Ім'я файлу: 0000000000000000000000000000000000000000000.docx
Розширення: docx
Розмір: 181кб.
Дата: 18.12.2022
скачати
Розширення: docx
Розмір: 181кб.
Дата: 18.12.2022
скачати
Практична робота №1
Розробка схеми комплексу технічних засобів
Мета: Навчитися розробляти структурні схеми комплексів технічних засобів АСУТП.
Теоретичні відомості
Структурна схема комплексу технічних засобів (КТЗ) охоплює всі рівні АСУТП, крім нижнього (польового) рівня, який відображається схемою автоматизації. Однак, схема КТЗ не може розроблятися без урахування вхідних і вихідних сигналів «польового» рівня.
На структурній схемі КТЗ елементи комплексу технічних засобів і засобів автоматизації зображують у вигляді прямокутників з відповідними написами або із зазначенням в них умовних позначень. Пояснення цих позначень з вказівкою їх функцій здійснюється у таблиці, поміщеній на кресленні схеми. Зв'язки між елементами схеми зображуються лініями зі стрілками, що показують напрямок проходження сигналів.
Структурна схема комплексу технічних засобів розробляється на основі схеми автоматизації та вибраної загальної комплектації засобів управління. Сучасні автоматизовані системи управління є ієрархічними системами, що мають 2-3 і більше рівнів.
На нижньому рівні знаходяться, первинні перетворювачі, модулі віддаленого вводу-виводу, місцеві прилади та виконавчі механізми з регулюючими органами. Середній рівень складають програмовані логічні контролери. На верхньому рівні управління розташовуються промислові чи персональні комп'ютери та панелі оператора. Для зв'язку верхнього рівня із середнім використовується з'єднання «точка-точка» (PtP), або локальна промислова мережа. З'єднання «точка-точка» застосовуються в простих випадках, наприклад, для з'єднання одного програмованого контролера з комп'ютером. При використанні такого з'єднання необхідно узгодити відповідні порти в контролера і комп'ютера. Для цього служать блоки перетворення інтерфейсів (БПІ), які ще називають адаптерами.
Основним способом зв'язку в сучасних системах управління є організація локальних обчислювальних (промислових) мереж і засобів управління. У системах управління використовуються промислові стандарти локальних обчислювальних мереж. Локальна мережа дозволяє об'єднати всі засоби управління і організувати багатосторонній обмін інформацією.
При проектуванні системи управління необхідно вибрати конкретний стандарт мережі і додаткове устаткування для її реалізації (мережеві адаптери, концентратори зв'язку, комунікаційні процесори тощо). Результат вибору оформляється у вигляді креслення структурної схеми комплексу технічних засобів.
Структурна схема комплексу технічних засобів повинна наочно відображати:
ієрархію системи управління;
зв'язки засобів управління з об'єктом управління;
зв'язки засобів управління з оперативним персоналом;
апаратний склад системи управління.
Приклад виконання структурної схеми комплексу технічних засобів технологічного процесу наведено на рис. 1.1, а, вона наочно відображає структуру КТЗ цілого технологічного процесу (рис. 1.1, б).
Безпосереднє управління устаткуванням процесу здійснюється від програмованого логічного контролера ОВЕН ПЛК63 (рис. 1.1, а), який виконує функції дискретного і програмного управління.
На верхньому рівні управління використовується ЕОМ, що входить до складу автоматизованого робочого місця (АРМ) оператора. ЕОМ виконує функції індикації і реєстрації параметрів процесу, а також операторського управління ТЗА та іншими засобами технологічного устаткування.
У нижній частині креслення прямокутниками вказані джерела і приймачі сигналів, встановлені на об'єкті управління. Для їх ідентифікації використовуються позиційні позначення схеми автоматизації. Окрім цього дається додатковий опис функцій давачів і виконавчих механізмів.
