Автоматизированная система управления компрессорной установки

Рис. 3.3 - Верхние уровни (0-й - 2-й) диаграммы узлов

На наивысшем нулевом уровне (рис. 3.3) расположен сам СУПК, принятый к рассмотрению как метасистема. В метасистеме выделены три подсистемы первого уровня - это кривошипно-шатунный механизм, цилиндропоршневая группа и механизм уравновешивания. В процессе дальнейшей декомпозиции к рассмотрению принимаются подсистемы первого уровня и т.д., каждая из которых рассматривается как система более низкого уровня (рис. 3.4).

Декомпозиция каждой из подсистем всех уровней позволила создать диаграмму, представляющую собой структурную схему объекта моделирования, в которой указаны основные КЭ и ТЭ, а также их характеристики. Разработанная схема учитывает характерные особенности конструкции и достаточно полно описывает моделируемую систему до уровня КЭ и ТЭ.

Рис 3.4 - Подсистема четвертого уровня

На основании проведенного анализа полученной диаграммы были получены следующие результаты:

? создан перечень основных технико-экономических характеристик, которые отражают разнообразие возможных вариантов исполнения данного объекта;

? определены и разработаны базы данных стандартизованных и унифицированных деталей, необходимые для проектирования СУПК;

? составлен перечень данных, используемых как исходные, при выполнении проектировочных и поверочных расчетов;

? определен перечень требуемых математических моделей КЭ и ТЭ для разработки САПР СУПК.

3.2 Рассмотрение виброакустических характеристик полученной модели

В машинах такого типа вследствие возвратно-поступательного движения поршня, возникает нестационарность динамических воздействий, что характеризуется более сложным, в отличие от роторных машин, характером вибрационного состояния. Это приводит к возникновению дополнительных источников вибрации:

­ неуравновешенные силы инерции вращающихся Fr и поступательно движущихся масс FS;

­ момент сил инерции Ми вращающихся и поступательно движущихся масс;

­ опрокидывающий момент Мопр;

­ крутильные колебания коленчатого вала;

­ пульсация давления газа в цилиндрах и межступенчатых коммуникациях;

­ удары элементов механизма движения, цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и клапанов.

Одной из характерных особенностей диагностирования поршневых машин является то, что колебания, проявляющиеся вследствие неисправностей, накладываются на общее вибрационное состояние от неуравновешенности масс. Это приводит к необходимости рассмотрения двух подходов:

1. анализ колебаний компрессора как единого целого, возникающих от его неуравновешенности;

2. анализ вибрации узлов компрессора, возникающей от дефектов.

Другой особенностью поршневых машин является функционирование узлов механизма движения в условиях циклически изменяющихся нагрузок. Это приводит к появлению в них ударов. Расчет скорости соударения и времени появления ударных импульсов для каждого сопряжения позволяет выделить их в виброакустическом сигнале. В результате динамического анализа механизма движения поршневого компрессора с учетом зазоров в подвижных соединениях получили:

(3.1)

где а- множитель, характеризующий реакцию связи а; Т - кинетическая энергия механической системы (механизма движения компрессора), и Qj - соответственно обобщенная реактивная и активная силы; fa - уравнение связи а контактного движения деталей; R - число обобщенных координат.

Рис. 3.5 - Схема компрессора с контрольными точками измерения вибрации: 1-6 - контрольные точки; 1 - фундамент; 2 - электродвигатель; 3 - станина компрессора.

При этом в качестве обобщенных координат qj рассматривалось относительное движение деталей сопряжений в поле зазора и угол поворота колен вала. Зазоры учитывались в узлах "поршень-цилиндр", "башмак крейцкопфа-направляющая", а также в крейцкопфном и шатунном подшипниках скольжения. Введение в уравнения движения реактивной составляющей позволило описать весь цикл виброударного режима работы механизма с помощью одних и тех же зависимостей.

