Возможность расширения до 16 каналов управления путем подключения 8-канального модуля дискретных выходных элементов ОВЕН МР1

Технические средства интеллектуализации СУИМ

К техническим средствам интеллектуализации в соответствие с приведенной выше функциональной схемой СУИМ относят:

– интеллектуальные ИМ;

– программируемые логические контроллеры (ПЛК) ИМ;

– технологические измерители-регуляторы, регуляторы микропроцессорные универсальные, сигнализаторы;

– многоканальные модули ввода-вывода и управления распределенных СУИМ (MDS-модули);

– бесконтактные симисторные пускатели и микропроцессорные СПЭ.

Интеллектуальные ИМ, к сожалению, в полном смысле этого слова, крайняя редкость. Такой ИМ должен «на месте» содержать все необходимые средства интеллектуализации и являться полнофункциональным децентрализованным модулем. Как правило, из всех средств интеллектуализации собственно ИМ оснащают толькоблоком сигнализации положения (БСПМ), подключенным к полевой сети, что позволяет микропроцессорному контроллеру ИМ или контроллеру верхнего уровня выполнять функции управления, диагностики и защиты механизма. Некоторые ЭИМ содержат встроенные СПЭ. Наличие встроенного цифрового регулятора внешней (технологической) координаты, модулей аналогового и дискретного ввода-вывода, а также коммуникационных средств позволяют в принципе наделить такой ИМ интеллектуальными качествами. К таким ИМ можно отнести, в частности ЭИМ переменной скорости с частотно-регулируемыми децентрализованными электроприводами фирмы «Siemens», «Omron» и др.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) или контроллеры исполнительных механизмов (КИМ) – специализированные цифровые компьютеры, используемые для автоматизации технологических процессов. В отличие от компьютеров общего назначения, ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков и исполнительных механизмов, приспособлены для длительной работы без обслуживания, а также для работы в неблагоприятных условиях окружающей среды. ПЛК являются устройствами реального времени.

В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими, но во многих технических приложениях по прежнему преобладают логические команды. В программируемых логических контроллерах обеспечивается доступ к отдельным битам памяти, в то время как большинство процессоров и компьютеров обеспечивают только одно-, 2- или 4-байтовую адресацию.

ПЛК, как правило, не имеют развитых средств интерфейса типа клавиатуры и дисплея, устанавливаются в шкафах, часто – на DIN-рейку. Их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами – специальными устройствами (устаревшая технология) или устройствами на базе PC или ноутбука, со специальным программным обеспечением, а иногда и специальными интерфейсными платами. В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с системами человеко-машинного интерфейса: операторскими панелями или автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов на базе PC. Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК индивидуально или централизованно: в стойку ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода, подключенные к датчикам и исполнительным устройствам отдельными проводами, или по методу распределенной периферии, когда удаленные от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК общей сетью, например, сетью Profibus с протоколом DP.

На Российском рынке в достаточно широком ассортименте представлены ПЛК как отечественных, так и зарубежных фирм. Среди отечественных разработчиков средств автоматизации, включая ПЛК, следует выделить такие фирмы как ОАО «МЗТА» (г. Москва), ОАО «ЗЭиМ» (г. Чебоксары), НПФ "КонтрАвт" (г. Нижний Новгород), НПФ «ОВЕН» (г. Москва), НПФ «КРУГ» (г. Пенза) и др. Среди зарубежных фирм-производителей ПЛК можно выделить Siemens, Mitsubishi, Omron, Danfoss и др.

Технологические измерители-регуляторы являются специализированными или универсальными микропроцессорными устройствами, обеспечивающие численное задание технологического параметра (переменной), измерение и индикацию технологической переменной в цифровой форме, а также выработку управляющего воздействия на исполнительный механизм в функции вычисленной ошибки регулирования.

