Контроллер промышленный комбинированный ГАММА-11

Рассматриваются особенности построения и области применения ПЛК ГАММА-11 производства ЗАО "Альбатрос"

Компания "Альбатрос" более 10 лет успешно решает задачи создания систем управления технологическими процессами. В основе построения большинства наших автоматизированных систем лежит метод локальных триви-альных автоматов с жесткими алгоритмами функционирования. Традиционно простые управляющие контроллеры мы объединяем в территориально обособленные группы.
Цифровые потоки информации передаются промышлен-ному компьютеру, выполняющему функции центрального пульта отображения и регистрации состояния контроли-руемого объекта.

В системах управления, создаваемых нашей компанией, компьютерам отводится достаточно скромное место. Им никогда не доверялось решение каких-либо задач собственно управления. Специфика деятельности компании – это создание автоматизированных систем для работы во взрывоопасных условиях, поэтому чрезвычайно важным является четкое выполнение как временного, так и функционального регламента формирования управляющего воз-действия.

В настоящее время нашей компанией разработан и выпускается контроллер промышленный комбинированный (КПК) ГАММА-11 (далее "прибор") (рис. 1).

Рис. 1

Особенностью прибора является возможность компоновки его функционального состава адекватно поставлен-ной задаче. Оптимальность решения этой задачи обеспечивается модульной структурой каналов ввода/вывода при-бора и использованием одного из трех типов модуля процессора: МП7, МП9 и МП10.

Прибор может работать как автономно (в том числе с местной индикацией измеряемых параметров), так и в со-ставе АСУТП совместно с верхним уровнем. Он обладает аппаратно-программными средствами визуализации ин-формации и высокоуровневого программирования исполняемых функций (в графических образах). Прибор предна-значен для установки на монтажный рельс (DIN-рельс).

В состав прибора обязательно входят один (или два, когда прибор наделен функциями резервирования) модуль процессора (далее "МП"), как минимум, один блок питания изолированный (БПИ3) и интерфейсные модули анало-гового и цифрового ввода/вывода (далее "интерфейсные модули").

Выпускается три семейства приборов.

Младшее семейство строится с использованием модуля процессора МП7. Максимальное число интерфейсных модулей (в любом сочетании, кроме модуля МСТ) в составе приборов данного семейства составляет 16. Питание интерфейсных модулей и МП7 обеспечивают БПИ3.

Среднее семейство основано на модуле процессора МП9, имеющем встроенный блок питания. Питание интер-фейсных модулей обеспечивают БПИ3. Количество интерфейсных модулей (в любом сочетании, кроме модуля МСТ) в составе приборов данного семейства может достигать 48, в том числе, размещенных в виде территориально разнесенных групп.

Особенности работы старшего семейства определяет модуль процессора МП10, построенный на базе одно-платного промышленного компьютера с индивидуальным блоком питания.

В качестве межмодульной информационной шины используется шина Control Area Network (CAN) компании Robert Bosch GmbH (стандарт ISO 11898 для высокоскоростных приложений, спецификация 2.0B).

Кроме того, в состав прибора может входить один из трех видов терминала КПК ГАММА 11 (далее "терми-нал"), предназначенный для обеспечения местной индикации параметров настройки и состояний каналов вво-да/вывода прибора, а также изменения параметров настройки.

В состав поставки терминала входит среда разработки структуры экранов ScreenBuilder, в которой пользователь может по своему желанию группировать в виде таблиц или "окон" (в зависимости от типа терминала) текущее со-стояние каналов ввода/вывода прибора, архивировать и сопровождать регистрируемые события соответствующими сообщениями, а также структурировать процедуру ввода параметров настройки.

Прибор позволяет производить оперативную замену интерфейсного модуля на однотипный без нарушения про-цесса получения телеметрической информации от остальных интерфейсных модулей и отключения питания, а так-же, если данный модуль не участвует в выполнении прибором текущего алгоритма управления объектом, то и без нарушения выполнения алгоритма.

Условия эксплуатации и степень защиты прибора: номинальные значения климатических факторов по ГОСТ 15150-69 для вида климатического исполнения УХЛ4, тип атмосферы II (промышленная), степень защиты оболочек составных частей прибора IP 20 по ГОСТ 14254-96.