Для выделения информативных диагностических признаков в амплитудном спектре, по результатам моделирования, был определен основной характер взаимодействия функциональных узлов:

(3.2)

3.3 Моделирование алгоритма управления в программном пакете математического моделирования MATHLAB

Для выполнения расчетного анализа разработаны математические модели различных схем циклов сжижения: одноступенчатые и двухступенчатые схемы циклов. Модели реализованы в диапазоне давлений и температур газа на входе в УСПГ соответственно 3,5..5,5 МПа и 233..288К.

Моделирование динамики механизма движения компрессора с учетом зазоров позволяет определить силовые параметры в узлах, необходимые для проведения расчета на статическую и усталостную прочность. В настоящее время эти расчеты проводятся в соответствии с методиками, выше, где нормальные и касательные составляющие реакций определяются методом кинетостатики. Однако как показали теоретические исследования, это справедливо лишь в первом приближении. Максимальные значения сил в моменты ударов могут превышать соответствующие значения реакций в механизме без учета зазоров более, чем в 2 раза. Кроме этого, как показано на рис.3.5, в условиях контактного движения деталей, наблюдаются модулированные высокочастотные колебания циклическим характером нагружения узла. При этом величина реакции периодически изменяется от максимального до минимального значения. Частота этих колебаний определяется скоростью вращения колен вала, значениями зазоров во всех сопряжениях механизма, их режимом трения и тому подобное. Установлено, что ВЧ колебания появляются вследствие того, что движение деталей относительно друг друга происходит не плавно, а "рывками" - из-за влияния зазоров в подшипниках.

Для реализации максимально оптимальных характеристик компрессорной установки, на период адаптации, можно пренебречь вибрациями высокого порядка, а малые сравнительно совпадают по частоте с режимом номинальной работы двигателя в установившемся режиме. Однако характеристику установочных звеньев связует число, приведенное к общему уровню взаимодействия, относительно опоры. Поэтому, общую формулу связи входных узлов компрессора и выходных параметров прохождения в трубопровод зададим следующим образом:

; (3.3)

При учете наличия в системе мер стабилизации, которые реализуется в виде контура регулирования как скорости, так и тока якоря двигателя, можно пренебречь динамическими коэффициентами сопротивления газа в трубопроводе и толчкообразные сигналы на выходе.

3.4 Синтез системы управления привода компрессорной установки

Составим структурные схемы исходной системы. Определим передаточные функции звеньев.

Таблица 3.1

Определение передаточной функции звеньев

Рис.3.6

Из рисунка видно, что переходный процесс является расходящимся, следовательно исходная система неустойчива и требует регулирования.

Первый контур регулирования

Рис.3.7

КТ = 0.1/8 = 0.012 , (3.5)

Найдем исходную ПФ 1 контура

WИСХ1(p)=WП*WЦЯ*КТ, (3.6)

WИСХ1(р) = 0.012 = , (3.7)

Будем настраивать внутренний контур на технический оптимум.

При настройке на технический оптимум желаемая передаточная функция имеет вид

Wж1(р)= (3.8)

С другой стороны WЖ1 (р)= Wрег1(р)* Wисх1(р), следовательно

Wрег1(р)= (3.9)

Wрег1(р)=, (3.10)

Выполним проверку. Найдем желаемую ПФ замкнутой системы (3.11)

Найдем ПФ замкнутого первого контура

Ф1(S)== , (3.12)

Для дальнейших расчетов примем

Ф1(S) ?, (3.13)

Расчеты выполнены верно: Ф1(S) = ФЖ1 (S).

