47
- процессами с высокой стоимостью перезапуска (в основном
в перерабатывающей промышленности);
- процессами с высокой стоимостью простоя;
- процессами с высокой стоимостью используемых материалов;
- необслуживаемыми процессами;
- предприятиями с ограниченным количеством обслуживающего
персонала.
Для выбора контроллера, наиболее полно отвечающего поставленным
задачам, на основе проведенного обзора, составим сравнительную таблицу 1.8.
Таблица 1.8
Сравнительная таблица характеристик ПЛК
Параметр
ОВЕН ПЛК 110
АГАВА 6432.10
Simatic S7-400
Центральный
процессор
250 МГц
200 МГц
280 МГц
Объем оперативной
памяти, слов
5 К
2 К
2 К
Объем
энергонезависимой
памяти, слов
2 К
2 К
1 К
Количество
дискретных входов
18
20
18
Количество
дискретных выходов:
6 реле
6 транзисторных
ключей
16 транзисторных
ключей
12 транзисторных
ключей
Время выполнения
цикла ПЛК
250 мкс
18,5 мкс
16,3 мкс
Интерфейсы
Ethernet
RS-232 - 2 канала
RS-485
USB 2.0 - Device
1 порт (USB,
Ethernet или RS232)
расш. до 4 портов
RS 232/422,
USB
Напряжение питания,
В:
18... 29
90... 264
от 187В до 244В
100-220
24
Потребляемая
мощность, Вт
15
20
20
Программируемые контроллеры S7-400F/FH способны решать стандартные
задачи автоматизации, а также задачи противоаварийной защиты и обеспечения
безопасности. При появлении нештатных ситуаций такие системы способны
производить перевод части или всего защищаемого оборудования в безопасные
состояния, обеспечивая надежную защиту обслуживающего персонала
от получения травм или гибели, защиту окружающей природной среды и т. д.
48
На основании приведенных в таблице данных, а также проведенного обзора
можно сделать вывод, что оптимальным для проектируемой системы в данном
случае будет ОВЕН ПЛК 110, т.к. данный контроллер наиболее полно отвечает
предъявляемым требованиям:
Имеет большее количество памяти;
Обладает большим числом цифровых входов и выходов;
Имеет необходимые сетевые интерфейсы в базовой конфигурации.
Функциональная схема контроллера представлена на рисунке 1.16.
Рисунок 1.16 – Функциональная схема контроллера
Контроллеры ОВЕН получили широкое распространение в современных
системах управления российского производства. Разработка российского
производства, по стоимости приобретения существенно ниже зарубежных
аналогов. В дополнение контроллер также позволяет выводить информацию
о работе системы на удаленный компьютер, что важно для работы операторов.
49
Низкая цена на контроллеры ОВЕН помогла отечественным интеграторам
удешевить свои проекты. Благодаря своей универсальности при относительно
низкой цене, контроллеры ОВЕН являются лидером отечественного рынка
контроллерного оборудованияи находят применение в системах управления
различного назначения.Более подробно технические параметры представлены
в таблице 1.9
Таблица 1.9
Технические параметры контроллеров линейкиПЛК110
Параметр
ПЛК110
ПЛК110[М02]
Вычислительные ресурсы
Процессор
ОЗУ
FLASH-диск ПЛК
Операционная система
200 МГц
128 кБайт+2 МБ (размер heap
варьируется)
4 МБ
нет
400 МГц
128 кБайт+3 МБ (размер heap
варьируется)
6 МБ
Есть, EmbOS Segger - ОС
реального времени
Интерфейсы
RS-232
RS-232 Debug
RS-485 (1 или 2)
Ethernet
USB Device
RS-232
RS-232 Debug
RS-485 (1 или 2)
Ethernet
USB Device
USB Host
Работа по беспроводным
сетям
SMS, CSD, GPRS
SMS, CSD, GPRS
Питание 5 В в RS-232
Нет
Есть
Температурный диапазон
эксплуатации
-10…+50 °C
-40…+55 °C
Источник питания для
часов RTC
Встроенный аккумулятор
Заменяемая стандартная
батарейка CR2032
Источник питания для
Retain
Встроенный аккумулятор
Не требуется, используется
MRAM
Ведение архивов на USB
нет
До 8 ГБ
Быстрые входы
Есть, до 10 кГц
Есть, 100 кГц
Быстрые выходы
до 5 кГц
До 100 кГц
Полевой уровень
В свою очередь устройства полевого уровня можно разделить на две
категории:
- Датчики (sensors).
