Интегрированная система проектирования и управления SCADA
Министерство
образования и науки РФ
Рязанский
государственный радиотехнический университет
Кафедра АИТП
«Интегрированные
системы проектирования и управления»
Выполнил: Рыбаков А.А.
Проверил: Морозов А.С.
Рязань 2012
г.
Содержание
Введение
. Системный
этап
.1 Описание
технологического процесса
.2
Функциональная схема объекта
.3
Требования, предъявляемые к SCADA-
системе
.4
Структурная схема регулирования
. Технический
этап
. Создание
блок-схемы стратегии в редакторе задач Task
Введение
АСУ ТП в большинстве случаев являются системами
организационно-техническими, что означает наличие функций, выполняемых
человеком (оператором). Взаимодействие между оператором и технологическим
процессом осуществляется с помощью программного обеспечения, получившего общее
назначение SCADA.
«SCADA - система» (Supervisory Control And Data Acquisition System) - система сбора данных и оперативного диспетчерского
управления. В названии присутствуют две основные функции, возлагаемые на SCADA - систему:
сбор данных о контролируемом технологическом процессе;
управление технологическим процессом.
Функции, которые возлагаются на любую SCADA - систему, независимо от того, является она широко
тиражируемым продуктом известной компании или создана специалистами отдела АСУ
ТП предприятия для своих конкретных нужд, следующие:
прием информации о контролируемых технологических параметрах от
контроллеров нижних уровней и датчиков;
сохранение принятой информации в архивах;
вторичная обработка принятой информации;
графическое представление хода технологического процесса, а
также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме;
прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних
уровней и исполнительных механизмов;
регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим
процессом и действиями персонала ответственного за эксплуатацию и обслуживание
системы;
оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об
обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим
процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУ ТП с
регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях;
формирование сводок и других отчетных документов на основе
архивной информации;
обмен информацией с автоматизированной системой управления
предприятием или с так называемой, комплексной автоматизированной системой
(КАС);
непосредственное автоматическое управление технологическим
процессом в соответствии с заданными алгоритмами.
Таким образом, SCADA-система
собирает информацию о технологическом процессе, обеспечивает интерфейс с
оператором, сохраняет историю процесса и осуществляет автоматическое управление
процессом в том объеме, в котором это необходимо.
1. Системный этап
.1 Описание технологического процесса
Объект представляет собой ректификационную колонну (Рис. 1).
Рис
1. Схема регулирования состава дистиллята с помощью двухсвязной САР
Часто
в процессе ректификации требуется регулировать состав дистиллята. Регулирование
состава дистиллята выполняется путем изменения расхода хладоносителя. При этом
в качестве вспомогательного параметра может быть выбрана температура.
Исходные
данные:
- значение регулируемого параметра: Q = 2/5;
предельные значения параметра: ∆Q = ± 5%;
тип регулятора: ПИ (К=7, T=1,3)
1.2 Функциональная схема объекта
Для удержания состава дистиллята в заданных пределах нужно постоянно
измерять его величину, так же нам необходимо измерять температуру в
ректификационной колонне, с помощью датчиков состава остатка и температуры.
Сигналы от датчиков поступают на УСО - устройство согласования с объектом
управления (аналого-цифровой преобразователь), которое преобразует его в
цифровой код. После этого полученный код подается на АРМ диспетчера. В
соответствии с заложенной программой и опорным значением, АРМ диспетчера выдает
сигнал на УСО, (цифро-аналоговый преобразователь). В соответствии с величиной
этого сигнала регулирующий орган осуществляет поворот вентиля крана.
1.3
Требования, предъявляемые к SCADA-системе
Разрабатываемая система должна удовлетворять следующим требованиям:
1)
Обеспечить стабилизацию параметра Q = 2/5
в
пределах Q=
5%.
)Фиксировать
состав дистиллята и отображать текущее значение на пульте оператора в виде
индикаторов и графиков;
)В
случае, когда состав дистиллята находится не в пределах нормы, по заданию
2/5±5%, выдавать сигнал тревоги, для принятия решения о повышении или понижении
состава; возможность остановить цикл ТП
)Обеспечить
возможность оперативного регулирования состава дистиллята с пульта оператора,
путем изменения установки Q=2/5 с помощью движкового регулятора.
)Архивировать
данные, поступающие с датчика, измеряющего состав дистиллята;
)Выдавать
годовой отчет;
1.4 Составление структуры САУ
где
x
-входная величина, в нашем случае это состав дистиллята;
y -
регулируемая (выходная) величина, состав дистиллята, которая имеет значение
2/5;
ε - ошибка рассогласования, отклонение
регулируемой величины от заданной, имеет значение ±5%;p1(p), Wp2(p)
- передаточные функции регуляторов;pо(p) - передаточная функция
регулирующего органа;об(p) - передаточная функция объекта
регулирования.
Определение параметров.
ПИ-регулятор описывается следующей передаточной функцией
.