Второй контур регулирования

Введем второй контур регулирования

Рис.3.8

К =27.8/8 = 3.5 (3.14)

(3.15)

Желаемая передаточная функция 2 контура имеет вид

Wж2(р)= (3.16)

Wж2(S)= (3.17)

Wрег2(р) (3.18)

Найдем желаемую ПФ замкнутой системы

(3.19)

Найдем ПФ замкнутого первого контура

Ф2(р)= , (3.20)

Ф2(S) ? (3.21)

Третий контур регулирования

Введем третий контур регулирования:

Рис.3.9

КД = 8/60 = 0.14 (3.22)

(3.23)

Желаемая передаточная функция 3 контура имеет вид

Wж2(р)=, (3.24)

Wж2(S)= (3.25)

WРЕГ3(р) (3.26)

Найдем желаемую ПФ замкнутой системы

(3.27)

Найдем ПФ замкнутого первого контура

Ф2(р)= , (3.28)

Найдем ПФ замкнутой и разомкнутой системы

Wраз=Ф3*, (3.29)

, (3.30)

Проверим систему на устойчивость, т. е. получим график переходного процесса (рис.3.10):

Рис.3.10

Из рисунка видно, что время переходного процесса равно 0.3 сек, следовательно рассчитанный регулятор подходит для данной системы и система является устойчивой.

3.5 Реализация корректирующих устройств на регуляторах

В связи с тем, что контроллер, используемый в системе управления ТП, работает дискретно, то и регуляторы должны быть представлены в дискретном виде (аппроксимация Тустена или Z - преобразования).

Существуют различные методы синтеза цифровых регуляторов, основанные на теории Z - преобразования и пространства состояний. Эти методы требуют очень громоздких математических преобразований и используются в особо точных системах управления.

Рассмотрим более простой подход, состоящий в предварительном синтезе непрерывных регуляторов известными методами теории автоматического регулирования для непрерывных систем и последующем переходе к цифровому регулятору, эквивалентному синтезированному аналоговому.

Задача переоборудования аналоговых регуляторов решается как задача аппроксимации передаточной функции данного регулятора дискретной передаточной функцией цифрового регулятора.

В инженерной практике наибольшее применение нашла аппроксимация, полученная на основе билинейного преобразования или аппроксимация Тустена.

Согласно этой аппроксимации:

; , (3.31)

где Т - интервал дискретизации по времени

Однако, этим методом можно пользоваться только тогда, когда интервал дискретизации по времени для цифровой системы Т мал по сравнению с самой малой постоянной времени системы управления Т. Согласно теореме Котельникова - Шеннона непрерывный сигнал достаточно точно восстанавливается по совокупности его дискретных значений, если

Т 0,5 Т.. (3.32)

На практике необходимо иметь больший коэффициент запаса

Т ( 0,1 - 0,2 ) Т. (3.33)

Определим период дискретизации (Т): это обратная величина от частоты контроллера, но лучше взять частоту АЦП, которая в нашем случае равна 48КГц=48000Гц. Выбор частоты АЦП связан с тем, что скорость обработки информации в первую очередь зависит от скорости работы АЦП.

, (3.34)

Проверим соблюдение условия (теорема Котельникова - Шеннона)

Т 0,5 Т.. (3.35)

0.00001 0,5*0.02, (3.36)

0.00001 0.01, (3.37)

Условие соблюдается, следовательно период дискретизации выбран правильно.

Произведем перевод полученных регуляторов в дискретные.

Синтез цифровых регуляторов по средствам программы MatLab

Wрег1(р) =, (3.38)

Wрег1(z) =, (3.39)

Wрег1(р) =, (3.40)

Wрег1(z) =, (3.41)

Wрег3(р) , (3.42)

Wрег3(z) , (3.43)

4. Проектирование системы автоматиЧЕСКОГО управления с использованием пакета Rational Rose

Создание протокола записи

На диаграмме вариантов использования видно, что режим работы задается оператором вариантом использования Remote Control. После запуска оператором процесса контроллер, получая данные от датчиков, управляет устройствами. Контроллер выдает информацию о текущем состоянии процесса оператору в виде Out info, что показано на диаграмме вариантом использования. Архивирование работы системы также представлено в виде Out info.

