Вопрос №15. Принципиальная схема релейной автоматики в дистанционном и ручном режимах управления включением- отключением асинхронного привода насоса.

Схемы управления технологическими механизмами с электроприводами обычно строятся на базе релейно-контактных элементов. Она предусматривает местное, дистанционное и автоматическое управление. Местное управление осуществляется оператором с помощью органов управления, например кнопочных постов, расположенных в непосредственной близости от механизма. Дистанционное управление осуществляется со щитов и пультов объекта автоматизации. Автоматическое управление обеспечивается с помощью регуляторов, а также различных программных устройств, предусматривающих автоматическое управление электроприводом. Вид управления (ручной или дистанционный) электроприводом выбирается с помощью переключателя цепей управления.

В качестве примера рассмотрим схему управления электродвигателем насоса (рисунок 38) и перечень элементов к ней. Все элементы рассматриваемой схемы имеют одно- или двухбуквенные коды. Например: двигатель М, контактор КМ1, переключатель 1SA1, сигнальная лампочка 1HL1 и т. д.

Соединительные провода обозначены арабскими цифрами, при этом номера проводов, имеющие общую точку, одинаковы. Так, кнопка 1SB1 соединена с 1SB2 и замыкающим дополнительным контактом КМ1.1 контактора КМ1 проводами, обозначенными числом 102.

Катушка магнитного пускателя КМ1 замыкает рабочие контакты и тем самым подает напряжение на двигатель М при нажатии кнопки 1SB1. При этом контактор КМ1 через свой собственный контакт КМ 1.1 оказывается заблокированным. Выключается двигатель М при нажатии на кнопку 1SB2. Все это можно осуществить только в ручном режиме, когда переключатель 1SA1 находится в положении Р.

Рисунок 38. Пример принципиальной электрической схемы

В положении А переключателя 1SA1 (автоматизированный режим управления) электрический двигатель насоса будет включаться автоматически с помощью контактов реле К3, которые управляются ПЛК и показаны в другом месте принципиальной схемы. На это указывает пунктирная линия вокруг контактов и ссылка на определенный номер листа принципиальной схемы щита управления (ЩА).

При перегрузке двигателя вентилятора срабатывает тепловое реле КК1, размыкающий контакт которого прекращает подачу напряжения на катушку контактора КМ1.

Вопрос №16. Привести основные требования заявочного листа выбора датчиков давления. Привести основные расчеты метрологии измерительных приборов. Пояснить назначение интерфейса связи их с контроллером. Описать HART- интерфейс.

Основные требования заявочного листа выбора датчиков давления: информация о заказчике, информация о процессе, измеряемое давление (избыточное, разряжение, абсолютное, перепад давления), допустимая погрешность измерения, общие вопросы для все моделей (встроенный LCD индикатор, исполнение, монтаж, время отклика, кабельный ввод), для датчиков с импульсным подводом (подвод импульсных трубок, сторона высокого давления, 3-х вентильный блок, материал вентильного блока), для датчиков перепада давления, монтируемых на фланце (фланец, тип мембраны, длина выступающей части),для датчиков с вынесенными разделительными мембранами (фланец, тип мембраны, длина выступающей части, длина капиллярных трубок), тип выходного сигнала, протокол цифровой связи, дополнительные требования.

Нормирование погрешности канала измерения.При расчете погрешности датчика рекомендуется использовать для выбранных каналов измерения перечень составляющих погрешности и их процентный уровень, который приведен в РМГ 62–2003 «Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации ВНИИМС Госстандарта России». Пример обобщенной структуры измерительного канала для измерения температур с помощью термопреобразователей сопротивления (по ГОСТ 6651–94) АС приведен на рисунке 23.

Рисунок 23. Обобщенная структура измерительного канала

Пример расчета требуемой точности измерительного устройства канала измерения в АС. На рисунке 23 приведены: ∆_мет – методическая погрешность датчика; ∆_л – погрешность связей линии; ∆_инстр – суммарная инструментальная погрешность канала измерения программно-технического комплекса АС (АЦП, алгоритм расчетов, визуализация на экране компьютера.

