11.3. Примеры интеллектуальных счпу последнего поколения

С каждым годом появляются все новые, наиболее современные СЧПУ. Примером таких систем являются последние интеллектуальные СЧПУ с открытой архитектурой. При изготовлении ЧПУ используются наиболее современные комплектующие для сборки и т.д.

• Sinumeric 840D – это наиболее современная система ЧПУ семейства ЧПУ фирмы Siemens (Германия). В ней присутствует свойство расширяемости компонентов аппаратного и программного обеспечения. Это обеспечивает использование системы управления в широком диапазоне технологий обработки. Например, обработка кривых поверхностей не будет представлять никаких трудностей, если использовать функцию «пятиосевая обработка».

• ITNC 530 – СЧПУ, созданная фирмой Heidenhain Corp. (США). Она предназначена для обработки сложнопрофильных деталей. Основана на системе TNC, но является усовершенствованием такой системы, позволяет управлять процессом контурной обработки с высокой скоростью резания, что достигнуто применением нового процессора и усовершенствованной архитектуры этой системы. Обеспечивает более быструю обработку последовательных данных и оптимальное направление при перемещении. Программирование облегчено использованием стандартных циклов. Возможен импорт управляющих программ, подготовленных на стороне, через ЛВС.

• Axium Power – СЧПУ фирмы NUM, типа CNC, на базе персонального компьютера, имеет различные числовые вариаторы и двигатели. Каждый может использовать эту систему и адаптировать ее к своим задачам. Можно разработать персональные алгоритмы на уровне интерполирования, а также приспособить часть системы к данному станку. СЧПУ имеет персональный компьютер и сенсорный экран. ПК функционирует на основе Windows 2000.

• Advantage 810 CNC – СЧПУ фирмы Delta Tau Data Systems Inc. (США). Рассчитана на 32 управляемые координаты. Она легко интегрируется и может применяться как на новых, так и на модернизируемых станках. Системная плата построена на основе процессора Pentium III.

• 18i-МВ5 CNC – СЧПУ корпорации GE F anuc Automation (США). Предназначена для 5-координатных станков. При ее использовании нет необходимости в размерной настройке инструментов: в динамике вводятся необходимые коррекции, в том числе на длину инструмента. Предусмотрено легкое программирование, поскольку расчет коррекции осуществляется при вращении инструмента применительно к каждому новому вектору. Устройство ЧПУ рассчитывает все компенсации автоматически.

• CNC Professional – СЧПУ фирмы Camsoft Corp. (США). Предназначена для использования на многооперационных станках. Система функционирует во взаимодействии со всеми операционными системами корпорации Microsoft, в том числе Windows ХР. Пакет версии 14.2 устройства ЧПУ обеспечивает возможность запуска программы в любом месте с помощью графики. Запуск производится посредством мыши или сенсорного экрана.

12. АСУ ТП

В АСУ ТП используется обычно четырехуровневая организация системы контроля и управления.

1. Уровень возникновения информации – по оборудованию это, в основном, датчики (первичные преобразователи), исполнительные механизмы. На этом уровне формируется первичная информация, поступающая в систему АСУ ТП, на этот уровень адресуются управляющие воздействия.

2. Уровень контроля и управления технологическим процессом. Данный уровень предлагается как достаточно автономный, который при отсутствии связи с верхним уровнем способен работать достаточное время без потери информации и осуществлять автономное управление – в обычном режиме и в аварийном. В качестве оборудования – здесь программируемые логические контроллеры, в качестве программного обеспечения – средства программирования этих контроллеров. На этом уровне, возможно, также производить переконфигурирование контроллеров и получать локальное отображение хода технологического процесса на специальные устройства вывода.

3. Уровень человекомашинных интерфейсов (Man-Machine Interface – MMI) и операторского контроля и межпроцессового взаимодействия (это так называемые SCADA-системы – Supervisory Control And Data Acquisition – операторский контроль и представление данных). На этом уровне в качестве оборудования используются рабочие станции оператора на RISC- или Intel-платформе, в зависимости от информационной нагруженности и требуемой надежности данного узла. Программное обеспечение представлено специальными продуктами для написания и конструирования SCADA-систем.

4. Последний, четвертый уровень – уровень информации, необходимой для управления предприятием. Это уровень интегрированной информационной системы предприятия, корпоративной базы данных и крупных финансовых предложений. По оборудованию этот уровень представлен файл-сервером, сервером базы данных, клиентскими компьютерами пользователей. Программными обеспечениями этого уровня являются СУБД архитектуры «клиент – сервер», большие финансовые приложения, корпоративная база данных предприятия. Данные с нижних уровней поступают сюда в предварительно обработанном виде. Взаимодействие уровней 3 и 4 обеспечивает организацию общего информационного пространства, объединение промышленных сетей сбора данных и информационных сетей общего назначения.