Интерфейсные модули прибора, имеющие взрывозащищенное исполнение, соответствуют требованиям ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98), ГОСТ Р 51330.10-99 (МЭК 60079-11-99), имеют для выходных цепей вид взрывозащиты "Искробезопасная электрическая цепь", уровень взрывозащиты "Взрывобезопасный" для взрыво-опасных смесей газов категории IIB по ГОСТ Р 51330.11 (МЭК 60079-1-78), маркировку взрывозащиты "[Exib]IIB" и могут применяться вне взрывоопасных зон помещений.

Измерительные каналы прибора, используемые в сферах, подлежащих метрологическому контролю и надзору, утверждены как СИ и внесены в государственный реестр средств измерений.

Модули процессора

Модуль процессора является центральным узлом прибора. Он обеспечивает:

• двухсторонний информационный обмен с интерфейсными модулями, входящими в состав прибора, по после-довательному интерфейсу CAN в формате внутреннего протокола ЗАО "Альбатрос";
• формирование массива телеметрической информации, собранной интерфейсными модулями, входящими в состав прибора, и характеризующей текущее состояние контролируемого объекта;
• трансляцию и хранение в своей энергонезависимой памяти (ЭП) массива настроечных параметров от ЭВМ верхнего уровня к интерфейсным модулям, входящим в состав КПК;
• автоматическое определение типа и проведение диагностики интерфейсных модулей, входящих в состав при-бора;
• сбор данных от интерфейсных модулей ввода и принятие решений на формирование с помощью интерфейс-ных модулей вывода прибора управляющих воздействий по результатам анализа данных о состоянии контролируе-мого объекта в соответствии с установленным алгоритмом.

Модуль процессора МП7 является центральным узлом приборов младшего семейства. В его функции входят:

• обеспечение двухстороннего информационного обмена по последовательному интерфейсу RS-485 в рамках протокола ModBus RTU, в том числе, загрузки своей управляющей программы и размещения ее во внутренней ЭП;
• реализация "горячего" резервирования (передачи управления "на лету") при работе совместно со вторым мо-дулем процессора МП7;
• поддержка системы логического программирования SoftLogic производства ЗАО "Альбатрос".

Модуль процессора МП9 является центральным узлом приборов среднего семейства, работает под управлением ОС eCos и предназначен для:

• обеспечения двухстороннего информационного обмена по последовательному интерфейсу Ethernet 10Base-T в рамках протокола ТСР/IP, в том числе, загрузки своей управляющей программы и размещения ее во внутренней ЭП;
• обеспечения двухстороннего информационного обмена по гальванически изолированному от общего провода прибора последовательному интерфейсу RS-485 в рамках логического протокола ModBus RTU;
• подключения по трем гальванически изолированным между собой и от общего провода прибора CAN-интерфейсам территориально разнесенных групп интерфейсных модулей, при этом питание каждой группы обес-печивается БПИ3, а МП9 имеет собственный источник питания;
• поддержки систем логического программирования SoftLogic производства ЗАО "Альбатрос" и ISaGRAF фир-мы ICS Triplex;
• ведения архивов с сохранением информации на карте памяти типа MMC;
• поддержки режима резервирования.

Модуль процессора МП10 является центральным узлом приборов старшего семейства, работает под управлени-ем ОС Windows CE и предназначен для:

• подключения по двум гальванически изолированным между собой и от общего провода прибора CAN-интерфейсам территориально разнесенных групп интерфейсных модулей, при этом питание каждой группы обес-печивается БПИ3, а МП10 имеет собственный источник питания;
• поддержки систем логического программирования SoftLogic и ISaGRAF;
• реализации многоканальных регуляторов с большими объемами вычислений;
• ведения архивов с сохранением информации на внешнем носителе (HDD, CF);
• работы в качестве терминала (ввод и просмотр параметров настройки прибора и т.п.);
• поддержки режима резервирования.

МП10 имеет разъемы для подключения VGA, USB, PS/2, Ethernet, RS-232.