Ще один приклад виконання структурної схема комплексу технічних засобів зображена на рис. 1.2. Ця схема має дещо відмінне виконання від попередньої схеми (див. рис. 1.1) у ній використані зовнішні обриси пристроїв, що входять до цілого
б
Рис. 1.1. Структурна схема комплексу технічних засобів (а)
виконана на основі технологічної схеми (б)
комплексу технічних засобів. Такий підхід дає більш наочне представлення структури КТЗ, але разом з тим, на відміну від попередньої схеми (див. рис. 1.1) прив'язує її виконання до більш конкретних пристроїв. До складу комплексу технічних засобів, що відображені на цій схемі входять: первинні перетворювачі, місцеві прилади та виконавчі механізми, дозуючий (ваговий) процесор, програмований логічний контролер, сервер, панель оператора, ПК підприємства.
Рис. 1.2. Приклад виконання структурної схеми комплексу технічних засобів
На нижньому (польовому) рівні знаходяться: первинні перетворювачі, місцеві прилади та виконавчі механізми з регулюючими органами. Середній рівень складають: програмований логічний контролер, ваговий процесор та сервер.
На верхньому рівні управління розташовуються промислові комп'ютери та панелі оператора.
Зв'язок між ПЛК, ваговим процесором, панеллю оператора та сервером здійснюється через інтерфейс RS-485, а зв'язок сервера та промислових ПК здійснюється через локальну мережу підприємства Ethernet.
Деколи у до структурної схеми комплексу технічних засобів додають назву та призначення всіх елементів схеми у вигляді специфікації. Для прикладу до структурної схеми (див. рис. 1.2) наведено назву та призначення технічних засобів розробленої схеми (табл. 1.1) без вказівки фірм виробника, що дасть змогу підібрати необхідне обладнання використовуючи пропоновані критерії.
Табл. 1.1
Перелік та призначення технічних засобів
| | Назва | Призначення |
| ПЛК Click | Вимірювання, регулювання та контроль параметрів технологічного процесу | |
| Ваговий процесор | Вимірювання та регулювання процесу дозування муки. | |
| Панель оператора | Графічне відображення та контроль технологічного процесу на АРМ оператора | |
| Сервер | Перетворення протоколу RS-485 в Ethernet. Збереження даних | |
| ПК підприємства | Відображення архівування даних процесу | |
Таким чином, розроблені схеми комплексу технічних засобів будуть у повній мірі відображати структуру використовуваних технічних засобів, що дасть змогу, ефективно реалізувати запроектовану систему автоматизації. Крім того, така схема допоможе ефективно налагоджувати, експлуатувати та при потребі виконувати необхідні ремонтні роботи.
Програма роботи
Ознайомитися з принципами та правилами побудови схем КТЗ.
За схемою автоматизації та вибраним комплексом технічних засобів розробити структурну схему КТЗ.
Описати принцип роботи та склад структурної схеми КТЗ системи автоматизації.
Порядок виконання роботи
За схемою автоматизації технологічного процесу вибрати архітектуру системи автоматизації.
Створити структурну схему КТЗ, відобразивши основні технічні засоби АСУТП та зв'язки між ними.
Розробити таблицю з переліком та призначенням технічних засобів у вигляді специфікації.
Результати проектування оформити у вигляді звіту на стандартних аркушах формату А4.
Контрольні запитання
Що таке структурна схема КТЗ?
Як зображають технічні засоби на схемах КТЗ?
Вкажіть основні вимоги до оформлення схем автоматизації.
Яка ієрархія сучасних АСУТП?
Опишіть рівні структурних схем КТЗ?
Яке призначення специфікації КТЗ?
Практична робота №2
Тема: Вибір технічних засобів автоматизації
Мета: Навчитися виконувати обґрунтований вибір технічних засобів автоматизації для реалізації функцій автоматизованої системи управління.