Погрешность измерения канала может быть определена как

∆_{измерений} = ∆_мет +∆_л + ∆_инстр + ∆_вф,

где ∆_вф – погрешность влияющих факторов;

В качестве канала измерения выберем канал измерения давления, для которого заданными является требование к погрешности канала измерения (не более 0,3 %) с заданной разрядностью АЦП (10 разрядов). Расчет допустимой погрешности измерения датчика давления производится по формуле

,

где % – требуемая суммарная погрешность измерения канала измерений при доверительной вероятности 0,95;

– погрешность передачи по каналу измерений;

– погрешность, вносимая АЦП;

и – дополнительные погрешности, вносимые соответственно окружающей температурой и вибрацией.

Погрешность, вносимая десятиразрядным АЦП, была рассчитана следующим образом:

%.

Погрешность передачи по каналу измерений задается рекомендациями РМГ 62-2003;

При расчете учитываются также дополнительные погрешности, вызванные влиянием: температуры окружающего воздуха; вибрации.

Дополнительная погрешность, вызванная температурой окружающего воздуха, была установлена согласно рекомендации РМГ 62-2003:

.

Дополнительная погрешность, вызванная вибрацией,

.

Следовательно, допускаемая основная погрешность датчика давления должна не превышать

.

Пример протокола связи ПЛК с датчиком. Пусть контроллер с адресом 1 хочет считать показание датчика давления в котле. Он знает, что этот датчик подключен к узлу с сетевым адресом 5, модулю AI в слоте 6, каналу (входу) 12. Адресная часть настраивается программно и перемычками (jumper) в процессе конфигурирования ПО проекта. В результате котроллер формирует запрос к ведомому устройству (узлу ввода/вывода) следующего содержания:

Узел 5, прослушивая все запросы на шине, узнает тот, что адресован ему. Он считывает показания датчика давления и формирует в ответ следующее сообщение:

Контроллер, получив ответ от ведомого устройства, сканирует поле «данные c датчика» и начинает математическую обработку.

Пусть после обработки данных с датчика контроллер решил, что надо открыть выпускной клапан на 50 %. Клапан подключен к узлу ввода/вывода 7, модулю AO в слоте 3, каналу 2. Контроллер формирует команду следующего содержания:

Узел 7, прослушивая шину, натыкается на команду, адресованную ему. Он записывает значение уставки 50 % в регистр, соответствующий слоту 3, каналу 2. Сразу же модуль АО формирует на выходе 2 нужный электрический сигнал и выдает его клапану на исполнение. Далее узел 7 высылает обратно контроллеру подтверждение успешного выполнения команды.

Контроллер получает ответ от узла 7 и считает, что команда выполнена.

Интерфейс HART (Highway Addressable Remote Transducer), разработанный фирмой Rosemount Inc. основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции (Frequency Shift Keying, FSK), в соответствии с широко распространенным коммуникационным стандартом Bell 202. Цифровая информация передаётся частотами 1200 Гц (логическая 1) и 2200 Гц (логический 0), которые накладываются на аналоговый токовый сигнал 4-20 мА (рис. 2.8).

Частотно-модулированный сигнал является двухполярным и при применении соответствующей фильтрации не влияет на основной аналоговый сигнал 4-20 мА. Скорость передачи данных для HART составляет 1,2 кбит/с. Каждый HART-компонент требует для цифровой передачи соответствующего модема.

Схема взаимоотношения между узлами сети основана на принципе MASTER/SLAVE. Стандартная топология HART-сети передачи данных – «звезда», но возможна и шинная организация. Для передачи данных по сети используются два режима:

1) асинхронный: по схеме «MASTER-запрос – SLAVE-ответ» (один цикл укладывается в 500 мс);

2) синхронный: пассивные узлы непрерывно передают свои данные MASTER-узлу (время обновления данных в MASTER-узле за 250–300 мс).

Каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние. Контроль корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.

Вопрос №17. Экранные формы. Описать дерево экранных форм. Описать способы навигации. Описать варианты сигнализации о несоответствиях в технологическом процессе. Привести пример экранной формы диспетчерского журнала событий.

Экранная форма – интерфейс оператора, при котором данные выводятся и вводятся в полях на экране, а оператор заполняет или модифицирует их содержимое, перемещая курсор ввода между полями. Экранные формы можно считать масками, через которые пользователь рассматривает поля непрерывной записи технологических точек наблюдения и управления. Маска скрывает от пользователя ненужные ему в данный момент поля. Следует создавать экранные формы, в которых поля размещены по полю экрана в удобном ему порядке. На рабочем экране могут быть интегрированы такие элементы управления/ мониторинга, как надписи, командные кнопки, селекторные кнопки, контрольные индикаторы, списки, иллюстрации и т. д. Формы можно раскрасить любыми доступными красками, использовать для оформления растры и графические элементы (линии и прямоугольники).

Дерево экранных форм АС может быть представлено в виде, показанном на рисунке 56.

Рис. 56 Дерево экранных форм

Пользователь (диспетчер по обслуживанию, старший диспетчер, руководитель) имеет возможность осуществлять навигацию экранных форм с использованием кнопок прямого вызова. При старте проекта появляется экран авторизации пользователя, в котором предлагается ввести логин и пароль. После ввода логина и пароля, если же они оказываются верными, появляется мнемосхема основных объектов ГНПС: узел подключения станции, площадка фильтров грязеуловителей, резервуарный парк, подпорная насосная станция, узел учета нефти, магистральная насосная станция и канал регулирования давления. Кроме того, с мнемосхемы основных объектов пользователь имеет прямой доступ к карте нормативных параметров ГНПС. Открытие мнемосхем объектов ГНПС происходит нажатием на прямоугольную область мнемосхемы основных объектов в соответствии с названием объекта, за которым необходимо вести контроль. Мнемосхемы некоторых объектов ГНПС включают в себя дополнительные мнемосхемы, которые позволяют вести более тщательный контроль состояний объектов ГНПС и управлением этими объектами. Открытие дополнительных мнемосхем осуществляется нажатием на прямоугольной области с соответствующим названием функции или на фигуре устройства мнемосхемы объекта ГНПС.

Экранные формы спроектированной SCADA-системы управления должны выполнять следующие общие функции: вход в систему; рабочий режим экрана; вызов окна системных сообщений; навигацию экранных форм; обработку сигнализации; формирование динамических атрибутов экранной формы; управление графическими объектами окон; настройку режимов работы; представление трендов технологических параметров; руководство действиями оператора; печать экрана; поддержку действий диспетчера при управлении и контроле.

Для отображения сигнальной информации могут использоваться специальные цвета, приведенные в таблице ниже.

Цвет	Значение	Пояснение
Красный	Срочный	Опасные условия
Желтый	Ненормальный	Ненормальный режим. Неминуемая критическая ситуация
Зеленый	Нормальный	Нормальный режим
Голубой	Обязательный	Сигнал о ситуации, которая требует действий оператора
Белый	Нейтральный	Другие ситуации могут использоваться, если есть сомнение в применении цветов красного, желтого, зеленого, голубого

Экранная форма диспетчерского журнала событий собой представляется в виде таблицы, в которой указываются время начала и окончания события, код события, расшифровка и описание кода произошедшего события. События динамически меняются и заносятся в журнал событий. В случае возникновения аварийных ситуаций соответствующее событие, которое вызвало аварию, подсвечивается и мигает красным цветом. В журнал событий также заносятся все действия оператора, которые выполняются им в режиме дистанционного управления (изменение уставок, открытие/закрытие, включение/выключение, и т.д).