Glava_1

входные аналоговые и дискретные сигналы следующих видов:

унифицированный потенциальный сигнал с диапазоном от 0 (2) до 10 В,

унифицированный токовый сигнал с диапазоном от 0 (4) до 20 мА,

сигнал от термоэлектрического преобразователя (термопары), имеющего номинальную статическую характеристику преобразования по ГОСТ Р 8.585-2001;

сигналы от термопреобразователя сопротивления по ГОСТ Р 8.625-2006 с автоматической компенсацией сопротивления соединительных проводов;

потенциальный сигнал 24 (48) В;

коммутация «сухих контактов», питаемых напряжением 24 (48) В от ТПТС-ЕМ;

выходные сигналы к периферийным устройствам – приемникам выходных сигналов

ТПТС-ЕМ.

При необходимости сопряжения аппаратуры ТПТС-ЕМ с контактами внешних устройств, для которых требуется повышенная токовая нагрузка, в СС предусмотрена возможность установки модулей подгрузки, что позволяет обеспечить дополнительную токовую нагрузку подключенных цепей до токов следующих значений: 5 мА; 10 мА; 20 мА; 50 мА; 100 мА.

Внешний вид СС схематично показан на рисунке 5.2.4.

Рисунок 5.2.4. Внешний вид стойки сопряжения (двери не показаны)

Шина EN

Шина EN используется для обмена цифровыми данными между отдельными устройствами системы контроля и управления. Это высокоскоростная шина (100 Мбит/с), для которой транспортное время практически не зависит от удаленности абонентов и их количества. Шина EN обеспечивает:

информационную связь между ПС;

обмен информацией между ПС и СВБУ;

возможность подключения устройств конфигурирования для ввода и корректировки прикладных алгоритмов функциональных модулей;

возможность синхронизации времени всех подключенных абонентов.

Шина EN имеет кольцевую отказоустойчивую структуру. Передающая среда реализуется на оптоволокне, что обеспечивает идеальную потенциальную развязку всех абонентов шины. Отводы от кольца к абонентам выполнены витой парой. Скорость передачи в отводах – 10 Мбит/с. Снижение скорости передачи в отводах обеспечивает с запасом пропускную способность для каждого отдельного абонента и реализует важнейшую особенность шины EN, заключающуюся в том, что никакой отказ отдельного абонента (включая нерегламентированную передачи информации в максимальном темпе) не приводит к блокированию шины. В этом случае происходит лишь потеря 10% ее производительности. Шина EN работает в режиме полного дуплекса в соответствии со стандартным протоколом LLC (IEEE 802.2/ISO 8802-2:1998). Для передачи используются режим передачи данных без установления соединения, но с подтверждениями передачи (с квитированием). В зависимости от условий расположения контроллерных шкафов на конкретном объекте шина процесса может сегментироваться. Основные характеристики шины EN в таблице 5.2.2.

Табл. 5.2.2 Характеристики шины EN

Интерфейсный модуль

Интерфейсные модули используются для подключения отдельных абонентов к шине EN. Существует следующие типы интерфейсных модулей, которые соответствуют разным подключаемым устройствам:

модуль ЦМ-Е применяется в ПТК нормальной эксплуатации и предназначен для управления обменом данными между ФМ по шине ввода/вывода и для связи ПС с другими абонентами шины EN нормальной эксплуатации (обеспечивает резервированное подключение ПС к шине EN нормальной эксплуатации по каналам А и В);

модуль ЦМ-СБ применяется в ПТК системы безопасности;

EN-cPCI сетевой адаптер в стандарте cPCI для подключения БШС;

EN-PCI сетевой адаптер Ethernet, служащий для подключения к шине EN персонального компьютера (инженерной станции и программатора);

модуль базовый коммуникационный БКМ применяется в системах нормальной эксплуатации для связи с интеллектуальными датчиками и смежными ПТК по шине RS-485. БКМ выполняет обработку принятой от датчиков информации и осуществляет обмен данными по шине EN нормальной эксплуатации.

Коммутаторы

Коммутаторы предназначены для объединения абонентов шины в единую систему. Коммутаторы имеют в своем составе два типа портов – “абонентские” и “магистральные”. Через “абонентские” порты осуществляется подключение модулей интерфейса. Через “магистральные” порты осуществляется объединение коммутаторов в единое магистральное кольцо.

Коммутатор, получив данные, прежде чем передавать их дальше, осуществляет их проверку (контрольная сумма, размер и т.д.). Ошибочные данные дальше не передаются, что уменьшает нагрузку на коммуникационную систему. Задержка передачи информации от порта к порту в коммутаторе не превышает нескольких микросекунд. Коммутатор, назначенный менеджером резервирования, следит за целостностью связи. Когда оборудование магистрали исправно, он держит одну из связей в кольце разомкнутой, а при нарушении связи в магистрали замыкает эту резервную связь, восстанавливая целостность шины.

Имеется возможность осуществлять настройку коммутаторов под требуемые задачи с любого места, а также удаленно собирать статистические данные о работе коммутаторов.

