Автоматизация блочно-модульной котельной

Открывать крышки модулей для замены предохранителей следует только при выключенном автомате питания шкафа и отключенном напряжении питания коммутируемых цепей. Порядок установки и подготовки к работе.

Установка и подключение устройства производится в соответствии с утвержденной в установленном порядке проектной документацией и схемой подключения. Электрические линии связи выполняются кабелем с многопроволочными медными изолированными жилами сечением от 0.35 до 0.75 мм". Рекомендуемые типы кабелей МКШ. МКЭШ. МКШМ ГОСТ 10 348–80. Длина линий связи не должна быть более 50 м. Заземление экранирующих металлорукавов цепей термопреобразователей сопротивлений и токовых цепей 4−20 мА должно обязательно выполняться с обоих концов металлорукава. Для линии связи с компьютером верхнего уровня по интерфейсу RS-485необходимо использовать симметричный кабель для интерфейса RS-485 с волновым сопротивлением 120 Ом. Рекомендуемые типы кабелей:

КИПвЭВ 1.5x2x0.78: КИПЭВ 2x2x0.6 илианалогичные. При использовании кабеля «витая пара» типа UTP категории не ниже 4 с волновым сопротивлением 100 Ом в качестве терминальных резисторов следует использовать внешние терминальные резисторы номиналом 100 Ом. предварительно сняв перемычки XS20(XS21) на головном модуле контроллера. Длина линии связи — до 1000 м. Подключение внешних цепей производится к съемным фронтальным соединителям, которые закрываются защитными крышками. Наличие фронтальных соединителей упрощает выполнение операций подключения соединительных проводников и позволяет производить замену модулей без демонтажа их внешних цепей. Этикетка для маркировки внешних цепей входит в комплект поставки модуля. Операции замены модулей могут выполняться без отключения питания контроллера. Питание контроллера выполняется от внешних источников питания 27 В. Контроллер поставляется с источниками питания. Для обеспечения надежного питания используйте комплект из двух источников с подключением к различным фидерам. Программное обеспечение, установленное в контроллере и панели оператора, представляет собой гибкую систему с возможностями настройки без использования внешних программирующих устройств (программаторов).

Оно позволяет редактировать различные параметры системы (настройка временных интервалов алгоритма, настройка ПИД-регуляторов и т. д.), осуществлять проверку срабатывания автоматики безопасности методом имитации, без останова котла. Кроме того, в программе предусмотрена возможность настройки параметров аналоговых входов ПЛК для применения Подключение к ЛВСПри использовании верхнего уровня для регистрации событий и текущих параметров, графического отображения технологического процесса, необходимо произвести подключение контроллера к удаленному компьютеру для этого используется основная линия RS-485 (через разъем Х14 головного модуля).Принцип работы преобразователя RS-485 — последовательный порт заключается в использовании этого модуля как интерфейса для приема из сети всех сообщений, предназначенных для ПЛК, преобразование их в сигнал последовательного порта и передача в ПЛК через порт 4. Этот модуль работает полностью автономно, иными словами, ПЛК не может различить источника сообщения — локальная или глобальная сеть, поэтому он отвечает на сообщение точно также, как на сообщение от обычного интерфейса RS232. Если модуль получает сообщение ответа от ПЛК, то он преобразует это сообщение в пакет данных для глобальной сети и передает его в сеть. Необходимо подчеркнуть, что если инфраструктура сети является сложной, то сеть не подходит для управления и передачи данных в реальном масштабе времени, ее можно использовать только для контроля, но не для управления. Основной причиной использования сети в промышленных условиях является удобство подключения. Из-за различных требований к сетевым приложениям данный модуль обеспечивает два режима работы — режим сервера и режим клиента. При работе в режиме сервера модуль Ethernet ожидает поступление сообщения из сети. После декодировки принятого сообщения он пересылает его через последовательный порт главному блоку ПЛК.

