Ицкович_Выпуск2_ПТКОтечественныхФирм (2005 г

100

Минимальное время реакции на команду оператора - 150 мс до исполнительного механизма.

Минимальный отсчет часов реального времени - 100 мс.

Время перезапуска ПТК после выключения питания не превышает 2 минуты.

8. Надежность работы комплекса

Вконтроллерах работает таймер-сторож Watchdog и в них ведется постоянная диагностика в режиме On Line.

ВПТК резервируется промышленная сеть, возможно полное резервирование контроллеров на базе MIF модулей, резервирование отдельных модулей и источников питания у контроллеров на базе VME и СХС архитектуры. Все рабочие станции оператора являются взаимозаменяемыми. Реализована горячая замена MIF модулей и их автоматическая инициализация после замены.

Время сохранения информации в энергонезависимом ОЗУ составляет 168 часов. Имеющиеся источники бесперебойного питания обеспечивают автономную

работу ПТК в течение 20 мин..

9. Условия окружающей среды

Шкафы контроллеров обеспечивают защиту от пыли, влаги по стандарту IP54 или IP55.

Контроллерная аппаратура сохраняет все свои характеристики в диапазоне температур 0 + 70 °С или 0 + 85 °С. Возможен специальный заказ модулей ввода/вывода, сохраняющих работоспособность при температуре окружающего воздуха —40 + 85 °С. Компьютеры и активное сетевое оборудование работают в диапазоне температур +1 + 40 °С (они должны эксплуатироваться в закрытых отапливаемых помещениях с стабильными климатическими условиями.

Контроллерная аппаратура комплекса работает при относительной влажности окружающего воздуха до 95% без конденсации влаги (существуют варианты контроллеров, работающих при конденсации влаги). Компьютеры и активное сетевое оборудование работают при относительной влажности окружающего воздуха от 10 до 95% без конденсации влаги.

Данных по виброустойчивости у производителя нет.

Устойчивость ПТК к электростатическим разрядам, к динамическим изменениям напряжения сети электропитания, к микросекундным импульсным помехам большой энергии по цепям электропитания удовлетворяет требованиям ГОСТ

Р50839 п. 4.2, ГОСТ Р 51318.24 Р.8 с критерием качества функционирования А.

10.Программное обеспечение комплекса

Вкачестве операционных систем в ПТК используется OS-9 в контроллерах и Windows NT 4.0 в рабочих станциях операторов.

Все прикладное программное обеспечение строится на базе типовых программных пакетов.

Вкачестве средства визуализации и взаимодействия оператора с ПТК на рабочих станциях используется одна из наиболее мощных, открытых SCADAпрограмм InTouch фирмы Wonderware. Этот пакет позволяет реализовывать любые мнемосхемы, тренды, диаграммы, отчеты, сообщения. Его открытость обеспечивается

101

имеющимся интерфейсом ОРС. Подробное описание пакета приведено в выпуске 1 данной серии аналитических обзоров.

В качестве технологических языков для программирования контроллеров используется распространенный пакет ISaGRAF производства фирмы AlterSys, реализованный по международному стандарту IEC 61131.3. Пакет поддерживает все пять стандартных языков:

-язык последовательных функциональных схем, описывающий логические функции как последовательные шаги и условные переходы;

-язык функциональных блоковых диаграмм, работающий на базе библиотеки функциональных модулей (арифметических, регулирования, контроля и т. д.);

-язык релейных диаграмм (релейной логики), описывающий логические выражения;

-язык структурированного текста, по мнемонике подобный языку Pascal, который позволяет создавать различные сложные процедуры обработки данных;

-язык инструкций - язык низкого уровня типа Ассемблера для эффективной реализации процедур обработки данных.

Языки ISaGRAF можно смешивать в программах, можно вставлять в программу на одном языке часть, написанную на другом языке.

11. Организационные показатели комплекса

Срок поставки оборудования от 3 до 5 месяцев с момента получения аванса. Гарантии поставщика - 18 месяцев со дня ввода в эксплуатацию.

Специальных технических центров по ремонту системы нет. Производитель считает, что ремонты (замены узлов и панелей) могут производить наладчики самого заказчика.

