Одна из простых и наглядных структур ПТК представлена на рис. 2.51.
Рис. 2.51. Структура ПТК
Все функциональные возможности системы (рис. 2.51) четко разделены на два уровня. Первый уровень составляют контроллеры, второй – пульт оператора, который может быть представлен рабочей станцией или промышленным компьютером.
Уровень контроллеров в такой системе выполняет сбор сигналов от датчиков, установленных на объекте управления; предварительную обработку сигналов (фильтрацию и масштабирование); реализацию алгоритмов управления и формирование управляющих сигналов на исполнительные механизмы объекта управления; передача и прием информации из промышленной сети.
Пульт оператора формирует сетевые запросы к контроллерам нижнего уровня, получает от них оперативную информацию о ходе технологического процесса в удобном для оператора виде, осуществляет долговременное хранение динамической информации (ведение архива) о ходе процесса, производит коррекцию необходимых параметров алгоритмов управления и уставок регуляторов в контроллерах нижнего уровня.
Промышленные контроллеры – этоустройства, предназначенные для управления технологическими процессами в промышленности и другими сложными технологическими объектами (например, системы управления микроклиматом, системы управления котельными установками и объектами тепло и газоснабжения, системы сбора данных, системы диспетчеризации и др.). Принцип их работы заключается в сборе сигналов от датчиков и их обработке по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства.
В настоящее время на рынке технических средств автоматизации представлен широкий спектр аппаратных и программных устройств для построения надежных и удобных в эксплуатации систем. Согласно принятой зарубежной терминологии промышленные контроллеры (ПК) делятся на три категории: программируемые логические контроллеры (ПЛК), распределенные управляющие системы (distributed control systems DCS) и контроллеры на базе PC-технологий (PC-based).
В архитектуре АСУ ТП ПЛКзанимают место между уровнем датчиков и исполнительных механизмов и системами верхнего уровня управления процессом. Основная функция контроллеров в системе – сбор, обработка и передача на верхний уровень первичной информации, а также выработка управляющих воздействий, согласно с запрограммированными алгоритмами управления и передача этих воздействий на исполнительные механизмы.
Большинство современных контроллеров изготавливается по секционно-блочному принципу. Каждый логический модуль физически представляет собой отдельный блок, который устанавливается либо в монтажную корзину, либо на единую монтажную шину. Коммутация между модулями осуществляется через единый монтажный кросс. Такая конструкция позволяет широко варьировать количество используемых модулей и оптимально подстраивать физическую архитектуру контроллера к решаемой задаче. Кроме того, такое построение удобно в обслуживании, модернизации и ремонте. При необходимости заменяются лишь отдельные модули без изменения архитектуры всей системы.
В распределенных управляющих системах (рис. 2.51) в единую сеть связаны малогабаритные контроллеры, интеллектуальные модули ввода/вывода и компьютеры, которые могут быть разнесены друг от друга на достаточно большие расстояния. Такая распределенная архитектура системы управления обладает следующими достоинствами:
– высокая надежность работы системы. Четкое распределение обязанностей в распределенной системе делает ее работоспособной даже при выходе из строя или зависания любого узла. При этом работоспособные узлы продолжают осуществлять сбор данных и управление процессом или осуществляют последовательный останов технологического оборудования;
– малое количество проводных соединений. Контроллеры имеют возможность работать в тяжелых промышленных условиях, поэтому они, как правило, устанавливаются в непосредственной близости от объекта управления. В связи с этим существенно снижается расход кабельной продукции, а для организации сети, как правило, достаточно всего двух или четырех проводов;
– легкая расширяемость системы. При появлении дополнительных точек контроля и управления достаточно добавить в системы новый узел (контроллер, интеллектуальный модуль ввода-вывода).
