Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

набір модулів, які забезпечують інтеграцію в єдину систему пристроїв операторського інтерфейсу й пристроїв збору даних і керування, у тому числі — дискретного й аналогового введеннявиводу, релейної комутації й уведення імпульсних сигналів.

Модулі ADAM-4000 — це малогабаритні багатофункціональні інтелектуальні пристрої зв’язку з об’єктом, призначені для промислових умов експлуатації (рис. 19.7).

Рис. 19.7. Модулі серії ADAM4000

Вбудований мікропроцесор, що входить до складу кожного модуля, забезпечує незалежне від керуючої обчислювальної системи виконання функцій гальванічно ізольованого введення-виводу аналогових і дискретних сигналів з наступною нормалізацією, фільтрацією й перетворенням у форму, придатну для передачі по послідовному каналу зв’язку. Мікропроцесор також забезпечує інформаційний обмін із провідним вузлом мережі передачі даних на базі стандарту EIA RS485. Цей стандарт, орієнтований на високошвидкісну передачу інформації на великі відстані, є найпоширенішим промисловим стандартом двонаправленої послідовної передачіданихпосиметричнійдвопровіднійлініїзв’язку. Відповідно до цього, модулі введення-виводу з’єднують двопровідною лінією зв’язку за допомогою клемних колодок, наявних у корпусі кожного з них. До клемних колодок модулів підключають і відповідні ПП, інші зовнішні пристрої. Керування модулями здійснюють від провідного комп’ютера.

УмодуляхADAM реалізованафункціявіддаленогопрограмного настроювання типів і діапазонів прийнятих аналогових сигналів, що дозволяє підключати до них ПП різних технологічних параметрів.

Мережі Ethernet дозволяють створювати інформаційновимірювальні системи різних конфігурацій. При цьому комп’ютери АРМів і сервери систем верхнього рівня керування підприємством можуть отримувати безпосередній доступ до даних про параметри технологічних процесів, що забезпечує ефективне рішення завдань диспетчерського контролю, адміністративного керування й планування, контролю якості, тощо. Для сполучення пристроїв і мереж на базі послідовних інтерфейсів RS232/485/422 з мережею Ethernet застосовують модулі ADAM-4570/4571/4572. Їхнє використання надає абонентам мережі Ethernet безпосередній доступ до даних модулів віддаленого вводу-виводу.

Протокол Modbus є стандартом для систем промислової автоматизації. Для інтеграції наявних мереж на його основі призначений модульADAM-4572, який являє собою шлюз між мережами Ethernet і Modbus. МодульADAM-4572 виступає в якості мережного сервера даних, забезпечуючи можливість безпосереднього доступу до його поточних даних для 8 комп’ютерів. Крім того, за допомогою IBM PC сумісного програмувального мікроконтролера ADAM-5511, що має вбудовану підтримку протоколу Modbus, дуже просто здійснюють модернізацію й розвиток діючих систем автоматизації. У мережу також можуть бути підключені й інші пристрої, такі як контролери із програмувальною логікою (ПЛК), тощо.

Пристрій ADAM-5000/ТСР, що має вбудований порт Ethernet, надає великій кількості керуючих комп’ютерів прямий доступ до даних про стан контрольованого об’єкта за допомогою системного сервера. ADAM-5000/ТСР функціонує як центр обробки даних вво- ду-виводу в складі мережі Ethernet, дозволяє досить просто реалізовувати різноманітні автоматичні системи локального керування й регулювання об’єкта.

При цьому системи збору даних і керування на базі промислової шиниCAN використовуютьпристроїADAM-5000/CAN, яківтакихсистемах виступають у якості ведених вузлів стосовно центрального комп’ютера системи й підтримують комунікаційний протокол Devicenet.

Пристрої ADAM-5000, призначені для створення територіальнорозподілених систем збору даних (ІВС) і керування, складаються із двох компонентів: базового блоку 1 і модулів 2 вводу-виводу

(рис. 19.9).

Рис. 19.9. Мережі на основі пристроїв ADAM-5000

У базовий блок може бути встановлено до 4 модулів уведеннявиводу, що забезпечує до 64 каналів дискретного вводу-виводу або 32 канали аналогового вводу. Пристрої ADAM-5000/ТСР і ADAM5000/Е при цьому можуть мати до 8 модулів уведення-виводу (до 128 каналів вводу-виводу). Є можливість гнучкого конфігурування системи залежно від кількості й виду контрольованих параметрів, а також від розташування контрольованих об’єктів.

