Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами. Учебное пособие.pdf
Нулевые проводники в системах электропитания должны иметь изоляцию, равноценную изоляции фазных проводников.
Помимо требований к материалу проводников (медь и алюминий) и допустимым сечениям при выборе проводов и кабелей особое
внимание должно уделяться соответствию их технических данных условиям окружающей среды.
Необходимо, чтобы изоляция, защитные оболочки и наружные
покровы проводов и кабелей отвечали условиям окружающей среды и
принятому способу выполнения электропроводки.
При наличии специальных требований, связанных с особенностями автоматизируемого объекта (например, высоких температур и т.
п.), изоляция проводов и кабелей должна отвечать этим требованиям.
При выборе проводов и кабелей часто возникает вопрос о необходимом резерве жил. Определение числа резервных проводов и
жил кабелей должно производиться с учетом следующих требований:
а) при прокладке проводов в защитных трубах рекомендуется
предусматривать резерв в размере 10% числа рабочих проводов, но не
менее одного провода. Допускается при необходимости предусматривать такой, же резерв проводов и при прокладке их в коробах и пучками на лотках;
б) число резервных жил медных кабелей выбирается следующим образом: при числе рабочих жил 8-26 – одна резервная жила; при
27-59 – две; при 60-105 – три; при 2-7 резерв не предусматривается;
в) число резервных жил алюминиевых кабелей выбирается следующим образом: при числе рабочих жил 4-10 – одна резервная жила;
при 14-37 – две;
г) число резервных жил алюмомедных кабелей выбирается
следующим образом: при числе рабочих жил 4-10 – одна резервная
жила; при 14-37 – две; при5 2 и 61– три;
д) большее, чем указано в п/п. б)-г), число резервных жил медных, алюминиевых и алюмомедных кабелей допустимо только из-за
ступенчатости стандартной шкалы жил кабелей;
е) при прокладке группы кабелей, принадлежащих одной системе автоматизации в одном направлении, число резервных жил рекомендуется определять из суммарного числа этих кабелей.
- 91 -
6.2. Трубные проводки
Назначение и характеристики трубных проводок
Под трубной проводкой понимается совокупность труб и трубных кабелей (пневмокабелей), соединительных и присоединительных
устройств, арматуры, устройств защиты от внешних воздействий, крепежных установочных узлов и деталей, собранных в цельную конструкцию, проложенную и закрепленную на элементах зданий и сооружений или на технологическом оборудовании.
Трубные проводки служат линиями связи для передачи энергии
в пневматических и гидравлических системах автоматики и выполнения различных вспомогательных функций, связанных с их обслуживанием (обогрева, охлаждения, дренажа, промывки и т. п.).
По функциональному назначению трубные проводки подразделяются на основные и вспомогательные, а по расположению в автоматизированном объекте – на внутренние и наружные, скрытые и открытые.
К основным трубным проводкам относятся импульсные, командные и питающие, к вспомогательным – обогревающие, охлаж-
дающие, дренажные и т.п.
Трубные проводки, проложенные внутри зданий и сооружений,
носят название внутренних, а проводки, проложенные по наружным
стенам зданий и сооружений, эстакадам и т. п., – наружных.
Трубные проводки, проложенные внутри стен, полов, потолков
за изоляцией и обшивкой технологического оборудования и трубопроводов и т. п., принято считать скрытыми. Проложенные по стенам, потолкам, эстакадам, по технологическому оборудованию и трубопроводам – открытыми.
Импульсные трубные проводки предназначены для передачи
воздействия контролируемой или регулируемой технологической среды на чувствительные элементы измерительных преобразователей,
приборов и регулирующих устройств непосредственно или через разделительные среды. К импульсным проводкам относятся также капилляры манометрических термометров.
К командным трубным проводкам относятся проводки, обеспечивающие передачу командных сигналов от передающих устройств к
приемным, например сигнала от пневматического регулирующего устройства к мембранному исполнительному механизму.