102

Комплекс TELEPERM XP-R фирм «Интеравтоматика» и "Siemens"

I. Краткая информация о фирме, производящей комплекс, и распространяющей его фирме

Разработчик комплекса TELEPERM - фирма Siemens (ФРГ). Фирма Siemens накопила большой опыт создания и применения средств автоматизации в течение многих десятилетий и имеет свои подразделения более, чем в 180 странах мира. Фирмой были выпущены различные модификации системы TELEPERM (TELEPERM - М, TELEPERM - ME, TELEPERM XP-ME и др.). Система внедряется в Германии с 1992 года, в России и странах СНГ распространяется с 1994 года.

Российский вариант комплекса носит название TELEPERM XP-R (сами контроллеры выпускаются под названием ТПТС51). Технические средства выпускаются по лицензии фирмы Siemens на заводе Всероссийского НИИ Автоматики им. Духова (г. Москва) с 1997 г., а инженерные, программные, проектные разработки на базе этих технических средств выполняет предприятие "Интеравтоматика" (г. Москва), которое и представляет этот комплекс в России.

2. Общие сведения о комплексе

Российский вариант TELEPERM XP-ME носит название TELEPERM XP-R . При этом, ХЕ означает Windows и UNIX, R -выпуск в России. В состав систем TELEPERM, создаваемых фирмой Siemens в течение многих лет, входят различные типы контроллеров, а также различные модификации рабочих станций операторов и инженерных станций.

Контроллеры ТПТС51 полностью преемственны по отношению к средствам комплекса Simatic S5 и S7, поэтому все решения и алгоритмы переносимы от Simatic S5 и S7 и в проектах могут использоваться одновременно. Например, к контроллерам ТПТС51 может подключаться противоаварийная система на базе предназначенных для этой цели контроллеров Simatic S5-95.

Комплекс средств TELEPERM XP-R может использоваться на объектах малых и средних масштабов мощности - технологических участках и отдельных агрегатах.

В программно-техническом комплексе TELEPERM XP-R используются сетевые стандарты информационной сети Ethernet, промышленной сети Profibus. При передаче данных используются типовые протоколы: TCP/IP, Profibus-DP, Modbus.

Обмен с внешними системами на верхнем уровне управления обеспечивается использованием протокола TCP/IP. Для взаимодействия с другими программными системами могут быть использованы стандартные интерфейсы информационного и межзадачного обмена: ОРС, OLE, DDE. Связь с базами данных обеспечивается механизмом ODBC/ SQL.

Используется архитектура ActiveX, реляционная база данных INFORMIX и клиент-серверная архитектура на верхнем уровне. Связь с ПТК и контроллерами других фирм осуществляется через специальные резидентные шлюзы, использующие специальные модули.

Производству контроллеров семейства SIMATIC в Германии и ТПТС51 в России присвоен сертификат качества ISO 9000:2000. Имеется сертификат Госстандарта РФ на применение средств ТПТС51 в качестве средств измерения.

103

Примеры внедрения системы TELEPERM XP-R: АСУТП пылеугольного блока 500 МВт Рефтинской ГРЭС, АСУТП 2-го энергоблока Пермской ГРЭС. Всего в России более десятка внедрений системы и есть внедрения на электростанции в Китае.

3. Сетевая структура

Коммуникации в комплексе программно-технических средств TELEPERM XP-R обеспечиваются типовыми сетевыми средствами и встроенными интерфейсами «точка - точка», «точка -многоточка».

На информационном уровне используются сети объединения производственных участков - Industrial Ethernet. Термин "Industrial" обозначает, что сетевые компоненты выполнены в промышленном исполнении. Эти сети соединяют операторские станции.

На среднем, контроллерном уровне в качестве промышленной сети применяется Industrial Ethernet, а также шина Profibus DP для межконтроллерного обмена.

Для объединения модулей интеллектуальной периферии (датчики и исполнительные механизмы) с контроллерами может использоваться сеть Profibus DP или шина полевого уровня AS-Interface (ASi), подключаемая через специальные интерфейсные модули.

Кроме того, существует шлюз, обеспечивающий выход через рабочие станции с ОС UNIX в корпоративную сеть FDDI, которая обслуживает потребности управления крупными предприятиями и корпорациями.