Пристрої ADAM-5510/5511 являють собою компактні програмовані мовою «С» мікропроцесорні контролери з 4 модулями вводувиводу.

Для обміну даними в системах ADAM-5000/485 і ADAM-5000Е, згідно зі стандартом EIA RS485, використовують єдину кручену пару — двопровідну лінію зв’язку.

Типи модулів уведення-виводу, що вставляються в корпус пристрою ADAM-5000, вибирають для рішення конкретних завдань за каталогом фірми Advantech.

ПП технологічних параметрів й інші зовнішні пристрої підключають безпосередньо до модулів за допомогою їхніх клемних колодок.

Модулі аналогового введення-виводу ADAM-5000 в залежності від типу мають від 3 до 8 каналів введення аналогових сигналів від

стандартних термометрів опору, термопар та уніфікованих сигналів струму або напруги. Основна похибка вимірювання ± 0,1 %.

Модулі дискретного введення-виводу ADAM-5000 (8 або 16 каналів) працюють із сигналами напруги постійного струму: рівень логічного нуля не більше 1 В, логічної одиниці − від 3,5 до 30,0 В.

20. РОЗРОБКА ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ ПРОМИСЛОВИХ ОБ’ЄКТІВ

20.1. Принципи побудови ІВС

Питанням проектування АСУ ТП присвячений спеціальний навчальний курс «Проектування систем автоматизації». Тут зупинимося тільки на окремих аспектах, необхідних для вибору функцій заданої інформаційно-вимірювальної системи (ІВС) конкретного технологічного процесу та типових ЗВТ для її реалізації.

Для забезпечення необхідних кількісних і якісних характеристик виробленої продукції розробку ІВС починають із узгодження з підприємством-замовником кількості й найменування рівнів керування системи й основних функцій, виконуваних ЗВТ кожного рівня (вимірювальне перетворення, показання, реєстрація, сигналізація неприпустимих відхилень, обчислення, тощо). Потім складають технічне завдання (ТЗ) на проектування, основою якого служить схема автоматизації.

На схемі автоматизації умовно зображають апарати й агрегати даної технологічної лінії із вказівкою ЗВТ, установлених на місці, на щиті (пульті керування), в АРМ оператора-технолога і таке інше згідно з обраними рівнями керування. Зображення приладів на схемі автоматизації виконують за діючим ГОСТ 21.404-85 [24].

Розподіл функцій ІВС між рівнями керування досить умовний й визначається бажанням замовника, кваліфікацією розробника й критерієм «ціна — якість» проекту.

Однак є низка наступних кроків при розробці системи й виборі типових ЗВТ, яких необхідно дотримуватись.

yРозробляють структуруІВС, відповідну до заданих рівнів керування для забезпечення інформаційної підтримки рішень: на

місцевому рівні — технічного персоналу, що обслуговує і налагоджує устаткування лінії; на рівні — оператора щита (пульта) контрольно-вимірювальних приладів і автоматики (КВПіА); на рівні АРМ — оператора-технолога тощо.

yРанжирують усі параметри ТП за їхнім ступенем важливості згідно з технологічними інструкціями по веденню ТП і його описом:

–найважливіші параметри, що визначають хід ТП і підлягають регулюванню;

–основні параметри, що впливають на хід ТП і регулювання яких може не визначати основних критеріїв якості виробленого продукту;

–другорядні параметри, що виявляють малий вплив на ТП;

–параметри енергоносіїв, що забезпечують ведення ТП;

–інші параметри.

yВизначають функції ЗВТ для вимірювального перетворення:

–найважливіших параметрів, які вимірюють, показують, реєструють і сигналізують їхні неприпустимі відхилення по місці, на щиті або пульті керування та в АРМ);

–основних параметрів, які вимірюють, показують і сигналізують (по місці, на щиті, АРМ);

–другорядних параметрів — можуть показуватися й сигналізуватися по місці або в АРМ;

–параметрів енергоносіїв, що забезпечують ведення ТП, які вимірюють і сигналізують за місцем й реєструють в АРМ для оперативного втручання у випадку аварійної ситуації і визначення винних

уцих збитках.

–інші параметри не вимірюють.

yСкладають таблицю регламентів ведення ТП із вказівкою номі-

нальних значень ранжируваних параметрів, меж їх припустимих відхилень і функцій ЗВТ на кожному рівні керування ТП.

yЗдійснюють вибір ЗВТ для реалізації даної ВІС.

