Техническое
обеспечение АСУ ТП (Лекция)
ПЛАН ЛЕКЦИИ
1. Особенности контроллера Кросс
2. Особенности контроллера Кросс – 500
В этом разделе будут
рассматриваться промышленные микропроцессорные контроллеры.
1. Особенности
контроллера Кросс
1. Наличие интеллектуальной подсистемы ввода – вывода.
Модули ввода – вывода имеют собственные микропроцессоры, которые позволяют:
a. Повысить производительность и уменьшить время цикла за
счет сокращения нагрузка на центральный процессор (ЦП).
b. Повысить надежность за счет непрерывной
самодиагностики, реализуемой в модулях ввода – вывода.
c. Повысить живучесть АСУ ТП за счет децентрализации и
автономного управления различных функций.
2. Соответствие международным стандартам по программному
обеспечению (используются системы реального времени, OS-9), по языкам программирования, соответствующим
международному стандарту IEC 61131 – 3. Языки
данного стандарта:
a.
FBD – Function Block
Diagram.
b.
ST – Structured
Text.
c.
LD - Ladder
Diagram.
d.
IL - Instruction List.
e.
SFC - Sequential
Function Chart.
Программирование
осуществляется с помощью пакета Isagraf.
3.
Высокая
надежность обеспечивается:
a.
Использованием
элементной базы ведущих зарубежных фирм.
b.
Использованием
высоконадежного ПО (Isagraf).
c.
За счет
внутримодульной диагностики.
d.
За счет защиты
выхода модулей УСО от короткого замыкания.
e.
За счет
возможностей резервирования модулей УСО.
f.
За счет возможностей «горячей» замены модулей
УСО.
Назначение
Контроллер
предназначен для общепромышленного применения в составе автоматизированных
систем управления технологическими процессами в различных отраслях
промышленности - энергетической, металлургической, химической, нефте- и
газодобывающей, машиностроительной, сельскохозяйственной, пищевой и т.д. Может
использоваться также в качестве автономных средств управления объектами малой и
средней скорости.
Наличие
сертификата для использования при автоматизации взрывопожароопасных объектов.
Является средством измерения.
Функции
1)
Измерение
сигналов, поступающих от датчиков.
2)
Первичная
обработка сигналов.
3)
Регулирование.
4)
Выполнение
функциональных преобразований (математических, динамических, логических и
других).
5)
Хранение программ
во flash –
памяти и в энергонезависимом ОЗУ.
6)
Реализация
функции сигнализации и защиты.
7)
Программно –
логическое управление.
Состав
Контроллер
имеет проектно – компонуемый состав.
1. Базовый монтажный блок.
В этот блок устанавливается
микропроцессорный модуль, субмодуль Ethernet,
модули интерфейсной связи ИСК 1 (для связи с модулями УСО) и модуль питания.
2. Модули ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов.
3. Терминальные блоки, предназначенные для подключения
входных и выходных сигналов к модулям УСО.
4. Гибкие соединители (плоские кабели).
Модули УСО
Контроллер
может иметь следующие модули:
·
TC1-7
– предназначен для работы с термопарами (имеет 7 входов для подключения
термопар и 1 вход для термосопротивления, для учета температуры свободных
концов). Типы термопар: ТХА, ТХК, ТВР, ТПП, ТПР, ТЖК, ТМК.
Максимальная погрешность:
0.8 – 3.5 0С.
·
TR1-8
– предназначен для работы с термосопротивлениями (ТМ100, ТСМ50, ТСП50).
Максимальная погрешность: 0.3 – 0.50С.
·
AI1-8
– аналоговый вход аналоговых сигналов.
Типы сигналов: напряжение:
0 – 10 В; ток: 0 – 5 мА, 0 – 20 мА, 4 – 20мА. Максимальная погрешность: ±0.2%.
