Автоматизация котельной

•  Высокий уровень гальванической изоляции входных цепей модулей;

•  Высокая точность измерения сигналов датчиков;

•  Наличие предварительной обработки информации в модулях;

• Подключения различных уровней сигналов к одному модулю за счет использования различных МКС;

• Удобство и скорость монтажа шкафа за счет использования МКС, УДС и ленточных кабелей;

• Возможность питания датчиков с токовым выходом (4...20 мА) от МКС, входящих в состав контроллера;

•  Сниженное  тепловыделение   в контроллере за счет выноса узлов ввода и коммутации сигналов 220 VAC, 220 VDC из модулей контроллера на внешние МКС и УДС;

•  Двойная гальваническая развязка внутренних цепей контроллера от цепей ввода и коммутации сигналов 220 VAC, 220 VDC;

• Возможность проектирования систем с минимальной избыточностью аппаратных средств (шаг изменения числа аналоговых каналов – 4; дискретных каналов – 16; дискретных каналов одного типа – 8; посадочных мест на шасси под модули УСО – 4);

• Развитые средства конфигурирования модулей УСО и ресурсов модуля ЦП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.3 Основные области применения

 

• АСУ ТП энергоблоков, котлов и других объектов теплоэнергетики;

• АСУ ТП   высокой    и средней сложности предприятий различных отраслей (энергетические, химические, нефте- и газодобывающие и перерабатывающие, машиностроительные, сельскохозяйственные, пищевые производства и т.п.);

• построение систем ПАЗ в указанных областях;

• на объектах АЭС для систем классов безопасности, удовлетворяющих требованиями к ЭМС по ГОСТ Р 50746-2000 для III группы исполнения по устойчивости к воздействию помех с критерием качества функционирования А и с критерием качества функционирования A/B (в зависимости от состава и

архитектуры системы) для IV группы исполнения по устойчивости к  воздействию помех.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.4 Состав и  конструктивное исполнение контроллера

 

Контроллер состоит из следующих составных частей:

• Одного или нескольких шасси. Шасси обеспечивает подключение модулей к внутренней дублированной шине контроллера. Шасси выпускаются в трех модификациях, рассчитанных на четыре, восемь либо шестнадцать посадочных мест (CR1504, CR1508 и CR1516).

Рис. 3 Внешний вид шасси CR1504

 

• Одного или двух ЦП CPU715, устанавливаемых в шасси контроллера. В CPU715 загружается и выполняется прикладная (технологическая) программа пользователя. ЦП осуществляет обмен данными по внутренней шине контроллера с модулями УСО, а по интерфейсу Ethernet через ЛВС АСУ ТП – с инженерными и операторскими станциями, другими абонентами АСУ ТП. Модуль CPU715 имеет также интерфейсы RS-485 и RS-232, через которые может обмениваться данными с терминалами, GSM-модемом и другими устройствами, оснащенными аналогичными интерфейсами.

• Модулей УСО (до 63 модулей), размещаемых в шасси контроллера. В состав контроллера МФК1500 входят модули УСО, предназначенные для работы с различными типами сигналов: ввода сигналов термопар и термометров сопротивления; ввода и вывода унифицированных аналоговых сигналов среднего уровня; ввода и вывода дискретных сигналов.

Рис.4 Внешний вид типовых модулей

 

• Блоков сопряжения входов и выходов модулей УСО с датчиками и исполнительными устройствами, называемых модулями клеммных соединений (МКС) и умощнителями дискретных сигналов (УДС). В состав контроллера МФК1500 входит большая номенклатура МКС и УДС (от простых клеммных переходников до блоков, содержащих встроенные ИП датчиков или силовые ключи коммутации).

Рис.5 Внешний вид типовых МКС и УДС

2.3.5 Выбор конфигурации  контроллера

 

 

Количество и тип модулей  УСО выбираются исходя из номенклатуры и числа сигналов ввода-вывода в системе. Любой модуль УСО (а также процессорный модуль CPU715) занимает на шасси одно посадочное место. Количество и тип шасси (при размещении контроллера в одном шкафу) определяются суммарным числом модулей в контроллере. Номенклатура шасси, включающая в себя модификации на 16, 8 и 4 посадочных места, позволяет составить набор с минимальной избыточностью количества посадочных мест.

При использовании в составе  одного контроллера нескольких шасси или каркаса CR3015 они соединяются между собой через разъемы расширения ШК (тип IDC), входящие в состав шасси и каркаса, с помощью кабелей расширения магистрали CLI002 (ДАРЦ.685625.170). Соединяются соседние (наиболее близко расположенные друг к другу) шасси, по топологии “цепочка”. Т.к. внутренняя шина контроллера МФК1500 дублирована, то и для расширения шасси требуется два кабеля (дублированная пара кабелей). При отказе одного кабеля (и в ходе его замены) контроллер продолжит работу.

Общая длина внутренней шины контроллера с шасси расширения не должна быть более 30 м. Это позволяет размещать шасси в нескольких отдельных зонах (например, в соседних шкафах при большом количестве каналов в контроллере).