Спочатку відповідно до складеної таблиці регламентів встанов-

люють необхідні функції, діапазони вимірювання і класи точності ЗВТ з урахуванням того, що максимальна абсолютна похибка ЗВТ повинна бути в 3…10 разів менша максимально допустимого відхилення (в статичному режимі) виміряного параметру. Потім за

критерієм «ціна-якість» за каталогами фірм-виробників вибирають потрібні ЗВТ. Часто при цьому коректують бажані функції приладів відповідно до реальних характеристик обираних ЗВТ.

20.2. Позначення ЗВТ на схемах автоматизації

ЗВТ на схемах автоматизації відповідно до ГОСТ 21.404-85 зображують колом діаметру 10 мм (допускається горизонтальне подовження кола до 15 мм). Якщо ЗВТ установлене на щиті (пульті), коло має горизонтальну риску по діаметру. Крім позначень приладів у стандарті передбачене позначення виконавчих механізмів (електричних, пневматичних), що призначені для переміщення регулювальних органів (кранів, заслінок, вентилів, клапанів, тощо) системи. Виконавчі механізми позначають кружком діаметром 5 мм, зв’язаним лінією довжиною 10 мм із зображенням регулювального органа. Прохідний регулювальний орган (з одним входом і одним виходом) зображують на осі трубопроводу у вигляді «метелика» розміром 7×3 мм, утвореного двома трикутниками. Якщо регулювальний орган змішувальний (два входи, один вихід) або розділовий (один вхід, два виходи) його зображення становлять із трьох вказаних трикутників, два з яких розташовують на одній осі, а третій — перпендикулярно їй.

При наявності з’єднань трубопроводів або ліній зв’язку ЗВТ між собою місце перетинання їхніх зображень зачорнюють у вигляді крапки. При відсутності з’єднань крапки не наносять.

Графічні зображення ЗВТ доповнюють літерними позначеннями функціональних можливостей приладу. Літерні позначення розташовують у строгій послідовності у верхній частині графічного кружка, що позначає ЗВТ.

Буква, щостоїтьнапершомумісці, означаєвимірюванийпараметр, наприклад: Т — температура, Р − тиск, L − рівень, F − витрати, W — маса, D − густина, G − положення або переміщення, E − електрична величина(струм, напруга, частота, тощо), S −швидкість, В−світловий потік, M — вологість, Q — якістьпродукту(кислотність, концентрація, тощо), U — кілька різнорідних вимірюваних величин. Буква на першому місці може позначати і функцію приладу, наприклад: Н — ручне керування (кнопка управління), К — часова програма.

На другому місці в позначенні ЗВТ указують наступне: Е — датчик, D — різниця вхідних сигналів, F — їх співвідношення, Q — інтегрування, підсумовування, J — автоматичне обігання в каналах вимірювання.

Далійдутьбукви: I — індикація, R — реєстрація, С— управління, регулювання, S — перемикання,A — сигналізація,Y— перетворення, обчислення, К-наявність у ЗВТ станції керування («Авт. — Дист.» і «Більше — Менше»), як в блоках типу БРУ-5, розглянутих в §19.5.

У позначенні вказують тільки необхідні в цьому випадку функції ЗВТ. Тому в наведеній послідовності частина букв звичайно відсутня.

Наприклад, комбінація TE означає датчик температури, TI — термометр, що показує, PIS — електроконтактний манометр, що показуєісигналізує, PDS — релерізницітисків, FY — перетворювач витрати (наприклад, що нормує), НS — ключ вибору режиму керування, NS — реле, магнітний пускач.

Кожне позначення ЗВТ повинно мати вхід і вихід, для чого з двох сторін позначення приладу у будь-яких напрямках вказують лінії зв’язку, як правило, довжиною до 10 мм. У випадку простих схем автоматизації через свою нечисленність лінії зв’язку можуть бути безперервними й з’єднувати позначення ЗВТ. У складніших схемах застосовують адресний метод, коли лінію зв’язку розривають, позначаючи її порядковим номером у місці розриву.

Лінії зв’язку, що приходять до зображень ЗВТ на щиті від установленоїнамісціапаратури, позначаютьпорядковиминомерами, що зростають, починаючи з «1» зліва направо без пропуску номерів. При цьому порядок розташування на щиті зображень ЗВТ, що входять в один канал і об’єднаних загальною лінією зв’язку, довільний, обумовлений розроблювачем схеми.

Крім позначень функцій у колі зображення ЗВТ указують позицію, за якою прилад можна замовити для придбання.

