Регулятор разрежения в топке.

Предназначен для поддержания постоянной заданной величины разрежения в топке при всех изменениях режимов работы котла. Текущее значение разрежения в топке сравнивается с заданным значением и по ПИ-алгоритму формируютяс сигналы управления электрическим исполнительным механизмом, соединенным с направляющим аппаратом дымососа ДС. Тем самым изменяется производительность дымососа и разрежения в топке.

Регулятор кислорода.

Предназначен для поддержания постоянной заданной величины содержания кислорода в дымовых газах. Корректирующий сигнал вырабатывается по величине разности между текущим и заданным значением содержания кислорода, который воздействует непосредственно на электродвигатель дутьевого вентилятора тем самым, изменяя его производительность.

5. Выбор технического обеспечения

5.1 Описание внедряемой системы диспетчеризации

5.1.1 Назначение и конфигурация системы

Система выполняет следующие основные технологические задачи:

- оперативный контроль (мониторинг) технологического процесса;

- автоматическое регулирование технологических параметров;

- постоперативный контроль качества эксплуатации оборудования;

- диагностику состояния наиболее теплонапряженных элементов поверхностей нагрева.

Система состоит из рабочих станций различного функционального назначения (рис. 5.1.), которые объединены между собой локальной вычислительной сетью Ethernet (100 Mбит/с, протокол TCP/IP). Каждая из станций передает информацию об изменениях технологических параметров с дискретностью 0,1 с остальным абонентам системы. Технические средства системы размещены в двух напольных шкафах и обслуживают одновременно два паровых котла БКЗ-75/39Фб производительностью 75 т/час и три водогрейных котла КВ-ТК-100 производительностью 100 Гкал/час. В данной реализации применены следующие типы рабочих станций:

Станция оператора обеспечивает ввод сигналов с модулей удаленного ввода-вывода ICP CON-7000, а также прием сигналов с резервированного комплекса многофункционального контроллера (РК МФК), мониторинг технологического процесса. Она базируется на промышленном компьютере Advantech IPC-510-SYS1, который вместе с монитором 19" LG TFT 1910P, функциональной клавиатурой и манипулятором мышь устанавливается на рабочем столе операторов группового щита управления. Используется операционная система Windows 2000. Специализированное программное обеспечение - SCADA-система Trace Mode Professional v5.12.

Инженерная рабочая станция (1 станция на 2 котла БКЗ-75/39 ФБ и на 3 водогрейных котла КВ-ТК-100) представляет собой полномасштабную рабочую станцию, построенную на основе промышленного компьютера Advantech IPC-510-SYS1, позволяющую в полном объеме выполнять все функции станции оператора, в том числе осуществлять «подхват» при ее отказе. Также инженерная станция осуществляет ведение системных и технологических протоколов, архивирование истории процесса, санкционированную модификацию баз данных (уставок, параметров настройки регуляторов, конфигураций, паролей и т.п.) и мнемосхем в режиме реального времени, хранение резервных копий программного обеспечения с возможностью их загрузки на все рабочие станции системы. Станция располагается на рабочем столе операторов группового щита управления. Все рабочие станции ИУС запитываются через источники бесперебойного питания Powercom KIN 800AP.

5.1.2 Ввод сигналов

1. Информационная подсистема.

Информационная подсистема состоит из:

120 аналоговых и 90 дискретных сигналов водогрейных котлов КВ-ТК-100.

124 аналоговых и 64 дискретных сигналов парогенераторов БКЗ-75/39 ФБ.

Причем все сигналы парогенераторов, а также и все дискретные сигналы котлов КВ-ТК-100 подаются на резервированный комплекс МФК и обрабатываются программой. Откуда по сети Ethernet рассылаются на станциии (см. рис 5.1. «Схема системы диспетчеризации»). Оставшиеся 120 аналоговых сигналов КВ-ТК-100 подаются на модули удаленного ввода информации серии ICP CON 7000. Устанавливаются 8 модулей I-7017 --для ввода токовых сигналов; 8 модулей I-7015 - для ввода сигналов с термосопротивлений; 2 модуля I-7019 - для ввода сигналов с термоэлектрических преобразователей (см. таблицу 5.1. «Контроллируемые параметры котлов»). Модули устанавливаются рассредоточенно в непосредственной близости к существующим клеммным соединениям цепей датчиков. Ввод информации от модулей в компьютер осуществляется по интерфейсу RS-485 с помощью витой пары NEOMAX NM1011

UTP5. Перед непосредственным вводом в компьютер производится преобразование в интерфейс RS-232 с помощью преобразователя интерфейсов I-7520. Подсоединение производится к COM-порту. Измерение технологических параметров выполняется в заданной последовательности и с заданным темпом. Ввод относительно «быстрых» параметров (расход, давление) производится с периодичностью 1 с, «медленных» (температурные параметры )--3 с.

