсом полевой шины и клеммным блоком. Основные технические характеристики модуля представлены в таблице №9. Таблица № 9 – Характеристики модуля FF H1 Пункт Характеристика Число портов Два Тип порта Foundation Fieldbus H1 – 31.25 Кбит/с Изоляция Каждый порт оптически изолирован от системы и друг от друга (испытывалось при пост. напряжении 1500 В). Ток локальной шины на одну плату (при =12В) Номинально 400 мА, максимум 600 мА Питание цепи полевых приборов, на одну плату Отсутствует Питание сегмента полевой шины ( для платы серии 2) От 9 до 32 В, 12 мА на каждый порт Модуль устанавливается в свободный разъём несущей панели системы. Структурная схема модуля представлена на рисунке 17. Система CD/DC Система CD/DC Порт 1 Порт 2 Рисунок 17. Структурная схема модуля FF 58 Как видно из схемы в модуле имеется гальваническая развязка между кодером-декодером и системой, аналогичная развязке, используемой в модулях дискретного ввода-вывода. 6.1.13.2. Модуль питания FieldConnex Power Hub Концентратор питания FieldConnex представляет собой унифицированную систему питания для подключения к Foundation Fieldbus H1 или прозрачного соединения Profibus PA сегментов с Profibus DP сегментами. Передача большой мощности на основную линию сегмента позволяет подключение большого числа полевых устройств, кроме того служит искробезопасным барьером для интеллектуальных датчиков, находящихся во взрывоопасных зонах. Блок имеет гальваническую развязку между полевым оборудованием и оборудованием шкафа управления. Блок обеспечивает эффективное снабжение электропитанием большого количества полевых устройств во взрывоопасных зонах, допуская большие длины кабелей. В каждом соединении кабельных отводов полевой барьер или модули защиты сегментов ограничивают максимальный ток, обеспечивая безопасную работу полевых устройств во взрывоопасных зонах. При этом устройства могут обслуживаться или заменяться во время нормальной работы системы без получения специального разрешения для проведения работ. Выходной повторитель мощности обеспечивает ток до 500мА. Модуль (рис.18) установлен на несущей панели FieldConnex Power Hub MB-FB-4. 59 Рисунок 18. Искробезопасные блоки питания полевой шины, установленные в шкафу управления 6.1.13.3. Модуль последовательного интерфейса RS-232/485 Плата последовательного интерфейса предоставляет интерфейс к различным устройствам, поддерживающим последовательный протокол обмена данными, например, программируемым логическим контроллерам, использующим протокол обмена данными Modbus RTU или ASCII. Конфигурирование портов осуществляется с помощью Проводника DeltaV. Во время функционирования имеется возможность конфигурирования любого из двух портов, присутствующих на плате последовательного интерфейса, для поддержки сигналов RS232, полудуплексных RS422/485 или дуплексных RS422/485, и установить скорость обмена для каждого порта. Модуль состоит из платы RS-232/485 двухпортовой и клеммного блока. Основные технические характеристики модуля последовательного интерфейса представлены в таблице № 10. 60 Таблица № 10 – Характеристики модуля последовательного интерфейса Пункт Характеристика Число последовательных портов Два Типы портов RS232, полудуплексный RS422/485, дуплексный RS422/485 (конфигурируется программно с помощью Проводника DeltaV) Изоляция Каждый порт оптически изолирован от системы и друг от друга (испытано при пост. напряжении 1500 В). Во избежание возникновения паразитных контуров через землю, порты должны заземляться через внешнее устройство. Скорость передачи данных, бод Конфигурируется с помощью Проводника DeltaV Максимальные длины кабелей RS232: 15 м RS422/485: 610 м Ток локальной шины на одну плату (при =12В) 200 мА номинально, 300 мА максимум Питание цепи полевых приборов, на одну плату Отсутствует Модуль выполнен в стандартном исполнении и устанавливается в разъем несущей панели. |