- 92 -
Питающие трубные проводки обеспечивают подачу энергии
сжатого воздуха или давления масла (воды) к пневматическим и гидравлическим средствам автоматизации.
В зависимости от свойств и параметров технологических сред,
заполняющих трубные проводки систем автоматики, они могут быть
подразделены на категории.
В зависимости от того, к какой категории могут быть отнесены
трубные проводки проектируемого объекта, они могут быть выполнены из черных и цветных металлов или полимерных материалов.
Основные требования к трубным проводкам
Надежная работа приборов и средств автоматизации во многом
определяется состоянием трубных проводок при их эксплуатации.
Состояние трубных проводок, в свою очередь, зависит от того,
насколько полно были учтены при проектировании требования технического задания, условия окружающей среды, свойства среды, заполняющей трубные проводки, возможности механических воздействий,
соответствие материала труб условиям эксплуатации и т. п.
Основные требования, которые необходимо учитывать при
проектировании трубных проводок, могут быть сформулированы следующим образом:
1. Трубные проводки должны обеспечивать возможность:
• проверки и испытаний приборов, средств автоматизации и
самих трубных проводок во время их монтажа, наладки и эксплуатации без останова технологического оборудования;
• продувки и промывки приборов, средств автоматизации и
самих трубных проводок без останова технологического оборудования;
• заполнения приборов, средств автоматизации и импульсных
трубных проводок разделительными жидкостями;
• удаления газов из приборов, средств автоматизации и самих
трубных проводок, заполняемых жидкостями;
• удаления конденсатов жидкостей из приборов, средств ав-
томатизации и самих трубных проводок, заполняемых газами.
2. Трубные проводки должны иметь уклоны для стока, обра-
зующегося в них конденсата или отвода скопляющихся газов с целью
предотвращения отказов в работе приборов и средств автоматизации.
Для этого в наиболее низких точках трубных проводок, заполняемых
влажным газом, должны быть предусмотрены устройства для слива
- 93 -
конденсата, а в наиболее высоких точках трубных проводок, заполняемых жидкостью – устройства для сброса газов.
Без уклонов могут прокладываться пневматические командные
линии связи, так как по условиям эксплуатации средств пневмоавтоматики по ним должен транспортироваться очищенный и осушенный
сжатый воздух.
Импульсные трубные проводки к манометрам должны иметь
уклон не менее 1:50, а к дифманометрам – не менее 1:10.
3. Трубные проводки систем автоматизации должны обладать
механической прочностью и плотностью соединений и присоединений
с трехкратным (или большим) запасом прочности при воздействии на
них вибраций технологического оборудования и опорных конструкций, по которым они прокладываются, а также при пульсации среды,
заполняющей трубные проводки.
4. Трубные проводки должны иметь проходные сечения труб,
обеспечивающие передачу информации на заданные расстояния при
времени запаздывания максимально допустимого для данной системы
контроля или управления.
5. При наличии пульсаций среды, заполняющей питающие или
импульсные проводки, должны быть установлены сглаживающие устройства, не ухудшающие точность измерений и динамических характеристик приборов и регуляторов.
6. Трубные проводки, прокладываемые в пожаро- и взрывоопасных помещениях, вблизи от силовых электрических цепей должны
быть заземлены на обоих концах; в местах разъемных соединений
трубных проводок необходимо предусматривать перемычки из стальной или медной проволоки.
7. Прокладка трубных проводок, заполняемых маслом, в помещениях с кислородными установками не допускается.
8. По механической прочности трубы выбираются исходя из
наиболее неблагоприятного режима их работы. При этом должны учитываться параметры, свойства и характер изменения среды, как протекающей в трубах, так и окружающей.
- 94 -
7. SCADA-СИСТЕМЫ
SCADA – программный пакет, предназначенный для разработ-
ки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУТП
КУЭ системы экологического мониторинга, научного эксперимента,
автоматизации здания и т.д. SCADA-системы используются во всех
отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль над технологическими процессами в реальном времени. Данное
программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC/DDE
веры. Программный код может быть, как написан на языке программирования (например, на C++
вания.
Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО
для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADAсистемы называются интегрированными и к ним добавляют термин Soft Logic.
Термин SCADA имеет двоякое толкование. Наиболее широко
распространено понимание SCADA как приложения 2, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание
термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.
Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими
процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С
90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения
только программной части человеко-машинного интерфейса
Обычно системный интегратор или конечный пользователь,
приступая к разработке прикладного программного обеспечения
(ППО) для создания системы управления, выбирает один из следующих путей:
- программирование с использованием «традиционных»
средств (традиционные языки программирования, стандартные средства отладки и пр.);
), так и сгенерирован в среде проектиро-
АС-
сер-
АСУТП.
- 95 -
- использование существующих, готовых (COTS Commercial
Off The Shelf) инструментальных проблемно-ориентированных
средств.
Безусловно, нет ничего лучше качественного, хорошо отлаженного ППО, написанного высококвалифицированным программистом,
специально для некоторого проекта. Но следующую задачу этот программист вынужден решать опять практически с нуля. Процесс создания ППО для сложных распределенных систем становится недопустимо длительным. А затраты на его разработку очень высокими. Сегодня, в условиях всё более возрастающей доли ППО в затратах на создание конечной системы и, соответственно, всё большей интенсификации труда программистов, вариант с непосредственным программированием относительно привлекателен лишь для простых систем или
небольших фрагментов большой системы. Для которых нет стандартных решений (не написан, например, подходящий драйвер) или они не
устраивают по тем или иным причинам в принципе. В любом случае
процесс разработки собственного ППО важно упростить, сократить
временные и прямые финансовые затраты на разработку ППО, минимизировать затраты труда высококлассных программистов, по возможности привлекая к разработке специалистов в области автоматизируемых процессов.
Современный бизнес в области разработки ПО всё более и более сегментируется и специализируется. Причина проста. Программное обеспечение становится всё более сложным и дорогостоящим. Разработчики операционных систем, разработчики инструментальных
средств, разработчики прикладного ПО и т.п., по существу, говорят на
разных языках. Таким образом, сама логика развития современного
бизнеса в части разработки ППО для конечных систем управления
требует использования всё более развитых инструментальных средств
типа SCADA-систем (от Supervisory Control And Data Acquisition). Разработка современной SCADA-системы требует больших вложений и
выполняется в длительные сроки. И именно поэтому в большинстве
случаев разработчикам управляющего ППО, в частности ППО для
АСУТП, представляется целесообразным идти по второму пути, приобретая, осваивая и адаптируя какой-либо готовый, уже испытанный
универсальный инструментарий.
Если такой подход для Вас очевиден или Вы его принимаете,
то возникает вопрос выбора SCADA-системы. Ниже перечислены
- 96 -
только некоторые из популярных на западном и российском рынках
SCADA-систем, имеющих некоторую поддержку в России, (табл. 7.1).
Таблица 7.1
Популярные SCADA-системы, имеющие поддержку в России
от устройств нижнего уровня
На примере указанных пакетов предлагается рассмотреть некоторые основные возможности и характерные особенности SCADAсистем. Публикаций по SCADA-системам в нашей прессе достаточно
много. Просматривая их, хотелось бы достаточно схематично остановиться на уже ставшем традиционном наборе свойств и характеристик
SCADA-систем и заострить внимание на новых, появившихся недавно,
связях SCADA-систем с окружающим миром. (OPC-серверы, расширения реального времени для Windows NT) и на моментах, которые
нечасто находят отражение в публикациях о нише SCADA-систем в
комплексе программных компонентов сквозной автоматизации производства. SCADA-системы закрывают цеховой уровень автоматизации,
связанный, прежде всего, с получением и визуализацией информации
от программируемых контроллеров, распределенных систем управления. Поставляемая на данный уровень информация недоступна на
уровне управления производством. Поэтому важно отметить, что некоторые фирмы разрабатывают системы управления производством и
обеспечивают обмен между этими уровнями.
