1СУбетонСмесей

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Рязанский государственный радиотехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Ethernet TCP/IP

TSI (transpаrent serial interface), линия связи – до 1 км

Узел сети с ВУ НЦУ

Узел 1 ввода2вывода сигналов

Узел 2 ввода2вывода сигналов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

21.03.2016

Размер:

240.06 Кб

Скачать

☆

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СТРОЙМАТЕРИАЛОВ

Автоматизированная система управления технологическим процессом производства бетонных смесей

Анатолий Пахоменко, Николай Починчук, Сергей Шипицин

В статье рассказывается об АСУ ТП производства технологических бетонных смесей и товарного бетона на Тушинском заводе железобетонных конструкций ОАО ДСК&1 города Москвы. Рассмотрены задачи конкретного проекта, включая реконструкцию технологического оборудования. Описаны функции и характеристики системы

управления, а также особенности архитектуры её аппаратно&программного комплекса.

	ПРЕДИСЛОВИЕ				фирм производителей без измене			Сформулированные			требования
		Группа компаний «Элтикон» работа			ния среды разработки программно			вкратце отражают суть сложившегося
	ет на рынке автоматизации с 1991 года				го обеспечения (ПО); программи			де факто подхода группы компаний
	и имеет на своём счету около 200				руемые	логические контроллеры		«Элтикон» к построению аппаратно
	введённых в эксплуатацию автомати				(ПЛК) для этого подходят плохо,			программных комплексов АСУ ТП.
	зированных систем управления техно				альтернатива — компьютеры и про			Более или менее полная реализация
	логическими процессами (АСУ ТП).				цессорные платы, совместимые с			этого подхода сдерживалась до некото
	Заказчиками «Элтикона»			являются	IBM PC по операционным систе			рых	пор	отсутствием	необходимых
	предприятия строительной индустрии				мам;			УСО и стала возможной только в 2001
	и	перерабатывающей промышленно			в)распределённые устройства связи с			году с началом производства модулей
	сти в 78 городах России, Белоруссии,				объектом	(УСО),	поддерживающие	серии СА «Композит». Сейчас аппа
	Казахстана. В связи с многообразием				единый протокол обмена данными с			ратно программные комплексы всех
	решаемых задач автоматизации возник				вычислительными		устройствами	АСУ ТП группы компаний «Элтикон»
	вопрос о такой архитектуре аппаратно				НЦУ в реальном масштабе времени;			имеют весьма простую			архитектуру,
	программных комплексов, которая бы				г) произвольная и гибкая компоновка			особенно в части НЦУ: для каждого не
	ла бы одинаково оправданна для АСУ				УСО без перенастройки системы и			делимого		технологического участка
	ТП различной программно алгорит				ПО, простота объединения УСО в			(цеха, технологической линии и т.д.)
	мической сложности и различной ин				сеть с вычислительными устройства			имеется конструктивно обособленное,
	формационной ёмкости — от несколь				ми НЦУ;			резервируемое или нерезервируемое
	ких десятков до нескольких тысяч				д)одинаковая среда разработки ПО су			вычислительное устройство управле
	входных и выходных сигналов. Для ус				первизорного		(диспетчерского)	ния технологическим процессом и рас
	пешного решения этого вопроса, как				управления для задач и вычислитель			пределённые УСО, поддерживающие
	оказалось, требуется:				ных систем различной сложности –			прямой обмен данными с вычисли
	а)минимальное количество			уровней	от простой задачи для небольшой			тельным устройством НЦУ в реальном
		непосредственного	цифрового		технологической		линии с одним	масштабе времени.
		управления (НЦУ), то есть отсутст			компьютером диспетчерского управ			Вычислительные устройства НЦУ
		вие промежуточных узловых кон			ления до пакета задач, например, для			традиционно комплектуются процес
		троллеров в контуре НЦУ и мини			целого завода с		вычислительным	сорными платами фирм Octagon Sys
		мальное количество	вычислитель		комплексом многоуровневого супер			tems и Fastwel, а УСО — модулями се
		ных устройств (контроллеров) НЦУ			визорного управления технологиче			рии	СА	«Композит»	производства
		вплоть до одного в системе без резер			ским процессом,		планирования и	группы компаний «Элтикон».
		вирования или до двух в системе с			подготовки производства, автомати			Что же		касается супервизорного
		резервированием;			зированной разработки и оптимиза			(диспетчерского) управления, то оно
	б)возможность применения для НЦУ				ции технологических карт, ведения			может быть одно , двух или трёхуров
32		вычислительных устройств с раз			архива (базы данных) технологиче			невым в зависимости от иерархии
		личными ресурсами и от разных			ского процесса и т.д.			привносимых в АСУ ТП организаци

	www.cta.ru										СТА 1/2005

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

онно управляющих функций. В каче

формовки

конст

стве вычислительных устройств на всех

рукций и товарного

уровнях

супервизорного

управления

бетона

на

авто

чаще всего применяются компьютеры

транспорт;

производства фирмы Advantech.

● система воздухопод

Переход на описанную архитектуру

готовки

и аэрации

аппаратно программных

комплексов

цемента

расход

качественно изменил технологию соз

ных бункерах.

