Билет № 8

1. Общие принципы построения АСУ ТП. Схема преобразования измерительной информации в контроллере.

В структуре АСУ ТП выделяются два уровня:

Нижний агрегатный уровень, включающий программно-технические комплексы локальных систем управления технологическим оборудованием;

Верхний станционный уровень, включающий программно-технические комплексы выполнения централизованных групповых и общестанционных функций.

Интеграция локальных систем в АСУ ТП должна выполняться на основе информационно-технологических шин, использующих единую нормативно-справочную информацию и технологическую базу данных по стандартным протоколом интерфейсной связи IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104, Modbus TCP IP Master/Slave, IEC 61850, Profibus DP.

Центральной частью АСУ ТП является программно-технический комплекс (ПТК), который включает в себя программируемые средства автоматизации и другие средства вычислительной техники.

Автоматизированные пуск и эксплуатация оборудования при неработающем ПТК не должен предусматриваться.

Для безаварийного останова основного тепломеханического оборудования при отказе АСУ ТП в системе должен быть предусмотрен аварийные пульты управления (АПУ) на традиционных средствах контроля и управления.

Проектируемая система АСУ ТП должна иметь деление, учитывающее специфику теплотехнического объекта управления. Все оборудование условно должно делится на функциональные узлы, которые характеризуются относительной автономией технологических задач, выполняемых ими. По каждому функциональному узлу выполняется отдельная схема автоматизации с соответствующей ей частью спецификации датчиков и исполнительных устройств. Структура алгоритмов управления учитывает разграничение функциональных узлов. Это создает модульную структуру системы с хорошей обозримостью технических средств, алгоритмов управления и способов общения персонала с системой. Этим также достигается упрощение наладки, освоения системы персоналом и последующей эксплуатации.

Весь программно-технический комплекс автоматической системы должен быть выполнен на базе микропроцессорных технических средств, надёжность которых удовлетворяет требованиям к надежности технологических защит (реализация технологических защит является задачей высшего приоритета). в соответствии с РД 153-34.1-35.127-2002, РД 153-34.1-35.137-2000. Такая реализация системы обеспечивает унификацию решений и повышение надёжности системы в целом.

Архитектура сети должна быть однородной, и должна строиться по принципу «дублированная звезда». Сетевое подключение должны быть реализовано без промежуточных серверов между контроллерами и операторскими станциями. Сеть ПТК должна быть реализована на базе Fast Ethernet (100/1000Мбит) и быть широковещательной т.е. все источники данных (в частности контроллеры) публикуют в сети все свои данные с определенной периодичностью, а приемники (например, операторские станции или другие контроллеры «видят» все доступные данные от всех источников без формирования запросов к источникам. Все подключения в системе и все коммуникационное оборудование ПТК должно быть резервировано.

По технической реализации структура АСУ ТП должна иметь в своем составе единую базу данных проекта.

ПТК должен представлять систему с распределенной структурой управления.

ПТК должен быть сертифицирован органами технического регулирования и метрологии в качестве систем информационно-измерительных, и зарегистрирован в реестре государственной системы обеспечения единства измерений. Так же используемый ПТК должен удовлетворять требованиям ГОСТ Р 51840-2001 «Программируемые контроллеры. Общие положения и функциональные характеристики»

Система должна выполняться как функционально завершенный информационно-управляющий программно-технический комплекс (ПТК), включающий взаимоувязанные технические, программные, информационные, метрологические, лингвистические и алгоритмические средства, а также средства создания, обслуживания и обеспечения работоспособности.

АСУ ТП должна создаваться как открытая система, позволяющая производить модернизацию и наращивание по числу обрабатываемых сигналов с запасом до 5-20% проектного объема по вводу и выводу информации и выдаче управляющих воздействий.

Система должна иметь возможность модернизации по мере физического и морального устаревания без повторной разработки прикладного ПО и с сохранением существующих клеммных присоединений полевого оборудования.

В системе предусматриваются организационные и технические меры по предотвращению несанкционированного проникновения в локальную сеть АСУ ТП и ошибочных действий пользователей.

Проектируемая АСУ ТП условно должна делится на три уровня:

верхний уровень (информационный);

средний уровень (управляющий);

нижний (полевой уровень: датчики, исполнительные механизмы и пр.) — уровень технологического объекта.

Верхний и средний уровень системы составляют ПТК.

Относительно структуры ПТК управляющий уровень относится к нижнему уровню ПТК.

Билет 9

Алгоритмы первичной обработки информации. Масштабирование.

Полученные в результате опроса цифровые коды сигналов датчиков, должны быть переведены в действительные значения технологических параметров. Эта операция называется масштабированием.

