11. Распределенная система управления котлоагрегатами, ее структура и функции.
Назначение системы управления и ее особенности
Автоматизированная система управления предназначена для обеспечения эффективного контроля, управления и противоаварийной автоматической защиты технологического процесса котельного агрегата.
Автоматизированная система управления котлоагрегатом осуществляет
Измерение и регистрация параметров работы котла;
Ведение журнала событий;
Автоматическое управление технологическим оборудованием в соответствие с регламентом;
Реализацию противоаварийной защиты;
Диагностику оборудования.
Структура системы управления
Система включает в себя два уровня аппаратных средств - нижний, выполняющий функции сбора, обработки информации и локального управления, и верхний, предназначенный для задач дистанционного управления, наблюдения за ходом процесса, а также архивирования и протоколирования.
Обмен данными между верхним и нижним уровнем производится по высокоскоростному каналу передачи (Profibus)
Нижний уровень реализован на резервированном контроллере (SIMATIC S7-400H) и станции распределенного ввода/вывода (SIMATIC S7-ET200M.)
Верхний уровень включает в себя рабочее место оператора выполненное в промышленном пульте со степенью защиты IP54. Для печати архивов и протоколов станция оператора может быть оборудована принтером.
Централизованный вид управления (рис. 1) предполагает реализацию всех процессов
управления объектами в едином центральном органе управления (контроллере). Этот орган
собирает информацию о состоянии всех объектов управления (ОУ), осуществляет ее обработку и
каждому ОУ выдает свою собственную управляющую команду [4]. Команды представляют собой
информацию, называемую распорядительной. В системах такого вида органу управления «не
безразлично» поведение ОУ, всегда присутствует обратная связь о состоянии ОУ.
Децентрализованное (распределенное) управление предполагает распределение функций
управления по отдельным элементам сложной системы. Для выработки воздействия на каждый
объект необходима информация только о состоянии этого объекта.
Фактически такая система представляет собой совокупность нескольких независимых систем, каждая из которых обладает
своей информационной, алгоритмической, технической и прочими базами (рис. 2).
Достоинства и недостатки централизованных и распределенных систем можно в целом
отобразить в виде табл
Организация ПТК «Торнодо-N» компании «Модульные Системы Торнадо».
ПТК для АСУТП «Торнадо-N»
Компания «Модульные Системы Торнадо» осуществила разработку ПТК «Торнадо-N» с "одноуровневой" архитектурой на базе Ethernet. Сейчас ПТК «Торнадо-N» используется для построения промышленных систем автоматизации больших объектов в теплоэнергетике. Идея использования коммутируемого Ethernet для подключения к системе модулей ввода-вывода является инновационной – объединение единой цифровой сетью всех элементов системы изменяет само понятие «контроллер» и приводит к нескольким важным следствиям:
появилась возможность реализовывать устройство обработки, выполняющее алгоритмы управления объектом автоматизации (или его частью), различными способами, вплоть до виртуального в виде программы, работающей на любом из компьютеров системы;
каждое устройство обработки имеет прямой доступ к данным любого модуля ввода-вывода, но взаимодействие осуществляется только в соответствии с запросом программы управления;
структура и состав контроллеров становятся программно конфигурируемыми, таким образом, отпадает одна из основных задач проектирования ПТК – компоновка контроллеров;
отменяются ограничения на создание устойчивых структур с необходимой «глубиной резервирования».
Помимо архитектурных, это решение имеет более широкие технологические возможности:
доступность различных сред передачи данных: медные и оптоволоконные кабели, беспроводная связь;
надежность работы дублированной информационной магистрали;
масштабируемость системы, в которой отсутствуют ограничения на типы устройств и степень распределенности обработки данных;
улучшенные эксплуатационные и метрологические характеристики;
безударная замена модулей без демонтажа полевых кабелей;
возможность расширения системы без модификации действующей части;
фиксированный цикл опроса всех устройств за время, равное времени ожидания ответа от одного. Для модулей ввода-вывода MIRage-N цикл опроса конфигурируется в устройстве обработки, минимальная длительность составляет 1 мс.
УСО ПТК «Торнадо-N» являются модули MIRage-N на базе дублированногоEthernet, модули выполняют функции подключения «полевых» кабелей, осуществляют электрическое сопряжение с «полевыми» сигналами, преобразование сигналов в цифровую форму, преобразование в физические величины, нормирование, проверку данных на достоверность и обмен информацией с устройством обработки.
В качестве устройств обработки в ПТК в больших системах как правило используются промышленные компьютеры ARK-3382 фирмы Advantech, образующие резервированную структуру: один компьютер является рабочим, второй – резервным. Компьютеры синхронизированы, поэтому переключение с рабочего на резервный происходит безударно. Каждый из компьютеров имеет четыре независимых интерфейса Ethernet: два – для опроса блоков УСО и связи с верхним уровнем ПТК, оставшиеся – для обмена данными между рабочим и резервным компьютерами. Промышленные компьютеры ARK-3382 были выбраны по причине высокой производительности процессоров и наличия нескольких портов Ethernet. В общем случае, в системах на базе модулей распределенного ввода-вывода MIRage-N возможно применение практически любых промышленных компьютеров или контроллеров, имеющих подобные характеристики. Модули MIRage-N работают по стандартным протоколам передачи данных и совместимы с оборудованием большинства ведущих российских и зарубежных производителей средств автоматизации.