Рис. 4.1 - Диаграмма вариантов использования

Рис. 4.2 - Диаграмма топологии

4.1 Построение структуры системы

Физическое представление системы управления не может быть полным, если отсутствует информация о том, на какой технологической платформе она реализована. Поэтому после того, как основные функции системы определены, следует определиться с аппаратной частью проектируемой системы. На основании этого построим диаграмму топологии (рис. 4.2). Диаграмма топологии является единой для системы в целом, поскольку должна всецело отражать особенности ее реализации.

Центральным устройством системы управления, функционально связанным со всеми устройствами системы и управляющий ими, является контроллер, что соответствует определенным выше требованиям к системе.

Далее определяем, каким образом устройства, показанные на диаграмме топологии, взаимодействуют между собой. Для этого сначала разделим устройства в зависимости от выполняемых ими функций на следующие категории (классы):

? Контроллер (класс Controller) - посылает запросы датчикам и управляющих сигналов исполняющим устройствам.

? Клапаны (класс Valve) - открытие и закрытие.

? Датчик давления (класс P_Sensor) - измерение давления.

? Устройство регулирования частоты (класс Frequency_Device) - задание токовых сигналов.

? Датчик температуры (класс T_Sensor) - измерение температуры.

? Датчик смещения (класс C_Sensor) - измерение смещения вала ротора.

? Датчик вибрации (класс V_Sensor) - измерение вибраций.

? Двигатель (класс Moto) - общий класс объекта ЭД;

? Воздушный компрессор (класс Air_Compressor) - общий класс объекта компрессор;

? Насос (класс Pump) - общий класс объекта насос;

? Ресивер (класс Receiver) - общий класс спускного механизма.

Рис. 4.3 - Диаграмма взаимодействия объектов системы.

После декомпозиции системы (разбиения на классы), представим ее как совокупность взаимодействующих объектов соответствующих классов (рис. 4.3).

На данной диаграмме приняты следующие обозначения:

Frequency_Device - частотный регулятор привода компрессора;

Moto - приводной электродвигатель компрессора;

Compressor - воздушный компрессор подачи охлаждения;

Oil_Pump - маслонасос системы охлаждения;

Water_Pump - водяной насос подачи охлаждения;

Temperature_Buter_Sensor - датчик температуры масла;

Temperature_bearings_Sensor - датчик температуры подшипников;

Temperature_Moto_Sensor - датчик температуры двигателя;

Pressure_In_Sensor - датчик давления газа на входе компрессора;

Pressure_Out_Sensor - датчик давления газа на выходе компрессора;

Pressure_Refall_Sensor - датчик перепада давления;

Pressure_butter_Sensor - датчик давления масла;

Pressure_chill-water_Sensor - датчик давления охлаждающей воды;

Pressure_blown_Sensor - датчик давления обдува воздуха;

Pressure_Stek_Sensor - датчик давления воздуха в стойку;

Vibration_H_Sensor - датчик вибрации горизонтальный;

Vibration_L_Sensor - датчик вибрации вертикальный;

Center_Sensor - датчик осевого сдвига;

Gas_In_Valve - клан подачи газа на вход компрессора;

Gas_Out_Valve - клан выкида газа с компрессора;

Butter_Out_Vale - клапан слива масла;

Chill-Water_Out_Valve - клапан слива охлаждающей воды;

Stek_Valve - клапан подачи воздуха в стойку;

Blow_Valve - клапан подачи воздуха на обдув ЭД;

Baipas_Valve - байпасный клапан.

На диаграмме видно, что всем объектам класса Valve контроллером посылаются управляющие сигналы на закрытие (Close) и открытие (Open) соответствующего клапана. Датчикам T_Sensor, P_Sensor, V_ Sensor, C_ Sensor контроллер посылает запросы на выдачу соответственно сигнала (Get_Param). Объектам класса Pump, Compressor контроллер посылает управляющие сигналы на включение (Start) и отключение (Stop).

Функциональный блок, задающий временные последовательности опроса датчиков, является генератор, при получении от него сигнала контроллер производит опрос датчиков.

После того, как были определена принадлежность объектов тем или иным классам, детализируем каждый класс с целью определения свойств объектов системы.

