Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

Рис. 19.3. Принципова електрична схема комерційного обліку електроенергії: Q – рубильникщитавводаелектрикидоспоживача, FU1… FU3 – електрозапобіжники, TA1…TA3 – вимірювальні трансформатори струму, PJ – електролічильник; 1 – опломбоване огородження

Однофазні й трифазні електронні та мікропроцесорні електролічильники класу точності 0,1…1,0 різних виробників вимірюютьзначнечислопараметрів. Наприклад, електролічильники Одеського заводу «ТЕЛЕКАРТ» вимірюють активну, реактивну й повну електричну потужність, кількість спожитої електроенергії (кВт.ч), формують графік і фіксують максимуми навантаження, ведуть моніторинг параметрів електромережі, тощо. При цьому вбудований таймер фіксує час роботи електрообладнання й змінює тарифні коефіцієнти, що забезпечує пільгову оплату спожитої електроенергії вночі й у вихідні дні. Ці електролічильники випускаються класів точності 0.5 та 1.0 і мають інтерфейс RS485 або RS232 для введення інформації в комп’ютер ІВС підприємства.

19.4. Контроль техніко-економічних показників

Можливості програмного забезпечення й матеріальної бази ІВС, структура системи керування технологічними процесами й підприємства в цілому, а також кваліфікація обслуговуючого персоналу

визначають набір оптимізаційних задач, розв’язуваних на різних рівнях керування. При цьому кожному рівню відповідають свої техніко-економічні показники (ТЕП).

На місцевому рівні й рівні оператора КВПіА в якості основних ТЕП зазвичай виступають прямі та інтегральні оцінки якості перехіднихпроцесіврегулюванняпараметрівТП. Відхиленняпоточних значень параметрів від заданих (номінальних), коливальність та інші оцінки визначають вимірюванням параметрів ТП. Результати вимірювання використовують для оптимізації настроювань регуляторів і сигналізації про неполадки.

На рівні АРМ оператора-технолога часто додаються завдання оптимізації рецептури й оптимізації режимів функціонування об’єктакеруванняустатиці(врежимі, щовстановився). Урезультаті їх рішення визначають задані (номінальні) значення параметрів ТП, які використовують для корекції завдань регуляторам, розміщених за місцем й на щиті (пульті) керування.

Тут ТЕП використовують у якості критеріїв оптимізації: мінімізують енерговитрати й витрати сировини, втрати від браку, перевитрати палива або максимізують продуктивність технологічного обладнання, різні показники ефективності й коефіцієнти корисної дії, тощо. Одні з них визначають прямим, інші — непрямим, зазвичай нерівноточним вимірюванням (див. § 1.11). Результатицихвимірюваньвикористовуютьдлякорекціїпараметрів моделі статики об’єкта, застосовуваної для оптимізації режимів його роботи.

Оптимізація в статиці, як один зі шляхів, припускає спільне рішення рівнянь розрахунку обраного ТЕП із системою багатопараметричнихрівняньтеплового, матеріальногобалансів, виражень для існуючих обмежень, припущень, тощо. У результаті їх рішення звикористаннямметодівпошукуекстремумувизначаютьоптимальне значення ТЕП — функції багатьох змінних, якому відповідає оптимальнезначеннязавданьрегуляторамнижньогорівнякерування (на місці й на щиті або пульті).

На рівні АРМ головного технолога вирішуються задачі оптимального розподілення сировинних і енергетичних ресурсів для забезпечення максимальної продуктивності при мінімальній собівартості й заданих асортименті та якості продукції.

НарівніАРМголовного енергетиказдійснюється облік усіх видів енергоносіїв, води й палива, контроль за відповідністю поточних значень параметрів енергоносіїв регламентним вимогам. Вихід цих значень за межі регламенту спричиняє брак, втрати сировини і штрафи (внутрішньозаводські та зовнішні). Зовнішні штрафи накладають підприємства-постачальники, наприклад, теплової енергії (гарячої води або пару) за нерегламентне пониження або підвищення параметрів зворотної води, що повертається від під- приємства-споживача, оскільки це знижує ефективність роботи котельної постачальника і веде до перевитрат палива.