На рисунке 5.1. показана упрощенная схема диспетчеризации.



Рис. 5.1. Схема системы диспетчеризации.

Обозначения:

ИПС - информационная подсистема котла ( сигналы не принимающие участие в регулировании процессов).

РПС - регулирующая подсистема котла ( сигналы, поступающие на регуляторы, реализованные в МФК для выдачи регулирующих воздействий).

Таблица 5.1.

Контроллируемые параметры котлов.

п/п	Измерение	Измеряемая среда	Наимено-вание датчика	Кол - во датчи-ков	Тип модуля ввода в ПК, МФК ( кмс / усо)
		Наименование	Параметры
Водогрейный котел КВ-ТК-100
Температурные сигналы ( термосопротивление )
1	Температура	Мазут	110	ТСМ	1	I-7015
2	Температура	Мазут	110	ТСМ	1	I-7015
3	Температура	Дымовые газы	190	ТСП	1	I-7015
4	Температура	Подшипники дымососа	120	ТСМ	2	I-7015
5	Температура	Подшипники мельниц	80	ТСМ	8	I-7015
6	Температура	Подшипники дутьевого вентилятора	10	ТСМ	2	I-7015
Температурные сигналы ( термоэлектрический преобразователь )
7	Температура	Дымовые газы	190	ТХК	4	I-7019
Токовые сигналы ( 0 - 20 мА /Сапфир 22М - ДД, ДИ; кондуктомер/ )
8	Давление	Пар	6	Сапфир-ДИ	1	I-7017
9	Давление	Пар	2	Сапфир-ДИ	1	I-7017
10	Давление	Мазут	35	Сапфир-ДИ	2	I-7017
11	Давление	Мазут	40	Сапфир-ДИ	4	I-7017
12	Давление	Воздух	226	Сапфир-ДИ	1	I-7017
13	Давление	Вода	8	Сапфир-ДИ	1	I-7017
14	Давление	Сетевая вода	25	Сапфир-ДИ	1	I-7017
15	Давление	Дымовые газы	283	Сапфир-ДИ	1	I-7017
16	Перепад давления	Дымовые газы	120	Сапфир-ДД	2	I-7017
17	Разрежение	Дымовые газы	+/- 20 Па	Сапфир-ДД	1	I-7017
18	Разрежение	Аэросмесь	160	Сапфир-ДД	4	I-7017
19	Расход	Осветленная вода	400	Сапфир-ДД	1	I-7017
20	Солесодер-жание	Осветленная вода		Кондукто-мер КЭЛ1-М	1	I-7017
Парогенератор БКЗ-75/39 ФБ.
Температурные сигналы ( термосопротивление )
21	Температура	Питательная вода	104	ТСМ	1	TCC_L16i / L16
22	Температура	Дымовые газы	130	ТСМ	1	TCC_L16i / L16
23	Температура	Воздух	365	ТСМ	2	TCC_L16i / L16
24	Температура	Подшипники дымососа	120	ТСМ	2	TCC_L16i / L16
25	Температура	Подшипники мельниц	80	ТСМ	4	TCC_L16i / L16
26	Температура	Подшипники дутьевого вентилятора	10	ТСМ	2	TCC_L16i / L16
27	Температура	Металл барабана	90	ТСМ	11	TCC_L16i / L16
28	Температура	Мазут	125	ТСМ	1	TCC_L16i / L16
Температурные сигналы ( термоэлектрический преобразователь )
29	Температура	Перегретый пар	440	ТХК	1	TCC 2L16 / L16
31	Температура	Топочные газы	840	ТПП	1	TCC 2L16 / L16
32	Температура	Дымовые газы	508	ТХК	1	TCC 2L16 / L16
33	Температура	Дымовые газы	372	ТХК	1	TCC 2L16 / L16
34	Температура	Дымовые газы	228	ТХК	1	TCC 2L16 / L16
35	Температура	Металл коллекторов пароперегревателя	352 400 440	ТХК	11	TCC 2L16 / L16
Токовые сигналы ( 0 - 20 мА /Сапфир 22М - ДД, ДИ; кондуктомер/ )
36	Давление	Воздух	400	Сапфир-ДИ	4	TCC_2A16 / A16
37	Давление	Перегретый пар	40	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
38	Давление	Питательная вода	75	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
39	Давление	Воздух	213	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
40	Давление	Воздух	293	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
41	Давление	Воздух	290	Сапфир-ДИ	4	TCC_2A16 / A16
42	Давление	Дымовые газы	241	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
43	Давление	Мазут	20	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
44	Перепад давления	Дымовые газы	25	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
45	Перепад двления	Дымовые газы	119	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
46	Перепад давления	Дымовые газы	10	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
47	Расход	Воздух	28400	Сапфир-ДД	2	TCC_2A16 / A16
48	Расход	Продувочная вода	0,55 т/час	Сапфир-ДД	2	TCC_2A16 / A16
49	Содержание	Дымовые газы	10 %		1	TCC_2A16 / A16

Для ввода сигналов в РК МФК устанавливаются модули клеммных соединений: TCC 2L16 (4 шт.) - для ввода 32 сигналов от термоэлетрических преобразователей; TCC L16i (6 шт.) - для ввода 48 сигналов от термосопротивлений; ТСС 9A-01 (20 шт.) - для ввода 154 дискретных сигналов ( процент открытия клапанов, задвижек).

