Интегрированная система проектирования и управления SCADA

Министерство образования и науки РФ Рязанский государственный радиотехнический университет Кафедра АИТП

«Интегрированные системы проектирования и управления»

Выполнил: Рыбаков А.А.

Проверил: Морозов А.С.

Рязань 2012 г.

1. Системный этап

1.1 Описание технологического процесса

1.2 Функциональная схема объекта

1.3 Требования, предъявляемые к SCADAсистеме

1.4 Структурная схема регулирования

2. Технический этап

3. Создание блок-схемы стратегии в редакторе задач Task

АСУ ТП в большинстве случаев являются системами организационно-техническими, что означает наличие функций, выполняемых человеком (оператором). Взаимодействие между оператором и технологическим процессом осуществляется с помощью программного обеспечения, получившего общее назначение SCADA.

«SCADA — система» (Supervisory Control And Data Acquisition System) — система сбора данных и оперативного диспетчерского управления. В названии присутствуют две основные функции, возлагаемые на SCADA — систему:

— сбор данных о контролируемом технологическом процессе;

— управление технологическим процессом.

Функции, которые возлагаются на любую SCADA — систему, независимо от того, является она широко тиражируемым продуктом известной компании или создана специалистами отдела АСУ ТП предприятия для своих конкретных нужд, следующие:

— прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков;

— сохранение принятой информации в архивах;

— вторичная обработка принятой информации;

— графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме;

— прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов;

— регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями персонала ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы;

— оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУ ТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях;

— формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации;

— обмен информацией с автоматизированной системой управления предприятием или с так называемой, комплексной автоматизированной системой (КАС);

— непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами.

Таким образом, SCADA-система собирает информацию о технологическом процессе, обеспечивает интерфейс с оператором, сохраняет историю процесса и осуществляет автоматическое управление процессом в том объеме, в котором это необходимо.

1. Системный этап

1.1 Описание технологического процесса

Объект представляет собой ректификационную колонну (Рис. 1).

Рис 1. Схема регулирования состава дистиллята с помощью двухсвязной САР Часто в процессе ректификации требуется регулировать состав дистиллята. Регулирование состава дистиллята выполняется путем изменения расхода хладоносителя. При этом в качестве вспомогательного параметра может быть выбрана температура.

Исходные данные:

— значение регулируемого параметра: Q = 2/5;

— предельные значения параметра: ?Q = ± 5%;

— тип регулятора: ПИ (К=7, T=1,3)

1.2 Функциональная схема объекта

Для удержания состава дистиллята в заданных пределах нужно постоянно измерять его величину, так же нам необходимо измерять температуру в ректификационной колонне, с помощью датчиков состава остатка и температуры. Сигналы от датчиков поступают на УСО — устройство согласования с объектом управления (аналого-цифровой преобразователь), которое преобразует его в цифровой код. После этого полученный код подается на АРМ диспетчера. В соответствии с заложенной программой и опорным значением, АРМ диспетчера выдает сигнал на УСО, (цифро-аналоговый преобразователь). В соответствии с величиной этого сигнала регулирующий орган осуществляет поворот вентиля крана.

1.3 Требования, предъявляемые к SCADA-системе

Разрабатываемая система должна удовлетворять следующим требованиям:

1) Обеспечить стабилизацию параметра Q = 2/5 в пределах Q=5%.

2)Фиксировать состав дистиллята и отображать текущее значение на пульте оператора в виде индикаторов и графиков;

3)В случае, когда состав дистиллята находится не в пределах нормы, по заданию 2/5±5%, выдавать сигнал тревоги, для принятия решения о повышении или понижении состава; возможность остановить цикл ТП

4)Обеспечить возможность оперативного регулирования состава дистиллята с пульта оператора, путем изменения установки Q=2/5 с помощью движкового регулятора.

5)Архивировать данные, поступающие с датчика, измеряющего состав дистиллята;

6)Выдавать годовой отчет;

1.4 Составление структуры САУ

где

xвходная величина, в нашем случае это состав дистиллята;

y — регулируемая (выходная) величина, состав дистиллята, которая имеет значение 2/5;

е — ошибка рассогласования, отклонение регулируемой величины от заданной, имеет значение ±5%;

W_p1(p), W_p2(p) — передаточные функции регуляторов;

W_pо(p) — передаточная функция регулирующего органа;

W_об(p) — передаточная функция объекта регулирования.

Определение параметров.

ПИ-регулятор описывается следующей передаточной функцией

.

К ==0,77 при Т_и=1,3.

2. Технический этап

оператор технический диспетчерский программный Аппаратное обеспечение КСУ состоит из датчиков, регулирующего клапана и устройств согласования ЭВМ с объектом управления.