Для вирішення цих та інших задач передбачають можливість інформаційного обміну між АРМами різних рівнів керування, об’єднанням їх у єдину ІВС – комп’ютерну мережу підприємства.

19.5. Мікропроцесорні контролери у ІВС

Мікропроцесорні контролери (від англ. control — управляти, регулювати) являютьсобоюцифровібагатофункціональніпристрої, призначені в багатьох випадках для перетворення інформації від ПП технологічних параметрів у сигнали керування, регулювання, відображення результатів вимірювань, сигналізації, … тощо. У ІВС їх застосовують для введення поточних значень вимірюваних параметрів у комп’ютерні термінали (АРМи), для відображення і сигналізації на екранах моніторів відповідних комп’ютерів мережі.

Мікроконтролери, що мають пристрій відображення інформації часто застосовують в якості технологічних індикаторів — вторинних приладів, що показують і сигналізують, і які розміщають за місцем на пультах і щитах керування.

Мікроконтролери з уніфікованими вхідними сигналами дозволяють працювати із ПП будь-яких технологічних параметрів, що забезпечує їхнє широке застосування для різних цілей та зручність нарощування і модернізації ІВС.

Тип мікроконтролера і його програмне забезпечення визначають набір виконуваних ним функцій.

Мікроконтролерибуваютьодно-ібагатоканальними,алгоритмічно й вільно програмувальними.

Алгоритмічно програмувальні контролери в якості програмно-

го забезпечення мають бібліотеку алгоритмів, за допомогою яких можна здійснювати конфігурування структури контролера (формування каналів вимірювання, сигналізації й регулювання, різних перехресних і коригувальних зв’язків між каналами), настроювання характеристик для роботи з різними ПП і вхідними сигналами, вибір й настроювання інших функції. Програмування здійснюють за допомогою клавіатури міроконтролеру або переносного пульту, що входить до комплекту приладу.

Алгоритмічне програмування зручне при експлуатації автоматичних систем і не вимагає додаткової підготовки оператора.

У харчовій промисловості серед алгоритмічно програмувальних знайшли широке застосування мікроконтролери Мікрол, ТЕРА, Овен та інші.

ПриладиМікролпредставленіширокоюгамоюмікроконтролерів, технологічних індикаторів, нормуючих перетворювачів та інших виробів.

Технологічні мікропроцесорні індикатори одноканальні типу ІТМ-11, двоканальні типів ІТМ-2, ІТМ-20, ІТМ-22У, що показані на рис. 19.4, та інші часто використовують при створенні ІВС.

Рис. 19.4. Індикатори технологічні мікропроцесорні ІТМ-2, ІТМ-11, ІТМ-22У

Ці індикатори призначені для цифрової та лінійної індикації значень одного або двох технологічних параметрів із сигналізацією мінімуму і максимуму кожного з вимірюваних параметрів на передній панелі.

Цифровуіндикаціюздійснюютьзадопомогоюрідкокристалічного або світлодіодного семисегментного індикатора. Лінійну індикацію реалізують за допомогою низки світлодіодів, кількість загоряння яких залежить від значення вимірюваного параметра.

Індикатори, як правило, виконані за схемою «струмова петля» у розрив двухпровідної лінії зв’язку між ПП технологічного параметра, установленого за місцем (в об’єкті) і контролером мережі ІВС. Монтуються індикатори в пультах і щитах керування в якості віддалених пристроїв зв’язку з об’єктом. Пластмасовий корпус ІТМ-11 має розмір 48х96х185 мм, інших моделей — 96×96×185 мм.