К
=
=0,77 при Ти=1,3.
2. Технический этап
оператор
технический диспетчерский программный
Аппаратное обеспечение КСУ состоит из датчиков, регулирующего клапана и
устройств согласования ЭВМ с объектом управления.
В качестве устройства ввода-вывода выбирается контроллер серии ADAM -
4000. Для преобразования аналогового сигнала с датчиков состава остатка и
температуры (входные сигналы) в цифровой вид выберем контроллеры:
Модули серии ADAM-4000 предназначены
для построения распределенных систем сбора данных и управления. Они
представляют собой компактные и интеллектуальные устройства обработки сигналов
датчиков и формирования сигналов управления исполнительными органами,
специально разработанные для применения в промышленности.
ADAM-4014D (модуль аналогового ввода):
· 1 аналоговый вход (диапазон входного напряжения от -10В до
+10В);
· 2 дискретных выхода или 2 выхода-защелки сигнала аварийного
дискретного управления по верхней и нижней границам входного сигнала;
· 1 дискретный светодиодный дисплей.
УСО, связывающее регулирующий орган с ЭВМ.
2. Для
преобразования цифрового сигнала с выхода регулятора (выходной сигнал) в
аналоговый будем использовать контроллер ADAM-4021.
ADAM-4021 (модуль цифрового вывода):
· 12 разрядный ЦАП;
· программная настройка вывода 0…10В;
· контроль состояния выхода;
· программируемая скорость изменения сигнала на выходе;
· гальваническая развязка 500В.
3.
Для преобразования цифрового сигнала от кнопки аварийного отключения (выходной
сигнал) будем использовать контроллер ADAM-4050.
ADAM-4050 (Модуль дискретного ввода/вывода):
· 7 дискретных входов;
· входное напряжение от 0 до 30 В;
· 8 выходов типа «открытый коллектор»;
· предусмотрена возможность работы с электронными реле.
ADAM-4520.Модуль-преобразователь RS-232
в RS-485:
· скорость передачи до 38,4 кбит/с;
· автоматический контроль направления передачи;
· гальваническая изоляция 500В;
· длина сегмента линии до 1200 м;
· напряжение питания 10…30 В.
3.
Создание блок-схемы стратегии в редакторе задач Task
В редакторе задач Task
необходимо создать блок-схему стратегии, которая состоит из функциональных
блоков, выполняющих определенные функции. Для передачи данных от одного
функционального блока к другому нужно определить связи.
Используем следующие блоки:
Блоки аналогового ввода
Блоки аналогового ввода AI1 и
AI2 предназначены для приема информации от внешних устройств (датчиков давления
и расхода).
Блок вычисления с одним оператором
Данный блок предназначен для выполнения одной математической операции,
такой как сложение, вычитание, умножение, деление и т.д. По крайней мере один
функциональный блок стратегии должен быть присоединен ко входу блока вычисления
с единственным оператором. Значение на выходе присоединенного блока будет
являться первым операндом в производимой математической операции. Вторым
оператором может быть константа, заданная в соответствующем поле диалоговой
панели настройки параметров блока, либо значение на выходе другого
присоединенного функционального блока стратегии.
Блок архива тревог
Блок архива тревог ALOG1
предназначен для сохранения в архиве информации о зафиксированных аварийных
событиях, связанных с сигналом, поступающим на вход блока архива тревог. Блок
имеет вход и выход. Сообщения об аварийных событиях могут отображаться в окне
Журнала событий и подтверждаться пользователем в процессе исполнения стратегии,
когда значение на входе блока попадает в следующие диапазоны:
выше верхнего предельного значения;
между максимальным и верхним предельным значениями;
между максимальным и минимальным значениями;
между минимальным и нижним предельным значениями;
ниже нижнего предельного значения.
Блоки ПИД-регулирования
Блоки ПИД-регулирования PID1, PID2 реализуют пропорциональный закон
регулирования. Входы обратной связи данных блоков соединены соответственно с
выходами блоков аналогового ввода AI1 и AI2. Значения уставки первый блок
получает с движкового регулятора SPIN1,
а второй с выхода первого блока.
Блок ТЭГ
Данный блок предназначен для установления связи между элементами
управления Редактора форм отображения, а также виртуальными тэгами и
функциональными блоками Редактора задач. Значение, связанное с элементом
управления, входящим в окно формы отображения, может быть передано
функциональным блокам задач посредством блока Тэг.
Блок архивации данных
Данный блок предназначен для записи в файл информации, поступающей на его
входы (до 8-ми входов) от других функциональных блоков стратегии. Информация,
сохраняемая в файле и представляемая формате ASCII, может быть размещена в
восемь колонок
Блок аналогового вывода
Блок аналогового вывода AO1
предназначен для передачи управляющего сигнала к усилителю и исполнительному
механизму. Конфигурация блока аналогична настройкам блока аналогового ввода,
только в поле «Модуль» нужно указать ADAM-4021.
Итоговая схема:
Интерфейс оператора