 

 

 

 

 

 

Рис.6 Компоновка контроллера  из нескольких шасси

 

Рисунок 6 показывает пример компоновки с вынесением двух шасси за пределы шкафа, в котором расположено шасси с процессорным модулем. В таких случаях общее количество и тип шасси, используемых в контроллере, выбираются исходя из количества модулей УСО в местах их планируемого размещения.

Количество и тип МКС  и УДС в контроллере определяются типами модулей УСО, с которыми они будут применяться. В контроллере без резервирования к одному модулю УСО требуется подключение от одного до четырех МКС или УДС одного или разных типов. При выборе типа МКС (УДС) учитываются конкретные электрические характеристики сигналов ввода-вывода, а также особенности и схемы подключения применяемых в автоматизируемой системе датчиков и исполнительных устройств.

 

 

 

 

 

2.3.6 Модули УСО  контроллера МФК 1500

 

Модули УСО предназначены  для ввода в контроллер сигналов с датчиков различных типов, а также для вывода сигналов управления исполнительными устройствами. В номенклатуре модулей УСО МФК1500 имеются модули ввода сигналов термопар и термометров сопротивления; ввода и вывода унифицированных аналоговых сигналов среднего уровня; ввода и вывода дискретных сигналов и т.п.

Типовой модуль УСО содержит следующие функциональные узлы:

• Микроконтроллер – управляющий микропроцессор модуля, содержащий порты ввода-вывода для работы с каналами и встроенную память программ с алгоритмами функционирования модуля. В нем же находится и оперативная память, в которой размещен буфер данных для ввода и вывода по ШК. Кроме того, в микроконтроллере имеется Flash-память, в которую записываются настроечные параметры и коэффициенты калибровки аналоговых модулей. Микроконтроллер выполняет обработку сигналов, диагностику и может посылать инициативные сообщения по шине контроллера. Микроконтроллер подключается к цепям ШК и служебным сигналам шасси через встроенные в модуль интерфейсные схемы и каскады сопряжения, обеспечивающие корректность “горячего включения”;

• Преобразователь питания напряжения 24 В, подводимого к модулю с шасси, во внутреннее напряжение питания модуля. Представляет собой импульсный DC/DC конвертор без гальванической развязки с высоким КПД и стабилизацией выходного напряжения. На входе конвертора имеется схема плавного пуска для обеспечения “горячего включения” модуля при установке его в шасси с включенным питанием;

• Каналы ввода или вывода объектовых сигналов. Могут иметь индивидуальную гальваническую развязку (аналоговые каналы), либо групповую (дискретные каналы). Для обеспечения питания компонентов каналов (например, АЦП или ЦАП в аналоговых каналах), модуль УСО может содержать импульсные DC/DC конверторы.

Все типы модулей УСО контроллера МФК1500 размещаются в унифицированных корпусах с габаритными размерами (В×Ш×Г)  185×30×141 мм.

Рис.7 Внешний вид модуля УСО

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.7 Местный интерфейс  оператора

 

В качестве средств местного операторского интерфейса применяется графическая интеллектуальная панель оператора V04M (ДАРЦ.426476.501).

Программирование панели осуществляется в среде VisiBuilder фирмы «Дэйтамикро». Для контроллера с одним модулем ЦП рекомендуется использовать V04M и нуль-модемный кабель связи. Подключение производится по интерфейсу RS-232 (в модуле P05-02 к порту COM2, в модуле CPU715 к порту COM3 и т.д.).

Для контроллера с резервированными ЦП CPU715 или комплекса резервированных контроллеров c такими ЦП рекомендуется использовать одно устройство V04M. Подключение производится к порту COM1 или COM2 модуля CPU715 по интерфейсу RS-485.

Кабель CLI010 должен иметь как можно меньшую длину и, в любом случае, не превышающую 1 м. По этому же принципу подключаются, не только панели оператора, но и любые другие устройства с последовательным интерфейсом RS-485.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8 Подключение панели оператора V04M

2.3.8 Программное  обеспечение контроллера

 

Контроллер МФК1500 предоставляет  разработчику АСУ ТП возможность создания, загрузки и отладки прикладных проектов, используя языки технологического программирования в соответствии с международным стандартом IEC 61131-3. Среда технологического программирования, установленная на инженерной станции разработчика АСУ ТП, взаимодействует с БПО контроллера.

Базовой системой программирования для всей линейки контроллеров ТЕКОН является система ISaGRAF. Загрузка подготовленных прикладных программ в память контроллера для отладки и выполнения производится по сети Ethernet, используя протокол TCP/IP.

Основой исполнительной системы является системное программное обеспечение (СПО), обеспечивающее доступ ко всем ресурсам контроллера и

эффективное выполнение прикладной программы пользователя. СПО контроллеров ТЕКОН, включающее ядро многозадачной ОC Linux с драйверами и файловой системой, а также подсистему ввода-вывода, взаимодействующую со встроенным программным обеспечением модулей УСО и с БПО. СПО контроллеров МФК1500 имеет встроенное средство конфигурирования, тестирования и мониторинга состояния ресурсов контроллера — программу TUNER, предоставляющую пользовательский Web-интерфейс. Доступ к программе TUNER осуществляется при использовании любого графического Internet браузера современных операционных систем: Internet Explorer, Opera, Mozilla и т.д. TUNER настраивает в контроллере параметры диагностики, режимы резервирование ЦП и контроллера в целом, резервирование модулей, режимы работы модулей, диапазоны измерения и т.д.