Блок питания изолированный БПИ3 (скобки убрать) предназначен для преобразования сетевого переменного напряжения 220 В, 50 Гц в постоянные стабилизированные напряжения +5 и +24 В, которые необходимы для рабо-ты МП7 и интерфейсных модулей прибора с гальванической изоляцией как от сети питания, так и друг от друга. БПИ3 имеет защиту от перегрузок и коротких замыканий в течение неограниченного времени. Допускается парал-лельная работа нескольких БПИ3 на общую нагрузку, при этом количество блоков ограничено тремя БПИ3.

Интерфейсные модули

Все входы и выходы интерфейсных модулей прибора гальванически изолированы от общего провода прибора и, как правило, между собой.

Ввод состояний контактов внешних устройств (дискретный ввод) реализуют модули ввода МВ2 (22 входа для низковольтных элементов автоматики) и МВ3 (до 8 пар контактов силовых цепей, находящихся под напряжением 220 В, 50 Гц). Входы обоих модулей имеют гальваническую изоляцию.

Дискретный вывод в приборе формируют модули ключей МК2 (8 силовых тиристорных выходов с переключе-нием при переходе напряжения через ноль) и МК3 (16 выходных дискретных сигналов типа "сухой контакт" с за-щитными диодами).

Взрывобезопасное измерение температуры обеспечивает 6-канальный модуль интерфейса термометров МИТ2. Он обеспечивает измерение температуры в диапазоне от – 50 до +150 оС с погрешностью ±0,2 оС.

Для ввода аналоговых сигналов используются модули токовых входов МТВ3 (4 канала взрывобезопасного ис-полнения с возможностью подключения датчика по двухпроводной схеме, погрешность измерения ±5 мкА) и МТВ4 (16 каналов, погрешность измерения ±40 мкА).

Задачи расходометрии, в том числе и взрывобезопасное подключение турбинных преобразователей расхода, решает модуль расходомера МР2. Он обеспечивает:

• регистрацию и измерение параметров сигналов с выходов магнитоиндукционных датчиков (МИД) турбин-ных преобразователей расхода (ТПР), в частности, типов: Норд-И1У, Норд-И2У, ПСИ-90, ПСИ-90Ф;
• задание и расчет коэффициентов преобразования подключаемых ТПР;
• расчет мгновенных значений расхода и нарастающих значений объема среды, проходящей через подключае-мые ТПР;
• выдачу искробезопасного питания на подключаемые МИД ТПР;
• регистрацию состояния двух групп контактов промышленной автоматики (по четыре в группе);
• подсчет количества импульсов в интервале времени между срабатываниями стартового и стопового детекто-ров трубопоршневой установки (ТПУ);
• измерение интервала времени между срабатываниями стартового и стопового детекторов ТПУ;
• измерение интервала времени от фронта первого импульса на счетном входе после сигнала от стартового де-тектора ТПУ до фронта первого импульса на счетном входе после сигнала от стопового детектора ТПУ.

Для организации локальных сетей в рамках прибора служит модуль интерфейса МИ4, выполняющий функции "мастера" в локальной сети интерфейса RS-485 численностью не более 15 абонентов, объединенных логическим протоколом ModBus RTU.

Взрывобезопасный контроль за давлениями, уровнями, уровнями раздела сред многофазных жидкостей в резер-вуарах и их температурный мониторинг в составе прибора выполняются с помощью модуля сопряжения с датчи-ками МСД2. Совместно с датчиками производства ЗАО "Альбатрос" точность измерения может достигать: уров-ня – 1 мм, температуры – 0,2 оС, давления – 1,5 %.

Средством аналогового вывода служит 4-канальный модуль токовых выходов МТС3.

В состав прибора могут входить модули регуляторов МРГ1, МРГ2, МРГ3 и МРГ4. Они имеют взрывозащищен-ное исполнение и представляют собой функционально законченные промышленные регуляторы, отличающиеся между собой типами подключаемых датчиков и способом формирования выходного управляющего сигнала.

Реализация местных пультов управления выполняется посредством модуля сопряжения с терминалом МСТ и собственно терминала. В табл. 1 приведены основные характеристики терминалов прибора.

Сравнительные характеристики терминалов КПК ГАММА-11

Таблица 1

Компоновка прибора

Компоновка прибора младшего семейства (табл. 2)

Прибор младшего семейства размешается на одном или двух DIN-рельсах. Во втором случае две части прибора соединяются кабелем расширения длиной не более 1 м.