Средства конфигурирования

Программное и аппаратное конфигурирование ПТК на средства ТПТС-ЕМ осуществляется с помощью комплекта инженерной станции (ИС).

На ИС установлена система конфигурирования GET-R. Эта система позволяет создавать компоновочные схемы оборудования, схемы проводных и кабельных связей, программные конфигурации функциональных модулей, проектировать обмен данными между компонентами системы и с СВБУ. При помощи ИС, подключенной к шине EN, можно удаленно сконфигурировать любой модуль, находящийся в любом ПТК, или изменить алгоритм его работы или настроечные параметры. Система конфигурирования GET-R реализует принцип опережающей документации, согласно которому любое изменение в программной конфигурации модулей проводится только после изменения проектных данных и документирования этих изменений.

Всостав ИС входит несколько, как минимум два персональных компьютера, работающих

всети со структурой «клиент - сервер», укомплектованные мониторами 21’’, устройства, обеспечивающие связь с шиной EN для обеспечения возможности просмотра и загрузки кодов в модули ПС, а также устройства вывода информации на печать. На рисунке 5.2.5 показан состав ИС и связи между отдельными устройствами ИС.

На одной из клиентских машин хранится база данных ПТК, являющаяся основой для работ по конфигурированию, проведению изменений и формированию документов. В случае если проводимые изменения в ПТК вызывают необходимость переконфигурирования верхнего уровня, на этой же машине осуществляется формирование исходных данных, необходимых для изменения рабочих баз данных СВБУ.

Рисунок 5.2.5 Оборудование инженерной станции

Система конфигурирования GET-R работает под операционной системой Linux. Графический язык системы позволяет задать требуемую конфигурацию функционального

модуля в виде простой схемы из базовых функций модулей, образы и логика которых (функциональные блоки) хранятся в библиотеках и вызываются на экран из соответствующих меню. Такой способ создания конфигурирования является весьма наглядным и позволяет быстро и с малой вероятностью ошибки задать нужный алгоритм функционирования модуля или изменить его.

Система конфигурирования позволяет:

создавать схемы соединений и функциональные схемы, описывающие алгоритм функционирования модуля, с помощью встроенного графического редактора;

формировать и загружать в модули подготовленные загрузочные файлы;

сохранять и копировать проектные данные;

формировать списки сигналов, телеграмм, операндов и т.п., упорядоченные по различным признакам;

контролировать проведение изменений;

определять несоответствия между программными конфигурациями, загруженными в модули и хранящимися в системе GET-R;

обеспечить защиту от несанкционированного доступа при помощи разграничения прав доступа к проектным данным для разных категорий пользователей и системы паролей.

Система конфигурирования GET-R выявляет ошибки на всех этапах разработки (или изменения) прикладных конфигураций. В случае нахождения ошибки на экран выводится сообщение с указанием координат и описанием характера ошибки. При этом процедура формирования загрузочного файла для модуля остается заблокированной до тех пор, пока не будут устранены все указанные ошибки.

Защита информации обеспечивается встроенной системой ограничения доступа, которая исключает возможность изменения информации, содержащейся в системных и стандартных каталогах или в «чужих» пользовательских каталогах проектных данных во время проведения работ по конфигурированию.

Центральный модуль ЦМ-Е осуществляет диагностику собственных программных и аппаратных средств. При работе в резервированном режиме осуществляется взаимная диагностика работоспособности партнеров. Модуль ЦМ-Е при запуске осуществляет проверку собственной программной конфигурации на наличие ошибок и не вводится в работу в случае наличия ошибок.

Модуль ЦМ-Е выявляет отказы ФМ, находящихся на его шине ввода/вывода, факты отсутствия ФМ на нужном месте, установки ФМ не на свое место, установки ФМ не того типа. Он осуществляет также регистрацию сигналов, определяющих неисправности блока питания и открывания дверей ПС.

Автоматическая самодиагностика коммуникационного оборудования

Для обнаружения отказов в коммуникационном оборудовании используются сигнальные реле коммутаторов. Их контакты заводятся в ПС, и при отказе выдается стандартное оповещение оператора с указанием номера абонента. При обрыве абонентского кабеля неисправность фиксирует абонент, который постоянно следит за целостностью звена передачи (сигнал Link). Абонент переходит на резервный канал (модуль) с выдачей стандартного оповещения. При обрыве магистрального кабеля отказ фиксируется соседними коммутаторами, происходит срабатывание сигнального реле коммутатора с выдачей стандартного оповещения.

Автоматическая самодиагностика стойка питания и стоек сопряжения В ходе самодиагностики СП обнаруживаются следующие виды отказов:

отказ источника питания;

повышение температуры внутри шкафа;

потеря внешнего электропитания 220 В;

срабатывание автомата защиты.

СП выдает соответствующий диагностический дискретный сигнал при отказах каждого вида. В СП и сойках сопряжения имеются дверные контакты, состояние которых зависит от состояния двери шкафа (открыты/закрыты). При создании ПТК проектными проводными связями обеспечивается регистрация состояния диагностических сигналов СП и стоек сопряжения ФМ в составе одной ПС ПТК.