В настоящее время на Российских предприятиях функционирует большое количество контроллеров как импортных, так и отечественного производства, позволяющих строить распределенные АСУ ТП. Среди них контроллеры КРОСС и комплекс полевых приборов ТРАССА (ОАО «ЗЭиМ», г. Чебоксары), комплекс Деконт (фирма «ДЭП», г. Москва), Теконик (АО «Текон», г. Москва), DCS-2000 (ЗАО «Эмикон», г. Москва), СИКОН (фирма «КОК», г. Москва), ЭЛСИ-2000 (фирма «ЭлеСи», г. Томск), ADAM-4000, 5000, 6000 (Advantech), I-7000, 8000 (ICP DAS), сетевые контроллеры фирм Siemens, Analog Device и др.
Для примера рассмотрим некоторые типы промышленных программированных контроллеров, применяемых в системах автоматического управление процессами теплогазоснабжения и вентиляции.
Промышленные контроллеры СПЕКОН. Специализированные промышленные контроллеры СПЕКОН СК [17] (рис. 2.52) предназначены для автоматизированного управления паровыми и водогрейными котлами, работающими на газе или жидком топливе, а также котельными, ЦТП, теплогенераторами, пламенными печами и другими технологическими объектами в различных отраслях промышленности.
Рис. 2.52. Внешний вид контроллера (вид спереди)
Для представления информации о ходе технологического процесса, значении параметров, составе системы и т.п. на лицевой панели контроллера располагаются алфавитно-цифровое табло и световые индикаторы. Алфавитно-цифровое табло жидкокристаллическое, двухстрочное, имеет по 16 знаков в каждой строке. Табло имеет подсветку «Сеть», «Работа», «Нештатная ситуация». Ввод базы данных, вывод значений параметров, управление техпроцессом и т.д. осуществляется с клавиатуры лицевой панели.
Модификации контроллеров СПЕКОН СК:
СК2-20 (А/Б) – СК2-29 (А/Б) – контроллеры для управления паровыми и/или водогрейными котлами, работающими на газе и/или жидком топливе.
СК2-32 (А/Б) -– СК2-35 (А/Б) – контроллеры для управления паровыми и/или водогрейными котлами с импортными горелками, работающими на газе и/или жидком топливе.
СК2-12(А/Б) и СК2-14(А/Б) – контроллеры для автоматизированного управления подогревателями нефти и газа, теплогенераторными устройствами, горелками.
СК2-50(А/Б) – контроллер для автоматизированного управления котлом (типа ДКВР) с двумя горелками.
СК2-53(А/Б) – контроллер для автоматизированного управления котлом (типа ДКВР) с тремя горелками.
СК2-80(А/Б) – контроллер для автоматизированного управления котлами, котельными, ЦТП, ТП, другими технологическими объектами с отображением объекта, значений измеряемых параметров и т.д. на лицевой сенсорной панели в реальном времени.
СК3-01 (А/Б) – контроллеры для автоматизированного управления общекотельным оборудованием с водогрейными или паровыми котлами, работающими на газе и/или жидком топливе, автоматизация которых выполнена на базе контроллеров СПЕКОН СК2.
СК3-13 (А/Б) – контроллеры для автоматизированного управления оборудованием котельной и котлами, автоматизация
которых выполнена не на базе контроллеров СПЕКОН СК2.
СК3-21 (А/Б) – контроллеры для управления ИТП, ЦТП и общекотельным оборудованием с водогрейными и паровыми котлами на газообразном или жидком топливе. Могут использоваться как свободно конфигурируемые многоканальные регуляторы.
Контроллер управления системами приточной вентиляцией БиКуб-ВК02 (ООО «НПП «Горное Плюс»). Контроллер представляет собой регулирующее устройство, выполненное на базе микроконтроллера с резидентным программным обеспечением, и предназначен для регулирования температуры приточного воздуха в системах воздушного отопления. Контроллер может быть конфигурирован на работу в различных модификациях систем приточной вентиляции.