Компоновка прибора среднего/старшего семейства

В приборе среднего/старшего семейства интерфейсные модули подключаются группами через три/два входа расширения МП9/МП10, образуя соединение типа "звезда". При этом группы интерфейсных модулей могут быть размещены на значительном удалении от модуля процессора.

Сравнительные характеристики трех семейств прибора

Таблица 2

Система логического программирования SoftLogic

Система логического программирования SoftLogic (далее "система") предназначена для разработки, подготовки и загрузки программ логического управления в модули МП7, МП9 или МП10.

Система является визуальной инструментальной средой для разработки программ логического управления, включающей:

• графические средства редактирования алгоритмов управления;
• средства анимированной симуляции работы программ управления;
• средства визуальной пошаговой отладки алгоритмов управления;
• средства конфигурирования и загрузки программ управления в прибор;
• средства динамической отладки программ управления.

Система является платформой для построения программируемых систем автоматического управления на базе прибора, ориентированной на реализацию алгоритмов логического дискретного управления и алгоритмов управле-ния регуляторами, входящими в состав прибора.

Алгоритмы управления программируются с использованием графических языков, определенных в стандарте МЭК 61131-3. Система поддерживает полностью базовые блоки диаграмм релейной логики (LD – Ladder Diagram) и основные блоки диаграмм функциональных блоков (FBD – Functional Blocks Diagram).

В состав программного пакета для логического программирования прибора входят:

• редактор FBD/LD-диаграмм "Альбатрос Гамма.FBD";
• программа загрузки байт-кода алгоритма в прибор;
• программы для конфигурирования прибора "Альбатрос G11.CFG" и "Альбатрос G11.PRG".

Редактор FBD/LD-диаграмм "Альбатрос Гамма.FBD"

Редактор "Альбатрос Гамма.FBD" позволяет визуально создавать и редактировать алгоритмы управления на графических языках LD и FBD, описанных в стандарте МЭК 61131-3. Редактор поддерживает следующие виды функциональных блоков: сигналы ввода/вывода (дискретные и аналоговые входы и выходы), логические элементы ("И", "ИЛИ", "НЕ", триггер и др.), счетчики, таймеры, часы, арифметические элементы (сумма, разность, произве-дение и др.), переменные и константы. Из стандартного набора блоков редактор позволяет составить диаграмму по правилам языков LD и FBD. Редактор позволяет добавлять, удалять и перемещать элементы, вводить связи между ними.

Для отладки алгоритма в составе системы имеется визуальный отладчик, который позволяет исполнять алго-ритм и наблюдать состояния всех сигналов ввода/вывода и внутренних переменных алгоритма. В режиме отладки нажатием мыши можно переключать состояния бинарных сигналов ввода и изменять значения аналоговых входов.

В редакторе поддерживается модульность при разработке алгоритма управления с помощью библиотек пользо-вательских блоков и сборки алгоритма из нескольких диаграмм в одном проекте. Редактор диаграмм поддерживает разработку пользовательских блоков из стандартных функциональных блоков и создание библиотек пользователь-ских блоков.

Подсистема проектов позволяет использовать уже готовые диаграммы для создания единого алгоритма. В этом случае диаграммы группируются в один проект и компилируются вместе. При этом в редакторе производится от-крытие всех диаграмм проекта сразу и обеспечивается возможность переключения между окнами диаграмм для их редактирования и отладки.

Компиляция диаграммы в исполняемый байт-код и загрузка байт-кода в прибор производятся непосредственно из редактора диаграмм. Компиляция производится в два этапа с генерацией промежуточного ассемблероподобного кода.

Программа загрузки загружает байт-код в прибор и выводит информацию о ходе загрузки. Кроме того, про-грамма выводит информацию о состоянии и ошибках при исполнении алгоритма после загрузки, а также позволяет контролировать работу алгоритма прибора.

Программы конфигурирования прибора "Альбатрос G11.CFG" и "Альбатрос G11.PRG" позволяют изменять значения регистров настроек, осуществлять циклический опрос регистров данных прибора, а также обеспечивают доступ к регистрам данных, настроек и регистрам алгоритма.

