Проектирование автоматизированной системы управления насосной станцией НПС "Апрельская"

дипломная работа

2.3.2 Выбор микропроцессорного контроллера

В настоящее время на рынке средств автоматизации имеется большой выбор программируемых логических контроллеров (ПЛК), как отечественного, так и зарубежного производства.

Отечественные контроллеры, такие как: АДКУ, Ремиконт, СТМ и т.д. имеют более низкую цену в сравнении с зарубежными аналогами, а небольшая географическая удалённость производителя от заказчика облегчает решение вопросов, связанных с доставкой, обслуживанием и консультативной поддержкой.

Импортные ПЛК, такие как: ScadaPack, PLC-Direct, Allen Bradley, Siemens имеют несравненно более высокую цену, что связано с более высокой себестоимостью (более современные и дорогие микросхемы), затратами на транспортировку, таможенными сборами. При этом они превосходят контроллеры российского производства по ряду таких показателей, как:

- надёжность;

- быстродействие;

- удобство программирования и др.

Особенностью технологических объектов нефтегазовой промышленности является то, что прибыль, получаемая от их работы, в основном зависит от точности и стабильности ведения технологического процесса во времени. Нарушение технологического режима снижает качество и объём перекачиваемого продукта.

Таким образом, чем меньше отклонений от технологического режима и аварийных остановок объекта происходит за определённый промежуток времени, тем больше прибыли получает предприятие. Таким образом, из изложенного выше примера видно, что наиболее значительным критерием выбора средств автоматизации является надёжность, что склоняет наш выбор в сторону зарубежных контроллеров.

Для выбора конкретного типа контроллера необходимо провести сравнительный анализ некоторых существующих микропроцессорных контроллеров. Для сравнения возьмем четыре контроллера разных фирм и стран производителей. Контроллеров САКМАР фирмы «Авитрон-Ойл», MIC-2000 фирмы «Advantech» (Тайвань), SLC-500 фирмы «Allen Bradley» (США) и ЭКОМ-ТМ НПФ «ПРОСОФТ-Е».

В таблице 2.5 представлена сравнительная характеристика контроллеров.

Выбор базового комплекса технических средств автоматизации производился с учетом удовлетворения не только вышеперечисленных общих требований, но и следующих важных условий:

- 100% РС-совместимость;

- гибкость способов установки, монтажа и конфигурирования;

- модульность блоков, дающая возможность наращивания и модернизации;

- специфические требования (автодиагностика, автоперезапуск, энергонезависимая память и т.д.);

- приемлемая стоимость.

Таблица 2.5. - Сравнительная характеристика контроллеров

Характеристика

САКМАР

MIC-2000/11

(Тайвань)

SLC 500/04

(США)

ЭКОМ-ТМ

Аналоговые сигналы

16 входов:

-10-ти разрядный АЦП.

-Нормированный сигнал 0-5 или 4-20 мА.

-Расширение не возможно.

16 входов:

-12-ти разрядный АЦП,100кГц

-Нормированный сигнал 0-5, 0-20, 4-20 мА, 0-10 В.

96 входов:

-12-ти разрядный АЦП.

-Нормированный сигнал 0-5, 0-20, 4-20 мА, 0-10 В.

8 входов:

-12-ти разрядный АЦП.

-Нормированный сигнал 0-5,0-20,4-20мА,0-10 В.

-Погрешность

измерения не

более 0.1%.

-Расширение до 64 входов.

Дискретные входные сигналы

38 ходов:

-Расширение не возможно.

-Предельно допустимое напряжение между цепями 100В.

16 входов:

-Расширение возможно.

-Диапазон входного напряжения: 0...30 В.

До 900 входов.

16 ходов:

-расширение до 48.

-Гальваническая изоляция 1500 В.

-Встроенный источник напряжения для питания сухих контактов.

Дискретные выходы

30 выходов:

-Максимально коммутируемое напряжение 220 В.

-Максимально коммутируемый ток не более 5 А.

16 выхода:

-Коммутируемое напряжение: от 5 до 40 В постоянного тока.

-Максимально коммутируемый ток не более 200 мА.

--

2 выхода:

-Максимально коммутируемое напряжение 220В.

-Максимально коммутируемый ток не более 10А.

-Расширение до18.

Скорость обмена с компьютером верхнего уровня

1200 бод.

115200 бит/сек

До 230 Кбод.

До 9600 бод.

Наработка на отказ

20000 часов

до 70000 часов

400000 часов

120000 часов

Температура окружающей среды

-50 +50 °С

0 +50 °С

0 +60 °С

-40 +55 °С

Возможность автономного решения задач защит

Нет

Есть

Есть

Есть

Внеочередной выход контроллера на связь с диспетчерским пунктом при фиксации нарушений технологического режима.

Нет

Да

Да

Да

Возможность существенного расширения состава контролируемых технологических параметров путем добавления в состав контроллера дополнительных модулей.

Нет

Да

Да

Да

Открытый протокол взаимодействия с верхним уровнем.