Этот модуль принимает ответное сообщение от ПЛК, преобразует его в сетевой формат и передает в сеть, завершая, таким образом, транзакцию в режиме сервера. При работе в режиме клиента модуль Ethernet ожидает поступление сообщения от последовательного порта. Если принятое сообщение предназначено для ПЛК, установленного на удаленной площадке и подключенного по сети, то модуль Ethernet преобразует его в сетевой формат и передает в сеть. После передачи сообщения в сеть модуль Ethernet ожидает сообщение ответа от сети и после приема этого сообщения ответа он пересылает его в последовательный порт для ПЛК, завершая, таким образом, транзакцию в режиме клиента. Рисунок 4.8 — Схема подключения удаленного компьютера.

Связь ведущего контроллера АГАВА 6432.

10 управляющего работой ведомых контроллеров АГАВА6432.

10 осуществляется по дополнительному интерфейсу -2линииRS-485 (через разъемы XI3головных модулей ведущего и ведомых контроллеров).Из-за различных требований к сетевым приложениям данный модуль обеспечивает два режима работы — режим сервера и режим клиента. При работе в режиме сервера модуль Ethernet ожидает поступление сообщения из сети. После декодировки принятого сообщения он пересылает его через последовательный порт главному блоку ПЛК. Этот модуль принимает ответное сообщение от ПЛК, преобразует его в сетевой формат и передает в сеть, завершая, таким образом, транзакцию в режиме сервера. Для связи ведущего и ведомых контроллеров используется проводное соединение типа «витая пара» с волновым сопротивлением 120 Ом хтя интерфейса RS-485. Необходимо обратить внимание, что на длинной линии связи с обеих сторон должны быть подключены резисторы-терминаторы для согласования волнового сопротивления линии. В единую сеть может быть объединено до 32 устройств. Резистор — терминатор устанавливается со стороны преобразователя интерфейса возле компьютера и на наиболее удаленном контроллере или для дополнительной лини RS-485 на обшекотельном контроллере и наиболее удаленном котловом контроллере. Рисунок 4.9 — Схема соединения ведущего и ведомого контроллеров.

Подключение резистора-терминатора в контроллере осуществляется установкой перемычки на разъем XS20 (или XS21) головного модуля. Контроллеры выпускаются с установленными перемычками, поэтому при установке связи с несколькими контроллерами, лишние перемычки необходимо снять. Топология и состав аппаратных средств.

Проектируемая АСУ ТП представляет многоуровневую функционально распределенную многомашинную систему. Иерархически структура ПТК каждой АСУ ТП по вертикали включает следующие уровни:

Как уже было показано выше — проектируемая АСУ является многоуровневой системой. На первом (низшем) уровне находятся датчики измерения технологических параметров и объекты управления (клапаны, приводы и т. п.)Средний уровень представлен устройствами сбора и предварительной обработки информации и автоматического управления работой котла. Верхний уровень, реализует функции отображения информации, оперативного (дистанционного) или автоматизированного управления как установкой в целом, так и отдельными её элементами, а также все неоперативные функции АСУ ТП (протоколирование, архивация и т. п.);На рисунке 4.10 представлена архитектура системы управления котлом.

Рисунок 4.10 — Архитектура проектируемой системы управления.

Операторская станция предназначены для управления работой системы, мониторинга текущего режима работы, контроля технологического процесса, сигнализации и т. д.Инженерная станция необходима для настройки и программирования контроллеров и разработки SCADA проекта для операторской станции. Сервер данных осуществляет передачу данных о состоянии технологического процесса, хранения полученной информации. Программно-технические комплексы построена на базе дублированной локальной вычислительной сети типа Ethernet с применением современных коммутаторов с автоматическим переключением скорости — 100/10 Мбит/с. Оборудование верхнего уровня обеспечивает работу по сети со скоростью передачи информации 100 Мбит/с. Контроллеры нижнего уровня обеспечивают работу по сети RS-485.ПТК Сети сбора технологической информации (ССТИ) состоит из следующих элементов: сервера данных, межсетевого шлюза, АРМ инженерно-технической службы, АРМ операторов и OPC-сервера ССТИ. Эти основные элементы ПТК ССТИ расположены в ШК ССТИ, где также располагается сетевое оборудование, элементы системы питания, KVM — панель, система вентиляции, элементы диагностики шкафа. Сетевое оборудование реализует через Ethernet-сеть терминальную шину ССТИ. Терминальная шина ССТИ объединяет основные элементы ПТК ССТИ в вычислительную сеть, в нее включены сетевое оборудование, указанное выше. Через терминальную шину ССТИ пользователи системы связываются с сервером ССТИ.

