книги / Технические средства автоматизации химических производств

регулирующих координат; 2 ) разработка структурных схем для каждо­ го контура регулирования с указанием связей между отдельными элементами; 3) составление бланков для каждой подпрограммы ПП с указанием значений всех параметров и индивидуальных настроек; 4) ввод информации с бланков в МОС в режиме диалога с системного терминала.

Пр о г р а мма о б р а б о т к и информации блоков станции МОС выполняется 1 раз в секунду, при этом сначала просматриваются все блоки в схеме с наибольшим приоритетом, затем - в этом же цикле сканирования - блоки с более низким приоритетом. Средства ПП позволяют осуществлять оперативное изменение и реконфигурацию программных схем регулирования. При этом приостанавливается выполнение только реконфигурируемой в данный момент схемы.

Пакет п р о г р а м м о т о б р а ж е н и я на экранах цветных диспле­ ев содержит средства формирования стандартных и нестандартных видеограмм. К стандартным видеограммам относят следующие виды отображений: графики изменения контролируемых величин во вре­ мени с периодом обновления от 2 до 60 с; изображения, имитирующие лицевые панели аналоговых регуляторов или приборов; изображения 16 аналоговых, дискретных или расчетных координат в числовой форме или в виде гистограмм (для каждой координаты указывают имя, числовое значение, размерность, допустимые границы и величину отклонения от нормы), список текущих нарушений работы ТОУ.

Пакет п р о г р а м м п р о т о к о л и р о в а н и я включает средства сбора и обработки значений до 2 0 0 координат с интервалом 60 с. Обработанные данные выводят на печать в виде протокола перио­ дически или по вызову оператора.

Пакет п р о г р а м м у п р а в л е н и я циклическими и непрерыв­ но-периодическими процессами содержит средства автоматического пуска, останова, управления циклами в нормальном режиме, пред­ ставления графиков-трендов, регистрации и протоколирования, представления информации на экранах дисплеев и т.д.

Локальная технологическая станция М1сго5рес. ЛТС представляет со­ бой многоканальный микропроцессорный программируемый контрол­ лер, имеющий собственное УСО и блоки связи с сетью Гохпеи ЛТС реа­ лизует функции цифрового регулирования и логического управле­ ния.

Станция позволяет реализовать до 60 одноконтурных АСР или 20-40 - более сложных (каскадных, комбинированных, автономных) контуров регулирования. Для автоматизации ТОУ используют П-, ПИ-, ПИД-законы регулирования, а также адаптивные алгоритмы управле­ ния, позволяющие учитывать экспертные оценки специалистов.

Алгоритмы оформлены в виде 25 программных модулей и размеще­ ны в ПЗУ. ЛТС вычисляет э автоматическом режиме командные сш на­ лы по каждому контуру регулирования с частотой два раза в секунду.

Связь станции с ТОУ осуществляют с помощью широкой (около 40 типов) номенклатуры модулей УСО, обеспечивающих ввод в ЛТС

251

аналоговых и дискретных сигналов (в том числе от термопар, термо­ метров сопротивления, датчиков напряжения постоянного и перемен­ ного тока, частотных и число-импульсных датчиков), а также вывод из станции аналоговых и дискретных сигналов постоянного тока и напряжения, импульсных сигналов постоянного и переменного тока.

Информационная емкость каждого модуля УСО составляет 2 или 4 входных, выходных либо входных и выходных канала. Каждая станция связи с объектом допускает подсоединение до 120 аналоговых входных и выходных каналов или до 240 дискретных каналов. Основ­ ные блоки и устройства ЛТС имеют ненагруженный резерв, автомати­ чески включаемый при отказе оборудования. Станция осуществляет контроль достоверности измеряемых координат, а также правильности выполняемых расчетов и выдачи командных сигналов. В случае обнаружения каких-либо нарушений станция автоматически выводит последнее достоверное значение командного сигнала.