дания систем управления: аппаратные

В процессе реализа

средства проектируются (по блочно

ции проекта выполне

модульному принципу), изготавлива

ны также реконструк

ются, тестируются и монтируются на

ция и переоснащение

объектах в темпе «отлаженного кон

БСЦ:

вейера», и, что самое главное, эта тех

● изготовлены

нологическая цепочка работает неза

смонтированы

но

висимо и пересекается с собственно

вые дозаторы

жид Рис. 1. Дозаторное отделение бетоносмесительного цеха

системным проектированием и разра

ких и сухих добавок;

боткой ПО только на этапах согласо

● смонтирована система аэрации це

устройств

кустарного производст

вания схемы автоматизации и ввода

мента;

ва);

АСУ ТП в эксплуатацию. Иными сло

● дозаторы цемента оборудованы со

● достигнута предельная производи

вами, для системных проектировщи

временными шнековыми питателя

тельность цеха за счёт высокой сте

ков и

программистов

аппаратные

ми;

пени автоматизации и конвейериза

средства существуют как некий «абст

● дозаторы жидких фракций оборудо

ции технологического процесса;

рактный фон», описываемый не более

ваны надёжными клапанами;

● достигнута

необходимая точность

чем списком входных и выходных сиг

● расходные бункеры сыпучих компо

дозирования компонентов

смесей

налов, без учёта того, как скомпонова

нентов и грузоприёмные устройства

для 100% замесов, что особенно важ

ны аппаратные средства и в каком уз

дозаторов оборудованы пневмомо

но при формовке конструкций боль

ле сети находится модуль ввода или

лотками;

ших объёмов, так как из за брака в

вывода того или иного сигнала; спи

● все дозаторы переведены на тензо

одном замесе бракуется конструкция

сок объявляется в драйвере ввода вы

метрические системы взвешивания;

целиком;

вода сигналов вычислительного уст

● дозаторы песочных фракций обору

● исключены вмешательства в техно

ройства НЦУ, чем, собственно, и ог

дованы влагомерами;

логический процесс в режиме пря

раничивается объединение

аппарат

● расходные бункеры и баки оборудо

мого ручного управления исполни

ной и программной частей проекта

ваны датчиками критических уров

тельными

механизмами

(ручные

АСУ ТП.

ней;

пульты отсутствуют в системе прин

Описанная архитектура апробирова

● расходные баки воды оборудованы

ципиально); любые предусмотрен

на в десятках систем управления. Она

датчиками температуры (это позво

ные вмешательства, включая кор

же реализована и в системе, о которой

ляет осуществлять контролируемый

рекции компонентного состава сме

идёт речь далее.

нагрев воды).

сей «на ходу», осуществляются по

В результате внедрения АСУ ТП ре

директивам оператора в автомати

ЗАДАЧИ КОНКРЕТНОГО

шены следующие наиболее важные для

ческом режиме и регистрируются в

ПРОЕКТА

заказчика задачи:

архиве;

На Тушинском заводе железобетон

● одновременно

с автоматизацией

● улучшены условия труда практически

ных конструкций ОАО ДСК 1 г. Моск

выполнена существенная реконст

всех работников цеха (это стало след

вы более двух лет работает АСУ ТП

рукция технологического оборудо

ствием «цепной реакции»: автомати

производства технологических бетон

вания и усовершенствована техно

зация — одновременная реконструк

ных смесей и товарного бетона.

логическая

схема, что

позволило

ция — полученный в результате авто

Автоматизирован бетоносмеситель

повысить надёжность

и точность

матизации и реконструкции новый

ный цех (БСЦ) из четырёх технологи

функционирования оборудования,

качественный уровень производст

ческих линий. В состав оборудования

расширить номенклатуру выпускае

ва — усовершенствование

методов

БСЦ входят:

мых смесей;

организации и планирования произ

● шестнадцать расходных

бункеров

● повышено качество управления тех

водства – «наведение красот потому,

инертных компонентов;

нологическим процессом за счёт ос

что иначе уже нельзя» с выполнени

● десять расходных бункеров цемента

нащения оборудования цеха совре

ем, как минимум, косметического

и сухих добавок;

менными датчиками и контрольно

ремонта операторского и производ

● семь расходных ёмкостей жидких

измерительными приборами;

ственных помещений и т.д.).

компонентов;

● введена в эксплуатацию система

Основные характеристики описы

● двадцать три весовых

дозатора

управления, подтверждающая заяв

ваемой системы управления, получив

(рис. 1);

ленные характеристики надёжности

шей название «Бетон IPC/096», приве

● семь бетоносмесителей;

(взамен

предшествующей системы

дены в табл. 1. Структурная схема ком

● транспортирующее оборудование

на базе офисного компьютера деся

плекса вычислительных средств АСУ

отгрузки бетонных смесей в цех

тилетней давности и периферийных

ТП показана на рис. 2.

СТА 1/2005

www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

ФУНКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Таблица 1

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Основные характеристики системы управления «Бетон2IPC/096»

Верхние уровни управления пред

Количество автоматизированных рабочих мест (начальника цеха,

ставлены в системе сервером и двумя

технолога)

равноценными

взаимозаменяемыми

Количество операторских станций супервизорного управления

операторскими

станциями.