В случае БПО ISaGRAF связь с СВУ выполняет OPC сервер (TeconOPC Server), работающий на АРМе или выделенном сервере или, для некоторых SCADA-систем, встроенный драйвер связи.

2.3.9 Карта заказа на контроллер МФК 1500

Таблица 2

Наименование и комплект заказа	Дополнительное оборудование, программное обеспечение и опции (указаны  через « / »)	Наличие
CR1508 ДАРЦ.301241.001 Шасси на 8 посадочных мест		1
	Перекрещенный кабель Ethernet 10 м ДАРЦ.685625.180	1
	Кабель расширения магистрали 5 м ДАРЦ.685625.170	1
CMR01 ДАРЦ.426477.003 Модуль коммуникационный		1
CPU715-01 ДАРЦ.426471.040-01 Модуль центрального процессора		1
	/ ISaGRAF Поддержка программирования на ISaGRAF (включает библиотеку алгоритмов TIL PRO Std)	1
	/ TIL PRO Com Библиотека алгоритмов для  работы с COM-портами контроллера	1
	/ Modbus RTU/ASCII	1
	/ Modbus TCP	1
	/ПТК ТЕКОН	1
	V04M/1/1/0 Графическая панель оператора	1
TCL 024-124 C Traco Блок питания 24 Вт (от минус 10 до плюс 70 .С)		1

 

Продолжение таблицы 2

МОДУЛИ ВВОДА-ВЫВОДА, МКС  И УДС
AIG16 ДАРЦ.426431.023 Модуль ввода аналоговых сигналов среднего уровня		2
	TCC4A ДАРЦ.434400.042 Модуль клеммных соединений
DI16 ДАРЦ.426437.020 Модуль ввода дискретных сигналов		1
	TCC08H ДАРЦ.434400.045 Модуль клеммных соединений
DO32 ДАРЦ.426436.042 Модуль вывода  дискретных сигналов		2
	TCB08H ДАРЦ.426436.044 Умощнитель дискретных сигналов
КАБЕЛИ УНИВЕРСАЛЬНЫЕ  ПЛОСКИЕ ПРЯМЫЕ
CLF001 ДАРЦ.685625.187 -01 Кабель плоский 20-жильный		2
	Длиной 5 м
CLF000 ДАРЦ.685625.187 Кабель плоский 10-жильный		2
	Длиной  5 м

 

 

 

 

 

 

 

3. Описание рабочих чертежей

3.1 Схема автоматизации

 

В дипломном проекте выполнена схема автоматизации на основании задания на проектирование, а именно перечня параметров, подлежащих контролю и управлению. Разработанная схема автоматизации содержит 45 контуров управления и контроля и выполнена на базе применения микропроцессорного контроллера МФК 1500. Управление участком осуществляется в режиме реального времени в соответствии с регламентом технологического процесса. Выбранные приборы и средства автоматизации представлены в спецификации. Рассмотрим  контуры управления и контроля подробнее.

Контур 1-2 представляет собой  контур регулирования подачи пара низкого давления в головку деаэратора. С этой целью установлен датчик измерения давления Метран 150 СGR4. Значение в виде унифицированного выходного токового сигнала (УВТС) 4-20 мА с датчика поступает на аналоговые вводы микропроцессорного контроллера МФК 1500, где происходит обработка данных и выработка управляющего воздействия. Текущее значение давления отображается на видеотерминале оператора-технолога. Управляющее воздействие с модуля  дискретного вывода   МФК 1500 с целью поддержания  заданного  давления,  поступает на электропривод МЭПК 6300, который включается магнитным пускателем ПБР-2М.01, после чего управляющее воздействие подаётся на регулирующий клапан. Клапан установлен на линии подачи пара низкого давления.

        Контуры 3-4, 10-11 являются контурами регулирования уровня в баке деаэратора и верхнем барабане парового котла соответственно. Для этого используются датчики уровня Метран 150 CD2. Значения в виде унифицированных выходных токовых сигналов  4-20 мА с датчиков поступают на аналоговые вводы  микропроцессорного контроллера МФК 1500, где происходит обработка данных и выработка управляющих воздействий. Текущие значения уровня отображаются на видеотерминале оператора-технолога. Управляющие  воздействия  с модуля  дискретного вывода   МФК 1500 с целью поддержания  заданного  уровня,  поступают на электроприводы МЭПК 6300, которые включаются магнитными пускателями ПБР-2М.01, после чего управляющие воздействия подаются на регулирующий (уровень в баке деаэратора) и на регулирующе-отсечной (уровень в верхнем барабане парового котла) клапаны. Клапаны установлены на линии подачи деминерализованной воды и деаэрированной воды соответственно.