Оценка наработки на отказ ЛТС достигает для нерезервированного варианта 2-3 лет, для резервированного - около 30 лет. Погрешность измерительных каналов ЛТС составляет 0,1%; линейность преобразо­ вания результатов - 0,025% от всей шкалы; диапазон преобразования ”код-аналог” - 0-4000; процессоры станции оперируют с 16-разряд- ными словами.

Для обеспечения возможности работы со взрывоопасными объекта­ ми ряд модулей и блоков УСО станции поставляют в искробезопасном исполнении.

В состав ЛТС входят два независимых микропроцессорных контрол­ лера (основной и резервный), снабженных источниками питания; три монтажных блока для размещения модулей УСО (по 10 штук в каж­ дом); панель технического обслуживания и буфер данных между контроллерами. Каждый контроллер содержит ПЗУ на 32 Кслов и ОЗУ на 8 Кслов, 2 порта связи с сетью-Рохле* (основной и резервный) или со станцией МОС. В случае отказа основного контроллера станция авто­ матически и безударно переключается за время не более 500 мс на работу с резервным контроллером.

Каждый канал модулей УСО независим и имеет собственные звенья нормализации, фильтрации, преобразователи вида сигналов, гальва­ ническую развязку и необходимые элементы защиты по входу или выходу. На передних панелях модулей УСО расположены элементы сигнализации их состояния.

Программное обеспечение ЛТС представляет собой совокупность индивидуально настраиваемых типовых подпрограмм управления и программных средств их настройки и конфигурирования.

Настройку и конфигурирование ПЗУ ЛТС осуществляют с помощью станции МиШзШюп. При этом оператор, пользуясь клавиатурой стан­ ции МиШзШюп и ее дисплеем, может добавлять к хранящимся в ПЗУ программам отдельные подпрограммы управления, изменять их пара­ метры настройки, устанавливать по каждому контуру необходимые виды обработки и нормализации входных и выходных сигналов, вводить различные виды защит и т.д.

2 5 2

После окончания формирования базы данных для всех контуров и загрузки ее в ОЗУ станция ЛТС может работать в автономном режиме; однако база данных и настраиваемые параметры контуров регулиро­ вания остаются доступными оператору с пульта станции МОС.

Постоянные части подпрограмм управления хранят в ПЗУ, а инди­ видуальные настраиваемые части - в ОЗУ; обе части подпрограмм функционируют совместно.

Конструктивно ЛТС Мгстозрес выполнена в виде шкафа размерами 813x476x2375 мм.

Технологическая станция связи с объектом Р 10. Станция СС пред­ назначена для сбора, первичной обработки (нормализации) и ввода в

ПТК информации о состоянии ТОУ, а также вывода из ПТК командных сигналов.

В состав СС входят центральное активное УСО и до 16 выносных УСО-сателлитов, которые могут быть отнесены от центрального на расстояние до 3 км.

Центральное УСО содержит основной процессор, два процессора ввода-вывода, ОЗУ, ПЗУ, до двух блоков интерфейса информацион­ ной шины УСО, до двух портов связи с сетью Рохпе1, одиночный или дублированный источник питания и до двух монтажных блоков для размещения в каждом до 16 модулей ввода-вывода. При использова­ нии УСО-сателлитов монтажные блоки не устанавливают.

Информационная емкость центрального УСО - до 256 каналов ввода-вывода. При использовании в составе центрального УСО двух пассивных расширителей его информационная емкость возрастает до 1024 каналов.

Информационная емкость выносных УСО-сателлитов составляет до 64 каналов ввода-вывода при одном монтажном блоке и до 192 каналов - при трех блоках.

Модули УСО станции СС по характеристикам и параметрам входных и выходных сигналов аналогичны модулям УСО станции ЛТС. Макси­ мальная частота опроса модулей ввода-вывода - 10 раз в секунду.

УСО-расширители размещают рядом с центральным УСО. Связь с выносными УСО-сателлитами осуществляют с помощью радиального либо магистрального коаксиального кабеля длиной до 1500 м с отво­ дами к каждому выносному УСО; при этом сохраняется максимальная частота опроса каналов ввода-вывода 10 раз в секунду. Радиальные трехпроводные линии связи обеспечивают удаление выносных УСО до 3 км. Для связи на большие расстояния применяют модемы. Макси­ мальное расстояние станции СС от порта связи (ПС) ЫпкроМ сети Рохпе1 составляет 150 м.