12.1. Примеры АСУ ТП, в том числе на предприятиях в Пермском крае (ELMATIC-100, DIMATIC XP, Проконтроль К и Проконтроль П, ТДС 3000, MICON МДС-100 и MICON МДС-100, Квинт, FISHER – ROSENMAUT SYSTEM, FOXBORO-ECKART и др.)

Рассмотрим кратко существующие АСУТП, в том числе внедренные на ряде предприятий в Пермском крае. В табл. 12.1 приведены основные модули аналоговой системы регулирования ELMATIC-100 фирмы VALMET (Швеция), реализованной на 1 и 2 блоках Пермской ГРЭС в середине 80-х годов. В настоящее время фирма VALMET выпускает АСУТП DIMATIC XP (рис. 12.1).

На рис. 12.2–12.9 показано развитие АСУТП «Проконтроль» фирмы АВВ, примененной на третьем блоке Пермской ГРЭС. На рис. 12.2, 12.3 показана ранняя система «Деконтик К» (Проконтроль К) с жестким закоммутированием и передачей информации

Таблица 12.1

Состав аналоговой системы регулирования ELMATIC-100 (VALMET)

№ п/п	Обозначение	Функции
1	МК 20 МК 20 с	Питание датчиков, сбор сообщений, в том числе о неполадках, фильтрация, инвертирование
2	AIUE, AOUE	Развязка, преобразование U/I, нормализация
3	TEMP - ELR	Преобразователь информации с термосопротивлений
4	EL - SET	Задатчик интенсивности
5	EL - POINT	Показывающий прибор
6	EL - TROL P/PI	П/ПИ-регулятор
7	EL - I/IC	Цифровой интегратор
8	EL - D	Дифференциатор
9	EL - STEP P/PI	Трехпозиционный регулятор
10	STEP - REL	Управление исполнительным устройством
11	EL - C/CS	Блок связи с ЭВМ (цифровой ЗИ)
12	EL - LOG	Логическое управление регуляторами (рунос, автоматическое, блокировки и т.д.)
13	EL - TUNE	ШИМ для автоматической регулировки Ку- и Т- регуляторов
14	EL - ROOT, EL - SUM, EL - MO, EL - MIN/MAX	Реализация функций корня квадратного, суммы, умножения, деления, выделения максимума (минимума)
15	AK - 4	4 выходных реле

по проводам. На рис. 12.4, 12.5 – последняя версия Проконтроль П с передачей информации по моноканалу магистрального типа. На рис. 12.6, 12.7 представлены основные подсистемы АСУТП «Проконтроль П», имеющие доступ к моноканалу, и основные функции АСУТП по регулированию, защите, сигнализации на различных уровнях технологического процесса. На рис. 12.8 даны характеристики сетей, используемых в «Проконтроль П», на рис. 12.9 представлена блок-схема одного модуля ввода/вывода АСУТП «Проконтроль П».

На рис. 12.10 представлена структура АСУТП «ТДС 3000» фирмы HONEYWELL (США). Вначале фирма использовала на нижнем уровне магистраль данных МД. В настоящее время используется универсальная сеть управления USN с выходящими на нее универсальными управляющими и логическими контроллерами. Структура программируемого логического контроллера LM представлена на рис. 12.11.

На рис. 12.12 представлен состав модулей АСУ ТП MICON МДС-100 (сеть магистрального типа), на рис. 12.13 – MICON МДС-200 – (сеть централизованного управления), в табл. 12.2 – перечень реализуемых алгоритмов в данных АСУТП.

На рис. 12.14 дана структура программно-технического комплекса «Квинт», разработанного в НИИ «Теплоприбор» с рабочими модулями программируемых контроллеров «Ремиконт» и «Ломиконт».

На рис. 12.15 и 12.16 представлены обобщенно АСУ ТП фирмы FISHER – ROSENMAUT SYSTEM и АСУ ТП фирмы FOXBORO-ECKART.

На рис. 12.17 приведена для сравнения со структурами АСУ ТП структура АСИ – автоматизированная система испытаний (фактически усеченная АСУ ТП).

Автоматизированные системы учета и контроля энергоресурсов (АСКУЭ), которые подробно рассматриваются в следующей главе, по своей структуре аналогичны АСУ ТП. Применяются и аналогичные аппаратные и программные средства.