2. Регулирующая подсистема.

Регулирующая подсистема состоит из:

54 аналоговых сигналов водогрейных котлов КВ-ТК-100.

26 аналоговых сигналов парогенераторов БКЗ-75/39 ФБ.

Все сигналы подаются на резервированный комплекс МФК. Далее по сети Ethernet рассылаются на конкретные рабочие станциии, а также и на инженерную.

Для ввода сигналов в РК МФК устанавливаются модули клеммных соединений: TCC 2A16 (21 шт.) - для ввода 124 токовых сигналов (0-20 мА).

В итоге для двух подсистем на РК МФК подаются: 204 аналоговых сигналов и 154 дискретных. В РК МФК устанавливается: 8 плат аналогового ввода токовых сигналов A16; 5 плат аналогового ввода сигналов от термопар и термосопротивлений L16; 4 платы дискретного ввода D48.

Таблица 5.2.

Параметры регулирующей подсистемы

п/п	Измерение	Измеряемая среда	Наименова-ние датчика	Кол - во датчи-ков	Тип модуля ввода в МФК ( кмс / усо )
		Наименование	Параметры
Водогрейный котел КВ-ТК-100
1	Температура	Наружный воздух	-	ТСМУ-205 (-50..+50)	1	TCC_2A16 / A16
2	Температура	Вода на входе	70	ТСМУ-205 (0 - 180 )	1	TCC_2A16 / A16
3	Температура	Вода на выходе из котла	150	ТСМУ-205 (0 - 180)	1	TCC_2A16 / A16
4	Температура	Аэросмесь	180	ТХАУ-205 (0 - 200)	8	TCC_2A16 / A16
5	Температура	Топочные газы	930	ТХАУ-205 (0-1200)	2	TCC_2A16 / A16
6	Расход	Воды	1600 т/ч	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
7	Расход	Воздух	22130	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
8	Разрежение	Газы в топке	2	Сапфир-ДД	2	TCC_2A16 / A16
9	Содержание кислорода	Дымовые газы	10 %		1	TCC_2A16 / A16
Парогенератор БКЗ-75/39 ФБ.
10	Температура	Перегретый пар	1ст - 352 2ст - 400 , 440	ТХАУ-205 (0 - 600 )	3	TCC_2A16 / A16
11	Температура	Аэросмесь	90	ТХАУ-205 (0 - 200 )	2	TCC_2A16 / A16
12	Давление	Перегретый пар	40	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
13	Давление	Пар в барбане	40	Сапфир-ДИ	1	TCC_2A16 / A16
14	Разрежение	Газы в топке	2	Сапфир-ДД	2	TCC_2A16 / A16
15	Перепад двления	Воздух	64	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
16	Расход	Перегретый пар	75 т/час	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
17	Расход	Питательная вода	100	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16
18	Уровень	Вода в барабане	200 мм в.ст.	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16

5.1.2 Вывод сигналов

Выдача управляющих воздействий с РК МФК на исполнительные механизмы осуществляется с помощью 7-и умощнителей дискретных сигналов TCB08S с питанием выходных цепей от одного источника питания DR-4524 220VAC/24DVC 60W фирмы MEAN WELL. С целью обеспечения надежной работы котлов в период наладки и освоения ИУС обеспечивается параллельная работа штатной и новой систем авторегулирования с возможностью оперативного перехода с одной системы на другую. Для вывода сигналов в РК МФК устанавливается 4 модуля D32.

5.1.3 Резервированная локальная сеть Ethernet

Сеть построена по кольцевой топологии на основе двух коммутаторов

Surecom 10/100 full-duplex с использованием витой пары NEOMAX NM1011 UTP5.

На рис. 5.2. представлена схема сети Ethernet.



Рис. 5.2. Схема сети Ethernet с использованием коммутаторов.