Подсистема связи Р о х п е Эта локальная сеть предназначена для объединения территориально разнесенных станций ПТК ЗресХгитп. Абонентами ЛУВС являются станции комплекса и ЭВМ, подключаемые к ней. При этом ведущей станцией, обладающей правом инициативы в обмене информацией, является МОС, а подчиненными - ЛТС и СС.

Основными компонентами ЛУВС (рис. 10.1) являются линии связи

2 5 3

на коаксиальных й многопроводных кабелях, порты связи ПС (1т/с- рог!) и станции управления связью СУС []Ипк соп1то1зШюп).

К каждому порту ПС может быть подключено до 10 станций ПТК; при необходимости используют расширитель, к которому дополни­ тельно подсоединяют до 10 станций. Максимальное расстояние от ПС до станции - 150 м. Для повышения надежности применяют резервные ПС, работающие независимо от основных. Группы станций, выходящие на один порт, могут быть объединены коаксиальным кабелем длиной до 4,5 км при скорости передачи 1 Мбит/с. Станции СУС осуществляют диспетчеризацию работы ЛУВС и контроль ее исправности.

10.3. Комплекс ШеИщеШАШотаИоп Зепез

Комплекс ”ШеШ§еШ АШотаИоп Зепез” (1АЗ) является представи­ телем нового поколения средств для автоматизации ТОУ, разработан­ ных фирмой ГохЬото (США). Средства комплекса 1АЗ отличаются неприхотливостью к внешним условиям; большинство из них может работать при температуре окружающей среды 0-50 °С, а средства связи с объектом при температуре от -30 до +65 °С. Стенки шкафов (стоек) выполнены из теплопроводящей пластмассы и обладают стойкостью к коррозии. Шкафы герметизированы и защищают смонтированные в них электронные элементы от влаги и загрязнений окружающей среды (специальные модификации шкафов могут размещаться на открытом воздухе). Кроме того, герметизированы и электронные модули.

Развитые средства контроля работоспособности ПТК обеспечивают быстрый поиск неисправности; восстановление сводится к замене отказавшего модуля. Так как каждый устанавливаемый модуль имеет 6 -значный символьный код, задаваемый вставками с контактами, то после ее установки ПТК опрашивает и опознает модуль по коду встав­ ки, автоматически загружает его программой и включает в работу комплекса.

На средствах комплекса 1АЗ можно создавать системы управления как малой, так и большой информационно-управляющей мощности; при этом малые системы строят с использованием персональных ЭВМ, программно совместимых с вычислительными средствами ПТК.

Программно-технические средства комплекса 1АЗ реализуют не только традиционные функции контроля и регулирования, но и такие функции, как оптимизация, расчет физических свойств продукта, подведение материальных и энергетических балансов и др. Последние функции реализуют с помощью настраиваемых пакетов программ, что облегчает процесс разработки интеллектуальных систем управления.

Сервисное программное обеспечение позволяет рассчитать стои­ мость ПТК, автоматически составлять спецификации технических средств и выпускать эксплуатационную документацию, хранимую впоследствии на магнитных дисках. Всю разработку конкретной системы управления, в том числе конфигурирование, настройку и проверку программного обеспечения, выполняют на персональных ЭВМ1ВМ/РС/АТ .

254

В комплексе 1А5 используют процессорные, интерфейсные модули ?. модули УСО, которые связаны между собой с помощью сетевых интер­ фейсов с гальваническим разделением по линиям связи.

Процессорные модули управляют дисплеями, клавиатурами, уст­ ройствами. внешней памяти, выполняют расчеты, производят архи­ вацию технологических и системных данных. Управляющие процес­ сорные модули представляют собой контроллеры, реализующие совместно с модулями УСО функции регулирования, последователь­ ного и логического управления.