- Исполнительные механизмы (actuators).
Рассмотрим каждую из категории более подробно.
50
1. Датчики (sensors) - это устройство, преобразующее контролируемую
величину (давление, температуру, уровень, расход, частоту, скорость,
перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный
для измерения, хранения, регистрации, преобразования и передачи
на управляющее устройство (контроллер, регулятор, компьютер), которое должно
принять и обработать этот сигнал.
Различают три класса датчиков:
- аналоговые датчики - датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал;
- цифровые датчики - генерирующие последовательность импульсов
или двоичное слово;
- бинарные (двоичные) датчики - вырабатывают сигнал только двух
уровней: "включено/выключено" (т.е. 1 или 0).
В качестве выходной величины у аналогового выхода в основном
используется ток 4 – 20 мА, а также напряжение 0 – 5 V, но их применение
снижается (напряжение 0 – 10 V и ток 0 – 20 мА считаются устаревшими).
У цифровых датчиков сигнал на выходе кодируется в последовательность
импульсов определенного формата, в соответствии с протоколомсети,в которой
они используются.
2. Исполнительные механизмы (actuators) - это часть исполнительного
устройства. Исполнительное устройство осуществляет перемещение
регулирующего органа в соответствии с сигналами, поступающими от регулятора
или управляющего устройства. Исполнительные устройства являются последним
звеном цепи автоматического управления и в общем случае состоят из блоков:
- (УУ) устройство усиления (контактор, частотный преобразователь,
усилитель, и т.п.);
- (ИМ) исполнительного механизма (электро, пневмо, гидропривод)
с дополнительными (датчик положения выходного вала, т.е. обратной связи,
сигнализации конечных положений, ручного привода и т. п.) элементами;
- (РО) регулирующего органа (вентили, клапаны, и т.п.).
В зависимости от условий использования исполнительныхустройств они
могут конструктивно различаться между собой. К основным блокам
51
исполнительных устройствобычноотносят исполнительные механизмы
и регулирующие органы.
Часто исполнительное устройство в целом, называют исполнительным
механизмом (ИМ).В зависимости от вида потребляемой энергии АСУ
подразделяются на:
- электрические;
- пневматические;
- гидравлические;
- комбинированные (электрогидравлические, электропневматические).
Рисунок 1.17 – Разновидности исполнительных механизмов
Аппаратура полевого уровня решает задачи измерения всех физических
величин, необходимых для эксплуатации и технического обслуживания
технологического оборудования.
Сформируем перечень физических величин необходимых для измерения
в нашей АСУ ТП:
- Уровень давления воды в системе в нескольких контрольных точках.
- Текущий уровень воды в резервуарах.
52
- Объем поднятой воды со скважин и объем воды, отпущенной
в распределительную сеть.
- Текущее значение подающего тока в контрольных точках
(электродвигатели насосных установок).
- Температура в шкафах управления и в помещениях.
- Текущее состояние работоспособности всего оборудование системы.
53
II Проектная часть
2.1. Разработка проекта автоматизации
2.1.1. Этапы жизненного цикла проекта автоматизации
Проектирование и разработка системы автоматизации, в том числе
и программной информационной системы — это логически сложная, трудоемкая
и длительная работа, требующая высокой квалификации участвующих
в ней специалистов. Современные технологии проектирования и разработки
программных средств предполагают поэтапное решение соответствующих задач.
