Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Автоматизация и диспетчеризация систем электроснабжения

Автоматизация и диспетчеризация систем электроснабжения

в них встроены блоки схем управления коммутационной аппаратурой. Объём информации снимаемый в цифровом коде с рассматриваемых устройств, представителен.

Другие задачи реализуются на базе иных программно-аппаратных средств с использованием технологии открытых систем. Под понятием "открытая система" понимается совокупность таких свойств, как высокий уровень стандартизации, отсутствие патентного права, наличие значительного числа независимых поставщиков, процессорная независимость, масштабируемая производительность, широкий спектр приложений.

В структуре любой микропроцессорной системы контроля и управления присутствуют следующие основные составляющие: программируемые контроллеры; операционные системы реального времени; средства программирования контроллеров; локальные вычислительные сети; средства человеко-машинного интерфейса. Глобальная тенденция такова, что перечисленные элементы системы разрабатываются различными, независимыми, специализированными производителями. В этом случае каждый элемент полностью унифицируется. Рассмотрим возможности и характеристики PC- и PLC- контроллеров.

5.2.2 PC- контроллеры и их характеристики

Концепция открытой модульной архитектуры контроллеров - OMAC (Open Modular Architecture Controls) была выдвинута фирмой General Motors летом 1994 г. в документе, содержащем требования к контроллерам, использующимся в автомобильной промышленности.

Смысл OMAC-требований к контроллерам можно сформулировать в терминах, основные из которых представлены в названии архитектуры:

·                   Open (открытая) архитектура, обеспечивающая интеграцию широко распространённого на рынке аппаратного и программного обеспечения;

·                   Modular (модульная) архитектура, позволяющая использовать компоненты в режиме Plug & Play;

·                   Scaleable (масштабируемая) архитектура, позволяющая легко и эффективно изменять конфигурацию для конкретных потребностей;

·                   Economical (экономичная) архитектура, обеспечивающая невысокую стоимость жизненного цикла контроллерного оборудования;

·                   Maintainable (легко обслуживаемая) архитектура, выдерживающая напряженные условия работы в цехах и простая в ремонте и обслуживании (минимальное время простоя).

PC-контроллеры привлекают своей открытостью, т. е. с возможностью применять в АСУ ТП самое современное оборудование, только-только появившеёся на мировом рынке, причём оборудование для PC-контроллеров сейчас выпускают уже не десятки, а сотни производителей, что делает выбор уникально широким. Это очень важно, если учесть, что модернизация АСУ ТП идет поэтапно и занимает длительное время, иногда несколько лет.

Пользователь АСУ ТП уже не находится во власти одного производителя, который навязывает ему свою волю и заставляет применять только его технические решения, а сам может сделать выбор, применяя те подходы, которые в данный момент его больше всего устраивают. Он может теперь применять в своих системах продукцию разных фирм, следя только, чтобы она соответствовала определенным международным или региональным стандартам.

Операционная система контроллеров должна удовлетворять требованиям открытости. Специфика условий работы контроллеров требует, чтобы ОС поддерживала работу в режиме реального времени, была компактна и имела возможность запуска из ПЗУ или флэш-памяти.

Для PC-контроллеров лучше всего подходит операционная система QNX (фирма QSSL, Канада). Прежде всего, это связано с тем, что её архитектура является открытой, модульной и легко модифицируемой. QNX может загружаться как из ПЗУ, флэш-памяти, так и с помощью удаленной загрузки по сети. Данная файловая система была разработана с Учётом обеспечения целостности данных при отключениях питания. Даже при форс-мажорном отключении питания вы лишь потеряете некоторые данные из кэш-памяти, но файловая система не разрушится. После включения компьютера будет обеспечена нормальная работа системы. QNX поддерживает одновременную работу в сетях Ethernet, Arcnet, Serial и Token Ring и обеспечивает болеё чем один путь для коммуникации, а также балансировку нагрузки в сетях. Если кабель или сетевая плата выходят из строя и связь прекращается, то система будет автоматически перенаправлять данные через другую сеть. Это предоставляет пользователю автоматическую сетевую избыточность и увеличивает скорость и надёжность коммуникаций во всей системе.

Следует отметить, что PC-контроллеры болеё экономически выгодны удобны, отличаются быстродействием, но пока не слишком надежны как PLC-контроллеры, на которые ориентируются большинство предприятий производителей АСКУЭ.