Контроллер может применяться в автоматизированных системах контроля и управления. Прибор совместно с другими изделиями фирмы ООО «НПП «Горное Плюс» и изделиями сторонних фирм, имеющих возможность подключения к информационным системам (электросчетчики, теплосчетчики) позволяет организовать комплексное управление инженер инженерным оборудованием на уровне здания или комплекса зданий.
Принципиальная схема применения контроллера «БиКуб-ВК02» представлена на рис. 2.53.
 |
Рис. 2.53. Пример применения контроллера «БиКуб-ВК02»
В рассматриваемом примере контроллер управляет вентилятором, заслонкой с электронагревателем, насосом и двухходовым клапаном с электроприводом. Сигналы с датчиков температуры поступают на соответствующие входы прибора и подвергаются аналого-цифровому преобразованию. Далее осуществляются преобразования в соответствии с номинальными функциями преобразования с тем, чтобы получить в цифровой форме значения измеряемых температур. Измеренные значения температур можно наблюдать на дисплее или прочитать по сети.
В режиме «Контроль», прибор выполняет операции, направленные на поддержание оптимальной температуры теплоносителя в обратном трубопроводе, для предотвращения замораживания системы и превышения температуры теплоносителя в обратном трубопроводе.
В режиме «Работа» контроллер последовательно выполняет функции запуска системы вентиляции, а затем функции связанные с поддержанием заданной температуры приточного воздуха. В процессе работы в этом режиме контроллер может переводить систему в различные состояния такие как:
Прогрев калорифера. Перед началом работы контроллер осуществляет прогрев калорифера, для чего при закрытых жалюзи и выключенном вентиляторе, осуществляет открытие регулирующего клапана, включение насоса и включение электронагревателя. В этом состоянии система находится в течение времени заданного пользователем. В случае если температура наружного воздуха больше значения, определяющего «летний режим», то это система не переводиться в это состояние.
Управление системой приточной вентиляции. После прогрева система переводиться в рабочее состояние. В этом состоянии прибор поддерживает значение температуры приточного воздуха в соответствии с заданным.
Защита от замораживания. При падении температуры приточного воздуха или температуры теплоносителя в обратном трубопроводе ниже заданных пользователем значений, либо возникновении неисправностей контроллер переводит систему в состояние защиты от замораживания. В этом состоянии прибор закрывает жалюзи, выключает вентилятор и открывает исполнительный механизм. Система будет находиться в этом режиме до тех пор, пока значения температур приточного воздуха и обратной воды не придут в норму.
Дежурный режим. Дежурный режим предусмотрен для тех случаев, когда в работе вентиляции нет необходимости. В этом режиме прибор контролирует только температуру обратной воды, жалюзи при этом закрыты, а вентилятор выключен. Переход в дежурный режим осуществляется путем задания временного интервала соответствующего этому режиму. Если переход в дежурный режим осуществлен из «летнего» режима, то контроль обратной воды не выполняется.
Летний режим. В этом режиме управлении температурой приточного воздуха не осуществляется. И циркуляция теплоносителя через калорифер прекращена. Контроллер просто открывает жалюзи и включает вентилятор.
 |
Контроллер микропроцессорный ТРМ3 (предприятие «ПО ОВЕН») Прибор совместно с входными термопреобразователями (датчиками) и исполнительными механизмами предназначен для контроля и регулирования температуры в системе отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Кроме функций регулирования, прибор осуществляет защиту системы от завышения температуры обратной воды, возвращаемой в теплоцентраль.
При работе в составе системы ТРМ32 контролирует температуру наружного воздуха, температуру воды в контурах отопления и горячего водоснабжения, а также температуру обратной воды, возвращаемой в теплоцентраль. По результатам измерений прибор формирует сигналы управления двумя запорно-регулирующими клапанами, один из которых служит для поддержания заданной температуры в контуре отопления, а другой - в контуре горячего водоснабжения. При эксплуатации работа прибора осуществляется в одном из трех основных режимах: «Регулирование», «Просмотр» или «Программирование».
