АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Автоматизированная система управления и регулирования технологических параметров относится к области техники регулирования и управления и может быть использована как для управления технологическими процессами различных промышленных предприятий, так и для проектирования автоматизированных систем управления любой сложности проектными организациями.
Известны устройства для измерения параметров, характеризующих работу различного оборудования в химической, нефтедобывающей, горно-обогатительной промышленности, теплоэнергетике, в системах учета электроэнергии, водоснабжении, газоснабжения и т.д. Например, по патентам РФ №2106679, МПК G05B 23/02;
№2263208, Е21 В47/00; №2159457, МПК G05B 23/02; №2304740, МПК F17D 5/00/ Известные аналоги предназначены для конкретного измерения параметров или текучей среды, или газообразной, или температурных режимов. Заявителю не известны системы универсального характера, которые в зависимости от назначения могли бы без конструктивного изменения выборочно управлять необходимыми параметрами, поддерживая их оптимальные значения.
Наиболее близко к заявляемому объекту по конструктивному выполнению техническое решение по патенту РФ №2304740, «Способ контроля и регулирования режима работы трубопровода и система для его осуществления». Система контроля и регулирования режима работы трубопровода содержит узел средств измерений, приемно-передающую аппаратуру с микропроцессорным контроллером, источник питания и центральный диспетчерский пункт с записывающим устройством. Система предназначена для контроля транспортировки жидкости и газа.
Недостатком такой системы является невозможность ее применения на производственных объектах с другим алгоритмом управления и другими параметрами электрических сигналов
Техническим результатом предлагаемого решения является универсальность использования АСУ для измерения и регулировки различных технологических параметров, расширение области применения от систем диспетчеризации, до управления распределенными в пространстве промышленными объектами (газопроводы, нефтепроводы, системы городского водоснабжения), что позволит объединять производственные объекты в единую сеть, с управлением из одного центра.
Технический результат достигается тем, что автоматизированная система управления технологическими параметрами, содержащая приемно-передающую аппаратуру, микропроцессорный контроллер, модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, и источник питания, дополнительно к модулям ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов содержит модули сопряжения электрических сигналов, включающие блоки дополнительных реле для дискретных сигналов и нормирующие преобразователи для аналоговых сигналов. К тому же в
автоматизированной системе управления между пунктами управления и рабочими станциями, проложены оптические и беспроводные каналы связи Profinet
Новизна разработки заключается в комплексном применении стандартных интерфейсов, программируемого логического контроллера, и систем связи, что позволяет создать универсальный продукт, легко настраиваемый на решение подавляющего большинства производственных задач.
Наличие модуля сопряжения электрических сигналов позволит адаптировать различные уровни входных и выходных сигналов различных устройств объектов автоматизации к сигналам стандартным для модулей ввода-вывода большинства контроллеров. В системе применен современный протокол связи - Profinet (представляющий собой концепцию открытой архитектуры для построения распределенных автоматизированных систем от уровня устройств ввода - вывода до уровня руководства предприятия). Для организации обмена данными между системами автоматизации могут использоваться электрические (витые пары), оптические и беспроводные каналы связи Ethernet.
На чертеже представлена автоматизированная система управления (АСУ) технологическими параметрами На фиг.1 - общая схема АСУ На фиг.2 -схема согласования различных уровней входных сигналов с логическими уровнями программируемого контроллера. На фиг.3- схема системы управления компрессорной станцией. На фиг.4 - схема системы управления несколькими компрессорными станциями.
Автоматизированная система управления технологическими параметрами состоит из приемно-передающей аппаратуры, включающей программируемый логический контроллер 1 с энергонезависимой памятью и интерфейсом связи, непосредственно реализующий алгоритм работы объекта автоматизации. В качестве интерфейса связи используется промышленный Ethernet, применение которого позволяет строить аппаратно независимые распределенные в пространстве сети. АСУ снабжена источником бесперебойного питания 2, необходимо для обеспечения работоспособности системы при неисправности блока питания 3 или при отключении электроэнергии. Для поддержания стабильной температуры в системе применено устройство поддержания микроклимата 4. Для контроля состояния объекта управления 5 и его отдельных составляющих (электроприводы, таймеры, специализированные реле, состояние датчиков охранных систем и т.д.) служит модуль ввода дискретных сигналов 6. Нормирование сигналов производится программным путем как на уровне контроллера, так и на уровне интерфейсных модулей. Модуль управления силовым оборудованием 7 необходим для согласования различных уровней управляющих сигналов (+24V, ~220V, +220V и т.д.) и передачу управляющих воздействий на объект управления. Модуль аналогового преобразования и регулирования 8 служит для приведения аналоговых сигналов к стандартным величинам (mv в 4-20ma, 0-20ma, 0-10V,+-10 V и т.д.) как входных, так и выходных аналоговых сигналов.
Система централизованного управления несколькими объектами состоит из сервера (10) с системой визуализации, архивирования и т.д., быстродействующего коммутатора - маршрутизатора (11), необходимого для обеспечения связи сервера (10), системы управления, и рабочих станций (12). Для связи с объектами, где невозможно применение проводных или оптических линий связи используется промышленный радиомодем (9).
АСУ работает следующим образом.
На примере управления компрессорной станцией. (фиг.3)
Задачей управляющей системы является поддержание необходимого давления в баке ресивере компрессорной станции. Инициатором запуска Компрессора является датчик давления "Р" со стандартным выходом 4-20 та. Рабочее давление воздуха в магистрали как правило, определяется на стадии проектирования компрессорной станции, и в дальнейшем не меняется. Диапазон измерения рабочего давления задается программным путем. Сигнал с датчика давления "Р" поступает на модуль аналогового преобразования (5, рисунок 2). Если давление мало, контроллер, через
модуль управления силовым оборудованием (6) (сухой контакт модуля) подает сигнал включения (+24V, ~220 V и т.п) на пускатели Q1, Q2, или на оба сразу (в зависимости от алгоритма работы управляющей программы). Включение пускателя контролируется по замыканию дополнительного контакта пускателя и подается на модуль ввода дискретных сигналов. Если после команды на включение пускателя не поступил сигнал подтверждения, выдается сигнал аварии. Устройство одного канала, входной части модуля ввода дискретных сигналов, показано на рисунке 5. Трансформаторы тока Т1 и Т2 необходимы для контроля режима работы двигателя и служат для управления компрессором в случае выхода из строя датчиков давления. Сигнал с трансформаторов тока поступает на нормирующие преобразователи модуля (5). Сила тока в цепи двигателя компрессора является косвенным показателем давления в ресивере. При достижении максимального рабочего давления в ресивере контроллер дает сигнал на остановку компрессора(ов).
Централизованное управление удаленными компрессорными станциями (рисунок 3).
Благодаря встроенному интерфейсу связи (протокол TCP/IP) система легко объединяется в промышленную сеть Industrial Ethernet с возможностью управления и контроля с единого центра. Система состоит из сервера визуализации и баз данных с установленной SCADA системой. Связь с удаленными контроллерами осуществляется либо по проводной связи, либо используется радиомодемы (9).
Сигналы контроля стандартны для всех типов оборудования. Контролируются следующие типы дискретных сигналов: сигналы с датчиков положения, блоки контактов коммутационного оборудования, сигналы с контактов специализированных реле и таймеров. Спектр контролируемого оборудования аналогового регулирования гораздо шире, но уровни сигналов описываются следующим рядом: +-10 вольт, 0-10 вольт, 0-20 та, 4-20 та, 0-5 та.
Как видно из выше сказанного, всю систему управления любым объектом можно построить по принципу: "условие» - включить, "условие"- выключить, "условие" -больше, "условие" - меньше. Тип управляющего оборудования значения не имеет, если выполняются следующие условия: наличие коммутационного оборудования с достаточной нагрузкой на контакт, наличие модулей ввода стандартных дискретных сигналов, наличие аналоговых преобразователей ввода-вывода, с настраиваемыми параметрами.
Разработка относится к универсальным программируемым системам. Наличие стандартных или программируемых интерфейсов ввода-вывода, позволяет реализовать логику управления большинства производственных объектов.
Применение интерфейсов, совместимых (либо настраиваемых) с электрическим параметрами сигналов контроля и управления большинства промышленного оборудования, позволяет построить систему управления объектом в виде
"черного ящика", логика работы которого задается программным путем и, следовательно, очень гибка.
Разработанная система способна работать как автономно, так и под управлением системы более высокого уровня. Использование Etherne (Profinet) в качестве основного протокола связи позволяет контролировать все параметры объекта автоматизации в реальном времени.