Таблица. Характеристики сетей

Следует отметить,что для передачи данных в контроллеры могут быть использованы различные варианты сети Profibus:

104

-Profibus-DP (DP - децентрализованная периферия) - для осуществления быстрой коммуникации между контроллерами и интеллектуальными приборами;

-Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification) - для решения сложных задач коммуникации систем управления технологическими процессами;

-Profibus-PA (Process Automation) - для приложений в автоматизации процессов

сПовышенными требованиями к безопасности.

Ниже приведена обобщенная сетевая структура TELEPERM XP-R.

4. Контроллеры

Комплекс TELEPERM XP-R имеет контроллер ТПТС51, который структурно резко отличается от типовой схемы контроллера: он не имеет центрального процессора, а состоит из множества различных функциональных модулей.

В контроллерный шкаф входят два основных каркаса и два каркаса расширения, связанные шиной ввода-вывода. В каждый основной каркас устанавливается до 12 функциональных модулей и модули контроллера шины ввода-вывода и модуля подключения к шине. В каждый каркас расширения устанавливается до 14 функциональных модулей. Кроме того, к контроллерному шкафу может быть подключен шкаф расширения, в котором может быть установлено еще до четырех каркасов по 14 функциональных модулей в каждом. Все вычислительные мощности контроллера сосредоточены в этих функциональных модулях.

Все функциональные модули построены на одном и том же типе микропроцессора - Intel 80186, 20 Мгц, имеющего 16 разрядов для вычислений, 8

105

разрядную шину данных, статическую RAM - до 32 Кбайт, энергонезависимую память EEPROM - до 32 Кбайт, постоянную память EPROM - до 256 Кбайт (для функциональных блоков, включая базовое ПО). Операционная система реального времени собственной разработки на базе PC DOS.

Максимальное количество функциональных модулей, устанавливаемых в основном шкафу контроллера -48, в шкафу расширения -56. Максимальное число входов/выходов для основного шкафа: - аналоговых до 756; - температурных до 216; - дискретных до 1512; - импульсных до 432; - управляющих аналоговых и дискретных - до 108.

Состав контроллера ТПТС51:

1 .Функциональный модуль ТПТС51.1411. Регулятор с импульсным выходом. 7 аналоговых входов, 5 аналоговых выходов, 28 дискретных входов и 10 дискретных выходов. В модуле два канала регулирования ПИД или ПИ-законов, алгоритм адаптации зоны нечувствительности регулятора в зависимости от уровня возмущений, корректировка коеффициента усиления с целью исключения автоколебаний регулятора.

2.Функциональный модуль ТПТС51.1412. Регулятор с аналоговым выходом. 8 аналоговых входов, 7 аналоговых выходов, 20 дискретных входов и 12 дискретных выходов. В модуле два канала регулирования ПИД или ПИ-законов, алгоритм адаптации зоны нечувствительности регулятора в зависимости от уровня возмущений, корректировка коеффициента усиления с целью исключения автоколебаний регулятора, алгоритм нелинейного преобразования с переменным коэффициентом усиления на входе регулятора.

3.Функциональный модуль ТПТС51.1717. Индивидуальное и логическое управление. Управление двигателями (до 4-х), задвижками (до 3-х), соленоидными клапанами (до 5-ти). Он имеет 35 дискретных входов и 19 дискретных выходов. Основная задача: реализация технологических блокировок. Модуль имеет конфигурируемой программное обеспечение и специальные блоки схем защиты и блокировки для каждого вида исполнительных устройств.

4.Функциональный модуль ТПТС51.1719. Модуль расширения модуля ТПТС51.1717. Работает совместно с модулем ТПТС51.1717 и увеличивает число дискретных входов до 69.

5.Функциональный модуль ТПТС51.1723-01. Модуль пошагового управления. Обеспечивает работу 4-х пошаговых программ, каждая до 50-ти шагов в сторону «Пуск» и 50-ти шагов в сторону «Останов». Он имеет 28 дискретных входов и 28 дискретных выходов. Каждый следующий шаг программы производится после получения сигнала обратной связи о выполнении предыдущей команды.

6.Функциональный модуль ТПТС51.1723. Обработка дискретных сигналов. Управление до 8-ми единиц арматуры или двигателей. Он имеет 28 дискретных входов и 28 дискретных выходов. Основная задача: реализация технологических блокировок. Модуль имеет конфигурируемое программное обеспечение и специальные блоки схем защиты и блокировки для каждого вида исполнительных устройств.