Общее для всех АСУ ТП следующее:

• логические и управляющие контроллеры на нижнем уровне, обеспечивающие сбор, первоначальную или конечную обработку информации, управление объектом;

• как правило, на нижнем уровне используется полевая шина (FILDBUS) со скоростью передачи до 250 кбод;

• технологическая шина (другие названия: станционная, универсальная сеть управления, локальная сеть управления, системная, производственная, управляющая и др.), как правило, специфична для каждой АСУ ТП, исходя из особенностей применения АСУ ТП и используемого фирмой оборудования;

• системная шина (другие названия: дистанционная, ЛВС, ARCNET, ETHERNET, DECNET, NES, X25, TSP/IP, NOVELL/IP и др.), как правило, универсальна.

• Станции связи типа DIS по протоколу TEK 126, TEK 235.

• ПЭВМ по протоколу CNP.

• ПК по протоколам SIEMENS 3964, MOD BUS, folx (Alen-Bredly).

• ПО «XP-LINK» совместно со средами MS-DOS, UNIX, VAS/VMS.

• Рабочая станция конфигурирования – 486 РС, 16 Мб RAM, 1 Гб HD, UNIX.

• Сетевая рабочая станция 486 РС, 4 Мб RAM, 120 HD.

• Сетевой протокол EtherNet/TCP/IP.

Средства проектирования и тестирования
Cd CAD, Fd CAD, Seg CAD, GTEST	Создание функциональных и последовательных схем, их графическая проверка
Gd CAD, Gr CAD	Графические и групповые дисплеи
Tr BASE	Тренды
Rd BASE	Самописцы
Hw CAD	Системная документация
Lc CAD	Схемы контуров
Ld BASE	БД по контурам
Fe BASE	БД по КИП
Field CAD	Документация по КИП
Urd Tool	Добавление (обновление) схем

Рис. 12.1. АСУТП «DAMATIC» XD («VALMET»)

Рис. 12.6. Управление процессами в АСУ ТП «Проконтроль П»

Рис. 12.7. Подсистемы в АСУ ТП «Проконтроль П»

Модуль регулирования 83SR03-E/R1578:

• входов – 255;

• выходов – 255;

• количество вычислительных результатов функций – 255;

• количество параметров – 64;

• количество функций управления приводом – AS11-8;

• количество строк в структурном списке – 3045.

Модуль программирования диагностики и индикации – PDAQ.

Модуль диагностический испытательный 89PTOIE.

Станция оператора системы управления ZBPI.

Рис. 12.9. Блок-схема модулей системы управления «Проконтроль П»

Рис. 12.10. АСУТП «ТДС 3000» (HONEYWELL)

Рис. 12.11. Логический контроллер LM В ТДС 3000 (HONEYWELL)

Децентрализованная система

• рабочая сеть до 15 станций управления, индикации, архивирования

Станция управления

1. До 64 периферийных контуров (Р 100, Р 200, PLC – связь по интерфейсу VCC 100).

2. Работа оператора световым пером.

3. Графическое отображение и управление.

4. Конфигурация сети клавиатурой.

5. ПО позволяет до 800 графических отображений через 1 с:

• для контуров 8 или 64;

• для 120 управляющих данных и аналоговых входов;

• для 64 аналоговых входов;

• для 46 или 64 внутренних областей памяти;

• сигнализационная панель;

• аварийные сообщения и т.д.

Специализированная станция MDC – 100

• запоминание данных процессов на 72 часа:

20 величин через 1 с;

80 величин через 6 с;

• индикация на графических окнах (до 10 графиков одновременно).

Станция временных данных MDC – 100

• запоминание:

10 величин через 1 с;

150 величин через 6 с;

150 средних величин за 1 ч;

150 импульсных (дежурных) факторов или дискретных величин за 1 ч;

• вывод данных на принтер списком или графиком во времени.

Станция применения

Оптимизация, управление кучностью, процесс эволюции, создание рецептов и т.д., т.е. ПО пользователя.

Система локальной сети МDС – 100 ARCNET

До 15 станций, в том числе ПК с фирменным ПО

между станциями до 300 метров без ретрансляторов

Рис. 12.12. АСУТП малых заводов MICON MDC – IOO (GMBH)

Большие возможности централизованного управления, чем MDC-100, через Р100, Р200, PLC

операционные станции, графические дисплеи, принтеры, базы данных и т.д.

ИНТЕРФЕЙС WCC 100 до 1 км

Система сбора данных (для понимания процессов, но не для управления и ото­бражения) 1024 временных изменяемых отметки

Двухконтурная станция управления процессами – 4 анал. вх., 4 дискр. вх. – 2 анал. вых., 2 дискр. вых.

