АСДУ - это совокупность комплексов АСДУ ЦДП (центр. диспетч. пункта) АО-Энерго, АСДУ ПЭС и РЭС, АСУТП электростанций и подстанций, систем АСКУЭ, обменивающихся информацией по каналам телемеханики или через ЦКИ (центр коммутации информации). В соответствии с территориальным принципом обслуживания и управления объектами АСДУ можно реализовать на трёх или четырёх уровнях управления:

I. Уровень служб и отделов АО-Энерго и энергосбыта (ЦДП, энергосбыт).

II. Уровень предприятий электрических сетей (ДП ПЭС, отделение энергосбыта).

III. Уровень районов электрических и тепловых сетей (ДП РЭС, участок энергосбыта). Крупные предприятия электрических сетей делятся на районы.

IV. Уровень энергообъектов (электростанция, подстанция).

Каждый уровень АСДУ функционирует на базе локальных (ЛВС) либо региональных вычислительных сетей, под управлением специализированных ЭВМ.

3.5 Задачи АСДУ

Задачи АСДУ, в общем, должны быть аналогичными для всех энергопредприятий (за исключением Энергосбыта, где есть только задачи АСКУЭ). Это является одним из основных принципов построения единой вертикали АСДУ АО-Энерго. В состав АСДУ входят следующие группы задач:

– задачи оперативного контроля и управления;

– технологические задачи;

– задачи автоматического управления;

– задачи контроля и учёта электрической энергии.

4. Уровни построения АСДУ

4.1 АСДУ на уровне ЦДП энергосбыта энергосистемы

Комплекс может быть построен на основе модели "клиент–сервер" с использованием следующих стандартов открытых систем:

Ethernet;

DECnet, IPX, TCP/IP;

– Windows NT (для рабочих станций и клиентских рабочих мест на базе ПЭВМ).

В комплекс может быть включена поддержка распределённой SQL–базы данных (для задач АСДУ и ПХД).

В состав технических средств, необходимых для функционирования комплекса, входят:

– два базовых сервера АСДУ, которые выполняют функции оперативно–информационного комплекса и оперативного управления режимом;

– два сервера связи АСДУ, которые выполняют коммуникационные функции с нижними уровнями. На первом этапе к этим серверам будут подключаться установленные в энергосистеме КП отечественных телемеханических комплексов и АСУ нижних уровней;

– клиентская часть на базе ПЭВМ и графических рабочих станций;

автоматизированные рабочие места (АРМ) пользователей;

– вычислительная сеть, обеспечивающая подключёние локальных и удалённых конечных пользователей;

–коммуникационная система, обеспечивающая подключёние удалённых локальных вычислительных сетей по коммутируемым и выделенным каналам связи, для обеспечения обмена с АСУ РАО другими АСУ данного уровня;

– контроллер управления диспетчерским щитом. Реализация человеко–машинного интерфейса в комплексе осуществляется через АРМ пользователей, функционирующие на ПЭВМ в локальной сети. Устанавливаются следующие АРМ:

– АРМ руководства АО;

– АРМ пользователей в службах и отделах (СРЗА, СТМиС, ОАСУ);

– АРМ диспетчеров передающих (системообразующих) сетей;

– АРМ инженера ЦДП по режимам.

Подсистема АСКУЭ на уровне Энергосбыта выполняет следующие основные задачи:

– сбор данных об электроэнергии, и мощности для решения сбытовых задач;

– передача данных об электроэнергии и мощности в АСДУ ЦДЛ для решения технологических, режимных и информационных задач;

– передача обобщенных данных об электроэнергии и мощности в АСУ РАО.

Функции и задачи собственно АСКУЭ, включающие:

– оперативный контроль баланса мощности и электроэнергии по основным подстанциям, сетевым районам и в целом по ПЭС;

– оперативный контроль мощности, потребляемой крупными потребителями в часы максимумов нагрузок;

– текущий контроль режимов электропотребления и договоров с потребителями;

– управление нагрузкой потребителей с целью оптимального расходования энергоресурсов и соблюдения режимов электропотребления;

– статистический Учёт и анализ режимов электропотребления.