Интерфейсные модули служат для подключения к узловой магист­ рали ШйеЬиз станций, не входящих в состав комплекса /45, а также для связи с сетями (в том числе с локальной сетью стандарта МАР; максимальная длина сети - 1,8 км, скорость передачи 5 Мбит/с, число узлов в сети - до 100) и с персональными ЭВМ.

Модули УСО обеспечивают ввод и вывод из комплексами широкой номенклатуры сигналов. Погрешность ввода аналоговых сигналов 0,05%, период опроса - 0,1 с, разрешающая спсобность - 12-15 двоич­ ных разрядов, максимальное число каналов связи с объектом для одного управляющего процессора - 384 аналоговых или 768 дискрет­ ных сигналов.

10.4. КомплексМСЮ-300

Система МОБ-300, разработанная фирмой ”СотЬизИоп Еп§теегт§ Ыа” (США), представляет собой распределенную микропроцессорную систему управления химико-технологическими процессами. Основ­ ными компонентами МОО-300 являются подсистемы контроллера, вводавывода информации, консоли, процессора данных, распределен­ ной сети связи и контрольно-измерительных приборов (КИП).

Подсистема контроллера обеспечивает реализацию функций сбора данных, а также многоканального цифрового регулирования и логи­ ческого управления. В состав подсистемы может входить до 12 общих контроллеров, каждый из которых содержит модуль управления. В модуле управления используют 16-разрядный микропроцессор 68000 или 32-разрядный микропроцессор 68020; он обеспечивает непрерыв­ ное цифровое регулирование и логическое управление и связь с другими подсистемами через распределенную сеть ^СN, Каждый модуль управления способен обрабатывать до 16 аналоговых входных и 8 выходных сигналов и до 40 сигналов дискретного ввода-вывода. Модуль управления может быть основным или резервным (из 12 модулей от 1 до 4 могут быть резервными ). При использовании в качестве резервного модуль управления способен взять на себя функции вышедшего из строя основного модуля.

Подсистема контроллера содержит 16 модулей формирования и коммутации сигналов ввода и вывода. Все входные аналоговые сигналы перед подачей на модуль управления преобразуются в сигна­ лы постоянного тока напряжением 1-5 В. При необходимости клем­

255

мники подсистемы контроллера выполняют в искробезопасном испол­ нении.

Программное обеспечение подсистемы контроллера обеспечивает конфигурацию пользователем конкретных контуров автоматического регулирования.

Подсистему ввода-вывода высокой плотности применяют при необходимости работы ПТК с большим числом контрольных и команд­ ных сигналов.

Группа модулей ввода-вывода обеспечивает прямое сопряжение с датчиками координат. В состав этой группы входят 15-канальные модули ввода аналоговых сигналов; 48-канальные модули-расшири­ тели ввода аналоговых сигналов (в качестве их входов используют выходы модулей ввода аналоговых сигналов); 15-канальные модули ввода милливольтовых напряжений от термопар; 15-канальные моду­ ли ввода импульсных сигналов; 16-канальные модули выводов ана­ логовых воздействий; 72-канальные модули ввода-вывода дискрет­ ных сигналов. При необходимости клеммники модулей ввода-вывода также выполняют в искробезопасном исполнении.

Подсистема консоли представляет собой рабочее место оператора и содержит до 3-4 цветных дисплеев, клавиатуры, устройства управ­ ления курсором типа ”шар” или ”мышка”, процессор и устройства получения твердых копий документов.

Подсистема процессора данных является многоцелевым устройст­ вом обработки информации, предназначенным для работы с базой данных всего ПТК. Информацию хранят в запоминающем устройстве большой емкости на жестких или гибких дисках.

Распределенная сеть связи (ОСИ) предназначена для передачи данных между локальными средствами системы МОЮ-300. Сообщения в сети передают от одного узла к другому по кольцу; каждое кольцо может содержать до 34 узлов при длине кольца до 27 км. Кольцо может иметь одинарный или сдвоенный маршрут, каждый из которых функционирует автономно; в случае отказа маршрут берет на себя автоматически весь поток сообщений.