В последние годы наибольшее распространение в системах автоматизации технологических процессов находят универсальные измерители-регуляторы. Эти регуляторы должны обеспечивать следующие основные требования:

– подключение различных типов датчиков различных технологических координат (температуры, давления, расхода, уровня и т.п.); достигается за счет применения унифицированных токовых (0–5, 0–20, 4–20 мА) или «напряженческих» (0–1, 0–10 В) сигналов;

– позволять с панели вводить численные значения заданных технологических координат и наблюдать действительные значения контролируемых координат в достаточно широком диапазоне;

– реализовывать различные законы управления исполнительными механизмами (двух- и трехпозиционного управления, типовых П-, И-, ПИ-, ПИД-, ПДД- законов непрерывного управления);

– изменять параметры управления в достаточно широком диапазоне и иметь высокую точность воспроизведения законов управления;

– формировать выходной сигнал в различных формах и технических реализациях (транзистор с открытым коллектором, реле, оптосимистор, транзистор в активном режиме и др.).

Существует достаточно много как отечественных, так и зарубежных фирм, выпускающих многочисленные серии микропроцессорных измерителей-регуляторов. Среди российских фирм одну из наиболее полных линеек таких аппаратных модулей выпускает НПФ «КонтрАвт», которая производит регуляторы температуры (терморегуляторы), измерители - регуляторы и сигнализаторы, ПИД - регуляторы, контроллеры температуры, давления, уровня и других технологических параметров. Микропроцессорное исполнение обеспечивает высокие технические характеристики, функциональные возможности и надежность выпускаемых приборов. Все регуляторы сертифицированы, зарегистрированы Госстандартом в Госреестре средств измерений. Имеется также разрешение Госгортехнадзора и Горнорудничного надзоров. Оборудование допущено к применению на взрывоопасных производствах.

Дадим краткую характеристику основных серий измерителей-регуляторов серии «Метакон».

· серия МЕТАКОН-512/522/532/562 – 1, 2, 3, 6-ти канальные измерители сигнализаторы и позиционные регуляторы температуры; применяются для двух-, трехпозиционного регулирования температуры, давления, влажности и других технологических параметров (до 6 каналов по 2 компаратора в каждом), а также для сигнализации. Выходы: n-p-n транзистор с открытым коллектором, реле, оптосимистор, транзисторный активный ключ.

· серия МЕТАКОН-513/523/533 – 1,2,3-х канальные ПИД- регуляторы (контроллеры) сигнализаторы и регуляторы температуры для управления нагревом или охлаждением с помощью ТЭНов и компрессоров; предназначены для ПИД-управления дискретным ШИМ-сигналом устройствами однонаправленного действия: ТЭН, компрессоры холодильников и т.п. Выход: реле или транзисторный ключ.

· серия МЕТАКОН-514/524/534 – 1,2,3-х канальные ПИД регуляторы температуры и сигнализаторы для управления процессами с помощью задвижек, трехходовых клапанов, исполнительных механизмов типа МЭО; предназначены для ПДД-управления дискретным ШИМ-сигналом реверсивными исполнительными механизмами интегрирующего типа – МЭО (запорная арматура). Выход: реле или транзисторный ключ.

· серия МЕТАКОН-613 – программные регуляторы, сигнализаторы и таймеры для управления технологическими процессами в соответствие с заданными временными диаграммами; предназначены для ПИД-управления дискретным ШИМ-сигналом устройствами однонаправленного действия: ТЭН, компрессоры холодильников и т.п. по временной диаграмме (программе). Автоматическая настройка параметров ПИД-регулятора. Управление внешними сигналами. Выходы – транзисторные ключи: 2 на ШИМ, 2 от компараторов. Библиотека программ: 10 временных диаграмм по 20 участков каждый. Масштабирование линейных сигналов. Основная погрешность измерений, не более 0,1 %. Имеется трехканальный таймер для управления тремя дополнительными устройствами с привязкой к временным диаграммам. Предназначены для работы в распределенных системах сбора данных и управления.

· серия МЕТАКОН-614 – аналогична предыдущей, но предназначена для ПИД- и ПДД-управления дискретным ШИМ-сигналом реверсивными исполнительными механизмами интегрирующего типа – МЭО (запорная арматура) по временной диаграмме (программе). Управление внешними сигналами. Выходы – транзисторные ключи: 2 на ШИМ, 2 от компараторов.