7.Функциональный модуль ТПТС51.1731. Прием и обработка сигналов термопар и термосопротивлений. 4 входа от термопар и термосопротивлений, 8 аналоговых выходов, 4 дискретных входа и 8 дискретных выходов.

8. Функциональный модуль ТПТС51.1703. Модуль расширения модуля ТПТС51.1731. Он увеличивает число сигналов термопар и термосопротивлений на 14.

9.Функциональный модуль ТПТС51.1722. Прием и обработка унифицируемых аналоговых сигналов. 14 аналоговых входов 0(4) - 20 ма, 0(2) - 10 в; 14 аналоговых выходов 0 - 10 в, 14 дискретных выходов.

106

9.Функциональный модуль ТПТС51.1724. Модуль счета импульсов и измерения частоты. 8 каналов счета импульсов и 4 канала измерения частоты.

10.Функциональный модуль ТПТС51.1725. Реализует логику АВР для более, чем 4-х агрегатов. 28 дискретных входов, 28 дискретных выходов.

Производительность микропроцессора каждого функционального модуля позволяет обрабатывать 1 булевскую операцию за 5 тактов - порядка 0.6 мкс. За счет параллельного выполнения обработки сигналов процессорами в модулях контроллер обеспечивает в целом высокую скорость обработки данных: реакция на изменение (прерывание) дискретного сигнала составляет 2 мс, нормирование аналогового сигнала составляет 3.8 мс. Цикл расчета и выдачи команд в модуле - 23 мс и 56 мс опрос всех аналоговых каналов.

На лицевой панели контроллера расположены элементы управления и контроля (кнопки, измерительные гнезда, предохранители, светодиоды).

Контроллером ТПТС51 поддерживаются интерфейсы Profibus-DP и AS-Interface, которые позволяет подключать к нему удаленные периферийные устройства.

Для целей противоаварийной защиты в ПТК может использоваться сертифицированный немецкой комиссией TUV по 6-ому классу контроллер повышенной надежности SIMATIC S5-95F, состоящий из 2-х одинаковых малогабаритных контроллеров S5-95U. Его процессор аналогичен процессорам функциональных модулей ТПТС51, рабочая память контроллеров для программ и данных -16 Кбайт и дополнительно 4 Кбайт для данных (RAM/EPROM/EEPROM). Время обработки дискретных команд каждого канала - 2 мс. Имеется: 2048 внутренних переменных, из них 512 с сохранением значения при исчезновении питания; таймеров - 32; счетчиков - 128, из них 8 с сохранением значения при потере питания. Максимальное число входов/выходов: -дискретных- 480, из них встроенных - 32; - аналоговых -41, из них встроенных -9.

Обмен информацией между дублированными контроллерами S5-95U осуществляется по оптоволоконному кабелю. Сигналы датчиков одновременно поступают на защищенные двухканальные дискретные входы обоих контроллеров. В системе постоянно происходит тестирование работы ведущего и резервного контроллера. Управление приводами осуществляется обоими устройствами (при наличии защищенных дискретных выходов). Если встроенных входов/выходов недостаточно, то возможно расширение их числа модулями повышенной надежности по 8 каналов дискретного ввода и 4 канала дискретного вывода.

5. Блоки ввода/вывода

Взаимодействие с датчиками и исполнительными устройствами в ТПТС51 обеспечивается либо непосредственно через функциональные модули контроллеров, либо через сеть от удаленных блоков ввода/вывода..

Блоки ввода/вывода обеспечивают обработку:

-аналоговых сигналов для стандартных диапазонов - тока, напряжения, сигналов от термопар и термометров сопротивления: 14 входов (0/4-20 ма, 0-5 ма, 0/2- 10 в, милливольтные сигналы от термопар и термометров сопротивления), 14 выходов (0/4-20 ма, 0/2-10 в);

-дискретных сигналов: 28 входов (24 в постоянного тока); 28 выходов (24 в постоянного тока, 120 ма);

-импульсных и частотно-импульсных сигналов: 8 входов (33-60 в,0-20 кГц) и 8 выходов (4-20ма - аналоговые, 24 в - дискретные).

