3 Проектирование системы

В разделе «Проектирование системы» следует разработать «каркас» проекта, то есть решить основные задачи проектирования системы. Перечень этих задач для различных вариантов систем автоматизации приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Содержание раздела «Проектирование системы»

Содержание раздела
Система управления оборудованием технологического уровня	1 Разработка структурной схемы системы управления 2 Выбор средств управления и конфигурирование системы управления 3 Разработка схем соединений и подключений
Автоматизированная исполнительная система управления производством (с проектированием базы данных и локальной сети)	1 Разработка логической и физической модели базы данных 2 Разработка топологической карты развертывания локальной сети 3 Расчет работоспособности сети
Автоматизированная исполнительная система управления производством (с проектированием программного приложения)	1 Разработка модели поведения объектов (диаграмм последовательности) 2 Разработка статической модели программного приложения (диаграммы классов)

3.1 Рекомендации по проектированию системы управления технологического уровня

Предметом проектирования является цифровая система управления локального уровня, которая содержит в себе следующие компоненты:

• средства управления и организация интерфейса;

• информационные устройства;

• исполнительные устройства;

• преобразовательные устройства;

• аппаратура соединения;

• щиты и пульты управления для размещения средств управления и контроля;

• алгоритмическое и программное обеспечение.

Разработка проектной документации производится в следующей последовательности.

На первом этапе объект управления декомпозируется на отдельные узлы и механизмы так, чтобы можно было определить:

1. где расположены зоны концентрации информационных, преобразовательных и исполнительных устройств и каковы расстояния между этими зонами;

2. где должны быть установлены шкафы и пульты управления;

3. какие средства необходимо применить для соединения территориально распределенных устройств;

4. какая информация должна отображаться на панели оператора.

С этой целью полезно составить план размещения аппаратных средств системы.

На следующем этапе разрабатывается упрощенная структурная схема системы.

Структурная схема – это графическое изображение структуры системы. Под структурой понимается совокупность частей, на которые может быть разделена система по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними. Создавая структурную схему, следует отображать такие структурные элементы (приводятся для ориентировки):

• Аппаратура управления верхнего уровня.

• Программируемый контроллер.

• Панель оператора.

• Пульты ручного управления.

• Преобразователи энергии.

• Основные датчики.

• Исполнительные устройства.

• Шины и линии связи.

В настоящее время для контроля и управления широко применяются многофункциональные агрегатированные системы. Практически все современные системы управления технологического уровня обеспечивают возможность интеграции в системы верхних уровней управления посредством их подключения к промышленной сети Ethernet.

При выборе аппаратуры управления важно учесть, какую информационную, аппаратную и программную поддержку обеспечивает производитель этой аппаратуры. Следует отдать предпочтение тем производителям, которые совершенствуют качество своей продукции, предоставляют широкий спектр услуг, применяют гибкие механизмы скидок на цену продукции, пользуются доверием на рынке.

Пример представления структурной схемы приведен на рис. 3.1.

Следует также учесть, что средства управления должны иметь возможность выбора автоматического или ручного режима работы. Автоматический режим является основным (рабочим) режимом. Ручной режим необходим для проведения ремонтно-наладочных работ, испытания после завершения наладочных работ, ликвидации аварийных и внештатных ситуаций, а также для работы без локальной системы управления в случае её отказа. Отличительной особенностью этого режима есть то, что все сигналы управления формируются оператором с помощью пульта и воздействуют на преобразователи, которые управляют исполнительными устройствами.

В связи с этим при выборе преобразователя следует учитывать, что для нормальной работы исполнительного устройства в режиме ручного управления в преобразователи должны быть интегрированы все функции управления и защиты исполнительных устройств.

Так, например, при выборе преобразователя для управления электродвигателем необходимо убедиться, что он обеспечивает следующие (основные) функции защиты:

• от короткого замыкания;

• от перегрузки;

• от повышения и снижения напряжения в цепи постоянного тока;

• от обрыва фазы питающего напряжения;

• от перегрева радиаторов силовых элементов;

• от перегрева двигателя;

• от замыканий на землю силовых цепей.

Срабатывание любой защиты должно приводить к отключению электропривода. Информация о срабатывании защиты должна передаваться на панель управления.

Все периферийные средства должны быть рассчитаны на подключения к портам ввода-вывода и, в то же время, иметь достаточную гибкость и поддерживать нормальное функционирование в случае замены программируемого контроллера на другой, более совершенный, или построенный по другой архитектуре.

После выбора основных структурных элементов можно перейти к конфигурированию системы управления.

Конфигурирование системы автоматизации необходимо для того, чтобы исключить ошибки в создании коммуникационной среды. Для решения задачи конфигурирования применяются специальные механизмы и программные средства, которые обеспечивают тщательный анализ всех аспектов функционирования будущей системы.

Если проектируемая система управления оборудованием строится на базе аппаратуры фирмы Siemens, то для её конфигурирования имеются четкие методики и соответствующие программные средства – приложения Configuring Networks (NetPro) и Hardware Configuration (HW Config) в программной среде STEP 7, а также программа NCD-Configurator для конфигурирования системы ЧПУ станка.

При использовании аппаратуры других производителей конфигурирование можно выполнить с помощью программной системы CoDeSys v2.3 или SCADA-системы TRACE MODE 6.

Результаты конфигурирования представляются в проекте в виде файла конфигурации, а также скриншотов в двух представлениях – конфигурация контроллера и конфигурация распределенной системы (функциональная архитектура системы).

После разработки структурной или функциональной схемы следует разработать более детальное представление проекта – принципиальные схемы, схемы соединений (монтажные) и схемы подключений (внешних соединений).

Принципиальные схемы (электрические, гидравлические и пневматические) служат для определения полного состава приборов, аппаратов и устройств, а также связей между ними. Принципиальные схемы являются основой для разработки монтажных схем.

Схемы соединений (монтажные) предназначены для выполнения монтажа щитов и пультов, а также для соединения частей определенной электроустановки. Примером такой схемы может служить схема соединений преобразователя с электродвигателем и пусковой аппаратурой.

Схемы подключения (внешних соединений) служат для графического представления соединений аппаратуры управления как между собой (для этого используются шины, кабели и провода), так и с внешними устройствами – входными и выходными. При этом предполагается, что это электрическое оборудование территориально «разбросано».

При выполнении схем подключения необходимо учитывать требования к выполнению схем, приведённые в ГОСТ 2.701-84 и ГОСТ 2.702-75 "Правила выполнения электрических схем".

Схемы подключений устройств ввода сигналов строятся следующим образом.

В нижней части поля чертежа располагается условное изображение модуля для ввода 8 каналов (одного байта) с обозначением номера модуля и номера байта (в станциях ET200S модули ввода имеют 4 канала). В верхней части чертежа в соответствии с расположением указывается наименование цепей, ниже располагаются устройства, подключаемые к модулю ввода. Устройства и клеммы модуля снабжаются соединительными линиями.

Схемы подключений устройств вывода сигналов управления или индикации строятся иначе. Модуль вывода с клеммами изображается в верхней части чертежа, а внешние устройства и обозначения цепей – в нижней части.