5.3.4. Контроллеры кросс-500, трасса-500,

Ремиконт Р-130ISA

ОАО «Завод Электроники и Механики» (г. Чебоксары) предлагает рынку средств автоматизации семейство системно- и программно-совместимых контроллеров нового поколения: КРОСС-500, ТРАССА-500 и Ремиконт Р-130ISA.

Основное назначение контроллеров, обусловленное основными техническими решениями, принятыми при их разработке – построение высокоэффективных (недорогих и надежных) систем автоматизации различных технологических объектов широкого класса – простых, средних и сложных, медленных и быстрых, сосредоточенных и рассредоточенных в пространстве. Это свойство обеспечивает единую технологию проектирования систем равной сложности и однородность аппаратуры автоматики на предприятии, существенно уменьшая затраты на проектирование, комплект ЗИП, обучение эксплуатационного и ремонтного персонала и т.п. По этим причинам контроллеры семейства в первую очередь рекомендуются для применения инжиниринговым и проектным организациям, а также предприятиям с большим количеством разнотипных технологических объектов.

В табл. 5.3 приведены основные показатели назначения контроллеров: диапазон масштабирования (максимальное число каналов ввода-вывода и шаг его изменения), основная погрешность аналоговых каналов и частота сканирования технологических параметров (минимальное время цикла и шаг его изменения).

Таблица 5.3

Основные показатели назначения контроллеров

Контроллеры	Максимальное число аналоговых (дискретных) входов/выходов и шаг его изменения к	Основная погреш- ность, %	Минимальное время цикла ТП и шаг его изменения ц, мс	Тип объектов автомати- зации
КРОСС-500	256 (512) к = 1, 2, 4, 8 (8, 16)	0,2, 0,1	2 ц = 1	Сложные сосредото- ченные
ТРАССА-500	7648 (7648) к = 1, 2, 4 (1, 2, 4)	0,1	2 ц = 1	простые и сложные рассредото- ченные
Микроконтроллер МК*	32 (32) к = 1, 2, 4 (1, 2, 4)	0,1	2 ц = 2	малые сосре- доточенные
Ремиконт Р-130ISA	20 (32) к = 8, 10 (16)	0,3	10 ц = 2	малые сосре- доточенные

ТП – технологическая программа.

*Микроконтроллер МК входит в состав контроллеров КРОСС-500

и ТРАССА-500, но может применяться и самостоятельно.

Контроллеры ориентированы на автоматизацию технологических объектов в различных отраслях, в частности:

• Теплоэнергетика (котлоагрегаты, водоподготовка, вспомогательное оборудование);

• Нефтегазовая промышленность (добыча и транспортировка, компрессорные станции, переработка);

• Промышленность стройматериалов (стекольных, кирпичных и цементных заводов);

• Пищевая промышленность (объекты сахарных заводов, спиртзаводов, пивзаводов, хлебозаводов);

• Агропромышленный комплекс (управление климатом теплиц, овощехранилищ, элеваторов и т.п.);

• Энергохозяйство предприятий и учреждений (генерация, учет и оптимальное распределение тепло­вой энергии, системы промышленной безопасности и т.п.);

• Управление энергохозяйством городов (системы водоснабжения и канализации, тепловые пункты микрорайонов, тепловые пункты зданий, внутридомовые тепловые пункты, системы телемеханики электрических подстанций, системы управления уличным освещением и т.п.).

Контроллеры предназначены для решения следующих типовых задач автоматизации:

1. Сбор, контроль, регистрация и архивация информации с датчиков различных типов;

2. Защита технологического оборудования;

3. Логическое, программно-логическое управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;

4. Всережимное регулирование прямых и косвенных параметров по различным законам;

5. Расчет технико-экономических показателей технологического процесса;

6. Математическая обработка информации по различным алгоритмам;

7. Обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;

8. Обслуживание технолога-оператора дистанционно (станция оператора на базе компьютера и SCADA-системы) и/или по месту (панель оператора на шкафе управления);

9. Обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, проверке технического состояния контроллера дистанционно (инженерная станция на базе компьютера и IDE-системы) и/или по месту (портативный пульт настройки);

10. Самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.

Контроллеры могут выполнять свои функции как в приборном, так и в календарном времени, как в приборных, так и в физических единицах технологических параметров.

Соответствие стандартам и технологиям открытых систем обеспечивает системную и программную совместимость контроллеров друг с другом, а также с изделиями других фирм, поддерживающих данные стандарты, в рамках одной АСУ ТП.