107

Вводы термопар подвергаются линеаризации; возможна компенсация температуры холодных спаев термопар как встроенными, так и внешними средствами.

Аналоговые сигналы при вводе подвергаются преобразованию в 12-разрядном АЦП (плюс знаковый разряд), вывод осуществляется через 11-разрядный ЦАП.

Все модули имеют гальванические развязки на входах и выходах и индикацию неисправностей общие и для каждого канала. Изоляция между каналами выдерживает разность потенциалов 500 в для вводов/выводов переменного тока и 1500 в - для постоянного тока.

6.Рабочие станции

Верхний уровень ПТК выполнен по клиент-серверной архитектуре и состоит из рабочих станций оператора, серверов, обрабатывающих (вычислительных) компьютеров, инженерной станции. Следует подчеркнуть, что поскольку в контроллерах комплекса нет центрального процессора, а мощность процессоров функциональных модулей не велика и рассчитана только на выполнение простейших функций контроля и управления, вся сколько-нибудь сложная вычислительная и логическая обработка исходных данных должна реализовываться на верхнем уровне в обрабатывающих (вычислительных) компьютерах и в рабочих станциях оператора. Всеми этими машинами являются персональные компьютеры в обычном и промышленном исполнении.

Отдельные компьютеры используются для выполнения инжиниринговых функций, программирования задач, а также функций конфигураторов и программаторов контроллеров.

Рабочие станции операторов и вычислительные средства выполнены на PC класса Pentium IV, 3.0 Ггц, имеют ОЗУ 512 Мбайт, диск 73 Гбайта, 2 Гбайт накопитель DAT на магнитной ленте, записывающий магнито-оптический диск и могут иметь от 1 до 4-х мониторов 19 или 21". К компьютеру подключается до 2-х принтеров, рабочие станции имеют 2 устройства звуковой сигнализации. На отдельных (сигнальных) мониторах представляется сигнализация о событиях и аварийных сообщениях. В качестве операционной системы станций используется UNIX.

Для небольших АСУ ТП функции сервера, вычислительного средства, рабочей станции оператора могут реализовываться на одном компьютере.

Инженерная станция реализована на базе графической рабочей станции НР9000 с RISC-процессором. Операционная система UNIX, СУБД - INGRES или INFORMIX

Все станции подключаются к информационной сети верхнего уровня Ethernet, обеспечивая выполнение функций оперативного управления и функций серверов оперативной и архивной базы данных. Рабочие станции связаны с большими проекционными экранами коллективного пользования SiViS LCD 94 (с полем 1.52 м * 0.98 м).

Для конфигурирования модулей контроллеров, программирования алгоритмов, проверки и испытания программ, а так же обслуживания и наблюдения за работой контроллеров могут использоваться программаторы. Каждый из программаторов представляет собой микропроцессорный прибор с клавиатурой и экраном для ввода и представления команд и сообщений; снабжен средствами интерфейса для подключения к контроллерам и, обычно, к принтерам для вывода данных и протоколирования работы. Для ТПТС51 могут применятся переносные программаторы, или стационарный, базирующийся на компьютере Pentium 166 МГц.

108

7. Динамика работы комплекса

1. Минимальный цикл опроса датчиков - 40 мс, время расчета и выдачи команд

23 мс.

2.Минимальное время реакции на аварийные сигналы: - при обработке в цепях аварийной защиты на уровне контроллеров -10 мс; - при передаче к пультам операторов -80 мс.

3.Минимальный цикл обновления данных на пульте оператора при наличии до 200 динамических элементов в кадре -2 с.

4.Минимальное время реакции на команду оператора с пульта -250-500мс. 5.Время обработки данных (время выполнения 1000 булевских операций) около

0.6мс.

6.Минимальное время перезапуска контроллеров после перерыва питания - около 1 минуты.

7.Точность синхронизации событий - 10 мс (для всех компонентов системы).

8.Надежность работы комплекса

Врежиме on-line проводятся диагностические тесты работы контроллеров, блоков ввода-вывода и сетевых компонентов системы на каждом цикле опроса или обмена. Глубина диагностики - до отдельного канала. Результаты диагностики сохраняются в памяти контроллеров, выводятся на сигнализацию, протоколируются и используются для выбора ведущего модуля или канала обмена в случае обнаружения аппаратных неисправностей, или программных ошибок, либо из-за нарушения связи с блоками ввода-вывода, или с сетью.