5.2.3 PLC- контроллеры и их характеристики

Роль контроллеров в АСУТП в основном выполняют PLC (Programmable Logic Controller - программируемые логические контроллеры) зарубежного и отечественного производства. Наиболеё популярны в нашей стране PLC-контроллеры таких зарубежных производителей, как Allen-Braidly, Siemens, ABB, Modicon, и такие отечественные модели, как "Ломиконт", "Ремиконт", Ш-711, "Микродат", "Эмикон".

Программируемый логический контроллер (PLC) - устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления. Контроллер реализован на базе микропроцессорной техники и работает в локальных и распределённых системах управления в реальном времени в соответствии с набором программ. На сегодняшний день PLC, благодаря своей универсальности, решают широчайший круг задач и могут применяться в любых отраслях промышленности, в энергетике, металлургии, медицине, транспорте, сельском хозяйстве.

По функциональным признакам в PLC можно выделить следующие элементы:

- центральный процессор, предназначенный для выполнения команд (инструкций) управляющей программы и обработки данных, размещённых в памяти;

- память контроллера с жёстким распределением областей для размещения различных типов данных;

- модули ввода, обеспечивающие приём и первичное преобразование информации от датчиков объекта управления;

- модули вывода, предназначенные для выдачи управляющих сигналов на исполнительные устройства объекта управления.

По конструктивному исполнению PLC могут быть:

- блочного типа;

- модульного типа.

В отличие от множества существующих PLC, имеющих жесткую конфигурацию, модульная структура, позволяет гибко изменять конфигурацию, сокращать и наращивать число каналов В/В. Номенклатура модулей В/В перекрывает практически все потребности промышленной автоматизации. Это модули: дискретного ввода, дискретного вывода, релейного выхода, цифроаналоговые преобразователи по напряжению и по току, аналого-цифровые преобразователи по напряжению и по току, частотные входы, последовательные интерфейсы. В модулях предусмотрена оптическая изоляция системной части от объекта. В модулях аналогового ввода есть встроенные средства автокалибровки. Входы и выходы имеют защиту от перенапряжения и короткого замыкания. В модулях приняты меры по помехозащищённости.

В таких микропроцессорных системах используются специальные модули ввода-вывода, имеющие с одной стороны интерфейс с внутренней шиной контроллера, а с другой стороны — несколько (обычно кратно восьми) каналов для подключёния внешних сигналов. Несмотря на широкое распространение такого решения, у него есть недостатки. Главный из них заключается в том, что центральный процессор вынужден заниматься не только задачами управления и сетевого взаимодействия, но и ввода-вывода. Причём алгоритмы работы с различными модулями ввода-вывода могут существенно отличаться друг от друга. Например, ряд модулей может использовать линии прерывания, другие требуют дополнительной настройки контроллера прямого доступа к памяти. В любом случае в такой системе должны присутствовать дополнительные программные компоненты — драйверы модулей ввода вывода, специфичные для каждого типа примененных модулей.

Таблица 5.1. Сравнительные достоинства PLC- и PC-контроллеров

PLC PC
Установившаяся ценовая инфраструктура Низкая стоимость систем Hi-End класса
Оптимизация аппаратуры и ОС под задачи управления Интегрированное видео
Малое время загрузки Большие Объёмы памяти и ЗУ
Высокая надёжность Internet-возможности
"Горячие" замена-восстановление Интегрированная база данных SQL
Интегрированные платы ввода-вывода, интегрированный ждущий таймер Широкий набор средств разработки и богатые средства ОС

Программируемые логические контроллеры имеют по сравнению с РС контроллерами (Табл. 5.1.) ряд преимуществ: выполнение программ действительно в реальном времени, значительно упрощённая архитектура (и как следствие повышенная надёжность), преемственность. К недостаткам можно отнести необходимость наличия специализированного программного обеспечения и дополнительного обучения специалистов.

5.3 Обзор отечественных и зарубежных микропроцессорных средств автоматизации

На рынке микропроцессорных средств автоматизации представлено множество контроллеров для систем промышленной автоматизации.