Позицію проставляють у нижній частині кола зображення ЗВТ й позначають цифрою та буквою, наприклад, «7а». Цифра означає номер лінії зв’язку між приладами. Буква означає положення даного ЗВТ у каналі вимірювання (регулювання) згідно з напрямком руху інформації.

Первиннівимірювальніперетворювачі,щоотримуютьінформацію від об’єкта, позначають буквою „а”, наступний в каналі прилад —

буквою «б», далі — «д», тощо. Інформацію після перетворення в мікропроцесорному контролері (МПК) направляють у вигляді керуючих та інших сигналів на виконавчі механізми об’єкта, продовжуючи привласнювати апаратурі в каналі регулювання наступні букви алфавіту. У цьому випадку за позицією ПП і виконавчого механізму легко встановити їхню приналежність до одного контуру регулювання.

Коли між ЗВТ і МПК передбачають обмін інформацією, то на зображеннях ліній зв’язку введення-виводу мікроконтролера вказують вид вхідного або вихідного сигналу: AI (analog input) — аналоговий вхід, DI (diskret input) — дискретний вхід, AO (analog output) — вихід аналоговий, DO (diskret output) — вихід дискретний. Це полегшує надалі вибір необхідного типу МПК.

20.3. Розробка ІВС і принципи вибору типових ЗВТ

Як приклад розглянемо складання схеми автоматизації ділянки умовного технологічного процесу з кількома типовими рішеннями каналів вимірювання при введенні-виводі інформації в АРМ опе- ратора-технолога.

Опис технологічного процесу. Промиті томати, що пройшли інспектування, з накопичувального бункера надходять у шнековий прес продуктивністю 500 кг/год. із електродвигуном установленою потужністю 11 кВТ. Прес віджимає сік, що надходить у збірник соку, а вижимки після преса направляють у відповідний збірник для подальшої переробки, наприклад для відділення й сушіння насіння. У збірнику соку максимальний і мінімальний рівень становлять, відповідно 2.0 і 0.1 м. Із цього збірника за допомогою насоса сік направляють на термообробку в теплообмінник, де сік пастеризують при температурі, наприклад, 72 ± 2 °С за рахунок теплообміну з насиченою водяною парою з номінальним тиском 0.6 ± 0.3 МПа від котельні. Процеспастеризаціїпочинають, якщовзбірникудостатній рівень (L ≥ 0.5 м) соку. Коли L = 0 процес зупиняють. Якщо температура соку на виході теплообмінника нижче встановленої границі, сікнаправляютьназадузбірникдляповторноїпастеризації. Готовий продукт направляють у збірник пастеризованого соку — цистерну об’ємом 10 м3.

КВПіА, мікропроцесорного контролера (МПК) і персонального комп’ютера (ПК) АРМа оператора-технолога.

РанжируванняпараметрівпроведемозаописомТП, дезазначені регламенти на регулювання температури пастеризації соку (найважливіший параметр), наявність рівня в збірнику соку (основний параметр) і параметри теплоносія. Показники кількості і якості готового продукту також є найважливішими параметрами, що характеризують результат роботи лінії.

У якості показника кількості можна прийняти витрату готового продукту, рівень соку в збірнику або його вагу. Якщо пастеризований сік зі збірника йде на реалізацію, необхідний жорсткий контроль за його кількістю. Тоді най-доцільнішим є вибір вагового як найточнішого методу вимірювання кількості продукту.

Користуючись довідковими даними [3], визначимо, що одним з основних показників якості томатного соку є масова частка розчинних сухих речовин, припустима нижня межа якої становить 4 %. Верхня межа не зазначена. Для оцінки номінальних меж зміни цієї частки скористаємося даними стосовно концентрованого томатного соку, частка розчинних сухих речовин якого досягає 42 %. Оскільки сік у нашому випадку не концентрований, то в якості верхньої межі можемо вибрати значення не більше 40 %.

В описі ТП зазначена встановлена потужність електропривода преса, з якої випливає значення I = ~20 A номінального струму (основний параметр) у кожній фазній обмотці електродвигуна. Звичайно робоче значення фазного струму навантаження електродвигуна автоматично регулюють у межах ± 2А зміною подачі сировини в прес. При зниженні цього струму продуктивність преса падає, що не має економічного сенсу. Але при зростанні струму навантаження за встановлену межу у пресі неприпустимо підвищується тиск. Це може призвести до аварійної ситуації, виходу пресу з ладу і зупинки всієї лінії переробки.

До другорядних параметрів можна віднести нерегульовані температури соку на виходах збірників сирого та пастеризованого соків в трубопроводах.