Сервер

Количество вычислительных устройств непосредственного

системы является одновременно авто

цифрового управления (по количеству линий)

матизированным

рабочим

местом

Количество весоизмерительных каналов

(АРМ) начальника цеха или технолога,

Количество прочих измерительных каналов

а также резервной операторской стан

Количество каналов ввода дискретных сигналов

312

цией.

Количество каналов вывода дискретных сигналов управления

288

На сервере установлена база данных,

Погрешность взвешивания материалов, не более

0,05% от наибольшего предела

включающая в себя банк рецептов,

дозирования

Погрешность измерения влажности материалов, не более

0,5% абс.

контейнеры заказов и архив.

Погрешность измерения температуры, не более

1°С

Банк рецептов рассчитан на 500 об

Погрешность измерения силы переменного тока асинхронных

1% от предельного значения

разцов. Каждый образец содержит на

двигателей, не более

именования компонентов, значения

Погрешность дозирования компонентов смесей во всех случаях, не

требуемых доз компонентов в расчёте

более

на 1 м3, значения влажности сыпучих

Количество образцов в банке рецептов

До 500

компонентов, при которых рассчиты

Количество наименований компонентов в одном рецепте

До 15

вался рецепт, описание регламента за

Задаваемый порядок загрузки компонентов в смеситель

Произвольный

грузки смешивания компонентов. В

Количество одновременно обслуживаемых заказов

До 8

ряде случаев образец содержит и дру

Управление потоком заказов

Директивное*

гие данные, относящиеся по смыслу к

Вмешательства в техпроцесс по инициативе оператора

Директивные*

атрибутам рецепта. Редактирование

Вмешательства в техпроцесс в нештатных и аварийных ситуациях

Директивные*

образцов выполняется с помощью за

Глубина архива базы данных техпроцесса

20 000 заказов

ранее составленных списков наимено

Режим работы

Непрерывный

ваний компонентов и наименований

Температура окружающего воздуха при эксплуатации (для

–25…+60°С

марок смесей. Подготовленные (кор

оборудования в производственных помещениях)

Расчётный срок службы, не менее

20 лет

ректные) образцы рецептов доступны

для применения

на операторских

* С последующим автоматическим исполнением директивы

станциях.

Контейнеры заказов – из расчёта два

план выпуска, маршрут отгрузки смеси

рах

визуализации технологического

(или более) на одну линию – предна

и т.д. По готовности данных достаточ

процесса на операторских станциях. В

значены для сохранения данных зака

но нажать кнопку «Выполнять» в окне

ходе

выполнения заказа

допускается

зов на время их выполнения. По мере

контейнера, после чего данные заказа

частичное

редактирование данных

выполнения заказов контейнеры авто

передаются по сети вычислительному

контейнера, например, списков ис

матически освобождаются и объявля

устройству НЦУ для выполнения зака

пользуемых

источников

материалов

ются доступными для редактирования.

за в автоматическом режиме. Контей

для дозирования тех или иных компо

В любой освободившийся контейнер

неры заказов доступны оператору в не

нентов.

оператор может поместить данные но

обходимом для него объёме в виде окон

Архив базы данных предназначен

вого заказа, а именно: скопировать ре

(рис. 3), которые для удобства работы

для

долговременного

хранения

цепт требуемого образца, определить

открываются непосредственно в кад

отчётных данных о выполнении зака

Уровни планирования

и оперативного управления техпроцессом

Операторская

АРМ начальника цеха

станция 1

станция 2

(сервер АСУ ТП)

Общезаводская

Ethernet TCP/IP

сеть

Коммутатор

Уровни автоматического

управления техпроцессом

ВУ НЦУ

линии 1

линии 2

линии 3

линии 4

TSI;1

TSI;2

TSI;3

TSI;4

Рис. 2. Структурная схема комплекса вычислительных средств АСУ ТП

(ВУ НЦУ — вычислительные устройства непосредственного цифрового управления)

Рис. 3. Окно контейнера заказа

www.cta.ru

СТА 1/2005

Рис. 4. Кадр визуализации технологического процесса

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

зов, включая следующие: исходные данные из контейнеров заказов; дата, время начала и окончания заказов; фактические объёмы произведённых смесей; истории дозирования компо нентов (требуемые и фактические зна чения доз компонентов во всех заме сах, значения влажности и температу ры компонентов, время отгрузки каж дого замеса); истории вмешательств в технологический процесс. По жела нию заказчика в архиве могут вестись

истории загрузки расходных бунке ров, журналы реги страции действий оператора, регистра ции нештатных и аварийных ситуа ций, учёта моторе сурсов оборудова ния, зонального рас хода электрической

итепловой энергии

ит.д. — всего, что поддаётся инстру

ментальному или о р г а н и з а ц и о н н о инструментальному контролю.

Данные о выполнении заказов до ступны для просмотра и печати на АРМ начальника цеха/технолога и в службах предприятия (через корпора тивную сеть) в следующих вариантах группирования: сводный хронологи ческий отчёт о выполнении заказов за указанный период (смену, сутки, не сколько суток, месяц и т.д.) с данны ми о расходе материалов; сводный отчёт о выполнении заказов за ука занный период с группированием

данных по маркам смесей и с данны ми о расходе материалов; подробные отчёты о выполнении отдельных зака зов (с историями дозирования и вме шательств) и т.д.