При проектированииАСУбудем руководствоваться общепринятым стандартом
ГОСТ 34.601-90, который предусматривает следующие стадии и этапы создания
автоматизированной системы:
1. Формирование требований к АС
1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
2. Формирование требований пользователя к АС
3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
2. Разработка концепции АС
1. Изучение объекта
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС,
удовлетворяющего требованиям пользователей
4. Оформление отчета о проделанной работе
3. Техническое задание
1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
4. Эскизный проект
1. Разработка предварительных проектных решений по системе и её
частям
2. Разработка документации на АС и её части
5. Технический проект
1. Разработка проектных решений по системе и её частям
2. Разработка документации на АС и её части
54
3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих
изделий
4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
6. Рабочая документация
1. Разработка рабочей документации на АС и её части
2. Разработка и адаптация программ
7. Ввод в действие
1. Подготовка объекта автоматизации
2. Подготовка персонала
3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и
техническими средствами, программно-техническими комплексами,
информационными изделиями)
4. Строительно-монтажные работы
5. Пусконаладочные работы
6. Проведение предварительных испытаний
7. Проведение опытной эксплуатации
8. Проведение приёмочных испытаний
8. Сопровождение АС.
1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
2. Послегарантийное обслуживание
Жизненный цикл АС определим каскадной моделью, в которой переход
на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе (Рис.
2.1.1).
Рис.2.1.1 – Каскадная модель жизненного цикла ИС.
55
В качестве стратегии внедрения системы выберем параллельную – когда
одновременно работают старая (ручная) и новая система, и их выходные
документы сравниваются. Если они согласуются длительное время,
осуществляется переход на новую систему.
2.1.2. Ожидаемые риски на этапах жизненного цикла и их описание
Риски на этапе «Определение требований к АСУ».
Основной риск на данном этапе это недостаточное определение свойств
АСУ, требуемых для решения задачи и неправильный выбор задач проектирования
(чрезмерно большой или недостаточный объем задач автоматизации). Это может
потребовать, на этапе эксплуатации, дополнительной доработки АСУ, что приведет
к финансовому риску. Риск предотвращается использованием современных
вычислительных средств при моделировании работы проектируемой системы
автоматизации.
На этапе «Определение функций АСУ и стратегий автоматизации»
Основной риск это неправильное определение функций АСУ и стратегии
автоматизации. На данном этапе существует риск неправильного выбора способа
приобретения АСУ. Риск предотвращается основательным анализом всех
вариантов. В случае возникновения, риск устраняется проведением повторного
анализа вариантов выбора АСУ. Риск взаимосвязан с риском неправильного
определения функций АСУ и стратегии автоматизации.
Риски на этапе «Разработка проекта автоматизации».
Основной риск это разработка неэффективного плана-графика
автоматизации: использование лишних ресурсов или недостаточность ресурсов.
Данный риск является финансовым, предотвращается использованием
современных автоматизированных средств проектирования. В случае
возникновения, риск устраняется повторной корректировкой плана-графика
автоматизации.
На этапе «Разработка информационного и технического обеспечения задачи»
Основные риски – это разработка неправильных схем подключения
и автоматизации, технической документации попроекту, информационной модели
56
и неудобных для пользователя прототипов экранных форм. Риск предотвращается
по согласованию с заказчиком, корректировкой технических требований.
На этапе «Подготовка к разработке» основной риск это неправильная
формализация расчетов показателей. Риск устраняется тестированием системы
и программных модулей на этапе внедрения.
Риск на этапе «Внедрение» это некорректное тестирование технического
обеспечения системы управления и программных модулей. Риск предотвращается
использованием лицензионного стендового оборудования, а устраняется двойным
тестированием.
На этапе «Сопровождение» основные риски это поломка оборудования,
моральное устаревание ПО и ТС. Первый риск предотвращается регулярным
мониторингом состояния оборудования. Второй риск предотвращается
посредством гибкости разработанной АСУ и своевременной доработкой
программной и технической архитектуры.
2.1.3. Организационно-правовые и программно-аппаратные
средства обеспечения информационной безопасности и защиты
информации
Организационные меры защиты базируются на законодательных
и нормативных документах по безопасности информации. Они должны охватывать
все основные пути сохранения информационных ресурсов, представленные
в таблице 2.3