4.3Архитектура системы управления.

Верхний уровень включает в себя: ПЛК, коммутационный модуль, станции распределенного ввода — вывода. Управление осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ), где размещены рабочие места операторов, обслуживающих секцию установки. Контроллер обеспечивает непрерывный опрос датчиков, диагностику модулей. Контроллеры имеют сторожевой таймер, исключающий «зависание». В каждом блоке размещается два комплекта контроллеров со всеми вспомогательными устройствами. Оба контроллера функционируют постоянно. Один рабочий контроллер, второй находится качестве резервного.

При сбоях в роботе основного контроллера, автоматически все функции берет на себя резервный контроллер. Все распределенные промышленные системы имеют иерархическую структуру, для разных уровней которой предъявляются различные требования по производительности, предсказуемости времени доставки информации, помехоустойчивости и др. На нижних уровнях иерархии (сбор данных с датчиков и управление исполнительными устройствами) используются так называемые полевые шины. На верхнем иерархическом уровне автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) доминирующим типом сети в настоящее время является Ethernet. При скорости передачи 100 Мбит/с, она позволяет использовать различные физические среды передачи данных (экранированная витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптическая линия), обеспечивая (в зависимости от среды передачи данных) длину шины от десятков метров до десятков километров. Стремительный рост вычислительной мощности персональных компьютеров (ПК), сопровождающийся почти столь же быстрым снижением их стоимости, привел к полному вытеснению мини-ЭВМ с верхнего и среднего уровней АСУ ТП, что сопровождалось радикальным изменением идеологии организации операторских пультов, центральных пультов технологов и диспетчеров.

Вместо громоздких пультов контроля и управления с многочисленными встроенными измерительными приборами, электрифицированными мнемосхемами, сигнальными лампочками и органами управления стали использоваться компьютерные дисплеи со стандартной или специализированной функциональной клавиатурой. Таким образом, ПК со стандартными периферийными устройствами полностью обеспечивал построение операторских и диспетчерских пультов контроля и управления, включая и необходимые вычислительные ресурсы. При этом центральные пульты, располагающиеся, как правило, в специально оборудованном помещении, не требовали специального исполнения ПК, что позволяло использовать дешевые ПК офисного исполнения. Проникновение ПК на верхний и средний уровни АСУ ТП стимулировало и разработку совместимых с ПК промышленных контроллеров. Большое разнообразие и доступность элементной базы, легкость конфигурирования таких контроллеров под те или иные задачи на различных иерархических уровнях АСУ ТП, удобство и привычность их программирования в операционной среде Windows с помощью специально созданных для этих целей SCADA-систем обеспечили их высокую привлекательность для фирм — системных интеграторов, занимающихся разработкой и внедрением АСУ ТП. И, наконец, основным направлением развития на современном этапе является унификация и создание мощных инструментальных средств разработки программного обеспечения (ПО) для АСУТП — SCADA систем в программной среде наиболее популярных ОС ПК: Windows 98, Windows 2000, Windows NT, QNX, UNIX и др. Верхний уровень.

ЭВМ верхнего уровня.