Стандарты распространяются на следующие средства контроллеров:

• РС совместимые центральные процессоры;

• Операционная многозадачная система реального времени RTOS-32, соответствующая стандарту POSIX;

• Технологические и процедурные языки программирования (шесть технологических языков системы ISaGRAF, стандарт МЭК61131-3, расширенных библиотекой алгоритмов контроллера Р-130, процедурные языки C, C++);

• Контроллерные промышленные сети (Ethernet, ModBus);

• Внутриконтроллерная последовательная шина SPI для подключения модулей;

• Полевые сети (ModBus, ASCI);

• Механизмы обмена со SCADA-системами (OPC-сервер, протестированный со SCADA-системами Сitect (CiTechnologies), InTouch (Wonderware), Trace Mode (АdАstra), Каскад (ОАО «Элара»), Master SCADA (InSAT Company)).

Архитектура систем автоматизации на базе контроллеров семейства показана на рис. 5.17.

Контроллер КРОСС-500 имеет функционально-децентра-лизованную архитектуру, построенную на центральном процессоре, интеллектуальных модулях ввода-вывода, программируемых модулях автономного управления (микроконтроллерах) и четырех последовательных высокоскоростных внутренних шинах, объединяющих модули. Все элементы контроллера работают параллельно и автономно: каналы ввода-вывода в модулях, сами модули, управляющие процедурами ввода-вывода и первичной обработки данных (фильтрация, линеаризация, калибровка), четыре внутренние шины, осуществляющие обмен данными модулей с центральным процессором, и сам центральный процессор, выполняющий технологическую программу контроллера. Такая организация аппаратного обеспечения и вычислительного процесса в целом обеспечивает следующие качества контроллера:

• Высокая производительность и динамика за счет параллельного выполнения различных функций;

• Высокая надежность и живучесть за счет:

  • применения высоконадежной элементной базы с микропотреблением и СМД-монтажа;

  • резкого сокращения числа межмодульных соединений;

  • тотального контроля содержимого памяти и передаваемых по шинам данных;

  • возможности резервирования контроллеров в целом или его отдельных частей (процессоры, внутренние шины, модули, каналы);

  • возможности выполнения особенно ответственных функций (защита, регулирование) на программируемых микроконтроллерах автономно от центрального процессора или параллельно с ним;

• специальной организации вычислительного процесса, обеспечивающей минимальное время инициализации контроллера при его рестарте (перезапуске) для безударности его переключений по различным причинам (просечка питания, переход на резерв и т.п.). Время восстановления выходов контроллера (удар по объекту) составляет 5–10 мс, время восстановления функционирования контроллера (нечувствительность объекта) – 1–5 с. Для микроконтроллеров МК время рестарта составляет несколько

десятков микросекунд. Эти значения существенно меньше, чем при классической компьютерной схеме рестарта, где оно составляет несколько десятков секунд, что практически приводит к аварийному останову объекта при любом рестарте.

Невысокая стоимость контроллера за счет:

• отсутствия дорогостоящего базового конструктива (крейта) и монтажа модулей на DIN-рейку;

• использования недорогого процессора средней мощности для обеспечения высокой производительности;

• уменьшения стоимости модулей для работы на последовательных шинах;

• минимальной избыточности, настройки на объект с точностью до одного канала;

• избирательного резервирования функций;

• возможности автоматизации простых объектов на базе микроконтроллера, без центрального процессора как наиболее дорогого элемента.

Снижение стоимости проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации систем достигается за счет:

• гибкой конструкции (четыре гибких шины, монтаж на DIN-рейку);

• простоты расширения состава контроллера;

• возможности подключения полевых приборов ТРАССА;

• настройки модулей как через центральный процессор, так и автономно, путем подключения компьютера или портативного пульта непосредственно к модулю;

• о рганизации ручного управления исполнительными органами непосредственно через высоконадежные модули ввода-вывода, минуя центральный процессор.