В схеме применены следущие решения задачи обеспечения надежности:

Два управляемых коммутатора. Один коммутатор объявляется ведущим, и первоначально все пакеты идут по его линии. Второй коммутатор объявляется ведомым и находится в состоянии ожидания. Обмен данными между коммутаторами о состоянии линии связи осуществляется по контрольной линии, максимальная длина которой определяется суммарным сопротивлением кабеля, которое не должно превышать 10 Ом. В случае отказа основной линии автоматически (не более чем за 0,5 сек.) включается запасной канал. Основной контроллер, работающий в режиме «мастер», подключится автоматически ко второму коммутатору через линию резервирования. При восстановлении работоспособности основной линии информационный поток немедленно пойдет по ней. Следует заметить, что расстояние линии от коммутаторов до операторских станций не превышает 100 м, следовательно это позволяет обходится без дополнительных концентраторов.

Кольцевая топология. С помощью механизма двух коммутаторов создается топология «кольцо». Если в каком-то месте произойдет обрыв сетевой линии, то часть компьютеров будет подключаться к сети с другого коммутатора. Применение двух коммутаторов является универсальным решением, так как достигаются две описанных цели.

Резервирование сети. Сама система на основе двух коммутаторов уже является достаточно надежной. Но если предположить, что из строя выйдет один коммутатор и произойдет обрыв сетевой линии, то подключение компьютеров к сети будет производится через резервную сетевую линию. Наличие такой линии позволяет в дальнейшем создать управляющую систему на основе только SCADA-системы без применения РК МФК, так как такая система требует высокой надежности. Следует отметить, что наличие резервированной сети является методом повышения надежности, а не основным методом ее обеспечения. Для этой цели в каждом компьютере устанавливается по два сетевых адаптера PCMCIA 16 bit full-duplex 10/100 64 kB RAM.

Резервирование носителя информации. В данном случае это является жесткий диск (винчестер) всех станций. То есть в каждом промышленном компьютере устанавливается по два винчестера, так как самым слабым местом в компьютере является последний. На одном из них содержится копия всей информации ведущего винчестера. Тем самым повышается надежность сохранности информации. Можно отметить, что в некоторых случаях ставят параллельно основной станции (ведущей) дополнительную (ведомую), но это ведет к большим денежным затратам. Резервирование же винчестера является не дорогим и легко доступным средством повышения надежности.

5.1.4 Программное обеспечение

1. Описание SCADA-системы Trace Mode Proffesional v5.12.

TRACE MODE - это одна из самых покупаемых в России SCADA-система, предназначенная для разработки крупных распределенных АСУ ТП широкого назначения. Система TRACE MODE создана в 1992 году и к настоящему времени имеет свыше 6500 инсталляций. Проекты, разработанные на базе TRACE MODE, работают в энергетике, металлургии, атомной, нефтяной, газовой, химической, космической и других отраслях промышленности, в коммунальном и сельском хозяйстве России. По числу внедрений в России, TRACE MODE значительно опережает зарубежные пакеты подобного класса. Она - основана на инновационных, не имеющих аналогов технологиях. Среди них: разработка распределенной АСУ ТП как единого проекта, автопостроение, оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, уникальная технология playback - графического просмотра архивов на рабочих местах руководителей. TRACE MODE - это первая интегрированная SCADA-система, поддерживающая сквозное программирование операторских станций и контроллеров при помощи единого инструмента.

Основные функции:

* модульная структура - от 128 до 64000х16 точек ввода-вывода. Количество тегов неограничено;

* 0.001 с - минимальный цикл системы;

* открытый формат драйвера для связи с любым УСО;

* открытость для программирования (Visual Basic, Visual C++ и т.д.);

* разработка распределенной АСУТП как единого проекта;

*средства сквозного программирования АСУТП верхнего (АРМ) и нижнего (ПЛК) уровня;

* встроенные библиотека из более чем 150 алгоритмов обработки данных и управления в т.ч. фильтрация, PID, PDD, нечеткое, адаптивное, позиционное регулирование, ШИМ, управление устройствами (клапан, задвижка, привод и т.д.), статистические функции и произвольные алгоритмы;

* автоматическое горячее резервирование;

* поддержка единого сетевого времени;

* средства программирования контроллеров и АРМ на основе международного стандарта IEC 61131-3;

* более 200 типов форм графического отображения информации в т.ч. тренды, мультипликация на основе растровых и векторных изображений, ActiveX;

* просмотр архивной информации в реальном времени в т.ч. в виде трендов и таблиц;

* сеть на основе Netbios, NetBEUI, IPX/SPX, TCP/IP;

* обмен с независимыми приложениями с использованием OPC client/server,

DDE/NetDDE client/server, SQL/ODBC, DCOM;

* автоматическое резервирование архивов и автовосстановление после сбоя;

* мониторинг и управление через Internet;

Архитектура TRACE MODE

TRACE MODE состоит из инструментальной системы и исполнительных модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе TRACE MODE. TRACE MODE v5.12.12, создана в архитектуре клиент-сервер и основана на новейшей распределенной общей модели объектов - DCOM, лежащей в основе Windows NT/2000. Поэтому отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУ ТП на базе TRACE MODE легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные информационные системы.

Факты о производительности

Современная 32-разрядная архитектура TRACE MODE v5.12 обеспечивает высочайшую производительность системы в реальном времени. Так например, следующие характеристики были замерены на ПК Pentium II 233 в ходе экстремального тестирования:

* пересчет базы каналов - 320.000 каналов в секунду;

* скорость записи данных в архив - 100.000 параметров в секунду;

* скорость передачи данных через сеть Ethernet 10 Mbit - 60.00 параметров в секунду;

* скорость обновления форм отображения - 4.000 тревог в секунду.

Тесты производительности Микро МРВ - исполнительной системы для РС-контроллеров проведенные на контроллере Micro PC с процессором AMD 133 Mhz показали следующие характеристики программы:

1.Пересчет базы каналов - 23.000 каналов в секунду;

2.Отработка ПИД - регуляторов - 5.600 регуляторов в секунду.

Система разработчика

Система разработчика включает полный набор инструментальных средств для создания операторского интерфейса и программирования РС-контроллеров, набор встроенных драйверов контроллеров, Монитор реального времени, OPC и DDE клиенты и серверы, спецификации по написанию драйверов УСО, электронную справочную систему на русском и английском языках, печатную документацию на русском языке. Существуют версии системы разработчика на 128, 512, 1024, 32.000х16 и 64.000х16 каналов (входов/выходов). Число внутренних перемен (тегов) неограничено

Система разработчика включает в себя следующие компоненты:

1. Редактор базы каналов (РБК) - инструмент разработки распределенной базы данных реального времени. В РБК создаются узлы проекта - операторские станции и контроллеры, производится настройка на платы ввода/вывода и контроллеры (DLL, DDE, OPC). РБК производит автоматическое генерирование отчетной документации по проекту АСУТП. Поддерживаются технологии автопостроения проекта.

2. Редактор представления данных (РПД) - инструмент разработки экранных форм операторского интерфейса. В РПД для каждого узла проекта создаются графические экраны, формируется статичные мнемосхемы процесса, осуществляется их динамизация путем векторной и AVI-анимации. Создаются виртуальные органы управления, тренды реального времени и исторические, формируются отчеты тревог.

3. Редактор шаблонов (РШ) - инструмент разработки шаблонов и сценариев формирования документации о ходе технологического процесса. В РШ можно создать статичную основу отчетного документа.

Монитор реального времени

Монитор раельного времени (МРВ) - это мощный сервер реального времени - основной элемент распределенной АСУ TRACE MODE. Предназначен для сбора данных с УСО через встроенные и пользовательские драйверы, OPC и DDE клиенты, математической обработки, осуществления непосредственного цифрового и супервизорного управления, генерирования алармов, ведения отчета тревог, визуализации техпроцесса на мнемосхемах, осуществления сетевого обмена с другими узлами проекта, поддержки обмена с клиентскими модулями TRACE MODE через DCOM, обмена данными с независимыми приложениями через OPC и DDE серверы, а также для осуществления информационного обмена

с внешними базами данных. Минимальное время реакции монитора реального времени составляет 0,001 с. Архитектура TRACE MODE обеспечивает высочайшую производительность в реальном времени. МРВ способен принимать данные через 32 последовательных порта. На его базе возможно создавать системы, работающие в режиме горячего резервирования.

Информационная программа «Диспетчерская».

Информационная программа "Диспетчерская" предназначена для обработки и отображения на автоматизированном рабочем месте диспетчера (АРМД) данных о состоянии и процессах управления на всех участках котлоагрегатов БКЗ-75-39 ФБ и КВ-ТК-100.

Программа позволяет:

1. Наблюдать показания датчиков давления, температур и состояния оборудования на каждом участке. Возможен просмотр как текущих показаний, так и показаний, сохраненных в базе данных за предыдущие 12 месяцев с дискретностью 15 минут.

2. Отображать показания датчиков и нормативы на регулируемые величины в виде таблиц, графиков, а также на мнемосхемах.
3. Получать сводный отчет о текущих показаниях датчиков по всем участкам котла на экране и принтере.

4. Получать сводную информацию о предаварийных ситуациях оборудования на всех регулируемых участках.

5. Просматривать режимные карты котлоагрегата с одновременным контролем соответствия значения текущих параметров технологического процесса, заданным в режимной карте.

6. Отображать конфигурацию котла в виде мнемосхем и принципиальных технологических схем

Примечание: в данном дипломном проекте информационная система создана только для одного котла БКЗ-75/39 ФБ, для одного АРМ, так как построение информационных систем для остальных котлов имеет тот же принцип. А также вследствие и того, что описание систем для всех котлоагрегатов ограничено рамками диплома.

Описание экранной формы

Главное окно программы появляется сразу после ее запуска. Почти всю часть главного окна программы занимает общая мнемосхема котлоагрегата БКЗ-75/39ФБ. Она отображает конфигурацию всех участков котлоагрегата, текущие показания датчиков. На воспомогательном экране находится подробная мнемосхема системы топливоподачи и подачи воздуха в топку котла, называемая «Общая воздуха». В нижней части окна расположены меню и панель инструментов.

На рисунке 5.3. показана экранная структура:



Рис. 5.3. Экранная структура информационной системы.

котел водогрейный автоматический регулирование

На рисунке:

MFK - многофункциональный контроллер.

MFK(1) - резервный МФК.

АРМ1_БКЗ№1 - автоматизированное рабочее место для котла БКЗ-75/39ФБ №1.

Общая котла - основная мнемосхема, на кторой показан весь котел и большинство его датчиков.

Общая воздуха - вспомогательная мнемосхема, на которой показана система топливо- и воздухоподачи.

Барабан - тренды главных параметров барабана: уровень и давление в барабане.

Темпер.

Металла - датчики температуры поверхности металла барабана.

Тренды - тренды главных параметров.

Архив - архивные тренды всех параметров.

Датчики - сводный отчет по всем аналоговым сигналам, поступающих от датчиков котла.

Клапаны - отчет по всем дискретным сигналам, поступающих от исполнительных механизмов о их состоянии (процент открытия).

Отчет тревог - окно просмотра предаварийных ситуаций.

Панель инструментов

- Кнопка "Отчет" - предназначена для запуска окна архивных трендов.

- Кнопка "Датчики" - предназначена для вызова окна просмотра показаний датчиков давления и температур. Внешний вид окна в виде таблицы (температура, давление, разрежение и др.)

- Кнопка "Клапаны" - предназначена для вызова окна просмотра состояния и режимов работы клапанов. Для каждого клапана выводится процент его открытия (графа "Положение,% ").

- Кнопка "Отчет тревог" - предназначена для вызова окна просмотра пред аварийных ситуаций и отклонений от параметров на всех регулируемых участках котлоагрегата.

- Кнопка "Воздух" - предназначена для вызова окна мнемосхемы системы аоздуха.

- Кнопка "Барабан" - предназначена для вызова окна мнемосхемы температуры барабана котлоагрегата.

- Кнопка "График" - предназначена для вызова окна просмотра показаний датчиков самых важных параметров в виде графиков. Для удобства эта кнопка находится рядом с выводимым параметром.

2. Программное обеспечение TeconOPC Server.

OPC-сервер TeconOPC является реализацией стандарта ОРС DA (OLE for Process Control) предназначен для обеспечения обмена данными между контроллерами и SCADA системами различных производителей, поддерживающих стандарт ОРС. С точки зрения построения систем автоматизации ОРС сервер является связующим звеном между контроллером и SCADA системой верхнего уровня, что схематически отображено на рисунке 5.4:

Рис. 5.4. Место ОРС-сервера в системе автоматизации.

Стрелки на схеме обозначают как поток данных, так и поток управления. Они объединены потому, что целью схемы является показать место ОРС сервера, а не потоки данных.

OPC - это стандарт взаимодействия между программными компонентами систем, основанный на объектной модели COM/DCOM. Аббревиатура OPC расшифровывается как «OLE for Process Control». Через интерфейсы OPC одни приложения могут читать или записывать данные в другие приложения, обмениваться событиями, оповещать друг друга о нештатных ситуациях и т.п. Эти приложения могут располагаться как на одном компьютере, так и быть распределенными по сети, при этом, независимо от фирмы поставщика, стандарт OPC, признанный и поддерживаемый всеми ведущими производителями SCADA-систем и оборудования, обеспечивает их совместное функционирование.

На текущий момент в TeconOPC реализован стандарт OPC DA v 2.0.5a. TeconOPC обеспечивает :

- подключение одного или более контроллеров.

- доступ к пространству переменных контроллера.

- восстановление соединения в случае разрыва связи с контроллером.

- автоматический старт сервера при запуске SCADA-системы и загрузка рабочей конфигурации.

- проведение мониторинга значений переменных контроллера , а так же произведение записи в переменные через интерфейс пользователя ОРС сервера.

- ведение журнала работы, в котором фиксируются основные события и нештатные ситуации.

- возможность сохранения и загрузки конфигурации.

- введение в область данных «виртуального» оборудования с имитацией переменных, что позволяет облегчить тестирование программы управления верхнего уровня.

- масштабирование переменных

- Обмен данными с контроллерами производится через сеть Ethernet ( TCP/IP).

В разрабатываемой системе диспетчерского контроля программное обеспечение Tecon OPC Server устанавливается на каждой операторской станции.