·
AIO1-8/0,
AIO1-8/4
– аналоговый ввод, без вывода и аналоговый ввод/вывод соответственно. Имеются
модули ввода/вывода
только токовых сигналов.
·
AIO1-0/4,
AIO1-0/8
– аналоговый ввод/вывод.
Функциональные и технические
характеристики
1. Контроллер позволяет
реализовать информационный обмен с другими контроллерами и компьютерами через
локальную сеть Ethernet (наличие ModBus), а также с компьютерами через последовательный RS232, а также обслуживает сопряжение контроллера с
различными SCADA-системами посредству ОРС - сервера.
2. В
контроллере используется многозадачная ОС OS-9 реального времени, обеспечивающая:
a) гарантированное время реакции на программные и
аппаратные прерывания. Система работает в режиме жесткого реального времени;
b) многозадачность;
c) надежную файловую систему;
d) наличие службы времени;
e) развитую сетевую поддержку и другие механизмы
реального времени.
3. Объем памяти Flash – 1 мБ, ОЗУ – 1,5мБ. Часы РВ – сек, мин ,час, года.
4. Важной характеристикой
является быстродействие – более 0.01 с. Время сохранения технологической
программы при отключении питания – 5 суток.
5. Интерфейсы:
a) 2*RS232. Главный
интерфейс поддерживает обмен – «полный модем» (сеть). Подключение через разъем RJ 45.
b) Ethernet – протокол TCP/IP, скорость обмена 10 Мбайт, гальваническая изоляция,
тип разъема RJ 45.
c) SPI – выполняет обмен между модулями ЦБ (центрального
блока) и модулями УСО (устройств связи с объектами, то же самое что модули
ввода/вывода). 2 интерфейсных канала в модуле ИСК – связь модулей УСО с центральным
процессором. Скорость обмена с частотой 1МГн, тип разъема IDC на 10 контактов, гальваническая изоляция отсутствует.
6. Базовый микропроцессор
фирмы Motorola MC68302,
являющийся стандартом для промышленных средств автоматизации.
7. Технологические и
процедурные языки программирования: система IsaGraf, которая соответствует международному стандарту MЭК 1131-3.
8.
Программирование контроллера осуществляется с помощью системы ISaGRAF, которая состоит из исполнительной части, которая
загружается в контроллер WorkBench и
функциональной, которая устанавливается на компьютере. Данная система содержит
следующие языки программирования: FBD, язык
релейной логики (LD), ST, IL, язык
управляющих последовательностей (SFC). Язык
функциональных блоков может быть расширен библиотекой алгоритмов Р-130. Также в
состав ПО входит конфигуратор, который выступает в роли эмулятора пульта
настройки.
9.
Контроллер состоит из базового блока и модулей ввода-вывода. Модули
ввода-вывода обеспечивают ввод унифицированных сигналов постоянного тока и
напряжения, ввод сигналов с термопар и термосопротивлений, ввод и вывод дискретных
сигналов и вывод аналоговых сигналов постоянного тока и напряжения. Модули
ввода-вывода являются интеллектуальными (микропроцессорными). ПО модулей
обеспечивает предварительную обработку сигналов (фильтрацию, линеаризацию,
АГД), широтно-импульсное модулирование вых. сигналов, а также установку выходов
в заданное состояние в аварийных ситуациях. Наличие микропроцессоров в модулях
ввода-вывода увеличивает скорость обработки информации. В состав базового
модуля входит центральный блок (микропроцессорный), сетевой субмодуль (Ethernet), модуль SPI,
обеспечивающий внутрисистемный обмен информацией, модуль питания, портативный
пульт настройки, пульт технолога-оператора.
Интерфейс RS232 модуля используется для прямого подключения к
компьютеру. При этом можно осуществить диагностику неисправности модуля,
установить номер контроля для организации обмена. Обратиться к модулю можно
напрямую через центральный процессор и реализовать те же самые функции. Для
связи с функциями используются специальная сервисная программа, которые
называются конфигуратор.