Теоретичні відомості
Основними програмно-технічними засобами автоматизації виробничих процесів є програмовані логічні контролери (ПЛК). Більшість ПЛК мають модульну структуру, тобто базовий варіант може доповнюватися модулями розширення аналогових і дискретних входів/виходів. При виборі блоків розширення слід звернути увагу на те, що деякі блоки вводу можуть безпосередньо працювати з давачами температури у вигляді термопар та термометрів опору. При цьому відпадає необхідність використання проміжних перетворювачів, що спрощує та підвищує надійність системи.
При виборі давачів перевагу слід надавати таким, які забезпечують вихідний струмовий сигнал 4-20 мА, при цьому віддаль між давачем і контролером може складати до 120 м. При виборі виконавчих механізмів слід орієнтуватися на такі, що мають власні мікропроцесорні засоби керування. В цьому випадку значно спрощується їх взаємодія з ПЛК.
Вибір технічних засобів автоматизації (ТЗА) здійснюють на основі каталогів та Інтернет-сайтів фірм-виробників та їх офіційних дилерів. Важливими факторами при виборі технічних засобів автоматизації є співвідношення продуктивність/ціна. На всі вибрані ТЗА складають специфікацію за формою, що приведена у табл. 2.1.
Табл. 2.1
Специфікація на ТЗА
| № з/п | Позиція на СА | Назва засобу та коротка технічна. характеристика | Тип, марка | Кількість |
| | | | | |
Для оцінки вимог обчислювальних можливостей ПЛК за схемою автоматизації слід визначити загальну кількість функцій управління, що потребують реалізації системою управління та враховувати їх складність. Вихідні вимоги для автоматизованої системи управління визначаються на основі функціональної схеми автоматизації. Перш за все, визначається потрібна кількість входів-виходів системи управління та їх характеристики. Для вирішення цього завдання доцільно скласти таблиці вхідних і вихідних сигналів, використовуючи функціональну схему автоматизації.
У специфікації на ТЗА вказуються всі інформаційні (вхідні) сигнали від датчиків і засобів вимірювань і всі керуючі (вихідні) сигнали від пристроїв керування. Сигнали слід розділити по виду (аналогові, дискретні), за типом (сигнали постійного струму, змінного струму), за рівнем (0 - 10 В, 24 В, 220 В, 0 - 20 мА і т.д.). На основі цих таблиць визначається потрібна кількість входів і виходів системи управління та вимоги до характеристик цих входів-виходів.
При визначенні кількості входів-виходів слід передбачати резерв для подальшого розширення системи управління і для корекції її функцій у випадку виявлення помилок у процесі впровадження системи.
Вибір ПЛК. Основні завдання оперативного управління в сучасній АСУ ТП вирішують ПЛК, тому їх вибір є найвідповідальнішим етапом проектування системи управління. Для формування вимог до обчислювальних можливостей ПЛК, за схемою автоматизації слід визначити загальну кількість функцій управління, які повинні реалізовуватись системою управління. Слід також враховувати складність цих функцій. Після оцінки основних вимог до найважливіших характеристик системи управління формулюються інші вимоги:
умови експлуатації;
точність;
надійність, вартість та ін.
На основі сформульованих вимог здійснюється вибір засобів управління з використанням яких буде побудована система управління. При цьому, слід використовувати однотипні ПЛК і комп'ютери.
Вибір ПЛК відбувається у такій послідовності:
Вибір фірми-виробника.
Вибір моделі і комплектації ПЛК.
Вибір допоміжних засобів та засобів зв'язку з оперативним персоналом (засоби передачі і перетворення даних, панелі оператора та ін.).
Вибір пристроїв для верхнього рівня управління.
Визначення складу необхідного програмного забезпечення та джерел його постачання.
При виборі фірми-виробника слід керуватися такими міркуваннями:
відповідність номенклатури засобів управління, що поставляються фірмою та їх технічних характеристик вимогам, що висуваються до проектованої системи управління;
рівень сервісного обслуговування, пропонованого фірмою у регіоні (терміни гарантії; можливість заміни та ремонту засобів; супровід фірмою своєї продукції, наприклад, модернізація програмного забезпечення; можливість консультацій при виникненні труднощів при впровадженні системи і її налагодженні тощо);
гарантована надійність засобів керування;
простота модернізації і розширення системи управління, побудованої на засобах конкретної фірми;
наявність програмного забезпечення для комп'ютерних засобів управління і можливості його модернізації;
сформовані переваги у замовника системи управління і накопичений ним досвід експлуатації засобів управління.