КПК ГАММА-11 в автоматизированных системах управления

Отличительными особенностями систем управления на базе прибора являются:

• область применения – взрывоопасные условия;
• отсутствие внешних барьеров искробезопасности;
• возможность комбинации обычных и взрывобезопасных цепей в рамках одного каркаса управляющего кон-троллера;
• "горячая" замена интерфейсных модулей без снятия напряжения питания с прибора;
• резервирование выполнения алгоритма вторым модулем процессора и передача выполнения задачи управле-ния "на лету";
• санкционированная возможность оперативно менять параметры алгоритма управления в ходе эксплуатации установки;
• интегрирование прибора в среду сторонних АСУТП посредством традиционных сетевых интерфейсов (RS 485, Ethernet) и широко распространенной системы программирования ISaGRAF.

На основе прибора специалистами ЗАО "Альбатрос" реализован ряд системных решений (рис.2).

Рис.2

Автоматизированная система контроля кустовой насосной станции (КНС)

Автоматизированная система контроля (мониторинга) КНС разработана для управления, контроля и защиты че-тырех насосных агрегатов КНС. Основным узлом системы является пара приборов младшего семейства, располо-женных в шкафу автоматики непосредственно в месте установки насосных агрегатов (НА). Каждый из приборов управляет двумя НА и обеспечивает измерение до 20 аналоговых сигналов, ввода 22 и вывода 16 дискретных сиг-налов. К контролируемым параметрам относятся температура подшипников НА, уровни давлений на приеме и вы-киде НА, уровень тока электродвигателя и факты утечек уплотнительных соединений. Каждый прибор состоит из 8 модулей и имеет уровень взрывозащиты "Взрывобезопасный".

Алгоритм работы приборов позволяет измерять расход воды, регистрировать наличие воздушных пробок в тру-бопроводе, определять его целостность, защищать дорогостоящий НА от выхода из строя по возможным перегре-вам его отдельных узлов, вести архив аварийных остановов НА.

Автоматизированная система управления для парка резервуаров

Автоматизированная система предназначена для взрывобезопасного многоканального измерения уровня и объ-емного учета количества жидкости в резервуарах, управления их запорной арматурой.

Один прибор младшего семейства способен измерять уровень и температуру жидкости и обрабатывать состоя-ние сигнализаторов верхних и нижних аварийных уровней 16 резервуаров. Он способен по установленному регла-менту управлять группой из 8 электрозадвижек.

Автоматизированный комплекс управления печью "Нагрев -1М"

Автоматизированный комплекс предназначен для контроля и управления печами типа ПТБ-10. Его основа – прибор младшего семейства, который располагается непосредственно во взрывоопасной зоне и обеспечивает:

• сбор и отображение, в том числе и на собственном встроенном терминале, информации о параметрах техно-логического процесса и состоянии технологического оборудования;
• реализацию алгоритмов управления печью;
• возможность автоматического и ручного управления технологическим процессом.

Система обработки информации СОИ ГАММА-11

Система выполнена на базе КПК ГАММА-11 среднего семейства со специализированным программным обес-печением и предназначена для построения системы измерения количества нефти и газа на коммерческих и опера-тивных узлах учета. Система обеспечивает:

• регистрацию и измерение параметров сигналов с выходов МИД ТПР (в частности, типов Норд-И1У, Норд-И2У, ПСИ-90, ПСИ-90Ф);
• задание и расчет коэффициентов преобразования подключаемых ТПР;
• расчет следующих параметров учета нефти, проходящей через подключаемые ТПР: мгновенного расхода, объема; объема, приведенного к нормальным условиям, объема обезвоженной нефти, массы брутто, массы нетто;
• измерение и расчет следующих параметров учета газа, проходящего через подключаемые ТПР или стандарт-ные сужающие устройства: объемного расхода; объемного расхода, приведенного к нормальным условиям, массо-вого расхода, расхода энергосодержания, объема; объема, приведенного к нормальным условиям, массы, энергосо-держания;
• расчет суммарных значений параметров учета по каналам, заданным настройками системы;
• вывод мгновенных значений параметров (расхода, температуры и т.п. в виде стандартного токового сигнала);
• вывод нарастающих значений параметров накопления (объема, массы, энергосодержания в виде последова-тельности дискретных сигналов типа "сухой контакт");
• измерение температуры среды с помощью подключаемых термопреобразователей сопротивления;
• измерение различных технологических параметров (давления, температуры и т.п.) при подключении датчи-ков, имеющих стандартный выходной токовый сигнал;
• регистрацию и измерение сигналов с частотного выхода поточного плотномера нефти;
• регистрацию состояния статических дискретных выходов типа "сухой контакт";
• цифровой обмен по последовательному интерфейсу с ЭВМ верхнего уровня;
• взрывозащищенное электропитание подключенных датчиков.