Вхідні сигнали уніфіковані струмові [0…5, 0…20, 4…20] мА й напруги 0…10В — для всіх моделей, а для ІТМ-20У і ІТМ-22 У, крім того, сигнали від термометрів опору й термопар. Усі індикатори мають інтерфейс RS485 (протокол зв’язку Modbus RTU — збір інформації, конфігурація при кількості до 255 приладів у мережі) для передачі інформації у мережу ІВС.

З метою підвищення надійності автоматизованих систем керуванняпередбачаютьможливістьпереходузавтоматичногонаручний (дистанційний) режим керування об’єктом і назад. Для цього застосовують станції або панелі дистанційного керування, що включають до свого складу ключ вибору режиму керування «Автоматично — Дистанційно» ікнопкикерування«Більше— Менше» («Відкрити — Закрити») із самоповерненням. При натисканні на кнопку керування в дистанційному режимі вона виробляє керуючий імпульсний сигнал, що йде до виконавчого механізму (електродвигунового, індукційного або пневматичного) і за його допомогою відкриває / закриває регулюючий орган (клапан, заслінку, кран, тощо). При відпусканні кнопки вона сама повертається в початкове положення й відключає сигнал керування. Для аналогових сигналів кнопки керування часто замінюють ручним поворотним задатчиком з діапазоном 0…100 % зміни установки вихідного уніфікованого електричногоабопневматичногосигналувдистанційномурежимі. Ці станції ручного (дистанційного) керування включають у розрив ліній зв’язку регулюючого мікроконтролера з виконавчими механізмами, які здійснюють переміщення регулюючих органів системи.

Для зручності експлуатації систем керування підприємство Мікролсполучиловкорпусіблокуручногокерування(БРУ) розміром

96×96×185 мм (96×48×185 мм) не зв’язані між собою технологічний індикатор і станцію дистанційного керування (рис. 19.5).

Рис. 19.5. Блоки ручного керування «Мікрол» типу БРУ-5, БРУ-7 і БРУ-10

Тут показані одноканальні блоки ручного керування типу БРУ-5 для імпульсного й БРУ-7 для аналогового регулювання, а також типу БРУ-10, один канал якого призначений для аналогового, а інший — для імпульсного регулювання.

БРУ-5 містить 4-х значний цифровий технологічний індикатор класу точності 0.2 зі світлодіодною сигналізацією мінімального й максимального значень вимірюваного параметра. Вхідний сигнал БРУ-5 уніфікований струмовий або напруги [0…5, 0…20, 4…20 мА та 0…10 В]. На передній панелі блоку розміщена клавіатура керування: «Авт — Руч», «Більше — Менше» й світлодіодна індикація режиму керування.

БРУ-7 такожвимірюєодинтехнологічнийпараметрзадопомогою ПП з уніфікованим вихідним сигналом струму або напруги. На передній панелі встановлений такий же цифровий індикатор із сигналізацією та кнопки вибору режиму керування «Авт.-Руч.». Однак замість кнопок «Більше — Менше» тут застосований реостатний задатчик з діапазоном 0…100 % уніфікованого аналогового вихідного сигналу (струму або напруги).

БРУ-10 вимірює дві не пов’язані між собою фізичні величини за допомогою ПП із вихідними уніфікованими сигналами струму або напруги, які підключені до входів 2-х канального технологічного індикатору. Тутпередбаченіцифрова4-розрядна(класуточності— 0.1)

й лінійна 21-сегментна (класу точності — 2.5) індикація вхідних сигналів, а крім того, сигналізація мінімального й максимального значень на світлодіодних індикаторах. БРУ-10 має перетворювач імпульснихвхіднихсигналівувихідніуніфікованіаналоговісигнали (струмові / напруги). При цьому БРУ-10 містить два задатчики вихідних уніфікованих сигналів регулювання, клавіатуру програмування і керування («Авт. — Дист.», «Більше — Менше»).

Усіблокиручногокерування«Мікрол» маютьцифровийвихідний сигнал RS485.