Формулы пересчета кодов зависят от параметров измерительного канала:

вида сигнала (аналоговый, число-импульсный);

типа градуировочной характеристики (линейная, квадратичная и т.п.);

представлением градуировочной характеристики (в виде аналитических функций, табличным методом);

драйвера платы УСО.

1. Масштабирование измерителей с линейной шкалой

Рассмотрим получение формул масштабирования сигналов измерительного канала (рис. 4.5) со следующими характеристиками.

Датчик с аналоговым выходным сигналом илинейной градуировочной характеристикой вида:

(4.4)

где Y- значения технологического параметра,

I- значения сигнала с датчика,

индексы 1, 2 относятся к любым двум точкам градуировочной

характеристики измерителя.

Аналого-цифровой преобразователь с линейной характеристикой:

(4.5)

где - код АЦП сигнала датчика,

индексы 1, 2 относятся к рассматриваемым точкам градуировочной

характеристики.

Если оперируют значениями сигнала тока, то формула масштабирования (4.6) получается из уравнения 4.4:

(4.6)

т.е.

где константы: ,

Рис. 4.5 Характеристики измерительного канала :

а- принципиальная схема ; b- градуировочная

характеристика датчика ; c- характеристика АЦП.

Если необходимо оперировать значениями кода АЦП, то из уравнений (4.4) и (4.5) после несложных преобразований можно получить формулу масштабирования (4.7):

(4.7)

где константы: ,

Пример.Разработка формулы масштабирования сигналов уровня

В системе контроля уровня используются:

пьезометрический датчик с линейной шкалой 0 5 м и выходным токовым сигналом 420ma,

десятиразрядное АЦП,

эталонный датчик выходного токового сигнала 4 ma; пусть соответствующий этому значению код АЦП равен 202 (I₁=4,Y₁=0 ,N₁=202),

эталонный датчик максимального токового сигнала 20 ma; пусть соответствующий ему код АЦП равен 1022 (I₂= 20,Y₂= 5,N₂=1022 ).

Вариант 1- выходной сигнал драйвера АЦП - ток датчика.

В соответствии с уравнением (4.6) формула масштабирования

токовогосигнала с датчика уровня:

гдеI- значения токового сигнала с датчика,

В результате формула масштабирования примет вид:

Вариант 2. выходной сигнал драйвера - код АЦП

В соответствии с формулой (4.7) формула масштабирования

кодов АЦПсигналов датчика уровня:

где: - код АЦП,

В результате формула масштабирования сигналов канала измерения уровня примет вид:

2. Масштабирование измерителей с нелинейной шкалой

Рассмотрим получение формул масштабирования сигналов измерительного канала (рис. 4.6 ) со следующими характеристиками.

Датчик с аналоговымвыходным сигналом инелинейнойградуировочной характеристикой :I=f(). Например, термопара, термометр сопротивления.

Рис. 4.6 Характеристики измерительного канала:

градуировочная характеристика датчика; характеристика АЦП.

Если зависимость выходного сигнала датчика представлена массивом точек и можно выделить диапазоны, где справедлива линейнокусочная интерполяция (линейными сплайнами), то для масштабирования сигналов измерительного канала применяют полученные ранее формулы (4.6, 4.7):

(4.8)

Константы A_i, B_iпредставлены массивом чисел. Индекс массиваiнаходится из условия попадания текущего кода АЦП вi-тый диапазон:

если ,то

, (4.9)

ПримерРазработка формулы масштабирования сигналов температуры

В системе контроля температуры используются:

термопара, градуировочная характеристика которой в рабочем диапазоне температур 10 40С представлена в табл 4.2;

восьмиразрядное АЦП;

выходной сигнал драйвера код АЦП.

Таблица 4.2

Градуировочная характеристика термопары

№ точки, i	Температура (Yi ),С	Выход.сигнал (Ii), мв	Код АЦП (Ni)
1	9	20	102
2	23	24	122
3	34	28	143
4	39	30	153

Рассчитаем значения констант формулы (4.8) в первом диапазоне(i=1).

Если 102<122 , то

В результате формула масштабирования сигналов канала измерения температуры примет вид:

, если102< 122

Аналогично можно найти формулы для остальных двух диапазонов кодов.

Билет 22

Таймеры. Примеры применения.

В табл. 2.8 представлен состав, графическое изображение и краткое описание таймерных команд.

Имеющиеся три вида таймеров отличаются разрешением. Разрешение определяется номером таймера (табл. 2.9). Любое текущее значение таймера является кратным разрешению. Реальное время, отсчитанное таймером, определяется как произведение текущего значения и разрешения. Например, текущее значение 50 на 10-миллисекундном таймере представляет 500 мс.