В качестве устройства ввода-вывода выбирается контроллер серии ADAM — 4000. Для преобразования аналогового сигнала с датчиков состава остатка и температуры (входные сигналы) в цифровой вид выберем контроллеры:

Модули серии ADAM-4000 предназначены для построения распределенных систем сбора данных и управления. Они представляют собой компактные и интеллектуальные устройства обработки сигналов датчиков и формирования сигналов управления исполнительными органами, специально разработанные для применения в промышленности.

ADAM-4014D (модуль аналогового ввода):

· 1 аналоговый вход (диапазон входного напряжения от -10 В до +10В);

· 1 дискретный вход или один канал счетчика событий;

· 2 дискретных выхода или 2 выхода-защелки сигнала аварийного дискретного управления по верхней и нижней границам входного сигнала;

· 1 дискретный светодиодный дисплей.

УСО, связывающее регулирующий орган с ЭВМ.

2. Для преобразования цифрового сигнала с выхода регулятора (выходной сигнал) в аналоговый будем использовать контроллер ADAM-4021.

ADAM-4021 (модуль цифрового вывода):

· 12 разрядный ЦАП;

· программная настройка вывода 0…10В;

· контроль состояния выхода;

· программируемая скорость изменения сигнала на выходе;

· гальваническая развязка 500 В.

3. Для преобразования цифрового сигнала от кнопки аварийного отключения (выходной сигнал) будем использовать контроллер ADAM-4050.

ADAM-4050 (Модуль дискретного ввода/вывода):

· 7 дискретных входов;

· входное напряжение от 0 до 30 В;

· 8 выходов типа «открытый коллектор»;

· предусмотрена возможность работы с электронными реле.

ADAM-4520.Модуль-преобразователь RS-232 в RS-485:

· скорость передачи до 38,4 кбит/с;

· автоматический контроль направления передачи;

· гальваническая изоляция 500В;

· длина сегмента линии до 1200 м;

· напряжение питания 10…30 В.

3. Создание блок-схемы стратегии в редакторе задач Task

В редакторе задач Task необходимо создать блок-схему стратегии, которая состоит из функциональных блоков, выполняющих определенные функции. Для передачи данных от одного функционального блока к другому нужно определить связи.

Используем следующие блоки:

Блоки аналогового ввода Блоки аналогового ввода AI1 и AI2 предназначены для приема информации от внешних устройств (датчиков давления и расхода).

Блок вычисления с одним оператором Данный блок предназначен для выполнения одной математической операции, такой как сложение, вычитание, умножение, деление и т. д. По крайней мере один функциональный блок стратегии должен быть присоединен ко входу блока вычисления с единственным оператором. Значение на выходе присоединенного блока будет являться первым операндом в производимой математической операции. Вторым оператором может быть константа, заданная в соответствующем поле диалоговой панели настройки параметров блока, либо значение на выходе другого присоединенного функционального блока стратегии.

Блок архива тревог Блок архива тревог ALOG1 предназначен для сохранения в архиве информации о зафиксированных аварийных событиях, связанных с сигналом, поступающим на вход блока архива тревог. Блок имеет вход и выход. Сообщения об аварийных событиях могут отображаться в окне Журнала событий и подтверждаться пользователем в процессе исполнения стратегии, когда значение на входе блока попадает в следующие диапазоны:

— выше верхнего предельного значения;

— между максимальным и верхним предельным значениями;

— между максимальным и минимальным значениями;

— между минимальным и нижним предельным значениями;

— ниже нижнего предельного значения.

Блоки ПИД-регулирования Блоки ПИД-регулирования PID1, PID2 реализуют пропорциональный закон регулирования. Входы обратной связи данных блоков соединены соответственно с выходами блоков аналогового ввода AI1 и AI2. Значения уставки первый блок получает с движкового регулятора SPIN1, а второй с выхода первого блока.

Блок ТЭГ Данный блок предназначен для установления связи между элементами управления Редактора форм отображения, а также виртуальными тэгами и функциональными блоками Редактора задач. Значение, связанное с элементом управления, входящим в окно формы отображения, может быть передано функциональным блокам задач посредством блока Тэг.

Блок архивации данных Данный блок предназначен для записи в файл информации, поступающей на его входы (до 8-ми входов) от других функциональных блоков стратегии. Информация, сохраняемая в файле и представляемая формате ASCII, может быть размещена в восемь колонок Блок аналогового вывода Блок аналогового вывода AO1 предназначен для передачи управляющего сигнала к усилителю и исполнительному механизму. Конфигурация блока аналогична настройкам блока аналогового ввода, только в поле «Модуль» нужно указать ADAM-4021.

Итоговая схема:

Интерфейс оператора