Непременный атрибут верхних уровней управления — визуализиро ванный человеко машинный интер фейс (ЧМИ) оперативного управления технологическим процессом – имеет развитую систему отображения со стояний управляемых механизмов, ус ловных и текстовых сообщений о теку щих фазах механизмов, агрегатов и ли ний, оконную систему объявления ди ректив, инструкций, уставок, выпол нения калибровок измерительных ка налов и т.д. В качестве примера на рис. 4 приведён кадр визуализации технологического процесса на 4 й ли нии цеха. Как видно из рисунка, все агрегаты, отличающиеся многофазно стью состояний, снабжены индикато рами текстовых сообщений. Конкрет ные формулировки сообщений (на пример, «Останов выгрузки. Не от крылся выпускной затвор. Продол жить?») позволяют оператору легко ориентироваться в той или иной си туации. Но чтобы такой интерфейс

СТА 1/2005

www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

	тавлены в			системе		рует технологический процесс на сле
	четырьмя вычисли					дующих уровнях (в следующих потоках
	тельными			устрой		данных):
	ствами		НЦУ		(по	● ввод вывод сигналов через распре
	количеству линий)					делённые УСО;
	и распределёнными					● цифровая фильтрация, масштабиро
	УСО. Каждое вы					вание и иная цифровая обработка
	числительное				уст	сигналов;
	ройство укомплек					● управление отдельными механизма
	товано		изделиями			ми с учётом требуемых, фактических
	производства				фир	и системных состояний механизмов;
	мы	Octagon			Sys	● решение задач управления агрегата
	tems:		каркасами			ми, то есть функциональными объе
	5203 RM, процес					динениями механизмов, в частности,
	сорными			платами		дозаторами, смесителями, транспор
	(микроконтролле					тирующими линиями и т.д.;
Рис. 5. Рабочее место оператора системы	рами) 6050, сетевы					● решение задач обучения и адаптации
	ми	платами			5500.	к свойствам материалов и оборудова
был полноценным, требуется большое	Процессорные платы могут быть и дру					ния с целью, например, прогнозиро
количество вариантов сообщений. По	гих типов: 60х0, 6225, 5025А, 5070, 5066					вания массы падающего столба при
этому, в частности, у каждого дозатора	или СРU686Е фирмы Fastwel. УСО					дозировании и т.д.;
их более 70.	полностью укомплектованы модулями					● решение задач управления множест
Для наиболее оперативных вмеша	и другими изделиями серии СА «Ком					вом агрегатов с учётом поступающих
тельств в кадре предусмотрены кнопки	позит» производства группы компаний					«сверху» заданий, инструкций, ди
с действием «в одно нажатие». Для дру	«Элтикон» и обеспечивают удалённый					ректив, а также состояний агрегатов,
гих вмешательств и ведения диалога с	ввод вывод всех необходимых диск					механизмов и собственно управляю
системой управления в кадре имеется	ретных и аналоговых сигналов.					щей программы;
около 50 вызываемых окон. Всего в че	Вычислительные устройства				НЦУ	● планирование и регулирование по
тырёх кадрах визуализации — более	осуществляют полное		управление			тока частных заданий агрегатам с це
150 диалоговых окон. Однако, несмот	технологическим процессом в реаль					лью оптимизации использования ре
ря на высокую функциональную насы	ном масштабе времени. Их взаимо					сурсов оборудования и конвейериза
щенность ЧМИ, всем цехом легко	действие с верхними уровнями огра					ции технологического процесса;
управляет один оператор (рис. 5).	ничено приёмом заданий, инструк					● обслуживание интерфейса с верх
Кадры визуализации технологиче	ций, директив, уставок и передачей					ним уровнем, в том числе поддержа
ского процесса, так же как и данные	отчётов о текущем состоянии (векто					ние диалога при	вмешательствах,
архива, доступны удалённым клиентам	ре) управляющей программы и объек					обеспечение доступа к сохраняемым
(в первую очередь, директору завода)	та управления.					уставкам и настроечным парамет
через корпоративную сеть предпри	Управляющая программа каждой ли					рам оборудования и технологиче
ятия в реальном масштабе времени.	нии выполняет функции интеллекту					ского процесса,	формирование
Нижние уровни управления предс	ального автомата, который контроли					отчёта о текущем состоянии управ

www.cta.ru

СТА 1/2005

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

	COM
	ISA				CAххх ...		CAххх ...
5500	6050	CA713	CA713	CAххх	CAххх ...	CA713	CAххх ...

5 B

Кросс2принадлежности

Питание 24 В

6050 – процессорная плата (Octagon Systems);

Дискретные, аналоговые, число2импульсные

5500 – сетевая плата (Octagon Systems);

и иные входные2выходные сигналы

СА713 – преобразователи интерфейсов;

САххх – модули ввода2вывода сигналов;

ВУ НЦУ – вычислительное устройство непосредственного цифрового управления.