Индикация неисправностей

В случае обнаружения неисправности по результатам диагностики немедленно выдается соответствующая сигнализация:

в СВБУ при помощи соответствующих телеграмм, передаваемых центральным модулем, и на аппаратные средства индикации панелей управления БПУ, РПУ и местных щитов по проводным связям;

на месте эксплуатации отказавшего компонента при помощи ламп, расположенных на шкафах (лампы на шкафу, компонент которого отказал, и лампа на шкафу, который является крайним в ряду шкафов), а также при помощи светодиодных индикаторов, имеющихся на лицевой панели модулей и коммуникационных устройств.

Это дает возможность оператору и обслуживающему персоналу быстро и точно локализовать неисправность и решить вопрос о ее устранении. Предусмотрена возможность квитирования как аппаратной сигнализации, так и сигнализации на экранах СВБУ.

5.3.Описание ТПТС – НТ

Кнедостаткам ТПТС-ЕМ можно отнести следующее:

-для выполнения требований по быстродействию (менее 20 мс) для решения отдельных задач необходимы специализированные технические решения, что ограничивает возможности проектировщика и приводит к увеличению номенклатуры технических средств;

-необходимость использования аппаратных передач между функциональными модулями

вслучае, если алгоритм реализуется в разных функциональных модулях и необходимо обеспечить время реакции его менее 200 мс;

-крайне ограниченные возможности реализовать территориальное распределение аппаратуры сбора информации о состоянии объекта управления;

-из-за ограниченного количества сигналов, принимаемых одним функциональным модулем, возникают трудности при проектировании некоторых типов алгоритмов управления (необходимость формирования достаточно большого количества пересылок, разделение одной функции между несколькими функциональными модулями и т.п.);

-функциональные модули ТПТС-ЕМ обеспечивают возможность разрешения последовательности входных дискретных сигналов, различающихся по времени их возникновения более чем на 10 мс, что не соответствует современным требованиям (1 мс);

-недостаточные возможности для приема данных от интеллектуальных датчиков и управления интеллектуальными исполнительными механизмами.

Основные цели разработки комплекса средств автоматизации ТПТС-НТ:

сократить до 100…200 мс время реакции алгоритмов, использующих сигналы;

обеспечить возможность решения локальных задач с ограниченным количеством входных сигналов (10….30) со временем реакции до 5…10 мс;

обеспечить возможность территориального распределения аппаратуры, решающей задачи сбора и первичной обработки информации и индивидуального управления;

обеспечить возможность централизовать по технологическому признаку решение задач автоматического (автоматизированного) управления;

обеспечить возможность решения задач автоматизации технологических процессов, как с большим, так и с малым количеством сигналов и исполнительных механизмов;

сократить цикл измерения унифицированных аналоговых сигналов до 5….20 мс и улучшить качество измерений в условиях значительного технологического шума;

обеспечить возможность разрешения последовательности входных дискретных сигналов, различающихся по времени их возникновения более чем на 1 мс;

обеспечить возможность взаимодействия с интеллектуальными устройствами по полевым шинам;

обеспечить возможность подключения всех типов полевых кабелей, применяемых в промышленной автоматизации.

Структурная схема комплекса средств автоматизации ТПТС-НТ приведена на рисунке 5.3.1. В состав КСА ТПТС-НТ входят следующие основные компоненты:

станция ввода-вывода (СВВ) – выполняет базовые функции измерения аналоговых сигналов, приема и обработки дискретных сигналов, индивидуального управления, регулирования. Набор функций, выполняемых станцией ввода-вывода, определяется составом установленных в ней модулей;

процессор автоматизации (ПА) – выполняет функции обмена данными со станциями ввода-вывода, другими процессорами автоматизации, алгоритмы вычисления технологических параметров, алгоритмы автоматического и автоматизированного управления с использованием данных от подключенных к нему станций ввода-вывода и (или) других процессоров автоматизации;

блок шлюза сопряжения (БШС) – выполняет сопряжение КСА ТПТС-НТ с системой верхнего блочного уровня;

инженерная станция (ИС) – используется для разработки прикладных алгоритмов, схем соединений, выпуска документации, загрузки прикладных программ;

приборная стойка (ПС) – шкаф с установленным в нем СВВ, ПА, БШС и другими компонентами в соответствии с проектом. В зависимости от назначения и размещения приборные стойки выполняются в различных конструктивных исполнениях;

стойка питания (СП) – шкаф с установленными в нем в соответствии с проектом источниками питания 220/24 В;

стойка сопряжения (СС) – шкаф с установленными устройствами сопряжения (модулями гальванического разделения, промежуточными реле, контакторами и т.п.), компонентами, необходимыми для организации сигнализации, элементами, предназначенными для закрепления и подключения кабелей.

шина верхнего блочного уровня

СВВ

крейт питания

220 В

программатор

СП – стойка питания СС – стойка сопряжения ПС – приборная стойка

ПА – процессор автоматизации СВВ – станция ввода-вывода БШС – блок шлюза сопряжения

Рисунок 5.3.1 – Структурная схема комплекса средств автоматизации ТПТС-НТ