· серия МЕТАКОН-515 – быстродействующий универсальный контроллер - быстродействующий одноканальный ПИД-регулятор с одним универсальным, двумя дискретными входами и функцией извлечения квадратного корня с функциями сигнализации. Токовые входной и управляющий сигналы, высокое быстродействие делают прибор наиболее подходящим для управления пневмопреобразователями, преобразователями частоты и другими устройствами, рассчитанными на унифицированные сигналы.

Выходы: 1 токовый на управление, 1 токовый на регистрацию, 3 реле. Встроенный источник питания 24 В. Внешний вид контроллера-регулятора приведен на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Внешний вид контроллера-регулятора МЕТАКОН-515

· серия Т-424 – универсальный контроллер с функцией регулятора отношений и с сигнализацией, имеет токовый выход на управление или ретрансляцию. Локальный ПИД-регулятор с 4 программно настраиваемыми входами. Наличие токовых входов и выхода, функции извлечения квадратного корня, а также регулятора соотношений делают прибор Т-424 наиболее подходящим для применения в химическом и нефтехимическом производствах. Встроенный источник питания 24 В. Выходы: 1 токовый, 1 транзисторный ключ, 3 реле.

Многоканальные модули ввода-вывода и управления распределенных СУИМ обеспечивают периферийный ввод/вывод аналоговых и дискретных сигналов в распределенных управляющих системах и системах сбора данных. Это так называемые MDS-модули (Modules for Distributed Systems). На рис. 10.2 приведен внешний вид модуля DIO (Discrete Input-Output), производимого НПФ «КонтрАвт».

Рис. 10.2. Внешний вид MDS-модуля

дискретного ввода-вывода

фирмы «КонтрАвт»

Модули позволяют управлять сигналами по сети исполнительными устройствами (реле, пускатели, клапаны, соленоиды и проч.), а также вводить по сети в системы сбора данных и управления состояние аналоговых сигналов (датчиков аналоговых координат СУИМ) или дискретных устройств (кнопки, расцепители, датчики прерывания, дискретные выходы контрольно-регулирующих приборов и проч.).

В модулях DIO-4/4 имеется 4 канала ввода и 4 канала вывода. В модуле DIO-16BD каждый из 16 каналов может быть запрограммирован как на ввод, так и на вывод.

MDS-модули поддерживают протоколы MODBUS RTU, RNet и DCS (ASCII протокол, совместимы с модулями Adam от Advantech). Для облегчения возможности интеграции модулей в SCADA-системы разработаны OPC-сервер для регуляторов МЕТАКОН (поддержка серии МЕТАКОН и MDS-модулей по протоколу RNet) и OPC-сервер для MDS-модулей (поддержка MODBUS RTU). OPC-серверы распространяются бесплатно.

Бесконтактные симисторные, тиристорные пускатели и микропроцессорные СПЭ также наделяются интеллектуальными функциями, позволяющими существенно расширить функциональные возможности ЭИМ в распределенных системах управления.

На рис. 10.6 приведен внешний вид пускателя бесконтактного реверсивного (ПБР), предназначенного для управления трехфазным асинхронным электродвигателем ИМ постоянной скорости.

Рис. 10.6. Внешний вид пускателя

бесконтактного реверсивного (ПБР)

Основное назначение пускателей – бесконтактное реверсивное управления регулирующими и запорными приводами трубопроводной арматуры.

ПБР-3И применяется для приводов с трехфазными электродвигателями; ПБР-2И – для приводов с однофазными электродвигателями.