Рис. 6. Схема построения аппаратных средств НЦУ для одной технологической линии

ляющей

программы

и объекта

ренних

переменных

программы

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

управления (объём отчёта для задач

и т.д. —

всего два

десятка

вопросов,

НЕПОСРЕДСТВЕННОГО

автоматизации подобного класса –

сам факт наличия которых снижает

УПРАВЛЕНИЯ

порядка тысячи переменных или тэ

потенциальную отказоустойчивость

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ

гов);

исполняемой программы НЦУ. Во

ПРОЦЕССОМ

● непрерывное сохранение данных о

вторых, ПО нижних уровней при од

Конфигурация

аппаратно про

текущем состоянии (с контролем це

ном

управляющем вычислительном

граммных средств в описываемом про

лостности данных) для обеспечения

устройстве в контуре НЦУ можно от

екте во многом продиктована наличи

в случае несанкционированного вы

ладить на рабочем месте программи

ем четырёх независимо

работающих

ключения

питания

возможности

ста (так, собственно, и делается), для

технологических линий.

Так, если

«поднять» технологический процесс

чего достаточно иметь под рукой кор

средства верхних уровней управления

с той фазы, на которой он был пре

зину с процессорной платой, которая

являются общими для четырёх линий

рван;

потом уедет на объект. В третьих, ре

(поскольку в системе общая база дан

● непрерывная диагностика состояния

сурсы современных изделий процес

ных,

технологическим

процессом

технических средств системы управ

сорной группы, в частности, произ

управляет один оператор и т.д.), то ап

ления, питающих сетей и т.д.;

водства фирм Octagon Systems и Fast

паратные средства, а заодно и управ

● решение других задач, например об

wel, позволяют без проблем локализо

ляющие программы нижних уровней

служивание интерфейсов с автоном

вать

управление

технологическим

разделены между линиями. Основной

но работающими приборами и обо

процессом на одной вычислительной

резон в таком разделении — возмож

рудованием.

платформе при любой сложности за

ность

независимого

останова линий

Локализация программного обеспе

дач НЦУ и ёмкости УСО до 1000 вход

для выполнения регламентного обслу

чения НЦУ на одной вычислительной

ных и выходных сигналов. В четвёр

живания технологического оборудова

платформе имеет как очевидные, так и

тых, для исполнения программы НЦУ

ния.

не совсем очевидные преимущества.

достаточно операционной

системы

На рис. 6 приведена фактически ти

Во первых, разработка ПО ведётся це

MS DOS и любого многозадачного

повая схема построения аппаратных

ликом для неделимого технологиче

ядра к ней. Причём среда разработки

средств НЦУ для неделимого техноло

ского участка, в одной среде и для од

ПО вообще не имеет принципиально

гического участка, в данном случае —

ной платформы, что снимает массу

го значения, и в группе компаний

для одной линии. Как видно, вычис

лишних вопросов, например: как рас

«Элтикон» разработка выполняется с

лительное устройство НЦУ является

пределить задачи и обеспечить цело

использованием

широко

распро

отдельным узлом сети. Оно конструк

стность данных в контуре НЦУ с не

странённых программных продуктов,

тивно обособлено и содержит блок пи

сколькими управляющими вычисли

так как специализированные системы

тания, монтажный каркас, процессор

тельными устройствами; можно ли в

автоматизированного

проектирова

ную плату, сетевую плату Ethernet для

этом случае обойтись единой средой

ния всё равно не покрывают весь ком

обмена данными с верхними уровнями

разработки ПО и насколько она адек

плекс

необходимых

разработок —

управления и преобразователь интер

ватна решаемым задачам; как обеспе

системной, функциональной, алго

фейсов RS 232/TSI для обмена данны

чить в контуре НЦУ единую сетку ре

ритмической и программной (исклю

ми с модулями удалённого ввода вы

ального времени для согласованной

чение составляют разве что простей

вода сигналов. В последнее время при

цифровой обработки сигналов и внут

шие задачи НЦУ).

меняются процессорные платы с рези

СТА 1/2005

www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

дентными адаптерами сети Ethernet,						Таблица 2
например плата 5070 фирмы Octagon				Перечень наиболее часто применяемых модулей серии СА «Композит»
Systems. В этом случае вычислитель
ное устройство НЦУ комплектуется			Тип		Назначение, краткие характеристики
всего лишь	блоком питания (24 В,
			СА713	Коммуникационный модуль (преобразователь интерфейсов RS;232/TSI и обратно, до
1 А), процессорной платой, преобра
						300 кбит/с)
зователем интерфейсов и собирается в
			СА324	Модуль ввода сигнала тензометрической системы весов или дозатора (18 разрядов АЦП,
подходящем	корпусе	(например
					15000…60000 точек разрешения)

INLINE фирмы Schroff) элементар			СА318	Модуль ввода аналоговых сигналов постоянного/переменного тока (8 каналов,
ным образом: комплектующие изде
					12 разрядов АЦП, 10 мВ…5 В, 20 мА)