В состав контроллера КРОСС-500 входят следующие устройства:

1. Центральный процессор на базе микропроцессора i486DX4-100, содержащий:

• флэш-память для хранения резидентного программного обеспечения;

• флэш-память для хранения технологических программ пользователя и коэффициентов;

• оперативную энергонезависимую память для хранения базы данных технологической программы;

• динамическую память для исполнения программ;

• флэш-диск (по дополнительному заказу);

• сторожевой таймер и таймер-календарь;

• два системных канала для подключения к сетям Ethernet и Modbus;

• два канала с интерфейсом RS-232 для подключения инженерной станции и местной панели технолога-оператора;

• канал с интерфейсом RS-232 для организации резервирования процессоров и контроллеров;

• д о четырех мезонинных ячеек с интерфейсом SPI или RS-485 для подключения к процессору модулей ввода-вывода контроллера или полевых приборов ТРАССА соответственно;

• резидентное программное обеспечение –операционная система реального времени RTOS-32 и исполнительная система ISaGRAF Target;

2. Ш есть типов модулей с фиксированным составом однородных коммутируемых аналоговых каналов (8 каналов ввода, 4 канала вывода) для ввода и/или вывода унифицированных сигналов тока и напряжения, сигналов термопар, сигналов термометров-сопротивлений. Групповая или индивидуальная гальваническая развязка между каналами, погрешность преобразования 0,2 %;

3. Три типа модулей с фиксированным составом однородных дискретных каналов (16 каналов) для ввода и/или вывода дискретных сигналов 24V DC с групповой гальванической развязкой;

4. Д ва типа (аналого-дискретный ADIO1 и аналоговый AIO2) проектно-компонуемых модулей с переменным составом разнородных каналов (до 32 каналов) для ввода и/или вывода аналоговых и дискретных сигналов. Объектами компоновки модулей являются 10 типов канальных ячеек ввода или вывода однородных аналоговых сигналов, устанавливаемых в 8 выделенных мест модуля, а также субмодуль ввода-вывода дискретных сигналов 24V DC (8DI+8DO). Канальные ячейки различаются типом аналоговых сигналов (унифицированные сигналы тока и напряжения, сигналы термопар, сигналы термометров сопротивлений, частотные и число-импульсные сигналы), количеством каналов в ячейке (1, 2, 4 канала), разрядностью преобразования (12, 15 разрядов) и временем преобразования (2 мкс, 20, 60, 120 мс на канал). Все ячейки модуля работают параллельно. Гальваническая развязка между ячейками – индивидуальная, между каналами одной ячейки – групповая. Погрешность преобразования – 0,1 %. Число, место установки и тип ячеек указываются при заказе модуля. На фото показаны вид модуля и вид канальной ячейки;

5. Программируемый микроконтроллер МК1, предназначенный для выполнения некоторых функций управления (регулирование, защита) автономно от центрального процессора или параллельно с ним. МК1 может использоваться для построения малых систем автоматизации без центрального процессора и имеет систему ввода-вывода модуля ADIO1, описанную выше. Резидентное программное обеспечение микроконтроллера включает операционную систему реального времени и исполнительную систему ISaGRAF Target. Программирование МК1 осуществляется на любом из шести языков системы IsaGRAF с некоторыми ограничениями на максимальное число переменных;

6. П ятнадцать типов терминальных блоков ТБ, содержащих клеммно-модульные соедини-тели, и соединительных кабелей для под-ключения внешних входных и выходных аналоговых и дискретных сигналов к модулям контроллера. Некоторые типы ТБ, кроме этого, осуществляют преобразование внешних дискретных входных сигналов контроллера 110, 220V AC в стандартные входные дискретные сигналы модулей, а также стандартных выходных дискретных сигналов модулей в выходные сигналы контроллера 110, 220 V AC;

7 . Три типа модулей питания: модуль DC-24/5 для преобразования напряжения =24 V в напряжение +5 V/2 А и питания шины SPI, модуль АС220/5-15 для преобразования напряжения ~220V в напряжение +5V/3 А и питания центрального процессора, модуль DRA-60-24 для преобразования напряжения ~220V в напряжение, равное 24 В, силе тока, равном 2 А, и питания модуля DC-24/5 и дискретных каналов;

8. Портативный пульт настройки ПН, содержащий ЖКИ-индикатор (2 строки по 16 символов), клавиатуру (16 клавиш) и канал с интерфейсом RS-232 для подключения к модулю. Пульт предназначен для автономного контроля и установки входов и выходов модулей, их настройки (адрес на магистрали, коэффициенты фильтрации, калибровки, безопасное состояние выходов при отказе процессора и т.п.), индикации причин отказа, а также для контроля и установки коэффициентов технологической программы центрального процессора.