PC-совместимый промышленный контроллер производства компания "Ниеншанц-Автоматика"(Россия) – "NZ-6000" (Рис. 5.3.). Контроллер предназначен для применения в отраслях, выдвигающих жесткие требования к эксплуатации оборудования. Наиболеё удачно контроллер применяется в энергетике. В настоящеё время изделие нашло применение на объектах "Ленэнерго".

Контроллер NZ-6000

Рис. 5.3. PC-совместимый промышленный контроллер NZ-6000

Рассмотрим основные технические параметры базовой модели. NZ-6000 имеёт ударопрочный влагонепроницаемый корпус со степенью защиты IP65, PC-совместимый встроенный компьютер, флеш-диск от 8 Мбайт, Ethernet, RS-485, слот для платы расширения PC-104, 4 слота для плат цифрового В/В и носителей субмодулей, позволяющих измерять до 32 каналов термопар, термосопротивлений, токовых или вольтовых сигналов.

Питание контроллера осуществляется от постоянного напряжения 9-36 В. Возможно питание NZ-6000 от источника бесперебойного питания, что позволяет применять его в необслуживаемых удалённых помещениях.

С точки зрения программиста, NZ-6000 представляет собой не что иное, как обычный PC, поэтому программировать его можно как с помощью традиционных языков программирования (C , Pascal, Basic и т.д.), так и с помощью языков логического программирования, например в ISaGRAF и ISaGRAF PRO.

Программируемые контроллеры фирмы Siemens - SIMATIC S7-300 (Рис. 5.4) — это модульные процессоры для решения задач автоматизации низкой и средней степени сложности. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность построения распределенных структур управления, удобство обслуживания обеспечивают экономичность применения SIMATIC S7-300 при решении широкого круга задач автоматизации.

Программируемый контроллер SIMATIC S7-300

Рис.5.4 Программируемый контроллер SIMATIC S7-300

Основными областями применения контроллеров SIMATIC S7-300 являются: системы управления общего назначения; автоматизированные измерительные установки; системы управления электротехническим производством и другие.

Контроллер имеёт модульную конструкцию. Он включает в свой состав широкий спектр модулей самого разнообразного назначения:

·                   - модули центрального процессора. Для решения задач различного уровня сложности может использоваться несколько типов центральных процессоров различной производительности, включая модели со встроенными входами-выходами и соответствующими функциями, а также модели со встроенным интерфейсом PROFIBUS-DP;

·                   - сигнальные модули, используемые для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов;

·                   - коммуникационные процессоры для подключёния к сетям и PPI-соединений;

·                   - функциональные модули для решения задач счета, позиционирования и автоматического регулирования.

К контроллеру может быть централизованно подключёно максимум 1024 цифровых и 256 аналоговых каналов. Используются новые Simatic Micro Memory Cards (MMC) ёмкостью до 8 MB, в качестве энергонезависимой памяти.

Контроллеры SIMATIC S7-300 обладают широкими коммуникационными возможностями: наличие коммуникационных процессоров для подключёния к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet и AS-интерфейсу; наличие коммуникационных процессоров для подключёния к PPI-интерфейсу; наличие в каждом центральном процессоре встроенного интерфейса MPI (multipoint interface), позволяющего создавать простые и дешевые сетевые решения для связи с программаторами, персональными ЭВМ, устройствами человеко-машинного интерфейса и т.д.

Контроллеры для работы в стандартных промышленных сетях WAGO I/O серии 750 (Рис. 5.5.).Контроллер WAGO I/O предназначен для организации удалённого сбора данных и управления на основе различных промышленных сетей (Fieldbus). Система позволяет принимать и передавать дискретные, аналоговые, числоимпульсные сигналы, а также обмениваться данными с различными специальными устройствами.

Рис. 5.5. Контроллер для работы в промышленных сетях WAGO I/O 750

Разработчик может подключиться к любой существующей промышленной сети выбрав соответствующий сетевой адаптер. При этом нет необходимости менять весь контроллер. Подключёние к различным промышленным сетям осуществляется путём применения соответствующих базовых контроллеров, при этом состав модулей ввода-вывода может оставаться неизменным.

С другой стороны, пользователю предоставлена возможность максимально гибко изменять состав каналов ввода-вывода за счет использования модулей, рассчитанных на подключёние четырёх, двух или одного канала ввода-вывода.

Это дает значительную экономию средств по сравнению с традиционными PLC имеющими, как правило, модули, рассчитанные на 16/8 каналов ввода-вывода за счет уменьшения избыточности системы.