Кроме перечисленных функций,
конфигуратор предлагает включить или выключить дискретные фильтры,
контролировать дискретные входные/выходные сигналы. В модулях ввода сигнала с
термосопротивлений и термопар устанавливается специальная градуировка.
2. Особенности контроллера Кросс - 500
Кросс 500 является развитием
контроллера Кросс, и также предназначен для построения локальных автономных
систем автоматизации. Отличия между контроллерами следующие:
1.
Используется
другой центральный процессора фирмы.
2.
Кросс – 500
обладает большим количеством интерфейсов - Ethernet, RS232, RS485, SPI.
3.
Наличие
возможности подключения микроконтроллеров из станции удаленного ввода/вывода
аналоговых и дискретных сигналов по интерфейсу RS485.
4.
Использование
модулей УСО, разработанных для контроллера Кросс.
Назначение
Контроллер
предназначен для создания АСУ ТП в различных отраслях промышленности, может
применяться для автоматизации взрывопожароопасных производств, является
средством измерения.
Состав
Проектно-компонуемый
контроллер. В состав могут входить следующие блоки и модули:
1.
БЦП предназначен для организации и
управления вычислительными процессами в реальном времени, исполнения
технологической программы пользователя (ТПП).
2.
Модули ввода –
вывода постоянного состава (дискретные
(DI1-16, DIO1-8/8), аналоговые (TC1-7, AI1-8, AIO1-8/4))
и проектно-компонуемого состава (ADIO1, AIO2). Проектно – компонуемого состава имеет
в виде, что к БЦП могут подключаются
удаленные модули ВВ аналоговых и дискретных сигналов: ADI01 (через RS485),
аналоговый AI02. Эти модули имеют по 8 ячеек
ВВ.
3.
Микроконтроллер
программируемый МК1 выполняет все функции МВВ, а также различные дополнительные
функции управления: исполнение ТПП, обмен с МВВ и верхним уровнем
4.
Терминальные
блоки (для ввода сигналов объекта управления), соединения гибкие (для
соединения ТБ и МВВ), блок и модули питания, блок переключения БПР-10 (для
контактного переключения до 8 аналоговых или дискретных сигналов);
5.
Пульт настройки PN1(для наладки, настройки и конфигурирования модулей) и
панель оператора.
Технические
характеристики
1.
Центральный
процессора Intel i486 Dx 4-100, не
требует охлаждения, что повышает надежность. ОЗУ 256 кб, энергонезависимость,
используется для хранения базы данных и регистрации событий. Динам. Память 4 мБ
для исполнения программ. Flesh диск –
32мБ.
2.
Интерфейсы -
a. 1* Ethernet для
организации контроллерной сети и связи с диспетчерской станцией через ОРС –
сервер и с инженерной станцией (через программный пакет «Конфигуратор»);
b. 3* RS232 для
резервирования, подключения панели оператора (для настройки), для связи с диспетчером
и инженерном станцией;
c. SPI для подключения модулей УСО (ВВ) по заказу;
d. RS485 до 4 штук по заказу для подключения модулей УСО
(ВВ) и микроконтроллеров.
Функции модулей: прием и
преобразование в цифровую форму сигналов датчиков, первичная обработка инфо
(фильтрация, линеаризация, АГД), выдача запросов БЦП инфо о состоянии модулей и
значения входов, выходов отдельных ячеек, настройка модулей (калибровка), класс
точности не менее 0,1.
Количество каналов зависит от
построения и компоновки модулей до 1920.
Состав – модули и
микропроцессор могут компоноваться следующими ячейками:
1. Аналоговый ввод 1: AI1 – один канал аналоговый ввод.
Сигналы:
0 – 5 мА, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА. Двухполярные: ±0 – 5 мА, ±4 – 20 мА, ± - 20 мА.
Однополярные: 0 – 10 В. Двухполярные: ±0 – 10 В. Время преобразования не более
60мс.