В се модули и терминальные блоки контроллера выполнены для монтажа на DIN-рейку, межмодульные соединения осу-ществляются при помощи гиб-кого жгута, что исключает необ-ходимость в специальных кон-структивах. Контроллер может быть смонтирован в любой конструктивной оболочке с глубиной не менее 200 мм. Размеры модулей – высота 130 мм, длина (глубина) 100 мм, ширина (30, 45, 60) мм в зависимости от типа модуля. Каждый модуль имеет три разъема – для подключения внешних сигналов, магистрали SPI и пульта настройки. Размеры терминальных блоков – ширина 85 мм, длина определяется типом блока и составляет от 62 до 115 мм. Модули устанавливаются на DIN-рейку узкой стороной, терминальные блоки – широкой.

Контроллер ТРАССА-500 предназначен для автоматизации рассредоточенных объектов. Он имеет функционально- и географически-децентрализованную архитектуру, по принципу построения и функционирования является полным аналогом контроллера КРОСС-500 и обладает всеми отличительными особенностями и потребительскими качествами последнего. Кроме этого, контроллер ТРАССА за счет географического распределения своих модулей имеет дополнительное качество – снижение стоимости систем за счет:

• сокращения количества линий связи и затрат на проектирование, монтаж и эксплуатацию систем;

• возможности использования дешевых низкоскоростных линий связи благодаря снижению интенсивности обменов данными по полевой сети в функционально-децентрализованных структурах.

Контроллер ТРАССА-500 отличается от контроллера КРОСС-500 следующими характеристиками:

1. наличие в полевых модулях 1–2 портов, работающих в режиме «ведомый», с одинаковыми или разными приоритетами команд управления выходами модуля (вместо шины SPI) для дублирования линий связи полевой сети или работы с двумя ведущими. Электрический интерфейс портов определяется типом установленного сетевого субмодуля:

• субмодуль Т-232 с интерфейсом RS-232 (полный модем) для сопряжения с модемами;

• субмодуль Т-485ISO с гальванически изолированным интерфейсом RS-485 для сопряжения с полевой сетью RS-485;

• субмодуль Т-485 с интерфейсом RS-485 (без гальванической развязки) для сопряжения микроконтроллера с модулями ввода-вывода для расширения числа его входов-выходов;

2. сокращенная номенклатура полевых модулей, использование только проектно-компонуемых модулей с переменным составом разнородных каналов, отсутствие модулей с фиксированным составом однородных каналов как неэффективных для малоканальной полевой зоны автоматизации, отсутствие терминальных блоков;

3. полевой конструктив модулей для монтажа на DIN-рейку, интегрирующий в своем составе электронные субмодули и клеммно-модульный соединитель.

В состав контроллера ТРАССА-500 входят следующие устройства:

1. Центральный процессор контроллера КРОСС-500, сконфигурированный для работы с полевыми сетями;

2. Аналого-дискретный проектно-компонуемый модуль Т-ADIO1 с переменным составом разнородных каналов (до 32 каналов) для ввода и/или вывода аналоговых и дискретных сигналов. Объектами компоновки модулей являются 12 типов канальных ячеек ввода или вывода однородных аналоговых или дискретных сигналов, устанавливаемых в 8 выделенных мест модуля. Номенклатура канальных ячеек включает все 10 типов аналоговых ячеек модуля ADIO1 контроллера КРОСС-500, а также два типа (ввод и вывод) четырехканальных ячеек ввода и вывода дискретных сигналов 24V DC;

3. Дискретный проектно-компонуемый модуль Т-DIO1 с переменным составом разнородных каналов (до 16 каналов) для ввода и/или вывода дискретных сигналов. Объектами компоновки модулей являются 2 типа двухканальных ячеек ввода или вывода дискретных сигналов 24V DC и 8 типов одноканальных ячеек ввода или вывода дискретных сигналов 24, 110, 220V DC/АС, устанавливаемых в 8 выделенных мест модуля. Ячейки имеют индивидуальную гальваническую развязку, каналы одной ячейки имеют групповую гальваническую развязку;

4. П рограммируемый микроконтроллер Т-МК1, предназначенный для выполнения некоторых функций управления (регулирование, защита) автономно от центрального процессора или параллельно с ним. Т-МК1 может использоваться для построения малых систем автоматизации без центрального процессора и имеет систему ввода-вывода модуля Т-ADIO1, описанную выше. Один из портов Т-МК1 может использоваться для подключения модулей Т-ADIO1, Т-DIO1 и Т-МК1 с целью увеличения числа входов-выходов. Резидентное программное обеспечение микроконтроллера включает операционную систему реального времени и исполнительную систему ISaGRAF Target. Программирование Т-МК1 осуществляется на любом из шести языков системы IsaGRAF с некоторыми ограничениями на максимальное число переменных;