Восьмиконтурная станция управления процессами

Программируемый контроллер

До 256 станций управления, систем сбора данных, програм-х контр-ов

• 46 внутр. взаимосвязей;

• вторичные коммуникационные (горизонтальные) связи обмена данными на уровне процессоров с 31-Р100;

• вертикальные связи с центральной СКТ-управляющей системой до 5 км;

• передняя DlN-панель: контроль, управление, элементы защиты;

• боковая панель для изменения конфигурации (90 фирменных функций в EPROM, до 80 ступеней)

Рис. 12.13. AСУTП MICON MDC – 200 (GMBH)

Таблица 12.2

Алгоритмы MICON MDC P100 (GMBH)

Аналоговые вх./вых.	28-руководство станции	Функции логические
01-преобразование	29-выход слежения	69-калькулятор логич.
02-ХМТК-авария вых.		70-И; 71-ИЛИ; 72-НЕ
03-нейтрализация неисправности (изменение конфигурации)	Математические ф-ии	73-LATCH; 74-таймер
04-сумма входов	30-х; 31-:; 32+; 33-	75-выход дискр-й
05-T/C, RTD-линеар-ия	34-; 35-калькулятор	76-виртуал. дискр. вых.
Дискретные вх./вых.	36- | |; 37- lg; 38-exp	77-результир. счетчик
07-норм. состояние	39-полином	78-вых. пуск \ стоп
08-авария выхода	Групповые функции	79-дискр. вых. регистра
Конфигурация контура	40-последовательное управление	Аварийные выходы
10-загрузка (внутр. сигн.)	41-процесс защ. блок-ки	80- MSY авар. вых.
11-загрузка анал. вх.	42-защитная блокировка при аварии	81- отклонение авар. вых.
12-компенсация темп-ры	43-дискретный массив	82- PY авар. вых.
13-компенсация давления	44-последовательность	83-скорость авар. вых.
14-входной сигнал переключения	MSY функции изменения	Специальные ф-ии
15-загрузка дискр. вх.	46-MSV функция на дискр. основе	99-FILLER
16-ПКА	47-MSY функции на анал. основе	00-Terminator (признак конца)
ПИD-функции	49-селектор
17-ограничение	Динамические ф-ии
18-ПИД пакет переключения	50-опережение\ запаздывание
19-ПИД измеряющий	51-законченное время
20-ПИД BASIC контроллер	52-скоростной задел
21-ПИД cмeщeниe\BIAS	53-подведенне итогов
22-ПИД авто \ смещение	Выводные функции
23-ПИД авто \ BIAS	54-аналог. вых. безусловный
24-ПИД каскад	55-анал. вых. (VALYЕ)
25-ПИД интервал	56-дискр. вых. безусловный
26-адаптация PID параметров
27-загрузка PID параметров

– до 10 системных модулей; – до 100 ремиконтов; – BITBUS фирмы INTEL; – физ. уровень – RS485; – канальный уровень – SPLC; – до 4 сегментов по 300 м; – RASCON – – физ. и кан. уровень MIL – 1553 В; – сеть NETBIOS с ОС «Clarynet»; – до 4 сегментов по 800 м; – до 2–3 тыс. аналоговых сигналов; – до 3–5 тыс. дискретных сигналов

– до 200 контуров регулирования; – до 20 шаговых программ; – Р210 – многоцелевой универсальный контроллер; – Р215 – управляющий контроллер; – Р201 – сбор и предварительная обработка информации ; – Р203 – регистрационный контроллер; – Р205 – управляющий с резервированием

Рис. 12.14. Программно-технический комплекс «Квинт»

– ISP FIELPBUS-INTER operable Sistems Profect (системный проект по взаимодействию);

– протокол, открытый, промышленный, HART фирмы HART Communication Foundation;

– ПО: «FILPYUE» фирмы FIHSER – ROSEMOUNT для многофункционального цифрового регулирования клапаном;

– «Cornerstone» – управление измерениями;

– IIS (Instrument Infоrmаtion System) – управление документированием.

Рис. 12.15. Система управления процессом RS3 (FISER-ROSEMOUNT SYSTEM)

Рис. 12.16. Открытая промышленная система АСУТП «FOXBORD-ЕCKADТ»

– основной процессор i386; – ОСРВ RMX, RTX; – прикладные программы    на Паскале и СИ

Задачи: – управление; – сбор, обработка, отображение и запись измеряемых величин; – запись и управление программой испытаний; – обработка данных испытаний, распечатка и архивирование

Программа пошаговая в функции времени, наступившего события или результата с возможностью ветвления, подпрограмм цикла.

Рис. 12.17. АСИ «LOGITEST»