Функции коммерческого учёта электроэнергии и мощности, включающие:

– обеспечение соответствующих подразделений энергосистемы информацией, необходимой для коммерческих расчётов;

– оперативное отслеживание условий выполнения заключенных контрактов на покупку (продажу) электроэнергии и мощности.

4.2 АСДУ на уровне ПЭС и РЭС

Уровень РЭС для малых предприятий электрических сетей отсутствует. Функции, выполняемые АСДУ ПЭС и РЭС практически одинаковы. Оперативно–диспетчерское управление распределительными сетями в ПЭС, с выделенными РЭС, децентрализовано.

АСДУ верхнего уровня управления предприятия и района электрической сети создаётся на базе рабочих мест отделов и служб ПЭС и РЭС в рамках локальной вычислительной сети на основе единого информационного обеспечения. На данном уровне реализуется интеграции задач оперативного диспетчерского управления подсистем АСДУ ПЭС и РЭС.

Интеграция осуществляется по двум направлениям:

– согласованным решением задач в каждой подсистеме АСДУ на различных уровнях иерархии – от энергообъектов до ПЭС и РЭС;

– организацией взаимодействия с разными подсистемами данного уровня (АСКУЭ, Электроснабжения).

На начальном этапе рабочие места отделов и служб функционируют автономно. На последуюих этапах интеграции и создания ЛВС информационное единство обеспечивается интегрированной базой данных (ИБД). При этом в отдельных случаях возможна автономная работа некоторых задач при условии согласованности информации.

На уровне АСДУ ПЭС и РЭС решаются следующие задачи:

– по информационно–управляющей подсистеме (ИУП) – контроль и представление сетей, регистрация ТИ, ТС, дорасчёт и контроль параметров режима, накопление данных реального времени, суточная ведомость, телеуправление;

– по информационно–вычислительной подсистеме (ИВП) – достоверизация ТИ, ТС, оценка состояния электрической сети, формирование и контроль баланса мощности и энергии, оперативный расчёт и оптимизация режима распределительной сети, расчёт потерь мощности и энергии, и др.;

– по технологическим задачам диспетчерского управления – формирование и ведение оперативной схемы электрической сети, ведение оперативного журнала диспетчера, ведение оперативной документации, автоматизированное рассмотрение диспетчерских заявок, формирование и ведение базы данных бланков переключении;

– по подсистеме планирования режимов – обработка контрольных замеров, расчёт режимов сетей, расчёт ТКЗ, расчёт уставок защит, разработка ремонтных схем, прогноз нагрузок, анализ и прогноз надёжности;

– по подсистеме автоматического управления – автоматическое управление средствами регулирования и реактивной мощности, автоматическое управление средствами первичной коммутации (АПВ, АЧР, ЧАПВ, АВР и др.).

В состав технических средств, необходимых для функционирования комплекса, входят:

– два сервера связи АСДУ, которые выполняют коммуникационные функции с нижним и верхним уровнями. На первом этапе к этим серверам будут подключаться установленные в энергосистеме КП отечественных телемеханических комплексов и АСУ нижних уровней;

– клиентская часть на базе ПЭВМ и графических рабочих станций – автоматизированные рабочие места (АРМ) пользователей;

– вычислительная сеть, обеспечивающая подключёние локальных и удалённых конечных пользователей;

коммуникационная система, обеспечивающая подключёние удалённых локальных вычислительных сетей по коммутируемым и выделенным каналам связи, для обеспечения обмена с другими АСУ данного уровня;

– контроллер управления диспетчерским щитом. Реализация человеко–машинного интерфейса в комплексе осуществляется через АРМ пользователей, функционирующие на ПЭВМ в локальной сети. Предусматриваются следующие АРМ:

– АРМ руководства ПЭС и РЭС;

–АРМ пользователей в службах и отделах;

– АРМ диспетчера распределительной сети;

– АРМ инженера по режимам.

Подсистемы АСКУЭ на уровне РЭС выполняет следующие основные задачи:

– сбор данных об электроэнергии и мощности;

– передача данных об электроэнергии и мощности в АСКУЭ Энергосбыта;

– передача данных об электроэнергии и мощности в АСДУ ПЭС и РЭС для решения технологических, режимных и информационных задач.

4.3 АСУТП электростанций и подстанций

АСУ ТП станций и подстанций выполняется на базе МП терминалов РЗА и программируемых контроллеров. Такая система управления должна обеспечивать:

– информационные функции, которые включают сбор аналоговой и дискретной информации о режимных и технологичеких параметрах оборудования;

– регистрацию событий и процессов в аварийных режимах;

– обработку, накопление, архивирование информации;

– ведение базы данных реального времени;

– отображение графической информации в виде схем, графиков и др.;

– функции управления, в том числе управление коммутационными аппаратами, регулирование и др.;

– диагностику работы оборудования, определение ресурса работы, тепловизионный контроль и др.;

– диагностику технических средств АСУ ТП;

– приём и передачу информации на разные уровни управления и смежные подсистемы (АСКУЭ);

– выполнение функции релейной защиты и автоматики. Сочетание контроллеров и терминалов РЗА позволяет создать гибкую систему АСУ ТП, имеющую различную конфигурацию и учитывающую особенности различных подстанций.

В состав технических средств, необходимых для функционирования АСУ электростанций и подстанций, входят:

– базовый сервер АСУ (на ТЭЦ – резервный), который выполняет функции оперативно–информационного комплекса и оперативного управления режимом;

– два сервера связи АСУ (на небольших подстанциях интегрирован с базовым сервером), который выполняет коммуникационные функции с оборудованием нижнего уровня АСУ ТП, уровнем РЭС или ПЭС, другими АСУ данного уровня (АСКУЭ);

– вычислительная сеть, обеспечивающая подключёние локальных и удалённых конечных пользователей.

Рабочие места пользователей АСУ ТП станций и крупных подстанций с постоянным оперативным персоналом строятся на базе IBM–совместимых ПЭВМ, офисного или промышленного исполнения, работающих автономно либо в составе ЛВС. На небольших подстанциях без персонала могут использоваться переносные ЭВМ.

Предусматриваются следующие АРМ:

– АРМ пользователей в службах и отделах (СРЗА, СТМиС. ОАСУ);

– АРМ оперативного дежурного персонала.

Подсистема АСКУЭ на уровне станций и подстанций выполнена на базе счётчиков электроэнергии и устройств сбора и передачи данных (УСПД).

УСПД решает следующие основные задачи:

– сбор данных об электроэнергии и мощности с счётчиков;

– передача данных об электроэнергии и мощности в АСКУЭ РЭС или ПЭС;

–передача данных об электроэнергии и мощности в АСУ станций и подстанций для решения технологических, режимных и информационных задач.

4.4 Унификация технических и программных средств АСДУ

В настоящий момент внедрение систем АСДУ ограничено, в основном, установкой автономных телемеханических комплексов разных производителей.

Резкое увеличение потребности в информационном обеспечении всех служб электростанций и подстанций, РЭС, ПЭС и энергосистемы привело к необходимости замены установленных и внедрения новых подсистем АСДУ на всех уровнях – от уровня АСУ ТП подстанций до уровня АСДУ энергосистемы. Подсистемы АСДУ выполняющие одинаковые управляющие функции (Электроснабжение, АСКУЭ) на всех уровнях должны выполнять следующие требования:

– функциональной завершённости;

– гибкости структуры;

– открытости;

– преёмственности;

– информационной совместимости.

Такой подход к выбору единого базового программного обеспечения позволит:

– унифицировать АСДУ уровня РЭС и ПЭС;

– унифицировать АСУ уровня электростанций и подстанций;

– разработать библиотеки программных модулей, расширяющих возможности базового комплекса;

– снизить единичные затраты на разработку и внедрение АСДУ;

– организовать централизованную поддержку внедрения и эксплуатации подсистем АСДУ.

Тесное взаимодействие между подсистемами АСДУ необходимо для эффективной работы каждой из них. Однако особенности базового инструментария и существенно отличающиеся показатели надёжности (в т.ч. готовности), делают нецелесообразной или затрудняют реализацию всего комплекса АСДУ на основе одной программно–аппаратной платформы. Важной задачей является обеспечение двунаправленного интерфейса между подсистемами на основе ПО промежуточного слоя (шлюзов), работающего на стандартных сетевых протоколах различного уровня, среди которых можно выделить как сетевые версии Windows протоколов ОDВС, DDЕ, СОМ (ОLЕ), так и другие открытые протоколы, например, OPC.