Класс Valve

Так как клапаны должны выполнять процентную функции открытия и закрытия, класс содержит атрибутов - State, и два метода: Open() и Close().

Класс Sensor

Объединил в себе все измерительные устройства, которые при необходимости запрашивают атрибут Param и метод Get_Param.

Класс Moto

Данное устройство должны выполнять функции включения и выключения, класс содержит атрибутов - State, и два метода: (Start) и (Stop).

Класс Frequency_Device

Устройство производит регулирование частоты вращения двигателя, класс содержит атрибутов m_Freq и два метода: (Up_Freq) и (Down_Freq).

Класс Air_Compressor

Данное устройство должны выполнять функции включения и выключения, класс содержит атрибутов - State, и два метода: (Start) и (Stop).

Класс Pump

Объединил в себе все насосы, которые содержат два метода: (Start) и (Stop) и атрибут - State.

Класс Receiver

Объединил в себя регулирующие органы класса Valve спуска газа.

Класс Controller.

Должен содержать в себе все введенные оператором параметры технологического процесса:

m_P_Gas_In_min - минимальное входное давление;

m_P_Gas_In_max - максимальное входное давление;

m_P_Gas_Out_min - минимальное выходное давление;

m_P_Gas_Out_max - максимальное выходное давление;

m_P_Gas_Defference_max - максимальный перепад давления;

m_T_Gas_Out_max -максимальная температура газа на выходе;

m_T_Gas_In_max - минимальная температура газа на входе;

m_Freq_max - максимальная частота вращения двигателя;

m_C_max - максимальное значение смещения вала;

m_Vibr_max - максимальное значение вибрации вала;

m_T_ bearing_max - максимальная температура подшипника;

m_T_moto_max - максимальная температура двигателя;

m_T_Oil_max - максимальная температура масла;

m_P_Oil_max - максимальное давление масла;

m_P_Oil_Reserv_max - максимальное давление масла с резерва;

m_T_time - время опроса датчиков температуры;

m_P_time - время опроса датчиков давления;

m_C_time - время опроса датчиков смещения;

m_Vibr_time - время опроса датчиков вибрации;

m_P_Water_max - максимальное давление воды;

m_P_Water_min - минимальное давление воды;

m_P_Air_max - максимальное давление воздуха на обдув;

m_P_Air_min - минимальное давление воздуха на обдув;

Все выше сказанное представлено на диаграмме классов рис. 4.4

Рис. 4.4 - Диаграмма классов системы

4.2 Построение алгоритма работы системы

Запуск системы управления КУ производится по команде оператора после того, как им были введены параметры протекания процесса. Перед запуском предполагается, что все предпусковые параметры в норме. После запуска система начинает работать в автоматическом режиме, пока не будет остановлена оператором. При этом система должна автоматически обеспечивать предупреждение аварийных ситуаций. При необходимости изменить параметры оператор способен во время работы системы.

Система функционирует следующим образом.

Предполагается, что все внешние параметры протекания процесса сжатия находятся в норме, тогда происходит пуск двигателя.

Если система вовремя работы обнаруживает, что любой параметр предшествует нормальному ходу реакции - подается сигнализация и происходит блокировка соответствующего устройства.

Единственное условие блокировки, лежащего вне цикла работы является давление, температура и расход циркулирующего газа.

Во время работы происходит постоянная обработка входящих величин с датчиков, что говорит о том - система находится в активном состоянии. Дублирование данных и внешний отчет способствует анализу протекания процесса.