В WAGO I/O отсутствует традиционное для практически всех PLC объединительное шасси. Механическим соединителем для отдельных модулей ввода-вывода является стандартный монтажный DIN-рельс, а электрическим . надежные лепестковые контакты внутренней шины.

Базовые контроллеры могут быть пассивными и активными (программируемыми). Обычный пассивный базовый контроллер выполняет две основные задачи:

·                   - организация циклического обмена по внутренней магистрали между модулями ввода-вывода и внутренним двухпортовым ОЗУ;

·                   - поддержание связи по внешней промышленной сети с управляющим компьютером, передача в сеть (по запросу ведущего) данных из внутреннего ОЗУ и наоборот.

Загрузка программ может быть осуществлена как локально, через диагностический порт контроллера WAGO I/O, так и дистанционно, по сети Fieldbus.

5.4 Микропроцессорные средства автоматики и диспетчеризации корпорации SchneiderElectric

5.4.1 Платформа автоматизации Modicon Quantum

Контроллеры Quantum (Рис. 5.6) являются специализированными компьютерными системами с возможностями цифровой обработки сигналов. Quantum - разработан на базе модульной, расширяемой архитектуры для задач управления в реальном времени в индустрии и промышленности. При этом используются центральные процессоры (CPU), модули В/В (I/O) (и удалённый ВВОД/ВЫВОД серии 800), источники питания (PS), и монтажные платы.

Рис. 5.6. Контроллер Modicon TSX Quantum 311 10

При разработке контроллеров серии Quantum сохранена полная преемственность с семейством контроллеров Modicon 984. Кроме этого, для повышения эффективности прикладных систем предусмотрен ряд усовершенствований, позволяющих улучшить функциональные возможности и снизить их общую стоимость. На рис. 5.7 показан пример типичной системы управления с использованием Quantum.

Все модули могут вставляться в любой слот монтажной панели. Ограничения по расположению модулей на монтажной панели из-за каких-либо условий конфигурации, за исключением модуля питания, отсутствуют. Для отображения состояния модулей при работе, на них имеются светодиодные индикаторы.


Рис.5.7 Система управления на базе контроллера Quantum

Можно применять "горячую" замену модулей (удаление/установка модулей без отключения контроллера). Разъёмы внешних подключёний при этом должны быть предварительно отсоединены от модуля. Разъёмы внешних подключёний устанавливаются с лицевой стороны модуля В/В.

Местная панель может содержать до 14 модулей В/В. Сеть удалённого В/В (RIO) может поддерживать до 31 подканала. Сеть RIO может использовать одинарный или сдвоенный кабель передачи данных. Дублирование кабеля увеличивает надёжность связи в сетях RIO и позволяет продолжать работу даже когда один из кабелей вышел из строя.

CPU – это модуль центрального процессора Quantum, обязательно находится на местной монтажной панели В/В. Процессор - это электронная вычислительная система, которая использует программируемую память для хранения внутри себя команд пользователя. Эти команды используются для выполнения специальных функций типа логической обработки сигналов, изменения последовательности действий, измерения интервалов времени, осуществления связи и математических вычислений, а также управления с помощью цифровых и аналоговых выходов для различных типов агрегатов и процессов.

Процессор Quantum обеспечивает управление местным, удаленным, и распределённым ВВОДОМ/ВЫВОДОМ системы. Модули В/В (I/O) Quantum - электрические преобразователи сигналов, которые преобразуют сигналы, вводимые от различных датчиков, таких, как концевые выключатели, различные переключатели, датчики температуры, к уровням и формату сигналов, которые могут обрабатываться центральным процессором, и формируют выходные сигналы на исполнительные механизмы, например, соленоиды, приводы клапанов или задвижек и др.

Источники питания используются для обеспечения системным питанием всех модулей, установленных на монтажной панели, включая модули центрального процессора, модули интерфейса для сетевой передачи данных и модули В/В Quantum. В зависимости от конфигурации системы существуют следующие режимы использования источников питания:

·                   автономный;

·                   объединённый - для конфигураций, потребляющих больше, чем номинальный ток одного источника, на одной монтажной панели могут быть установлены два источника питания;

·                   дублированный - для конфигураций, где при функционировании системы

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: