АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

Область применения
Полезная модель относится к области информационно-измерительной техники, преимущественно к измерительным устройствам - комплексам программно-технических средств, предназначенных для автоматического сбора данных в виде электрических сигналов (токовых, счетно-импульсных) с первичных преобразователей (например, датчиков давления, расхода), их обработки, накопления, передачи информации по выделенным каналам связи (проводным и радиоканалу с помощью радиомодема и радиостанций, сотовой связи) на сервер диспетчерского пункта, формирование сигналов управления и передача их исполнительным устройствам. Комплекс применяется в составе автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления технологическими процессами, технологическими линиями и агрегатами.
Предлагаемая полезная модель может быть использована в различных отраслях промышленности, например, в нефтяной - для контроля и управления нефтепромыслами; в машиностроительной - для управления автоматическими линиями и агрегатами, в энергетике - для учета и регулирования энергоресурсов.
Уровень техники
Из уровня техники известен патент RU 2322283. Система автоматического управления технологическим процессом очистки воды на скорых фильтрах, содержащая фильтр с зернистой загрузкой, работающий в режиме периодической промывки, датчик уровня воды и датчик потери напора, измеряющий разность давлений воды до и после фильтра, контроллерный шкаф управления, принимающий сигналы от датчиков уровня воды и потери напора, отличающаяся тем, что дополнительно установлены датчики расхода и давления промывной воды, преобразователь частоты, включенный в питающую сеть электродвигателя промывного насоса и управляемый сигналами с контроллерного шкафа, принимающего сигналы от датчиков расхода и давления промывной воды, на линии фильтрата установлены датчик расхода фильтрата и затвор с дистанционным блоком управления, управляемый сигналами с контроллерного шкафа, принимающего сигнал от датчика расхода фильтрата, а на линиях подачи исходной воды на фильтрование, фильтрата, промывной воды, канализации и повторного использования воды установлены задвижки с дистанционными блоками управления, управляемые по сигналу с контроллерного шкафа и переключающие фильтр с режима фильтрования в режим промывки и обратно, при этом контроллерный шкаф соединен с компьютером, отображающим информацию о процессе промывки скорых фильтров.
Недостатком данного решения является ограничение жесткой привязкой каждого входа-выхода микропроцессорного устройства к определенному объекту/сигналу.
Из уровня техники известен Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления технологическими процессами "ПАССАТ" [патент RU 35902 U], содержащий систему верхнего блочного уровня (СВБУ), состоящую из персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ), и контроллеры, соединенные локальной вычислительной сетью (ЛВС) Ethernet, отличающийся тем, что каждый контроллер содержит модуль центрального процессора (МЦП) и модули функциональные (МФ) с программируемой структурой, объединенные через системную шину VМЕ-bus.
Недостатком данного решения является ограничение жесткой привязкой каждого входа-выхода микропроцессорного устройства к определенному объекту/сигналу.
Из уровня техники известен Комплекс программно-технический для контроля и управления распределенными технологическими процессами [патент RU 66550 U], содержащий первичные преобразователи, программируемые логические контроллеры, состоящие из модулей контроллерных ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, модулей питания, установленных на стандартную DIN-рейку и объединяемых системной шиной, через которую осуществляется питание и реализация алгоритмов управления, устройства периферийной связи, радиомодем, радиостанцию, программное обеспечение, промышленные компьютеры диспетчерского пункта и технологических объектов с модулем GPRS и антенно-фидерным устройством, отличающийся тем, что из состава программируемых логических контроллеров, программного обеспечения, радиомодемов, радиостанций, промышленных компьютеров диспетчерского пункта и технологических объектов с модулем GPRS и антенно-фидерным устройством, образован измерительно-вычислительный комплекс утвержденного типа со схемными решениями, позволяющими создавать автоматические и автоматизированные системы различного функционального назначения и конфигурации, быстродействия емкости и гибкости с допускаемой нормируемой погрешностью измерения аналоговых и дискретных сигналов для решения задач измерения, сбора, обработки информации, диагностики и управления распределенными технологическими процессами.
Недостатком данного решения является ограничение жесткой привязкой каждого входа-выхода микропроцессорного устройства к определенному объекту/сигналу.
Из уровня техники известен патент RU 2279117. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления технологическими процессами, содержащий объединенные через локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet рабочие станции и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ), а также контроллеры, соединенные через локальную вычислительную сеть Ethernet между собой и с ПЭВМ, отличающийся тем, что каждый контроллер содержит модуль центрального процессора (МЦП), предназначенный для управления функциональными модулями и исполнительными механизмами, и модули функциональные (МФ) с конфигурируемой структурой, предназначенные для обработки сигналов отдатчиков и формирования сигналов управления исполнительными механизмами, соединенные через системную шину VME-bus, причем модуль функциональный МФ с конфигурируемой структурой содержит схему интерфейса VME-bus, мезонины ввода и мезонины вывода переменного количества и структуры, соединенные через первую группу разъемов со схемой обработки сигналов и управления, а через вторую группу разъемов - с внешними входами и выходами модуля функционального, соответственно, для подключения внешних датчиков и исполнительных механизмов. Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности, улучшении ремонтопригодности.
Недостатком данного решения является ограничение жесткой привязкой каждого входа-выхода микропроцессорного устройства к определенному объекту/сигналу.
Технический результат: заявленное устройство позволяет во время ремонта/модернизации задействовать резервные входы-выходы, не перестраивая систему и не добавляя в нее ничего нового (вопрос резервирования и отсутствия свободного места); также, повышается уровень всей управляющей части системы (чаще всего низковольтной) и обслуживающего персонала, который работает с безопасно низким уровнем напряжения.
Реализация полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того, что автоматическая система управления технологическим процессом, содержащая программируемый логический контроллер (ПЛК), модули ввода-вывода цифровых и/или аналоговых сигналов, аппаратуру связи и блоки питания, отличающаяся тем, что дополнительно система оборудована блоками согласования электрических сигналов. Кроме того, автоматическая система управления технологическим процессом может содержать устройство передачи информации. Кроме того, система может быть выполнена таким образом, что между пунктами управления и рабочими станциями связь осуществлена посредством применения сети Industrial Ethernet и/или беспроводного канала передачи данных.
Краткое описание чертежей
На фиг. показана функциональная схема автоматической системы управления технологическим процессом, где 1 - Блок питания, 2 - микропроцессорное устройство (МПУ), 3 - Модуль ввода-вывода дискретных и/или аналоговых сигналов, 4 - Блок согласования электрических сигналов (БСЭС), 5 - Устройство передачи информации (интерфейсный модуль), 6 - Аппаратура связи.
Осуществление полезной модели
Блок питания (БП) (1) представляет собой устройство для преобразования электрической энергии, поступающей из сети переменного тока в энергию, пригодную для питания компонентов автоматической системы управления - чаще всего в постоянное напряжение +24 В.
Микропроцессорное устройство (ПЛК) (2) предназначено для управления технологическим оборудованием в промышленности, по заданному алгоритму, в соответствии с необходимой программой.
Модуль ввода-вывода дискретных и/или аналоговых сигналов (3) является блоком расширения ПЛК (2) для построения системы периферийного ввода-вывода дискретных и/или аналоговых сигналов в распределенных управляющих системах и системах сбора данных.
Блок согласования электрических сигналов (БСЭС) (4) представляет собой устройство, необходимое для логического согласования уровней входных/выходных сигналов между ПЛК (2) и периферийным оборудованием, а также для их гальванической развязки. По применению подразделяются на два типа: для дискретных и для аналоговых сигналов. Для дискретных сигналов - это: согласующее реле и/или оптрон. Для аналоговых сигналов - это: измерительные трансформаторы, преобразователи, усилители и др. Аналогичные системы, в которых отсутствуют БСЭС, дешевле (незначительно, относительно общей стоимости АСУТП), но при этом они ограничены жесткой привязкой каждого входа-выхода ПЛК к определенному объекту/сигналу. Система с БСЭС позволяет во время ремонта/модернизации задействовать резервные входы-выходы, не перестраивая систему и не добавляя в нее ничего нового (вопрос резервирования и отсутствия свободного места). Также, при применении БСЭС, повышается уровень безопасности ПЛК (2) и всей управляющей части системы (чаще всего низковольтной) и обслуживающего персонала, который работает с безопасно низким уровнем напряжения. В качестве БСЭС для дискретных сигналов может использоваться, например, согласующие реле: производитель Phoenix Contact: серия PLC-R…, PR…, REL…, ST-REL…, производитель IEK: серия РЭК-77, производитель Weidmuller: серия PRS…, PRZ…, RCL…, MRS…, MRZ…, АРЕ…, оптроны: производитель Phoenix Contact: серия PLC-O…, OPT-…, ST-O…, производитель Weidmuller: серия POS…, POZ…, SSR…, MOS…, MOZ…, DKO…, MCZ…
В качестве БСЭС для аналоговых сигналов могут использоваться, например: Потенциометрический преобразователь Phoenix Contact: серия MCR-R…, Конфигурируемый изолирующий усилитель Phoenix Contact: MINI MCR-SL-UI-UI, Конфигурируемый разветвитель сигнала Phoenix Contact: MINI MCR-SL-UI-2I, Конфигурируемый температурный преобразователь для РТ100 Phoenix Contact: MINI MCR-SL-PT100-UI, Weidmuller: WTS4 PT100/2…, WTZ4 PT100/2…, Конфигурируемый пороговый компаратор Phoenix Contact: MINI MCR-SL-UI-REL, Конфигурируемый температурный преобразователь для термопар Phoenix Contact: MINI MCR-SL-TC-UI, Weidmuller: WTS4 THERMO, WTZ4 THERMO, Программируемый температурный преобразователь Phoenix Contact: серия MCR-T-UI…, Активный программируемый и конфигурируемый преобразователь тока Phoenix Contact: серия MCR-S-…, Активные и пассивные преобразователи переменного тока Phoenix Contact: MCR-SL-S…, MCR-SLP-…, Измерительные преобразователи переменного тока Phoenix Contact: MCR-SL-S…, Преобразователь постоянного напряжения Phoenix Contact: MCR-VDC…, Преобразователь переменного напряжения Phoenix Contact: MCR-VAC…, Потенциометрический преобразователь Phoenix Contact: MCR-R…, Программируемый пороговый компаратор Phoenix Contact: MCR-PSP, Weidmuller: WAS5 DC…, MCZ SC…, Трансформатор тока IЕК: ТТИ-…, Weidmuller: CMA…, EKF elektrotechnica: ТТЭ…
Устройство передачи информации (интерфейсный модуль) (5) является блоком расширения ПЛК (2) для кодирования принимаемой/передаваемой информации в необходимый формат/протокол (CAN, Profibus, ModBus, Control Net, Profinet Foundation Fieldbus, LON, Interbus и др.), и используется только в том конкретном случае, когда он необходим.
Аппаратура связи (6) представляет собой набор средств и устройств, предназначенных для осуществления связи (чаще всего - двусторонней) между ПЛК низкого уровня/АСУТП и ПЛК высокого уровня/сервера данных (применяется при необходимости).
Входящие в состав АСУТП элементы и блоки широко используются в промышленной автоматизации производства, что позволяет сделать вывод о соответствии АСУТП требованию промышленной применимости.
Между пунктами управления (шкаф управления, диспетчерская), чаще всего установленными удаленно, и рабочими станциями, установленными по месту функционирования технологического оборудования, связь осуществлена посредством применения сети Industrial Ethernet и беспроводного канала передачи данных. Это позволяет не прокладывать оптические/кабельные линии связи, и в некоторых случаях выгоднее по цене и всегда проще (и дешевле) осуществляется монтаж.