лия крепятся и соединяются между со			СА220	Модуль вывода дискретных сигналов (24 канала, 24 В постоянного тока)
бой одним плоским кабелем и четырь			СА172	Модуль ввода дискретных сигналов (24 канала, 24 В постоянного тока)
мя проводниками цепей питания.			модули	запитываются	напряжением	24 В постоянного тока) с поканальной
Надёжность такого устройства оказы
вается существенно выше надёжности			16…32 В	постоянного	тока, имеют	гальванической изоляцией или без та
базовых блоков многих		популярных	групповую изоляцию входов выходов,			ковой и т.д.
ПЛК и систем сбора данных и управ			а коммуникационный модуль (преоб			Модули ввода вывода сигналов и
ления.			разователь интерфейсов) — полную			кросс принадлежности к ним компо
Остальные узлы сети по своему			изоляцию приёмопередатчика сигна			нуются в узлы сети исключительно по
функциональному назначению явля			лов из линии в линию связи, цепей			топологическому признаку, то есть так,
ются устройствами связи с объектом			питания и шины обмена данными с			как их удобно распределять и конст
(УСО) и комплектуются преобразова			другими модулями в узле. К кросс			руктивно размещать на объекте. Для
телями интерфейсов TSI/RS 232 (по			принадлежностям относятся пассив			сборки устройств (узлов) не требуются
одному на узел), модулями ввода вы			ные клеммные соединители, клемм			специальные конструктивы, так как
вода сигналов (до 20 на узел), необхо			ные соединители с усилителями тока			модули и кросс принадлежности со
димыми кросс принадлежностями и			выходных сигналов, блоки реле, бло			единяются между собой плоскими ка
блоками питания. В табл. 2 приведён			ки поканальной гальванической изо			белями с IDC разъёмами.
перечень модулей серии СА «Компо			ляции входных сигналов, преобразо			В конкретном проекте для каждой
зит», которые наиболее часто приме			ватели уровней входных сигналов (на			технологической линии имеется один
няются в системах управления. Все			пример,	220 В переменного тока в		узел с вычислительным устройством

www.cta.ru

СТА 1/2005

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

НЦУ и пять узлов удалённого ввода

● приём/переда

вывода сигналов (максимальное коли

ча сигналов из

чество узлов в одной сети — 32). Один

линии/в линию

из вариантов конструктивного испол

осуществляет

нения УСО показан на рис. 7.

ся через гальва

Модули ввода;вывода

Основой для объединения устройств

нически изоли

Коммуникационный

нижних уровней управления в сеть яв

рованные

со

модуль

ляется

Transparent

serial

interface

стороны линии

Клеммники

(TSI) — интерфейс, разработанный в

к о н в е р т о р ы

(DI, DO, AI…)

группе компаний «Элтикон».

(иначе —

пре

Блоки реле

TSI – это полевой интерфейс, реали

образователи

(DO 250 В, 5 А)

зующий функции канала последова

интерфейсов, в

тельной передачи данных. Назначение

описываемой

Преобразователь

TSI — объединение удалённых уст

системе это мо

неунифицированных

сигналов

ройств в многоточечную сеть для осу

дули

типа

ществления обмена данными в полуду

СА713),

схема

плексном режиме через их последова

подключения

тельные порты RS 232 или иные пор

конверторов к

ты, имеющие раздельные линии RхD

линии

приве Рис. 7. Шкаф с УСО в смесительном отделении линии № 3

(принимаемые асинхронные данные) и

дена на рис. 8;

TхD (передаваемые асинхронные дан

● задержка освобождения линии кон

провода) линии при амплитудном

ные). Технические требования к TSI

вертором после прекращения пере

значении помехи до 2500 В и средне

распространяются на каналообразую

дачи данных активным устройством

квадратическом

её

значении

до

щую аппаратуру и линию связи, но не

при старт стопном методе переда

500 В, на рис. 9 приведена схема про

оговаривают протокол обмена и мето

чи — не более длительности стоп би

верки работоспособности конверто

ды доступа к линии связи.

та от момента его начала, то есть ли

ров в условиях действия помехи об

TSI имеет два варианта специфика

ния гарантированно освобождается к

щего вида;

ции: А — для сети равнозначных уст

моменту окончания стоп бита;

● конверторы индифферентны к об

ройств; В — для сети неравнозначных

● конверторы сохраняют работоспо

рыву, короткому замыканию линии и

устройств, часть из которых условно

собность

(обеспечивают

передачу

к конфликтным ситуациям в линии

определяется как master устройства, а

данных) в условиях действия помехи

независимо от количества одновре

остальные — как slave устройства.

общего вида относительно местной

менно активизированных формиро

В соответствии со спецификацией В

«земли» и/или экрана (дренажного

вателей;

интерфейс должен обеспечивать аппа

ратное

разделение

направлений «к

slave» и «от slave». Такое разделение на

правлений даёт возможность 100 про

центной загрузки канала при передаче

данных старт стопным методом и по

вышает надёжность обмена.

...

... CNVn

TSI спецификации А заменяют ин

CNV1

CNVi

терфейс RS 485 во всех применениях, а

спецификации В — во всех примене

ниях с разделением устройств в сети на

группы master и slave. Обратное утвер

Данные

ждение несправедливо, то есть RS 485

не заменяет TSI.

Условные обозначения:

Далее приведены основные техниче

CNVi (i = 1…n) — конверторы; G — формирователи (передатчики) сигналов;

ские данные и характеристики TSI обе

R — приёмники сигналов; Ji — последовательные порты конверторов;

их спецификаций:

Rc — нагрузочные резисторы на концах линии связи (120 Ом).