5. Модули преобразования интерфейсов МРI:

• репитер (повторитель сети с интерфейсом RS-485) MPI1;

• преобразователь интерфейса (RS-485RS-232) MPI2;

• преобразователь сетевых протоколов (RS-485RS-485) MPI3 (по заказу);

• шлюз для модулей контроллера КРОСС-500 (2хRS-485 SPI) MPI4;

6. Модули питания:

• модуль АС220/5-15 для преобразования напряжения ~220V в напряжение +5V/3 А и питания центрального процессора;

• модуль DRA-60-24 для преобразования напряжения ~220V в напряжение =24 В/2 А и питания дискретных каналов;

7. Портативный пульт настройки контроллера КРОСС-500 со всеми описанными выше функциями.

Все модули контроллера ТРАССА-500 выполнены для монтажа на DIN-рейку. Размеры модулей – высота 140, длина 124 мм, ширина 126 мм. Каждый модуль имеет пять разъемов для подключения до двух полевых сетей с интерфейсом RS-485 или модемов с интерфейсом RS-232, пульта настройки, питания 24V DC. Соединение модулей с внешними цепями контроллера осуществляется через бортовые клеммные соединители.

Контроллер Р-130ISA п редставляет новое поколение контроллера Р-130 – классики российской автоматизации. Новый контроллер по сравнению с контроллером Р-130 имеет расширенные функциональные возможности, более высокую производительность обработки и передачи данных, а также более развитую систему программирования.

В состав контроллера Р-130ISA входят следующие устройства:

1. РС совместимый процессор на базе микропроцессора i386SX40, содержащий:

• флэш-память для хранения резидентного программного обеспечения и технологических программ пользователя;

• оперативная энергонезависимая память для хранения базы данных технологической программы;

• динамическая память для исполнения программ;

• флэш-диск (по дополнительному заказу);

• сторожевой таймер и таймер-календарь;

• два системных канала для подключения к сетям Ethernet и Modbus;

• канал с интерфейсом RS-232 для организации резервирования контроллеров;

• резидентное программное обеспечение – операционную систему реального времени RTOS-32 и исполнительную систему ISaGRAF Target;

2. Устройства контроллера Р-130 в составе:

• все типы модулей ввода-вывода;

• преобразователи сигналов термометров сопротивлений и термопар в унифицированные сигналы БУС-10 и БУТ-10;

• блоки питания БП1 и БП4.

Контроллер выполнен в приборном конструктиве контроллера Р-130, в который устанавливаются модуль процессора, 1-2 модуля ввода-вывода, лицевая панель и преобразователь 24V DC/5V DC. Габаритные размеры конструктива – 80160365 мм.

Программное обеспечение контроллеров

Внешние программные средства семейства контроллеров имеют следующий состав:

1. Система разработки технологических программ пользователя контроллеров ISaGRAF Workbench, включающая шесть типов технологических языков - язык управляющих последовательностей SFC, язык потоковых диаграмм FC, язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 и другими алгоритмами, язык релейной логики LD, структурированный текст ST, язык инструкций IL. Система обеспечивает возможность расширения поставляемых библиотек функций и алгоритмов силами пользователя на языке Си, что позволяет пользователю улучшать целевую задачу ISaGRAF, создавая новые библиотеки, и максимально использовать возможности платформы. Такие разработки повышают производительность контроллера, а также делают более удобной для программиста разработку технологических программ;

2. Программный пакет КОНФИГУРАТОР МОДУЛЕЙ для контроля и настройки модулей контроллеров КРОСС-500 и ТРАССА-500;

3. Программный пакет КОНФИГУРАТОР ПУЛЬТА для сопряжения контроллеров КРОСС-500 и ТРАССА-500 с местной панелью оператора;

4. Программные средства связи с верхним уровнем:

• ОРС-сервер для сопряжения контроллеров семейства с SCADA-системами, протестированный со SCADA-системами Сitect (CiTechnologies), InTouch (Wonderware), Trace Mode (АdАstra), FIX (Indasoft), Master SCADA (InSAT Company), Каскад (ОАО «Элара»);

• библиотеки подпрограмм связи устройств верхнего уровня, не поддерживающих стандарт ОРС, с центральным процессором контроллеров (переменными ISaGRAF-программы);

• библиотеки подпрограмм связи верхнего уровня с модулями ввода-вывода и микроконтроллерами контроллеров КРОСС-500 и ТРАССА-500.

Все программные продукты функционируют на персональном компьютере в среде Windows.