Предусмотрено резервирование технических средств: контроллеров, сетей, межмодульной шины данных, блоков ввода-вывода. Для сети Industrial Ethernet возможно построение сетей повышенной надежности: кольцевая шина с парированием единичного отказа. Допускается полное или выборочное резервирование модулей по схеме 1 из 2, горячий резерв. При этом обеспечивается отслеживание состояния основного (главного) модуля резервным, проведение взаимной диагностики и безударное переключение на резервный в случае отказа основного Для передачи данных между контроллерами и компьютерами используются дублированные сети и шлюзы.

Шкафы контроллеров имеют резервные блоки питания, подключаемые к независимым фидерам, а также предусмотрены блоки бесперебойного питания, обеспечивающие нормальную работу комплекса в течение 110 мин.

Как выше указано, для целей противоаварийной защиты может использоваться сертифицированный немецкой комиссией TUV по 6-ому классу контроллер повышенной надежности SIMATIC S5-95F.

Верхний уровень ПТК имеет следующие возможности резервирования: -обрабатывающее (вычислительное) средство - горячий резерв 1 из 2-х; -серверы - горячий резерв 1 из 2-х; -рабочие станции - параллельное резервирование друг друга.

9. Условия окружающей среды

Контроллеры обеспечивают нормальную работу:

-в естественной воздушной среде при изменениях температуры в диапазоне от 10 до 40 °С (удаленные блоки ввода/вывода - от 0 до 55 °С);

109

при влажности воздуха в пределах до 80 % при 25 °С ; в условиях вибрации 1-10 гц с амплитудой 1 мм, или 10-60 гц с ускорением 4,9

защита от пыли и влаги - IP20; землетрясение до 8-ми баллов; импульсное магнитное поле 100 А/м;

непрерывное магнитное поле промышленной частоты 30 А/м; электростатические разряды: контактный - 6 Кв, воздушный - 8 Кв.

10. Программное обеспечение комплекса

Программное обеспечение для системы TELEPERM XP-R состоит из 3-х основных систем:

-САПР НЕТ - представляет собой программный пакет - CAD систему для автоматизации создания документации разрабатываемой системы. Пакет используется на стадии проектирования системы и на стадии разработки монтажной документации для нее. Входными данными для САПР НЕТ являются исходные описания объектов контроля и управления, а также решения по компоновке технических средств. В качестве выходных данных формируется комплект документации для задания заводу, производящему средства TELEPERM XP-R, а также комплект монтажной документации, включая схемы соединений шкафов ТПТС51, схемы подключений, кабельные журналы.

САПР GET-TM - графическое средство для проектирования прикладной программы контроллера, реализующей функции контроля и управления. GET-TM содержит графический редактор для разработки функциональных схем, отображающих алгоритмы выполняемых системой функций на 3-х уровнях:

-обзорном уровне, служащем для укрупненного представления функций АСУ

ТП;

-уровне функциональной зоны для прослеживания взаимосвязей и алгоритма работы соответствующего технологического узла;

-детальном уровне для каждой функции, содержащем полные данные по ее реализации.

Фактически этот графический конфигуратор использует для разработки алгоритмов наборы программных модулей, которые прошиты в памяти функциональных модулей. В них, как указано выше, имеются типовые модули контроля и управления: регулирование по ПИД и ПИ-законам, управление двигателем, управление соленоидным (магнитным) клапаном; последовательное функциональногрупповое управление, управление регулирующим клапаном, управление реверсивным двигателем с переменной скоростью вращения.

Эти наборы разные в разных функциональных модулях. Естественно, что в каждом функциональном модуле наборы таких программных модулей соответствуют назначению этого функционального модуля.

Созданный алгоритм преобразуется в машинный код и загружается в требуемый функциональный модуль контроллера. Загрузка может производиться на работающей АСУ ТП при работающем оборудовании.

САПР GET-ОМ - графическое средство для програмирования рабочей станции оператора (собственная SCADA-программа). С его помощью создаются графические кадры отображения состояния процесса, определяется перечень сигналов для сигнализации, протоколирования и архивирования, а также программируются расчетные технологические задачи.