● физическая среда

распространения

Рис. 8. Структурная схема канала передачи на основе TSI

сигналов передачи данных — двух

проводная симметричная линия свя

CNV1

CNV2

зи (далее — линия) с номинальным

значением волнового сопротивления

TxD

120 Ом (дренажный провод в линии

R1, R2

не требуется);

RxD

27 Ом

RxD

● уровни сигналов в линии лежат в

GND

Источник помехи

GND

диапазоне ±(2,6…5,8) В;

● скорость передачи данных не специ

фицируется (в конкретных приложе

ниях — 115,2 кбит/с и более);

Рис. 9. Схема проверки работоспособности конверторов в условиях действия помехи общего вида

СТА 1/2005

www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

●конверторы не изменяют информа ционно временную структуру дан ных, передаваемых в сети, за исклю чением задержек, обусловленных распространением сигналов (то есть канал передачи данных физически

«прозрачен» для устройств в сети). Таким образом, в схеме на рис. 6 пре

образователи интерфейсов и линия свя зи образуют распределённую безынер ционную шину, которая позволяет осу ществлять прямой обмен данными ме жду процессорной платой и модулями ввода вывода через последовательные порты этих устройств.

TSI обеих спецификаций широко применяются группой компаний «Эл тикон» с 1996 года. Именно тогда при шлось выбирать между RS 485 и соб ственной разработкой. С одной сторо ны, RS 485 является широко распро странённым полевым интерфейсом и имеет в своей основе удачные систе мообразующие предпосылки: незави симость от сетевого протокола, воз можность объединять в сеть устройст ва через их стандартные СОМ порты, достаточно большую протяжённость линии связи при небольшом количест ве проводников в ней (два сигнальных и дренажный) и т.д. [1]. С другой сто роны, RS 485 имеет «хлопотные» не достатки на уровне физики канала, как то:

●недостаточная «прозрачность» кана ла передачи данных (для синхрони зации приёмников требуются паузы между пакетами данных; недостат ком является не только наличие пауз, но и необходимость весьма точного согласования по времени всех уст ройств);

●необходимость своевременного включения выключения передатчи ков для занятия освобождения ли нии активными устройствами (про стые способы управления состояни ем передатчиков приводят к провалу уровня сигнала в линии при её осво бождении; более сложные способы требуют жёстких соглашений и не оправданных затрат на их реализа цию);

●недостаточная помехоустойчивость (приёмопередатчики сохраняют ра ботоспособность при действии по мехи общего вида с амплитудой до 7 В относительно потенциала дре нажного провода и помехи нормаль ного вида с амплитудой всего лишь

до 0,2 В в состоянии «линия свобод 40 на»; в промышленных условиях

уровни помех нередко превышают указанные значения).

Следует отметить, что гальваниче ская изоляция приёмопередатчиков не улучшает устойчивость интерфейса RS 485 к помехам и перенапряжениям, но позволяет уменьшить уровни созда ваемых в линии помех, правда, не все гда до приемлемых значений.

Указанные недостатки интерфейса RS 485, во первых, не позволяют соз давать на его основе каналы передачи данных с коэффициентом загрузки, близким к 100% (особенно при малой длине пакетов), а во вторых, требуют учёта конкретной электромагнитной обстановки на каждом объекте и не редко принятия дополнительных мер для обеспечения необходимой помехо защищённости каналов передачи дан ных в промышленных условиях. По этому в конечном счёте и был сделан выбор в пользу TSI.

С 2001 года в эксплуатацию введено более 60 систем управления с распре делёнными УСО на основе TSI. Об щее количество независимо работаю щих сетей ввода вывода сигналов в этих системах — около 100. В каждой сети обмен данными с модулями вво да вывода сигналов осуществляется в темпе 1000 сеансов связи «запрос от вет» за одну секунду. Нетрудно под считать, что при равномерном вводе систем в эксплуатацию за указанный период и коэффициенте загрузки обо рудования не менее 30% общее коли чество состоявшихся сеансов связи во всех сетях превышает 1012. Имеющие ся в системах регистраторы не обна ружили при этом ни одной ошибки в каналах передачи данных. И это не смотря на то что:

●во первых, УСО распределяются на объектах совершенно произвольным образом и линии связи между ними прокладываются по общим кабель ным трассам без каких либо специ альных мер защиты от помех (меры на всякий случай разработаны, но ещё ни разу не применялись);

●во вторых, на многих объектах бы вает сложная и непредсказуемая электромагнитная обстановка, кото рая создаёт иногда весьма сущест венные проблемы при работе с кана лами Ethernet даже в случае наличия помехозаграждающих развязок в ви де концентраторов и других уст ройств;

●в третьих, в каждом сеансе связи с модулями ввода вывода сигналов

контролируется тридцать (!) призна ков достоверности данных, и если хотя бы по одному признаку обнару живается ошибка обмена, данные считаются недостоверными, а сеанс связи объявляется несостоявшимся с регистрацией типа ошибки.

И, наконец, кратко о драйвере вво да вывода сигналов. Драйвер работает с сетевым квантом времени, равным 1 мс. Для этого системный таймер на процессорной плате перестраивается на 1 мс, что под MS DOS делается до статочно просто. В течение одного се тевого кванта, то есть в одном времен ном слоте, осуществляется обмен дан ными с одним из модулей ввода выво да в соответствии с его сетевым адре сом в режиме «запрос ведущего — от вет ведомого». Одного слота достаточ но для ввода или вывода 24 дискретных сигналов или двух 12 разрядных анало говых сигналов и т.д.