5. Современные методы автоматизации диспетчерских пунктов промышленных предприятий

5.1 Инструментальное обеспечение систем диспетчерского управления

Построение систем диспетчерского управления как открытых систем, аппаратные средства и программное обеспечение которых согласуется с международными стандартами, обеспечивает принятие наилучшего решения, удовлетворяющего как потребителей, так и производителей АСУ. Их отличительной особенностью является жесткая функционально-временная связь с технологическим циклом (оборудованием) производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, которая и определяет подход к созданию открытых АСКУЭ и АСДУ.

Основу архитектуры (платформы) рассматриваемых систем должны составлять базовое изделие – система диспетчерского управления и сбора данных (СДУСД), а также модули прикладного программного обеспечения. Данный подход обеспечивает многообразие (масштабируемость) и гибкость (наращивание) при построении АСУ на единой платформе – от систем на базе однопользовательского персонального компьютера (РС) и диспетчерского щита с мнемосхемой (на небольших и средних подстанциях) до многопользовательских систем на основе специализированных серверов и рабочих станций. В первом случае говорят об одноуровневой АСУ, во втором – двух- и многоуровневой архитектуре АСУ.

Архитектура открытых АСУ должна предусматривать чёткое разделение функций, реализуемых отдельными серверами. При этом критичные ко времени функции можно реализовать на двойном комплекте серверов (основном и резервном), в то время как мене критичные – на одинарных. Эта гибкая и эффективная схема резервирования в полной мере обеспечивает высокую надёжность функционирования АСУ.

Информация в СДУСД должна поступать через серверы сбора данных и серверы связи. Серверы сбора данных сообщаются с локальными блоками управления (ЛБУ), устанавливаемыми на подстанциях, а серверы связи – с другими центрами управления.

Для облегчения создания и изменения (расширения) СДУСД в соответствии с уникальными требованиями заказчика программное обеспечение должно быть выполнено в виде отдельных модулей со стандартными интерфейсами. Современный уровень программирования предусматривает ориентацию на рабочие станции и серверы фирм "Sun" и "IBM" и такие производственные стандарты, как POSIX (для операционной системы UNIX), Х.25 и ТСР/IР (для сетевых коммуникаций), Ethernet (для локальных вычислительных сетей), X Window System и OSF/Motif (для человеко-машинных интерфейсов ), ORACLE RDBMS C SQL2 (для работы с базами данных ), ISO/OSI (для протоколов обмена), С++ и РАSCAL (для языков программирования).

Использование в открытых СДУСД высокопроизводительных рабочих станций и серверов, распределённых компьютерных баз данных, а также разработка человеко-машинных интерфейсов обеспечивают наибольшеё удобство работы операторов и наилучшеё исполнение ими функциональных обязанностей, касающихся управления технологическим оборудованием.

Рис. 5.1 Масштабируемая архитектура СДУСД

Масштабируемая (расширяемая) архитектура открытых СДУСД предоставляет им возможности не только собственного неограниченного роста (посредством добавления большого количества рабочих станций и серверов для поддержки сотен ЛБУ, сотен тысяч передающих цифровых и аналоговых точек и миллионов распределенных цифровых и аналоговых точек), но и создания (развития) на их основе систем управления генерацией энергии, управления энергией, управления распределением энергии и управления нагрузкой (посредством добавления серверов и модулей программного обеспечения, реализующих соответствующие функции) (Рис. 5.1).

Чтобы добиться поставленных задач, необходимо использовать для автоматизации систем управления современные технологии и микропроцессорные средства автоматизации.

5.2 Микропроцессорные средства автоматизации и диспетчеризации СЭС

5.2.1 Основные виды микропроцессорных средств автоматизации

Программно-аппаратная реализация системы автоматизации контроля и управления электроснабжения имеёт ряд особенностей, в первую очередь с позиции требуемой распределенности, быстродействия и параметров устройств связи с объектом.