Мікроконтролери ТЕРА представлені універсальними мікропроцесорними вимірниками ИТ, регуляторами РТ і лічильниками імпульсів СИ, які дозволяють вимірювати й контролювати різні фізичні й логічні величини. Усі контролери мають енергонезалежну пам’ять і інтерфейс RS485 для зв’язку і передачі даних у мережі ІВС. Це дозволяє комутирувати до 32 (за спецзамовленням — до 128) контролерів в одній мережі, організацію якої ми розглянули в § 10.7. Внутрішній протокол обміну даних T-bus.

Контролери випускаються в пластмасових корпусах з лицьовою панеллю розміром 96×96 мм або 48×48 мм, на якій розміщено клавіатуру керування й програмування, а також один або два чотиризначні семисегментнісвітлодіодні цифрові індикатори і низка світлодіодів сигналізації. Це світлодіоди аварійної сигналізації, сигналізації номера індикованого в даний момент вимірювального каналу, сигналізації передачі даних по інтерфейсу, тощо. На відміну від контролерів ИТ та РТ лічильники СИ мають восьмизначні семисегментні світлодіодні цифрові індикатори.

Вимірювачі ИТ класу точності 0,5 та регулятори РТ допускають підключення до 9 вхідних сигналів від стандартних термопар, термометрів опору й уніфікованих струмових [0…5; 0…20; 4…20] мА та напруги [0…10; 2…10; 0…1; 0…5] В. Можливе підключення різнотипних вхідних сигналів до одного приладу. Регулятори РТ залежно від типу мають різні вихідні сигнали (аналогові й дискретні, контактні й безконтактні) і реалізують один зі стандартних алгоритмів регулювання (позиційне, ПІ, ПІД, програмне). Загальну структуру і характеристики вимірників ИТ було розглянуто в §10.7.

Лічильники імпульсів / витратоміри СИ (рис. 19.6) призначені для підрахунку і контролю кількості окремих одиниць продукції, сировини й матеріалів.

Лічильники СИ виготовляють у пластмасовому корпусі розміром 96×96×28 мм, призначеному для щитового монтажу. На передній панелі розташовані 8-розрядний цифровий індикатор, що служить для відображення літерно-цифрової інформації. Поряд розташована клавіатура керування та програмування, а також світлодіодні індикатори, що сигналізують про режими роботи лічильника.

Клавіатура

Рис. 19.6. Лічильник імпульсів / витратомір кількості виробів СИ2:

а) загальний вигляд лічильника СИ; б) структурна схема

Мікропроцесор, що керує роботою лічильника, має енергонезалежнупам’ятьіпрограмуєтьсязадопомогоюклавіатуривідповідно до його бібліотеки алгоритмів.

Лічильники працюють із вхідними сигналами напруги 9…12 В постійного струму або сигналами типу «сухий контакт». Підрахунок здійснюється шляхом реєстрації кількості імпульсів, тривалості паузи між ними, а також порядком подачі імпульсів від ПП. При цьому отримана вхідна величина може бути перерахована в потрібні одиниці вимірювання.

Прилад може здійснювати прямий, зворотний і реверсивний підрахунок вхідних імпульсів. При реверсивному підрахунку використовують два ПП типу «сухий контакт». Один ПП здійснює підрахунок, а інший задає його напрямок «+» (сумування) або «−» (віднімання).

Передбачено вимірювання миттєвої витрати, яка визначається як кількість імпульсів, що надходять за хвилину. Лічильник також

вимірює сумарну витрату (кількість) і загальний час. Крім того можливий підрахунок кількості партій виробів. Для цього оператор за допомогоюклавіатурилічильникапрограмнозадаєкількістьвиробів у партії.

Після досягнення заданого значення прилад видає сигнал на спрацювання вихідного реле, що дозволяє реалізувати функцію дозування.

В залежності від типу лічильник має наступні вбудовані вихідні пристрої: електромагнітне реле, вихідні транзистори або оптосимістори. Максимальне число каналів тут 2.