Рабочая станция — АРМ оператора. Рабочее место оператора (АРМ) обеспечивает: — предоставление информации о ходе технологического процесса в виде числовых значений параметров, цветовой индикации состояния оборудования, технологических сообщений, а также изменения технологических параметров;- индикацию предупредительных и предаварийных значений параметров с выдачей сообщений, содержащих полную информацию о параметре;- сбор, хранение и обработку базы данных технологических параметров, архивацию параметров;- вывод информации о граничных значениях параметров;- звуковую сигнализацию, оповещающую о предаварийных ситуациях и др. АРМ оператора состоит из рабочей станции — персонального компьютера, выполненного в промышленном исполнении. Технические характеристики ЭВМ верхнего уровня представлены в таблице № 2. На компьютер устанавливается операционная система Windows 2000 Professional, необходимые драйвера, а так же следующее программное обеспечение: OfficeXP (обязательная установка MSAccess), речевое ядро и речевой синтезатор, для озвучивания событий, поступающих в протокол, SCADA пакет STEP 7, а так же WinCC. С рабочей станции оператор управляет объектом, следит за его состоянием, здесь же ведется журнал, в который заносится каждое действие диспетчера и изменение состояние объекта. Функции журнала выполняет программа протокол. Кроме того, информация о состоянии системы отображается на видеостене, под управлением контроллера видеостены. Контроллер видеостены так же выполнен на основе IBMPC совместимого компьютера в промышленном варианте. Характеристики контроллера видеостены идентичны характеристикам рабочей станции. На контроллер видеостены устанавливается то же программное обеспечение, что и на компьютер оператора.

К контроллеру видеостены подключена такая же мышь и клавиатура. К разъемам DVIподключенавидеостена, состоящая из 4- мониторов 40 дюймовых монитора: NECLCD4000 (LCD, 1280×768, BNCx5, D-Sub, DVI-D, RCA, S-Video, ДУ). Мониторы расположены в 2 ряда и в 2 строки. Проектируемая АСУ ТП представляет многоуровневую функционально распределенную многомашинную систему. Иерархически структура ПТК каждой АСУ ТП по вертикали включает следующие уровни:

Как уже было показано выше — проектируемая АСУ является многоуровневой системой. На первом (низшем) уровне находятся датчики измерения технологических параметров и объекты управления (клапаны, приводы и т. п.)Средний уровень представлен устройствами сбора и предварительной обработки информации и автоматического управления работой насоса. Верхний уровень, реализует функции отображения информации, оперативного (дистанционного) или автоматизированного управления как установкой в целом, так и отдельными её элементами, а также все неоперативные функции АСУ ТП (протоколирование, архивация и т. п.);Операторская станция предназначены для управления работой системы, мониторинга текущего режима работы, контроля технологического процесса, сигнализации и т. д.Инженерная станция необходима для настройки и программирования контроллеров и разработки SCADA проекта для операторской станции. Сервер данных осуществляет передачу данных о состоянии технологического процесса, хранения полученной информации. Элементы системы питания включают в себя источник бесперебойного питания, система переключения электропитания, блоки питания, автоматы питания. Питание системы автоматизации осуществляется от блоков питания. Импульсные блоки питания с коммутацией на первичной стороне в формате модулей АГАВА. Формирование напряжений 27 В, необходимых для питания всех модулей через внутреннюю шину контроллера. Защита от коротких замыканий в цепи нагрузки. Мониторинг наличия выходных напряжений с передачей аварийных сообщений в центральный процессор в случае исчезновения хотя бы одного из двух выходных напряжений. Наличие отсеков для установки буферных батарей, обеспечивающих защиту содержимого оперативной памяти и карты памяти RAM при перебоях в питании контроллера. Блок питания устанавливается в слот 1 монтажной стойки и соединяется с остальными модулями через внутреннюю шину контроллера. При использовании резервированных схем питания первый блок питания устанавливается в слот 1, второй — в слот 3 монтажной стойки. Все сигнальные модули SM 431 позволяют выполнять необязательное изменение адресов встроенных каналов вывода, присваиваемых модулю по умолчанию в процессе конфигурирования аппаратуры контроллера. Такое изменение может использоваться, например, для устранения пустых областей в адресном пространстве контроллера. Остальной набор настраиваемых параметров зависит от конкретного типа модуля. Настройка каналов Выбор режима работы:

канал деактивирован, на уровне каждого канала;

измерение сигналов напряжения для каждой пары каналов (кодовый элемент в положении «B») с возможностью настройки каждого канала:

на диапазон измерений ±1 В, 1 … 5 В или ±10 В,-на частоту подавления помех 50 или 60 Гц;измерение сигналов силы тока с 2-проводными схемами подключения датчиков для каждой пары каналов (кодовый элемент в положении «D») с возможностью настройки каждого канала:

на диапазон измерений 4 … 20 мА,-на частоту подавления помех 50 или 60 Гц;Программное обеспечение, установленное в контроллере и панели оператора, представляет собой гибкую систему с возможностями настройки без использования внешних программирующих устройств (программаторов). Оно позволяет редактировать различные параметры системы (настройка временных интервалов алгоритма, настройка ПИД-регуляторов и т. д.), осуществлять проверку срабатывания автоматики безопасности методом имитации, без останова котла. Кроме того, в программе предусмотрена возможность настройки параметров аналоговых входов ПЛК для применения различных датчиков.

4.4Алгоритм программной части.

Под алгоритмом управления понимается описание процедуры обработки информации о наблюдаемых переменных состояния с целью определения управляющих воздействий, реализуемых для получения требуемых показателей управляемого процесса как в установившемся, так и в переходном режиме. Для упрощения задачи программиста при написании программного обеспечения для контроллера технолог должен предварительно составить алгоритм управления, который, в свою очередь, должен давать четкое представление о том, какую последовательность действий нужно произвести, чтобы наилучшим образом решить поставленную задачу.

рограмма должна выполнять следующие функции: — при выходе технологических параметров за допустимые пределы сигнализировать об этом оператору в SCADA-систему;- для параметров, по которым предусмотрена блокировка, при дальнейшем их росте выдать сигнал на управление соответствующим блокирующим оборудованием. После проверки канала на исправную работу происходит чтение и запись в память данных с датчика в масштабе, предназначенном для ПИД-регулирования (выбран при составлении слова конфигурации для модулей).Параллельно сэтим происходит масштабирование данных в реальные величины, для последующей передачи на верхний уровень (HMI — Human-MachineInterface). Данные в масштабе, предназначенном для ПИД-регулирования (0 — 16 383) используются в процедуре регулирования, как входные данные для ПИД-функции. Выработанное ПИД-инстукцией управляющее воздействие анализируется при помощи функций сравнения, и на основе полученного результата устанавливается требуемое положение клапана, после чего происходит возврат в основную программу[19].

При подаче питания микроконтроллер инициализирует порты ввода-вывода, переводя их в высокоимпедансное состояние, производит настройку и запуск таймера. Таймер отсчитывает время между выборками. При переполнении таймера генерируется запрос на прерывание и происходит запуск управления блоком. После запуска таймера, ПЛК производит инициализацию подключенных модулей. Далее, контроллер находится в цикле ожидания таймера.

Далее происходят измерение заданных параметров, а также передача полученных данных по сети. После сохранения измеренных значений происходит возврат в основную подпрограмму. На рисунке 4.12 представлена блок-схема подпрограммы работы с сетью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения данного дипломного проекта была разработана автоматизированная система управления технологическим процессом работы водогрейных котлов блочно-модульной котельной. В процессе реализации проекта было выполнено:

Проведен анализ объекта автоматизации, выделены возможные пути автоматизации и составлено техническое задание на проект. На основе проведённого анализа и составленного ТЗ, разработана структурная схема системы, а также структура отдельных блоков системы. Составлен алгоритм функционирования программы управления системой. Для решения поставленной задачи были использованы современные программируемые логические контроллеры. В работе проведен анализ наиболее популярных ПЛК различных производителей, проанализированы их достоинства и недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция. При проектировании использовалась современная элементная база производства компании ООО КБ «АГАВА», а также применялись последние достижения проектирования АСУ. Разработанная система, помимо управления работой котлов, организует сбор, а также хранение, обработку и приведение производственных данных к удобному для восприятия виду для анализа технологических процессов предприятия на предмет их улучшения.