Пускатели могут выполнять следующие функции, в том числе интеллектуальные:

· реверсивное управление по командам ОТКРЫТЬ, ЗАКРЫТЬ, подаваемым на дискретные входы пускателя;

· управление от аналогового сигнала задания положения или скорости движения;

· выполнение команд управления от контроллера или компьютера, подаваемых через один или два интерфейса RS-485 (протокол MODBUS);

· выполнение функции аварийного управления – по дискретной или сетевой команде выполнить предустановленное действие (закрыть, открыть, стоп);

· остановка в крайних положениях по сигналам концевых или моментных выключателей;

· выполнение дожима при закрытии или открытии по моменту;

· блокирование управления электроприводом при наличии на входе сигнала ЗАПРЕТ;

· торможение электродвигателя способом противовключения;

· вывод аналогового сигнала положения электропривода;

· выполнение команд настройки, управления, контроля состояния от внешнего пульта настройки или компьютера, подключаемых через интерфейс RS-232 или RS-485;

· формирование сигнала ГОТОВНОСТЬ;

· защитное отключение электродвигателя, формирование сигнала НЕИСПРАВНОСТЬ, индикация неисправности;

· тепловая защита электродвигателя привода.

Пускатели имеют два источника питания G1 и G2 24В 30мА, предназначенных:

· G1 для активизации дискретных входных и выходных цепей пускателя;

· G2 для питания датчика положения привода.

Источники могут использоваться и для других цепей. Есть исполнения пускателей с источниками, гальванически связанными с входными цепями, и с изолированными от входных цепей источниками.

Помимо пускателей серии ПБР выпускаются бесконтактные пускатели с интеллектуальными функциями иных типов, в частности:

– БУЭР1-30-02 - блок управления однофазным электродвигателем по резервированному цифровому каналу RS-485 (2 канала): пуск, останов, защита двигателя от перегрузок по току, самодиагностика;

– БУЭР3-30-03 - блок управления электрифицированной задвижкой (ЭЗ) с трехфазным электродвигателем: открыть, закрыть, отмена команды, индикация состояния задвижки, диагностика двигателя;

– усилители тиристорные трехпозиционные ФЦ-0610, ФЦ-0611; обеспечивают пуск, реверс, торможение при снятии входного сигнала и защиту асинхронного двигателя от перегрузок, осуществляют сигнализацию об исчезновении напряжения питания или несоответствии входных и выходных сигналов, имеют регулируемые уставки защиты и длительности торможения. Внешний вид тиристорного усилителя приведен на рис. 6.11;

– блок управления реверсивными механизмами БУРМ-220. Симисторный блок управления исполнительными механизмами типа МЭО или электромагнитными клапанами. Применяется совместно с Т-424 и МЕТАКОН-5х4;

Рис. 10.7. Внешний вид бесконтактного тиристорного усилителя серии ФЦ

– блок коммутации реверсивный БКР. Симисторное управление асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов типа МЭО, электромагнитными клапанами. Применяется совместно с регуляторами МЕТАКОН-5х4, МЕТАКОН 614;

– блок симисторный БС-Х-Х-Н. Бесконтактная коммутация нагрузки переменного тока в системах промышленной автоматизации. Максимальное коммутируемое напряжение: 240-240В, 440-440В. Способ коммутации силовой цепи – при переходе нагрузки через ноль.

Для управления ЭИМ переменной скорости (насосов, вентиляторов, компрессоров, РО металлорежущих станков, роботов-манипуляторов, подъемно-транспортных механизмов и др.) широкое применения находят интеллектуальные микропроцессорные СПЭ как для приводов постоянного, так и переменного тока [16,17,23]. В основе их – очень широкая линейка силовых преобразователей, причем преимущественно зарубежных фирм («Siemens», «Omron», «Schneider Electric» и др.). Данная тематика наиболее полно освещается в дисциплинах «Электронные преобразовательные устройства» и «Автоматизированные электроприводы типовых производственных механизмов». Отметим только основные тенденции в развитии интеллектуальных СУИМ переменной скорости на примере наиболее широко представленными на российском рынке СПЭ фирмы «Siemens»:

– доминирование во всех отраслях промышленности и конкретных промышленных установках частотно-регулируемых микропроцессорных электроприводов переменного тока (применение, прежде всего, асинхронных электроприводов на основе СПЭ серий MICROMASTER, SIMOVERT MASTERDRIVES, для распределенных СУИМ – SIMODRIVE POSMO, SINAMICS G (S) 110-120, ET 200S, COMBIMASTER 411 и др.);