- 97 -
7.1. Характеристики SCADA-систем
Функциональные возможности
В силу тех требований, которые предъявляются к системам
SCADA, спектр их функциональных возможностей определен и реализован практически во всех пакетах. Перечислим основные возможности и средства, присущие всем системам и различающиеся только техническими особенностями реализации:
- автоматизированная разработка, дающая возможность созда-
ния программного обеспечения (ПО) системы автоматизации без реального программирования;
- средства сбора первичной информации;
- средства управления и регистрации сигналов об аварийных
ситуациях;
-средства хранения информации с возможностью ее пост-
обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
-средства обработки первичной информации;
-средства визуализации представления информации в виде гра-
фиков, гистограмм и т.п.;
-возможность работы прикладной системы с наборами пара-
метров, рассматриваемых как единое целое (recipe, или установки).
Основу большинства SCADA-пакетов составляют несколько
программных компонентов (база данных реального времени, вводавывода, предыстории, аварийных ситуаций) и администраторов (доступа, управления, сообщений).
Следует отметить, что технология проектирования систем автоматизации на основе различных SCADA-систем во многом схожа и
включает следующие этапы. Разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации. Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов с горячим резервированием и т.п. Создание прикладной системы управления для каждого узла. На этом этапе
специалист в области автоматизированных процессов наполняет узлы
архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать
задачи автоматизации. Приведение параметров прикладной системы в
соответствие с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например, программируемые логические контроллеры
- 98 -
ПЛ=+=) с внешним миром (датчики температуры давления и др.). Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции (в некоторых системах, например IGSS, режим отладки практически отсутствует) и в реальном режиме.
Перечисленные выше возможности систем SCADA в значительной мере определяют стоимость и сроки создания ПО, а также
сроки ее окупаемости.
Технические характеристики
Перечислим характеристики, важные для оценки функциональности SCADA-систем, с кратким их анализом.
Программно-аппаратные платформы, на которых реализована
SCADA-система. Анализ перечня таких платформ необходим, поскольку от него зависит ответ на вопросы распространения SCADAсистемы на имеющиеся вычислительные средства, а также оценка
стоимости эксплуатации системы (прикладная программа, разработанная в одной операционной среде, может выполняться в любой другой,
которую поддерживает выбранный SCADA-пакет). В различных
SCADA-системах этот вопрос решен по разному. Так, Factory Link
имеет весьма широкий список поддерживаемых программноаппаратных платформ, представленных в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Список программно-аппаратных платформ
В то же время в таких SCADA-системах, как Real Flex и Sitex
основу программной платформы принципиально составляет единственная, хотя и удовлетворяющая многим требованиям, операционная
система реального времени QNX.
- 99 -
Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на
платформах MS Windows. Именно такие системы предлагают наиболее
полные и легко наращиваемые человеко-машинные интерфейсные
(Man Machine Interface MMI) средства. Учитывая продолжающееся
усиление позиций Microsoft на рынке операционных систем (ОС) следует отметить, что даже разработчики многоплатформных SCADAсистем, такие как United States DATA Co, приоритетным считают
дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе Windows
NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживавшие SCADA-системы
на базе ОС реального времени (РВ), начали менять ориентацию, выбирая системы на платформе Windows NT. Все более очевидным становится применение ОС реального времени, в основном, во встраиваемых системах. Таким образом, основным полем, где сегодня разворачиваются главные события глобального рынка SCADA-систем, стала
ОС MS Windows NT на фоне всё ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3.xx/95. Имеющиеся средства
сетевой поддержки. Одна из основных особенностей современного
мира систем автоматизации высокая степень интеграции этих систем.
В любой из них могут быть задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных
и т.д. Очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала работу в
стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также
обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из
класса промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON,
MODBUS и т.д.) Обобщенная схема подобной системы приведена на
рис.7.1.
Этим требованиям в той или иной степени удовлетворяют
практически все рассматриваемые SCADA-системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых сетевых интерфейсов, конечно же,
разный.
- 100 -