Сложилось так, что сигналы выводились ото всех датчиков на щиты управления – блочные, групповые, местные. Там же размещались контрольно-измерительные приборы, устройства защиты, регуляторы, ключи управления. Соответственно и формировалась структура АСУТП, когда на щитах управления располагались программируемые контроллеры (Рис. 5.2), включая модули ввода – вывода устройств связи с объектом, и велось централизованное управление основным и вспомогательным технологическим оборудованием. В последнеё время ситуация несколько меняется. Все чаще применяется установка контроллеров, объединённых в локальную вычислительную сеть (ЛВС).

Рис. 5.2. Контроллеры для систем автоматизации

Устройства релейной защиты и автоматики (РЗА), измерительные приборы и ключи управления максимально приближены к объектам, т.е. находятся в самих распределительных устройствах (РУ). В ряде случаев последние отстоят на сотни метров и даже на километры от главных или центральных щитов управления. Для электрической части характерно такая идеология управления и регулирования, когда к централизованным задачам относятся, в основном, лишь автоматическое регулирование частоты и мощности, групповое управление возбуждением генераторов и противоаварийная автоматика, а устройства РЗА выполненные в виде отдельных локальных устройств. Следовательно, микропроцессорное устройство системы контроля и управления электрической части должны иметь не только функциональную, но и территориальную распределённость.

Программно-технические комплексы (ПТК) для тепловой части выпускают в мире десятки производителей. Имеются развёрнутые производства в России, в том числе и отечественные разработки. Для электрической же части выбор ПТК, в составе которых присутствует полная гамма микропроцессорных устройств РЗА для электрических сетей всех классов напряжения, ограничен. Даже на европейских рынках доминируют лишь четыре системы фирм ABB,GEC Alsthom, Merlin Gerin, Siemens.

Микропроцессорные устройства РЗА хотя и являются многофункциональными, однако работают по жёсткой логике. Помимо традиционных функций защиты, автоматических ввода резерва (АВР), повторного включения (АПВ) и частотной разгрузки (АЧР) они осуществляют регистрацию и осциллографирование событий, измерение электрических величин, самодиагностику. В ряде случаев 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 требуется обеспечить е бесперебойное питание. При этом используются два дублированных источника питания.

Благодаря модульной архитектуре контроллера, масштабируемой от одиночного контроллера до глобальной системы автоматизации, он способен решать задачи на любом уровне управления предприятием.

5.4.2 Платформа автоматизации Modicon Premium

Новый уровень производительности контроллеров Premium (рис. 5.8) — это сокращённый цикл обработки программ, а также большой объём диагностических и сервисных функций, обеспечивающих оптимальный уровень работы установки. Прозрачная и распределённая архитектура платформы Premium позволяет свободно объединять различные компоненты систем автоматизации, производимые Schneider Electric.

Рис. 5.8 Контроллер Premium

Платформа Premium обеспечивает наглядность и отличную читаемость приложений, позволяющие операторам реагировать максимально быстро на сложившуюся ситуацию. В контроллере предусмотрено расширение памяти программ при помощи платы PCMCIA.

Контроллер Premium благодаря своей модульной архитектуре может использоваться для создания систем автоматизации любой сложности, как самостоятельно, так и в сочетании с другими контроллерами корпорации Schneider Electric.

Обзор показывает, что компания Modicon выпускает микропроцессорные средства автоматизации для любого уровня управления промышленным предприятием. В контроллерах сочетается гибкая модульная архитектура и мощные производительные возможности процессоров.

5.5 Построение АСКУЭ ОАО "АВТОВАЗ"

Система передачи и обработки информации АСКУЭ "Волжского автозавода" создана на основе ране установленного комплекса (с телемеханическим комплексом "Гранит"). "АвтоВАЗ" спроектировал и сертифицировал эту систему самостоятельно силами ДИС и ЭП, что экономически целесообразно при наличии достаточного количества квалифицированных специалистов в области информационных технологий.

Рис. 5.9 Блок-схема обмена информацией в существущей АСКУЭ ОАО "АвтоВАЗ"

Страницы: 1, 2, 3