Лічильники CИ, крім того, мають вихідний сигнал RS485 для передачі інформації у мережу інформаційно-вимірювальної системи

(див. §10.7).

Вільно програмувальні мікроконтролери, такі як Siemens, ABB, Advantech таінші, універсальніші, ніжалгоритмічнопрограмувальні, дозволяють вирішувати значно ширше коло завдань. Тут для програмування використовують різні мови високого рівня, наприклад, «С», «С++». За допомогою цих контролерів на основі Web-технологій створюють складні сучасні системи автоматизації виробництва.

Застосування Web-технологій означає можливість дистанційного доступу до даних і засобів керування в режимі реального часу в будь-який момент і з будь-якої частини світу за допомогою мережі Інтернет. При цьому з’являється можливість буквально «зробити видимою» всю систему і її елементи, а якщо буде потреба, дистанційно управляти нею. Графічний людино-машинний інтерфейс дозволяє передавати на будь-яке обладнане стандартним браузером робочемісце(АРМ) даніврежиміреальногочасу, анімованіграфічні екрани, тривоги, звіти й параметри технологічних процесів. Браузер (від англ. Browser — оглядач, переглядач) при цьому представляє собою програмне забезпечення для перегляду веб-сайтів, тобто — для запиту веб-сторінок (переважно із мережі Інтернет), їх обробки, виводу та переходу від однієї сторінки до іншої.

Реалізаціяподібноїсистемипередбачаєнаявністьпотужноїсистеми інформаційної безпеки й розмежування прав доступу споживачів, що присутнє в багатьох сучасних програмних пакетах SCADA.

Використання Web-технологій забезпечує, крім того, своєчасне оповіщення технічного персоналу про необхідність обслуговування

системи або про позаштатні ситуації за допомогою світлової, звукової сигналізації, SMS і MМS-повідомлень на мобільний телефон, поелектроннійпошті, тощо. Прицьомуєможливістькерування територіально розподіленими системами з одного центру, а також можливість оптимального планування, наприклад, поставок сировини або продукції на основі оперативної інформації, доступної через мережі Інтернет/інтранет про поточні потреби й стан складу.

Ключовими компонентами такої системи є:

yкеруючі контролери, що забезпечують інтерфейс із керованим технологічним процесом;

yweb-сервер, що робить доступними ці «керуючі сторінки» для віддаленого браузера;

yзасобиобмінуданимиміж «термінальним сервером» і віддаленим «тонким клієнтом», для роботи якого необхідний тільки стандартний браузер.

Нагадаємо, що«термінальнийсервер» (відангл. terminal server) — це сервер, що надає клієнтам обчислювальні ресурси (процесорний час, пам’ять, дисковий простір) для вирішення різного роду задач. Технічно це дуже потужний комп’ютер, з’єднаний в мережі з термінальними клієнтами, що як правило, представляють собою малопотужні або застарілі робочі станції. Термінальний сервер застосовуютьдлявіддаленогообслуговуваннякористувачазнаданням йому віртуального робочого столу. При цьому кожний користувач терміналу працює у виділеному йому віртуальному просторі.

«Тонкийклієнт» (англ. thin client) вкомп’ютернихтехнологіях — це бездисковий комп’ютер-клієнт в мережах з клієнт-серверною або термінальною архітектурою, який переносить зі свого комп’ютера усю або більшу частину задач по обробці інформації на сервер. В даний час під терміном «тонкий клієнт» розуміють пристрої, що працюють в термінальному режимі. Прикладом тонкого клієнта є комп’ютер з браузером, що працює з веб-додатками.

Мікроконтролери Advantech найповніше відповідають оптимальному співвідношенню ціна-якість і широко застосовуються в харчовій промисловості в якості пристроїв і систем збору даних (ІВС) та керування (АСУ ТП).

Системи віддаленого збору даних і керування фірми Advantech будують на основі модулів серії ADAM-4000. Ця серія являє собою