Программное обеспечение РК МФК - СПО TeNIX, целевая задача и среда разработки ISaGARF.

В целом контроллер решает задачи большой информационной емкости. При этом управление объектом производится прикладной программой, которая хранится в энергонезависимой памяти контроллера. В контроллер устанавливается системное программное обеспечение TeNIX, в случае применения которого достигается наиболее полное использование ресурсов контроллера. СПО TeNIX содержит многозадачную операционную систему Linux, сервер ввода-вывода и пользовательские библиотеки. Загрузка подготовленных прикладных программ в память контроллера для отладки производится либо через порт СОМ1, либо по сети Ethernet, используя протокол ТСР/IP.

Целевая задача ISaGRAF PRO (Target ISaGRAF v.4.x) предназначена для исполнения прикладного технологического проекта, разработанного в среде ISaGRAF PRO Workbench. Исходными данными для исполнения прикладного проекта служат входные переменные сервера ввода-вывода и внутренние переменные (в терминах системы ISaGRAF PRO), значения которых формируются алгоритмами прикладного проекта или приложениями СВУ. Результатом исполнения такой программы является формирование новых значений выходных переменных сервера ввода-вывода и внутренних переменных прикладного проекта, доступных для приложениий СВУ. Целевая задача ISaGRAF PRO, реализованная в рамках ПО РК МФК, выполняет следующие функции, помимо описанных выше:

- хранение (в директории Flash Disk) копии кода прикладного проекта и автоматический запуск на исполнение сохраненного кода прикладного проекта в случае последующего перезапуска контроллера РК МФК и инициализации целевой задачи целевой задачи ISaGRAF PRO;

- хранение в SRAM значений переменных прикладной программы с атрибутом retain (хранимые) и восстановления этих значений в случае последующего перезапуска контроллера РК МФК и инициализации целевой задачи целевой задачи ISaGRAF PRO;

- хранение (в директории Flash Disk) файлов ресурсов (например, символьной таблицы прикладного проекта);

- обмен «технологическими» данными (значениями переменных прикладного проекта) с приложениями СВУ по сети Ethernet (порт «Ethernet0» каждого из контроллеров РК МФК).

Программирование производится с помощью системы программирования ISaGRAF PRO Workbench компании AlterSy. Иногда ее называют отладчиком. Система ISaGRAF не требует профессиональных знаний по программированию.

С точки зрения пользователя описанное выше программное обеспечение контроллеров МФК дает возможность :

- вносить изменения в конфигурацию, адекватные изменениям количества конкретных модулей ввода, порядка их расположения в крейте контроллера, сетевых атрибутов;

- проводить диагностику работоспособности локальных узлов и контроллера в целом;

- связываться с отладчиком ISaGRAF Workbench по последовательному порту контроллера (или Ethernet) для просмотра и осциллографирования переменных пользовательского приложения;

- использовать подсистему загрузки отладчика ISaGRAF Workbench для записи /перезаписи в режиме квази -реального времени ( 2 секунд ) разработанного приложения управления технологическим процессом;

- связываться со SCADA ( наличии в составе SCADA драйверов MB и / МВЕ) через Ethernet по протоколу Modbus Ethernet для визуализации технологического процесса.

Системное программное обеспечение TeNIX, целевая задача ISaGRAF и специазированный программный модуль резервирования записываются на флэш-диск процессорного модуля контроллера.

Отладчик ISaGRAF Workbench находится на инженерной станции.

Обобщенная структура описанного выше программного обеспечения представленна на рисунке 5.5.



Рис. 5.5. Обобщенная структура программного обеспечения контроллера.

5.2 Выбор технического обеспечения

5.2.1 Многофункциональный контроллер (МФК)

Контроллер предназначен для сбора, обработки информации и управления объектами в схемах автономного управления или в составе распределенной системы управления на основе локальных сетей уровней LAN и Fieldbus, а также передаче параметров на диспетчерский пункт. Контроллер может работать в автономном режиме, в режиме удаленного терминала связи и в смешанном режиме.

Контроллер является проектно компонуемым изделием. Модули (процессорный, коммуникационные, ввода-вывода) устанавливаются в контроллер изготовителем в соответствии с заказанной конфигурацией. Пользователь может самостоятельно наращивать или изменять конфигурацию контроллера. Контроллер состоит из базовой части, одного процессорного и коммуникационных модулей, модулей ввода-вывода, блока клавиатуры и индикации. Базовая часть состоит из корпуса, блока питания и объединительной платы. Внутри корпуса смонтирован импульсный блок питания мощностью 150 Вт и объединительная плата. Внутрь корпуса устанавливается процессорный модуль и до 16 модулей ввода-вывода. Внешние разъемы модулей выведены на лицевые планки. Корпус контроллера имеет степень защиты IP20 и предназначен для установки в монтажном шкафу.