Использование панели оператора и пульта котла на базе программируемого контроллера «АГАВА», а также замена старых стрелочных приборов на новые цифровые позволили существенно повысить надёжность автоматизированной системы, увеличить наглядность процесса, минимизировать размер технологического оборудования и существенно сократить число импульсных линий. Кроме того, это позволило разместить все органы управления и отображения информации в одном месте (пультовой), а также повысить простоту и эффективность работы оператора. Разработанная архитектура системы полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫПроизводственный менеджмент: Учебник для вузов / Ред. С. Д. Ильенкова. &#.

160; - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 583 с. Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М.: Горячая линия — Телеком, 2008. ;

608 с. Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП — Каталог № 2/2006.

Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП — Каталог № 6/2006.

Свистунов В.М., Пушняков Н. К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов АПК и ЖКХ: Учебник для вузов. — СПб.: Политехника, 2001. — 423 с.: ил. Федотов А. В. Автоматизация управления в производственных системах: Учеб.

пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. 368 с. Федотов А. В. Составление технического задания: Метод.

указания. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 1999. — 24 с. Федотов А. В. Алгоритмизация технологических процессов механической обработки при построении АСУ ТП: Учебное пособие. Омск, ОмПИ, 1984.

— 44 с. Александров К. К., Кузьмина Е.

Г. Электротехнические чертежи и схемы. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 288 с.: ил. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ.

пособие / А. С. Клюев, Б. В. Глазов и др.; Под ред. А. С. Клюева. Богословский В. И. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. — М.:Стройиздат, 1985 — 159с., ил. Кузнецов В. П. Защита от электромагнитного излучения. Методические указания к дипломному проектированию. — Омск: Издательство ОмГТУ, 1998.

— 28 с. Производственное освещение: Метод. указания/Сост.: Н. В. Горшенина, Л. Г. Стишенко, Омск, 2001.

Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие/Под ред. О. Н. Русака. — СПб.: Издательство «Лань», 2003.

— 448 с. Безопасность производственных процессов: Справочник/Под ред. С. В. Белова. — М.: Машиностроение, 1985. — 448 с. Субботина Л. Г. Технико-экономическое обоснование работ исследовательского характера — Северск: СГТИ, 2006.

Сайт компании ОВЕН. Оборудование для автоматизации.

http://www.owen.ru/Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. — М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.- 592 с.: ил. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. — М.: Мир, 1978. -.

847 с. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Высшая школа, 1988. -.

448 с. Ананьев В. А., Балуева Л. Н. Системы вентиляции и кондиционирования, М.: Евроклимат, 2000 г.Лит.: Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справочник, под ред. А. Н. Баратова, М., 1987. А. Н. Боратов. СНиП 3.

05.07−85 «Системы автоматизации» — М.: Стройиздат, 1986гФеткуллов М. Р. «Экономика систем ТГВ».

— Ульяновск, 2007. СНиП 23.05−95. Естественное и искусственное освещение: Строительные нормы и правила. М., 1996.

Сан.

ПиН 2.

2.2. 542−96. Нормы для операторов ЭВМ. Санитарные правила. М.: Информ.

изд. центр Минздрава России, 1997. НПБ 105−03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности: Нормы пожарной безопасности. М., 2004. ГОСТ 12.

1.006−84. Электромагнитные излучения. М.: Изд-во стандартов, 1985. ГОСТ 12.

1.002−84. Электрический ток. М.: Изд-во стандартов, 1985.