2.
Аналоговый ввод
2: AI2 – однополярный токовый ввод.
Сигналы:
0 – 5 мА, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА. Однополярные: 0 – 10 В. Время преобразования не
более 2мс.
3.
Аналоговый ввод
3: AI3 – 4 канальный токовый ввод, однополярные и
двухполярные.
Напряжения
нет. Время преобразования не более 120мс.
4.
Аналоговый вывод
1: AO1 – одноканальный аналоговый вывод, выходные токовые
однополярные сигналы. Время преобразования не более 20мс.
5.
Аналоговый вывод
2: AO1 – двухканальный аналоговый вывод, выходные токовые
однополярные сигналы. Время преобразования не более 20мс.
6.
ТСК – 1 канал для
ввода напряжения низкого уровня (для подключения термопар). ±0-35мВ … 0-2240мВ.
Время преобразования не более 60мс.
7.
TR1 - 1 канал
для подключения термосопротивления. Ввод трехпроводный R (0 - 50) Ом … (0 – 400) Ом.
8.
TR2 - 1 канал
для подключения термосопротивления. Ввод четырехпроводный.
9.
TR3 - 2 канал
для подключения термосопротивления. Ввод четырехпроводный.
При
работе БЦП (модуля и МК1) запрос информации осуществляется по адресу модулей и
номеру ячейки.
Типовые
структуры АСУ ТП, построенных на базе контроллеров КРОСС - 500
Поскольку контроллер является проектно-компонуемым
устройством, поэтому он не имеет базового состава и может функционировать в
рамках как процессорных, так и микроконтроллерных структур.
В типовом случае контроллер имеет процессорную
структуру, т.е. в качестве блока, исполняющего основной алгоритм и управляющего
всеми остальными компонентами системы, используется блок БЦП. При этом в
составе контроллера могут быть микроконтроллер (МК1), параллельно исполняющие
технологические программы пользователя со своими локальными задачами и
обменивающиеся данными с БЦП. Это позволяет повысить динамику и надежность
системы, а также сократить информационный обмен между БЦП и МК1.
МК1, в свою
очередь, также может иметь собственные модули ввода-вывода. Процессорная
структура контроллера, включающая две полевые сети на основе шины RS-485. Применение резервирования повышает надежность
систем автоматизации на базе контроллеров. Различные варианты резервирования
аппаратных средств, наличие нескольких видов сетевых каналов дают возможность
реализовать различные конфигурации контроллеров. В контроллере КРОСС-500
предусмотрено резервирование БЦП, контроллеров, аппаратуры ввода-вывода,
полевых сетей. Резервирование может быть реализовано либо встроенными
системными средствами контроллера, либо проектными средствами.
Процессорная структура контроллера
RS-485-внутренняя полевая шина контроллера;
Модуль-модули
МВВ или МК1;
ФС220/5-XX – модуль питания;
ТБ
– терминальный блок
Для локальных или небольших
распределенных систем контроллер может не иметь в составе блока БЦП. В этом
случае основную технологическую программу пользователя исполняет МК1, используя
подключенные к нему МВВ. При необходимости, МК1 могут объединяться в сеть по
интерфейсу RS-485.
Микроконтроллерная структура
RS485 – внутренняя полевая шина
контроллера;
RS232 - связь с панелью оператора;
БП – блок питания;
МВВ – модули ввода-вывода
(до 4 шт.);
ТБ – терминальные блоки.
Контроллеры имеют
собственные микропроцессоры и 8 ячеек ввода/вывода аналоговых и дискретных
сигналов.
Контроллер может
реализовать функции регулирования, логического управления, сбор информации и её
передача, прием сигналов от абонента и их исполнение.
Контроллеры
через интерфейс RS485 могут объединяться друг с
другом, а также с удаленными модулями ввода/вывода. Через интерфейс RS232 контроллеры могут настраиваться и
программироваться, а также может подключаться модель оператора.