Описание разъемов на контроллере МФК:

Разъем LAN1 предназначен для организации обмена с СВУ (Ethernet).

Разъем LAN2 - для организации межконтроллерного обмена технологической и диагностической информацией по выделенному каналу связи (Ethernet).

Разъем КВ - для подключения клавиатуры.

Процессорный модуль БЦП2 Advantech РСМ-5823 содержит:

* процессор NS GX1- 300;

* системное ОЗУ SODIMM 144 с объемом памяти 128 Мб;

* системное ППЗУ CompactFlash объемом 50 Мб;

* два программно совместимых с контроллером 16 С 550 последовательных порта:

COM1 (RS-232) и COM2 (RS-485/RS-232). Порт СОМ1 предназначен для проведения процедуры кофигурирования контроллера. Порт СОМ 2 используется для подключения блока клавиатуры и индикации V03 или панели оператора V04;

* два интерфейса 100/10BASE-T Ethernet IEEE 802.3u;

* контроллер VGA (разрешение 1280 х 1024 или 1024 х 768 точек );

* разъем для подключения РС /АТ клавиатуры;

* встроенные часы реального времени с календарем (питание для часов поступает от батареи контроллера);

* питание +5 В ±5%, 2 А ;

* сторожевой таймер WatchDog.

Для повышения надежности системы используется резервированный комплекс МФК. Все сказанное выше справедливо и для второго контроллера.

РК МФК представляет собой шкаф комплектной автоматики, в котором размещаются:

- два взаимосвязанных определенным образом контроллера МФК с одинаковой комплектацией и размещением собственного оборудования, а также с одинаковым базовым программным обеспечением;

- устройства, обеспечивающие соединение указанных контроллеров с сигнальными («объектовыми») проводами (модули клеммных соединений и умощнители дискретных сигналов);

- устройства, обеспечивающие электропитание активного оборудования комплекса, а также датчиков и исполнительных устройств системы автоматизации (источники питания и устройства защиты );

- коммуникационное устройство, обеспечивающее связь контроллеров комплекса с оборудованием «верхнего» (станционного) уровня системы автоматизации (коммутатор или концентратор сети Ethernet).

Краткие технические характеристики:

Максимальное число дискретных входов .….......................................768

Максимальное число дискретных выходов............................................640

Максимальное число аналоговых входов .............................................256

Максимальное число аналоговых выходов ..........................................128

Тип входных и выходных дискретных сигналов:

cостояние «сухих » контактов, сигнал напряжения постоянного тока (24 В), сигнал напряжения с общей нейтралью (в т .ч . ~220 В).

Тип входных аналоговых сигналов

0..5 мА , 0..20 мА , 4..20 мА , 0..10 В, сигнал термопары, сигнал напряжения низкого уровня, сигнал термометра сопротивления.

Тип выходных аналоговых сигналов............................0..20 мА, 4..20 мА.

Время изменения статусов контроллеров

по обнаружению отказа ...................................................... Не более 10 мс.

Время восстановления выходных сигналов

после переключения контроллеров .....................................Не более 1 мс.

Статусы контроллеров комплекса:

В процессе работы каждому из контроллеров ПО РК МФК присваивает один из двух взаимоисключающих статуса :

- MASTER - контроллер выполняет прикладной проект и осуществляет управление объектом автоматизации;

- SLAVE - контроллер выполняет прикладной проект, но не производит управление объектом.

Присвоение, сохранение или изменение того или иного статуса каждого из контроллеров РК МФК производится по результатам анализа:

- факта включения /выключения (наличия /отсутствия питания ) контроллеров;

- положения переключателя режимов работы каждого из контроллеров;

- состояния распределенного триггера резервирования;

- состояния программы диагностики каждого из контроллеров (обнаружение или отсутствие отказов контроллеров);

- состояния алгоритмов прикладной программы пользователя, позволяющих изменить статусы контроллеров.

При изменении статусов контроллеров (например, в случае отказа контроллера со статусом MASTER и переключении управления на контроллер со статусом SLAVE) комплекс безударно продолжает

- управление технологическим объектом;

- обмен данными с СВУ (SCADA-система).

Режим работы комплекса «Автоматическое управление» характеризуется следующим:

- в силу имеющейся разности во времени загрузки, сразу после запуска двух исправных (отсутствие отказов) контроллеров производится автоматическое присвоение статусов обоим контроллерам. В любой момент времени контроллер со статусом SLAVE «готов подхватить» управление.

- В каждом из запущенных контроллеров производится выполнение целевой задачи, программного модуля диагностики и ПО резервирования.

- При работе ранее исправных контроллеров, возникновение отказа (отказов) в контроллере со статусом MASTER приводит к переключению управления на ...