Подсистема КИП представляет собой вариант системы нижнего уровня управления и реализуется на контроллерах, последователь­ но-логических блоках, регистраторах-самописцах, локальных панелях управления, каналах связи и персональных ЭВМ, компонуемых в конкретных системах в различных вариантах.

Ст а н да рт н ый к о н т р о л л е р является многофункциональным цифровым устройством контроля и управления участка непрерывного ТОУ. Он реализует функции формирования заданий АСР, ПИД-регули- рования, регулирования по возмущению, адаптивного управления, суммирования, извлечения квадратного корня, возведения в квадрат, линеаризации, технологической сигнализации, индикации параметров в цифровой и аналоговой форме.

К о н т р о л л е р ХЬ помимо функций стандартного контроллера обеспечивает реализацию функций каскадного регулирования, а также ряд дополнительных функций непрерывного и логического

2 5 6

П е р с о н а л ь н а я ЭВМ АТ/ХТ фирмы 1ВМ (США) предназначена для расширения возможностей по связи оператора с другими средства­ ми подсистемы КИП. В ЭВМ использованы 16-битовый микропроцессор и дискретный накопитель емкостью 1,2 Мбайт. При необходимости к ЭВМ можно подключить 1 или 2 дисковых накопителя емкостью 20 Мбайт. Панель управления ЭВМ оснащена 64 функциональными клавишами с диодной подсветкой. Использован таклее монитор цвет­ ного изображения с высокой разрешающей способностью.

10.5. Программно-технический комплекс ГОС-3000

Комплекс ГОС-3000, разработанный фирмой НопеуыеИ (США) в середине 80-х годов, предназначен для автоматизации химико-техно­ логических процессов. В состав комплекса (рис. 10.2) входят опера­ торская станция Е05 III (МОС), многофункциональный контроллер МСШ (ЛТС1), базовый контроллер СВ (ЛТС2), устройства связи с объектом НЬ-РЩ (СС2) или Ы-РШ (СС1), одноконтурный микропроцес­ сорный регулятор 88С (ЛТСЗ) и устройство ввода данных в регулятор 88СР (ССЗ).

Операторская станция Е 08 III (МОС) предназначена для организации человеко-машинного интерфейса. Станция позволяет визуализировать на экранах дисплеев информацию о состоянии ТОУ (фрагменты мнемо­ схем, тренды координат, рапорты) и с помощью клавиатуры формиро­ вать управляющие воздействия.

Многофункциональный контроллер МСШ (ЛТС1) используют для управления ТОУ, он реализует функции цифрового регулирования, логического управления, управления последовательностями опера­ ций. Конфигурирование контуров регулирования осуществляют путем простой адресации входных и выходных сигналов к стандартным алгоритмам управления (ПИД, сумматор, делитель, выбор максимума или минимума и т.д.). Помимо стандартных алгоритмов с помощью технологически-ориентированного языка можно программировать другие необходимые алгоритмы.

Обработка входной и выходной информации предусматривает линеаризацию сигналов, контроль их достоверности, управление ограничениями и т.д.

Базовый контроллер СВ (ЛТС2) предназначен для реализации функций цифрового регулирования, заменяя при этом аналоговые регуляторы. Алгоритмы контроллера "зашиты” в полупроводниковую память. Конфигурацию контуров управления осуществляю! путем вызова из памяти необходимых алгоритмов и адресации их к соот­ ветствующим входным и выходным сигналам. Контроллер СВ в слу­ чае, если для регулирования используют только ПИД-закон, может функционировать как 8-канальный регулятор.

Микропроцессорное устройство связи НЬ-РШ (СС2) обеспечивает сбор и обработку сигналов высокого уровня, формирование выходных сигналов для регистраторов и индикаторов и сигнализацию отклоне-

258

Рис. 10.2. Техническая структура распределенной АСУТП на базе ПТК ГОС-3000

ний координат. Число аналоговых входов устройства, составляет 254, выходов - 128; число цифровых входов - 512, выходов^- 254.