Після вибору виробника по каталогах фірми здійснюється вибір моделей і комплектація ПЛК, а при необхідності і промислових комп'ютерів. ПЛК бувають трьох видів:
Фіксовані, які мають закінчену конфігурацію з визначеним і обмеженим числом входів-виходів (зазвичай не більше 30).
Модульні з об'єднаними в єдиний блок модулями, число і характеристики входів-виходів яких визначаються споживачем у процесі конфігурації контролера (число входів-виходів може перевищувати 1000).
Модульні з розподіленим вводом-виводом, що складаються з центрального блоку і окремих модулів вводу-виводу, встановлюваних по місцю.
Найбільш простими і дешевими є фіксовані ПЛК. Однак можливості управління таких контролерів суттєво обмежені і застосовують їх для керування простими об'єктами. Найбільш дорогими є модульні ПЛК з розподіленим вводом-виводом. Застосування таких контролерів дозволяє оптимізувати інформаційні зв'язки в системі управління, скоротити витрати на лінії зв'язку і підвищити надійність системи управління.
Вибір засобів зв'язку. Структура системи управління розробляється на основі вибраної комплектації засобів управління. Сучасні АСУ ТП є ієрархічними системами, мають як мінімум два рівні. На нижньому рівні використовуються програмовані контролери та інші локальні засоби управління.
При розробці нижнього рівня управління вирішуються наступні завдання:
зв'язування входів-виходів контролерів і локальних засобів управління з джерелами (датчики та вимірювальні пристрої) і приймачами (виконавчі механізми) інформації об'єкта управління;
резервування засобів управління (при необхідності);
визначення безпосередніх зв'язків між засобами управління нижнього рівня (при необхідності таких зв'язків).
На верхньому рівні управління використовуються промислові комп'ютери, персональні комп'ютери, панелі оператора. Для зв'язку верхнього рівня з нижнім використовується або з'єднання «точка-точка» (P&P), або локальна обчислювальна мережа (ЛОМ).
З'єднання «точка-точка» застосовуються в простих випадках, наприклад, для об'єднання одного ПЛК з комп'ютером. При використанні такого з'єднання необхідні відповідні порти у контролера і комп'ютера. Також необхідно визначити стандартний інтерфейс, використовуваний для зв'язку.
Основним способом зв'язку в сучасних системах управління є організація локальних обчислювальних мереж (ЛОМ) засобів управління. У системах управління використовуються промислові стандарти локальних обчислювальних мереж. ЛОМ дозволяє об'єднувати усі засоби управління і організувати багатосторонній обмін інформацією.
При проектуванні системи управління необхідно вибрати конкретний стандарт ЛОМ і додаткове обладнання для її реалізації (мережні адаптери, концентратори зв'язку, комунікаційні процесори і т.д.).
На структурній схемі КТЗ ПЛК може бути зображений у вигляді блоку, як це показано на рис.1. Таке зображення зручно для фіксованих контролерів. Якщо контролер модульний, то його конфігурація визначається при проектуванні і її необхідно відобразити на структурній схемі. У цьому випадку доцільно показувати структуру контролера.
Приклад схеми ПЛК із зображенням його структури показаний на рис. 2.1. Модульний програмований контролер в своєму складі має модуль М1 центрального процесора ЦП, модуль М2 блоку живлення БЖ, модуль М3 комунікаційного процесора КП, модуль М4 вводу-виводу дискретних сигналів МВВД і модуль М5 вводу-виводу аналогових сигналів МВВА. Зв'язок між модулями здійснюється по системній магістралі СМ.
1 2 3