Автоматизированная система контроля насосной внешней откачки (НВО)

Автоматизированная система контроля НВО разработана для управления и защиты четырех нефтяных НА. Ос-новным узлом системы является пара приборов младшего семейства, имеющих уровень взрывозащиты "Взрывобе-зопасный" и расположенных в шкафу автоматики непосредственно в месте установки НА. Каждый из КПК управ-ляет двумя НА и обеспечивает измерение до 20 аналоговых сигналов, ввода 22 и вывода 16 дискретных сигналов.

Алгоритм работы приборов позволяет измерять расход нефти, регистрировать наличие воздушных пробок в трубопроводе, определять его целостность, защищать дорогостоящий НА от выхода из строя по возможным пере-гревам его отдельных узлов. Основной задачей обоих контроллеров является обеспечение непрерывности подачи товарной нефти в трубопроводную магистраль, поэтому алгоритм их работы предусматривает автоматическое включение резервных НА при авариях на действующих НА с сигнализацией факта останова НА и архивированием причин происшедшего.

Автоматизированная система управления дожимной насосной станцией

Автоматизированная система управления дожимной насосной станцией (ДНС) предназначена для поддержания оптимального режима подготовки нефти, газа и сброса воды, для контроля за ходом технологического процесса. Она размещается в шкафу автоматики и построена на основе двух приборов младшего семейства. Один из прибо-ров решает задачи уровнеметрии и регулирования, второй – управления насосами, вентиляторами и др. Система обеспечивает взрывобезопасное:

• регулирование по уровню и по давлению для двух нефтегазовых сепараторов;
• измерение уровней по двум резервуарам, управление их запорной арматурой;
• управление двумя дренажными емкостями;
• контроль за системами пожаротушения, загазованности и вентиляции;
• управление процессами перекачки жидкости.

Состояние каналов ввода/вывода системы управления отображается на местном пульте (терминале) и по линиям интерфейса RS-485 передается на пульт центральной операторной ДНС.

Автоматизированный комплекс контроля очистных сооружений

Автоматизированный комплекс контроля очистными сооружениями построен на базе двух систем – парке ре-зервуаров и системе контроля насосными агрегатами.

Отличиями от типовых приложений являются:

• измерение уровней многофазных жидкостей;
• взаимодействие двух систем по установленному алгоритму;
• управление парком запорной арматурой по регламенту пользователя.

Таким образом, построение АСУ на основе рассмотренного прибора имеет ряд преимуществ:

• возможность использования прибора во взрывоопасных условиях, причем не требуется наличие внешних барьеров искробезопасности;
• наличие резервирования модуля процессора и "горячей" замены интерфейсных модулей без снятия напряжения питания;
• возможность комбинации обычных и взрывобезопасных цепей в рамках одного каркаса прибора;
• интегрирование прибора в среду сторонних АСУТП посредством традиционных сетевых интерфейсов (RS 485, Ethernet) и широко распространенной системы программирования ISaGRAF.

На сегодняшний день контроллер промышленный комбинированный ГАММА-11 применяется при создании АСУТП крупных нефтегазовых объектов: ЦППН, ДНС, КНС, складов ГСМ, резервуарных парков. На базе кон-троллера ГАММА-11 в настоящее время внедрено более 200 АСУТП. Контроллер используется также для построе-ния локальных и распределенных информационно-измерительных и управляющих систем в химической, энергети-ческой, металлургической и других отраслях промышленности.

Для получения более подробной информации о контроллере ГАММА-11 и каталога продукции ЗАО "Альбатрос" обращайтесь по адресу: 127434, Москва, ул. Немчинова, 12, тел./факс: 101-41-73, 976 42 13, e-mail: [email protected], http:// www.albatros.ru.