– применение в качестве сервоприводов трехфазных синхронных электродвигателей типа 1FK6 и аналогичных с возбуждением от постоянных магнитов, управляемых от СПЭ типа SIMOVERTMASTERDRIVESVector Control;

– модернизация приводов постоянного тока в части замены аналоговых преобразователей на микропроцессорные с СПЭ серии SIMOREG, которые являются полностью цифровыми компактными устройствами для питания цепей якоря и возбуждения приводов постоянного тока с изменяемой скоростью вращения;

– интегрирование интеллектуальных модулей в части объединения СПЭ с ЭИМ. В частности, в новейших электроприводах движения (motion) контроллер, СПЭ и ЭИМ интегрированы в модуль управления нового многоосевого привода типа SINAMICS S120. Следовательно, вся система, состоящая из контроллера и привода, является очень компактной и быстродействующей. SIMOTION D поставляется в трех вариантах (D425, D435 и D445), что обеспечивает максимальную масштабируемость и гибкость. Область применений распространяется от простых одноосевых приложений до высокопроизводительных многоосевых станков. SIMOTION D снабжен двумя встроенными интерфейсами PROFIBUS с PROFIdrive и двумя встроенными интерфейсами Industrial Ethernet. Внешний вид интегрированного электропривода движения ИМ приведен на рис. 10.8.

Рис. 10.8. Электропривод движения ИМ

серии SIMOTION C

10.3. СУИМ на основе средств управления

фирмы ОВЕН

Для управления ЭИМ постоянной и переменной скорости могут использоваться различные программируемые контроллеры, частотные регуляторы, сервосистемы, терминалы, программное обеспечение, температурные регуляторы и иные регуляторы, различные типы датчиков, а также интеллектуальные модули вывода, такие как МВУ8 фирмы ОВЕН (рис. 10.9), реле и т.д. Это далеко не полный список оборудования данной фирмы,

Восьмиканальный модуль управления исполнительными механизмами для распределенных систем работает в сети RS-485 (протоколы ОВЕН, Modbus, DCON) приведен на рис. 10.9.

Рис. 10.9. Модуль управления ИМ

МВУ8 фирмы «ОВЕН»

Модуль может использоваться:

– в качестве удаленного блока выходных устройств для SCADA-системы или программируемых контроллеров (ОВЕН ПЛК или др.);

– для интеллектуального управления исполнительными механизмами.

МВУ8 работает в сети RS-485 при наличии в ней «мастера», при этом сам МВУ8 не является «мастером» сети.

Функциональная схема модуля приведена на рис. 10.10.

Рис. 10.10. Функциональная схема модуля МВУ8 фирмы «ОВЕН»

Ниже перечислены основные функции модуля:

1. До 8-ми каналов управления различными исполнительными механизмами (ИМ):

а) 2-х позиционными (ТЭНы, компрессоры, электромагнитные клапаны и др., в том числе с ШИМ- модуляцией);

б) 3-х позиционными (ЭИМ постоянной скорости на задвижках, шаровых и пробковых кранах и др.), как с датчиком положения, так и без него;

в) ИМ с аналоговым управлением, прежде всего, ЭИМ переменной скорости.

3. Непосредственное управление ИМ по сигналу SCADA-системы или программируемого контроллера (ШИМ с высокой точностью, режимы ON/OFF).

4. Возможности интеллектуального управления ИМ:

а) генерация управляющего ШИМ-сигнала заданной скважности (или аналогового сигнала) по расчетной мощности, полученной из сети RS-485 от ПИД-регулятора или его модели в SCADA-системе;

б) управление сложными системами ИМ, например системой «нагреватель – холодильник», группой ТЭНов, системами дискретной сигнализации и т.п.;

в) контроль нахождения в заданных пределах значения физической величины, поступающей из сети RS-485;

г) автоматический перевод ИМ в аварийный режим работы при нарушении сетевого обмена.

Дата добавления: 2014-11-29