Алгоритм обработки данных имеет вид, представленный на рис. 4.5

Рис. 4.5 - Диаграмма активности, иллюстрирующая обработку данных

4.3 Генерация программного кода

Класс в Rational Rose -- это описание общей структуры (данных и связей) для дальнейшего создания объектов. Для того чтобы генератор Rational Rose имел возможность создавать на основе описанной модели программный код, для каждого класса необходимо указать язык, для которого будет создаваться код. Также необходимо определить компонент, в котором этот класс будет храниться. Если в качестве языка для создания кода указан VC++, то пользователь получает доступ ко всей иерархии классов библиотеки MFC при помощи визуальных средств Model Assistant. Поэтому прежде чем приступить к генерации кода на Visual C++, следует создать диаграмму компонентов, отражающая организацию и взаимосвязи программных компонентов, представленных в исходном коде, двоичных или выполняемых файлах. Связи в данном типе диаграммы представляют зависимости одного компонента от другого и имеют специальное отображение через значок «зависимости».

В данном проекте будет построена упрощенная диаграмма компонентов, на которой каждый из компонентов будет представлять класс или его реализацию, хотя при разработке программного кода в большинстве случаев могут использоваться другие подходы.

Для каждого из классов создается два файла: заголовочный (с расширением .h), который содержит описание класса, и файл реализации (с расширением .cpp), где содержится программная реализация методов класса.

Поэтому каждый класс на диаграмме компонентов будет представлен двумя компонентами: Package Specification и Package Body. Первый компонент представляет собой определение пакета (заголовочный файл с расширением .h), второй - тело пакета (файл с расширением.cpp).

Компоненты на диаграмме (рис. 4.6) для простоты имеют те же названия, что и класс, который они представляют.

Рис. 4.6 - Диаграмма компонентов

Кроме того, при создании компонентов в спецификации каждого из них задается язык, на котором он будет реализован (в нашем случае - VC++), а также указывается какие классы включаются в компонент (вкладка Realizes спецификации компонента). На приведенной диаграмме в каждый компонент включен только один класс с тем же именем, что и компонент.

После того, как реализация и прототипы функций определены, с помощью инструмента Model Assistant в указанных классах задаем для каждого оператора тип возвращаемого им значения, передаваемых ему параметров и тело функции (Default Code Body). В классе Controller задается определение структуры params и содержащиеся в ней поля, представляющие задаваемые оператором параметры процесса.

Заключительным этапом в создании программного кода на Visual C++ является ассоциирование компонента с проектом Microsoft Visual Studio 6.0. Для этого используется инструмент Component Assignment Tool (меню Tools > Visual C++ > Component Assignment Tool…). Здесь в свойствах компонентов требуется либо указать существующий проект Visual Studio, либо создать новый проект (при этом используются средства Microsoft Visual Studio), в котором создаются классы, включенные в выбранные компоненты. С помощью этого инструмента можно также включать классы в компоненты и ассоциировать их с языком VC++ (если это еще не было сделано), методом Drag'n'Drop. После того как для всех компонентов был указан проект, в который они будут включены, можно приступать к генерации кода (меню Tools > Visual C++ > Update Code…). Если при этом был выделен класс или компонент, то произойдет обновление его кода (или создание, если он еще не был сгенерирован). Полный перечень программного кода, реализованного в данном проекте, представлен в Приложении В.

5. Аппаратная и программная реализация системы управления КУ

5.1 Аппаратная реализация управления

Реализация аппаратной части производится в соответствии с требованиями к системе управления, основные принципы которых излагаются в п.п. 2.3, 2.4 и особенностями технологического процесса, описание которых дается в п. 1.8. Фирмы, занимающиеся проектированием, установкой и наладкой САУ промышленных объектов в нефтехимической отрасли, особенно газоперекачивающей, имеют огромный опыт разработки систем подобного уровня. Поэтому, наиболее разумным было бы обратится к уже готовым решениям как построения самой системы управления, так и внедряемого оборудования. Многие фирмы при проектировании сложных объектов используют методологии, основной принцип которых описан в п. 3.1. Таким образом, можно считать, что данный метод позволит нам более рационально использовать предоставленные ресурсы.