Процесс обмена со стороны драйве ра происходит следующим образом: по запросу прерывания системного тай мера в процедуре обработки запроса в буфер передатчика СОМ порта поме щаются подготовленные данные за проса в текущем временном слоте оп ределенному модулю в сети; из буфера приёмника СОМ порта считываются данные ответа на запрос в предыдущем временном слоте; принятые данные обрабатываются (анализируются на предмет отсутствия ошибок обмена, фильтруются, масштабируются и объ являются другим задачам); подготав ливаются данные запроса в следующем временном слоте. Важно то, что драй вер работает только по прерываниям системного таймера и отвлекает незна чительную долю времени процессора. Модуль, которому адресован запрос, отвечает практически немедленно по сле приёма запроса. Ответ следует только в том случае, если в принятых данных не обнаружены ошибки, иначе модуль «молчит».

Скорость передачи данных в сети удалённого ввода вывода сигналов обычно равна 115,2 кбит/с. Реальное время обмена в одном сеансе «запрос ответ» не превышает 0,86 мс. Сеть мо жет быть настроена на скорость 230,4 кбит/с. В этом случае обмен данными происходит в два раза быст рее.

Настройка драйвера на конкретный проект заключается в указании типов (форматов данных) имеющихся в сети модулей и последовательности их цик

www.cta.ru

СТА 1/2005

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь С Т Р О Й М А Т Е Р И А Л О В

лического опроса. В конкретной систе ме управления для Тушинского завода ЖБК цикл опроса модулей в сети равен 10 мс, то есть состоит из десяти вре менных слотов. Ввод вывод большин ства сигналов осуществляется именно с таким циклом. И только самые «мед ленные» сигналы, например от датчи ков температуры, вводятся с «проре женным» циклом 50 мс.

Ограниченный объём одной статьи не позволяет подробнее рассмотреть сетевой протокол и другие вопросы по строения аппаратно программных средств НЦУ.

В качестве резюме следует остано виться на вопросах надёжности моду лей серии СА «Композит» [2], так как о высокой надёжности других аппа ратных средств описываемой систе мы управления много сказано в дру гих публикациях. По совокупности характеристик изделия серии СА «Композит» изначально рассчитаны на применение в ответственных сис темах управления в промышленно сти, на транспорте, в энергетике. Рас чётные характеристики надёжности подтверждаются, в частности, сле

дующим фактом: с 2001 года в экс плуатацию введено более 2000 таких изделий, на которые приходится только один неподтверждённый от каз (изделие осталось у его владель ца). Экстраполяционная оценка среднего времени наработки одного изделия на отказ при имеющейся ста тистике зависит от применяемого ме тода расчёта, но в любом случае ре зультат для модулей серии СА исчис ляется десятками лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленный в статье проект от личается большим объёмом подгото вительных, монтажных и пусконала дочных работ на объекте, особенно ес ли учесть, что заказчик «взял на себя повышенные обязательства», изгото вив новые грузоприёмные устройства дозаторов цемента и инертных компо нентов. Тем не менее все работы на объекте выполнены всего лишь за шесть месяцев и без остановки произ водства. Точнее говоря, каждая из тех нологических линий останавливалась на три дня (пятницу, субботу, воскре сенье).

Авторы выражают признательность сотрудникам Тушинского завода ЖБК: главному инженеру А.М. Билыку, замес тителю главного инженера И.Д. Требе сову, начальнику БСЦ И.Н. Толкачёву, механику БСЦ А.И. Филатову, инжене ру КИПиА А.Ю. Горчилину, начальнику лаборатории Г.Л. Войцеховской, началь нику АСУП А.А. Зюлину, а также замес тителю директора ЗАО «Компьютел» О.А. Малееву — за взаимопонимание и профессиональное сотрудничество со специалистами группы компаний «Эл тикон» при выполнении работ на объек те и вводе АСУ ТП в эксплуатацию. ●

ЛИТЕРАТУРА

1.Локотков А. Интерфейсы последователь ной передачи данных. Стандарты EIA RS 422/RS 485// Современные техноло гии автоматизации. — 1997. — № 3.

2.ТУ РБ 100221115.001 2002. Система авто матизации блочно модульная СА «Ком позит». Технические условия.

Авторы — сотрудники группы компаний «Элтикон» Телефоны: (095) 786 7670, (+375 17) 289 6333

СТА 1/2005

www.cta.ru

Соседние файлы в папке ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ

#
21.03.2016620.83 Кб141СУ_УчасткомТермообраб.pdf
#
21.03.2016749.67 Кб131СУ_ФанерногоПресса.pdf
#
21.03.2016855.97 Кб141СУ_ШахтнойПодемУст.pdf
#
21.03.2016390.63 Кб121СУ_ЭлектроприводСтана.pdf
#
21.03.2016342.98 Кб121СУбетоносмесУстановка.pdf
#
21.03.2016240.06 Кб121СУбетонСмесей.pdf
#
21.03.2016436.06 Кб121СУбрагоректифКалонной.pdf
#
21.03.2016422.46 Кб151СУвентиляторныхГрадирен.pdf
#
21.03.2016759.69 Кб141СУводогрейнымиКотлами.pdf
#
21.03.2016369.33 Кб141СУводянойЗавесой-6.pdf
#
21.03.2016215.85 Кб141СУвращПечи.pdf