Устройство связи Ы-РШ (СС1) служит для сбора и обработки до 250 сигналов низкого уровня от термопар или термометров сопротивле­ ния, обеспечивая при этом линеаризацию сигналов, компенсацию температуры холодного спая, фиксацию обрыва термопар и сигнали­ зацию отклонений координат.

Одноконтурный микропроцессорный регулятор 53Р (ЛТСЗ) выпус­ кают в следующих модификациях: регулятор с фиксированной прог­ раммой, например реализующий ПИД-закон; программируемый регу­ лятор, позволяющий реализовывать до 45 типов алгоритмов; самонаст­ раивающийся регулятор с возможностью автоматической оптимизации параметров настройки.

Подключение регуляторов 85Р (до 8) к магистрали данных осу­ ществляют с помощью устройства ввода данных 5$СР(ССЗ).

10.6. Комплекс ОатаИс

Комплекс ОатаИс, разработанный фирмой ”Уа1те1 Аи1отаИог1’ (Финляндия), предназначен для автоматизации химико-технологичес­ ких процессов средней и большой информационной мощности. Так, ПТК с максимально рекомендуемым составом оборудования позволя­ ет собирать и обрабатывать информацию от 1280'аналоговых датчиков, до 5000 дискретных сигналов ввода-вывода, вырабатывать 640 ко­ мандных аналоговых сигналов, управлять 1280 электродвигателями и регулирующими органами.

259

В состав типового ПТК Т)атпаИсвходят следующие устройства: оперативно-диспетчерское оборудование (ОДО), предназначенное

для организации рабочего места оператора; диспетчерские станции (ДС), обеспечивающие подключение ОДО к

сдвоенной магистральной диспетчерской шине; станции связи (СС), осуществляющие передачу данных между

технологическими и диспетчерскими шинами, системой БатаИс и другими системами или вычислительными устройствами;

локальные технологические станции ЛТС, предназначенные для реализации функций автоматического регулирования и логического управления.

Рабочее место оператора системы управления оборудовано нес­ колькими цветными мониторами, позволяющими выводить на экраны графические видеограммы (мнемосхема ТОУ, сигнализация отклоне­ ний координат и т.п.) и обзорные видеограммы о состоянии и измене­ нии во времени 64 координат (тренды 1-4 переменных с длиной предыстории от 7,5 мин до 32 ч); динамической и алфавитно-цифровой клавиатурой; печатающим устройством для регистрации рапортов; мнемосхемой ТОУ с органами сигнализации и кнопками управления.

Диспетчерские станции обеспечивают отбор необходимых данных из магистральной диспетчерской шины и управление внутренним обме­ ном информацией. В состав аппаратуры ДС входят видеогенератор для управления цветными мониторами, станции вывода видеограмм, аварийной и технологической сигнализации, регистрации и вывода трендов, вывода рапортов, обслуживания мнемосхем и пр.

Станции связи СС содержат модули последовательной передачи данных 5С1У, подключаемые к двум сдвоенным магистральным шинам (диспетчерской и технологической). Максимальная длина шин до 2 км; к шине подключают до 14 ЛТС; скорость обмена информацией 250 кБайт/с. ЛТС через технологические шины могут обмениваться дан­ ными между собой (в пределах одной шины объем передаваемых данных достигает 128 аналоговых величин).

Станции ЛТС реализуют функции автоматического регулирования, логического управления, блокировки, человеко-машинного диалога (при отказе ОДО), проверки исправности интерфейсных модулей УСО. Обмен данными между центральным процессором каждой станции (основным или резервным) и мультиплексорами ввода-вывода происходит через внутреннюю параллельную шину. ЛТС оборудованы УСО, которые представлены модулями аналогового и дискретного ввода-вывода, число-импульсного ввода, нормирования, управления силовой цепью и т.п.

Синтез контуров регулирования и логического управления осу­ ществляют соединением функциональных блоков (программных модулей); процесс конфигурирования не требует специальных знаний по программированию.

260