Исходя из разумных принципов, полагаем, что все объекты обладают хорошей совместимостью, отвечают основным требования по качеству и исполнению, экономически обоснованы и имеют необходимые сертификаты соответствия ЕЭС. Архитектура САУ имеет возможность расширения и модернизации, с сохранением или улучшением предъявляемых требований. Наличие в системе контуров диагностики и самодиагностики оборудования, также приветствуется. Важным фактором также является наличие блоков защиты от помех разной природы, как электромагнитных, так и механических.

5.2 Выбор платформы системы управления

Система управления, удовлетворяющая данным требования, должна иметь либо открытый характер, способная интеграции стороннего программного обеспечения, либо поставляться как готовый набор средств программного и аппаратного управления. Остановимся на втором варианте, так как он подразумевает ряд важных особенностей:

? Полный комплект технической и программной документации на устанавливаемые компоненты;

? Нет необходимости на дополнительное приобретение программного обеспечения, так как структура и качество САУ подразумевает разработку средств управления четко выполняющие свои функции.

? Наличие информационного центра технической поддержки;

? Огромная база принципов реализуемых систем;

Одной из таких является полнофункциональная распределенная система управления технологическим процессом DeltaV. Полевые устройства foundation fieldbus, контроллеры и рабочие станции работают совместно в составе системы, обеспечивая управление каждый на своем уровне.

Данные системы нашли широкое применение на Российском рынке и имеют хорошую репутацию, ввиду того, что обладает достаточным количеством разновидностей устанавливаемых модулей, позволяющих создавать на их базе практически любые сложные системы управления.

Однако для правильного планирования системы DeltaV необходимо четкое формулирование требований к интерфейсу ПО управления процессом и установка этого ПО на должным образом сконфигурированную рабочую станцию.

Системы DeltaV эффективно используются для управления сетями различных размеров. Система DeltaV обладает возможностями гибкого планирования и моделирования размеров сети таким образом, чтобы система наиболее полно отвечала требованиям управления процессом. Минимальный набор компонентов для системы DeltaV представлен на рисунке 5.1, где показано число рабочих станций и контроллеров со всем необходимым оборудованием, которое должно быть включено в систему.

Рис. 5.1 - Минимальный комплект системы DeltaV

В этот комплект компонентов входит:

? Сеть управления, поддерживающая обмен данными между рабочими станциями и контроллерами.

? Рабочая станция, предоставляющая графический интерфейс пользователя.

? Контроллер, выполняющий функции управления и обмена данными между подсистемой ввода-вывода и сетью управления.

? Подсистема ввода-вывода, обрабатывающая информацию от полевых устройств.

? Системный источник питания DeltaV

? Групповой источник питания для полевых устройств, подключенных к системе DeltaV.

? Несущие панели, монтируемые на рейки DIN, и обеспечивающие распределение питания и обмен данными между контроллером и платами ввода-вывода.

5.3 Выбор сети управления

Сеть управления - изолированная сеть Ethernet, обеспечивающая обмен данными между контроллером и рабочей станцией. Для подключения коммуникационных линий используются концентраторы и коммутаторы Ethernet.

При планировании топологии сети принимаются во внимание следующие соображения:

? В сети управления может быть до 120 узлов.

? Сеть управления системы DeltaV должна быть выделенной сетью для обеспечения надежности и высокой производительности. К сети управления DeltaV не должны быть подключены никакие другие устройства или сети.

? Обмен данными с другими устройствами и сетями, не входящими в DeltaV, должен выполняться через Интеграционные станции.

По представленным топологиям сети управления выберем наиболее нам подходящую, т.е. симплексную сеть управления с резервированными контроллерами, схема которой представлена на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 - Симплексная сеть управления и резервированные контроллеры

Несмотря на то, что резервированный контроллер использует два порта концентратора, он рассматривается как один узел.

При необходимости увеличение расстояния между узлами производится следующими способами:

? преобразователи среды передачи данных;

? каскадные концентраторы;

? концентраторы со стековым соединением;

? оптоволоконные дистанционные расширители.

Зная возможные способы модернизации нашей системы, рассмотрим один из четырех способов.

Преобразователи среды передачи данных

Преобразователи среды передачи данных служат для перехода от медного кабеля 10BaseT к оптоволоконному кабелю и обратно. Как правило, пара преобразователей подключается между портом концентратора и рабочей станцией или контроллером. Между двумя преобразователями среды передачи данных располагается оптоволоконный кабель, длина которого может составлять несколько сотен или даже тысяч метров. Каждая рабочая станция или контроллер в сети управления может быть подключена к концентратору через преобразователи среды, что позволяет значительно увеличить расстояние между узлами. Используемые в системе DeltaV преобразователи среды передачи данных должны быть совместимы со стандартом IEEE 802.3 (Ethernet), соответствовать спецификации 10Base-FL (для оптоволоконного кабеля) и содержать как минимум один разъем 10BaseT для медного кабеля и одну пару разъемов типа ST для оптоволоконного кабеля. Для каждого оптоволоконного кабеля требуется два преобразователя, один -- для перехода от медного кабеля к оптоволоконному, а другой -- для обратного перехода к медному кабелю.

Преобразователи среды передачи данных выпускаются многими производителями оборудования. Имеются устройства для передачи сигнала на расстояние от нескольких сотен метров до 15 километров. Среди компаний, выпускающих подобное обор-дование, можно назвать Black Box (www.blackbox.com), Hirschmann (www.hirschmann.de), Transition Networks (www.transition.com), и другие.

5.4 Выбор структуры контроллера и его состава

Как показано на Рис. 5.2 мы используем резервированный контроллер, что повышает общую надежность функционирования системы. Резервированный контроллер состоит из двух плат. Контроллер выполняет функции управления и контролирует обмен данными между подсистемой ввода-вывода и сетью управления. Контроллер можно сконфигурировать для выполнения следующих функций: сбор данных, вычисления, (последовательное) дискретное управление, непрерывное управление (регулирование) или управление периодическими процессами (рецептурами).

На рисунке 5.3 показан резервированный контроллер, установленный на 2-слотовых несущих панелях.

Рисунок 5.3 - Резервированный контроллер и несущие панели

Выбор оборудования контроллера

В системе DeltaV используются контроллеры M3, M5 и М5 Плюс. Условие, ограничивающее расширение системы, говорит о том, что при наличии более 3 контроллеров, добавление каждого следующего контроллера будет приводить к меньшему приросту производительности, чем добавление предыдущего.

Каждый модуль контроллера устанавливается в правый разъем 2-слотовой несущей панели источников питания контроллеров, поэтому для каждого резервированного контроллера устанавливаем две 2-слотовые несущие панели.

Для реализации нашей системы будем использовать контроллер М5 Плюс, т.к. он имеет большую совместимость с программным пакетом Профессиональный Плюс.

Лицензирование контроллеров

Необходимым условием законченности системы DeltaV является ее лицензирование в масштабе всей системы. Для этого подсчитывается общее число ТПУ (тэги параметров устройств) в системе DeltaV, которые будут использоваться для мониторинга процессов, и общее число ТПУ, которые будут использоваться для управления процессами. Под ТПУ, используемым для мониторинга, понимается ТПУ, выполняющий следующие функции: просмотр, архиви-ро-ва-ние (запись истории), масштабирование и генерация алармов. ТПУ, выполняющий любые другие функции, кроме перечисленных, рассматривается как ТПУ, используемый для управления.

Тэги только для отображения

Тэги только для отображения (ТДО) не подлежат лицензированию, они не рассматриваются как ТПУ и не включаются в общее число тэгов при подсчете ТПУ. Число ТДО ограничивается функциональными возможностями продуктов DeltaV. Об ограничениях подробно расска-зывается в Приложении A. Для использования в системе DeltaV ТДО проходят через контроллер DeltaV и через интеграционную станцию. ТДО не используются никакими модулями или функциональными блоками, реализующими функции управления или функциональность алармов, однако они могут отображаться, регистрироваться в трендах и сохраняться в истории на рабочих станциях.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6