Нет

Да

Да

Да

Программное обеспечение.

Абсолютно закрыто.

Предусмотрены два языка: Техно FBD и Техно IL.

Написание программ ведется на языке программирования Ladder Logic

Операционная система ДОС 6.22. Логика работы программируется при помощи программного обеспечения типа «Конфигуратор» или SoftBasic.

Возможность подключения других приборов и контроллеров.

Подключение контроллеров «Авитрон-Ойл»

--

--

Подключение контроллеров Octagon, Fastwel, УРСВ, Фишер, БКНС-2 СТМ-УЭЦН и др.

Цена станции в сборе.

50000 р.

100000 р.

200000 р.

60000 р.

Указанным условиям полностью удовлетворяет продукция фирмы Advantech (Тайвань). Серия MIC представляет собой функционально полный набор плат, устройств, аксессуаров и программного обеспечения для построения систем автоматизации любой сложности и состоит из следующих основных разделов:

- процессорные платы;

- платы цифрового и аналогового ввода/вывода;

- платы расширения;

- коммуникационные платы;

- монтажные каркасы;

- объединительные платы и блоки питания;

- устройства нормализации и гальванической развязки;

- функциональные клавиатуры и дисплеи;

- аксессуары;

- программное обеспечение.

Таким образом, в состав этой серии входит семейство высокопрочных промышленных компьютеров, для которых характерна гибкость IBM PC совместимых вычислительных систем. В основу изделий положена открытая технология пассивной объединительной платы с магистралью ISA, что обеспечило возможность создания модульной конструкции, применение которой позволяет сократить время и затраты на обслуживание системы, а также существенно упростить ее последующую модернизацию. Благодаря высокой механической прочности, применение изделий серии MIC-2000 оптимально в жестких условиях эксплуатации при наличии вибрационных и ударных нагрузок, когда использование обычных офисных персональных ЭВМ невозможно.

Основные характеристики:

- возможность монтажа на панель или в 19-дюймовую стойку;

- 8- или 11-позиционные пассивные объединительные платы с магистралью ISA;

- сокращение времени технического обслуживания за счет модульной конструкции;

- возможность фронтального подключения каналов ввода-вывода;

- порядок проводного монтажа, аналогичный используемому в системах на базе ПЛК;

- устойчивость к механическим воздействиям за счет фиксации модулей с 4 сторон;

- удобство установки и извлечения модулей благодаря наличию ручек-экстракторов;

- защита от пыли путем создания положительного давления воздуха в пределах конструктива;

- наличие сменного воздушного фильтра;

- сменный блок питания мощностью 250 Вт.

Технические данные:

а) конструктивное исполнение: стальное шасси повышенной прочности;

б) система охлаждения: вытяжной вентилятор производительностью 54.4 м?/ч, расположенный в верхней части конструктива и предназначенный для охлаждения блока питания; один приточный вентилятор производительностью 146.4 м?/ч, оснащенный воздушным фильтром и расположенный в нижней части конструктива;

в) органы управления: выключатель питания со светодиодной индикацией положения;

г) выход питания: клеммы выходов блока питания +5 В и +12 В постоянного тока, расположенные на передней панели;

д) габаритные размеры:

1) MIC-2000/8 (8 установочных позиций): 345 x 266.5 x 162 мм;

2) MIC-2000/11 (11 установочных позиций): 423 x 266.5 x 162 мм (модули половинной длины);

е) пассивная объединительная плата: 4-слойная печатная плата, имеющая отдельные слои цепей питания и земли;

ж) масса:

1) MIC-2000/8: 6.0 кг;

2) MIC-2000/11: 7.5 кг;

и) блок питания:

1) выходная мощность: 250 Вт;

2) диапазон входного напряжения: переключаемый от 90 до 130 В или от 180 до 264 В переменного тока с частотой от 47 до 63 Гц;

3) выходное напряжение: +5В @ 25А; +2В @ 10А; -12В @ 0.5А; -5В @ 0.5А;

4) среднее время безотказной работы: 50000 ч при 70-процентной нагрузке;

5) требования безопасности: TUV, UL/CSA;

6) электромагнитная совместимость: FCC/VDE Class A;

7) диапазон рабочих температур: от 0 до 50°C;

8) относительная влажность воздуха: от 10...95% при 40°C без конденсации влаги;

п) устойчивость к механическим воздействиям в рабочем состоянии:

1) синусоидальная вибрация в диапазоне от 5 до 17 Гц с размахом вибросмещения 2.5 мм;

2) случайная вибрация в диапазоне от 17 до 500 Гц с виброускорением l.5g;

3) одиночный удар с ускорением 10g длительностью 11 мс.

Для этой серии характерны полная РС-совместимость, высокая надежность (до 70000 часов наработки на отказ), широкий диапазон рабочих температур (от -40 до +85С), энергонезависимая память, низкое энергопотребление для корпусов со слабой вентиляцией или без нее, устойчивость к ударам и вибрациям. С ее помощью можно сконфигурировать систему автоматизации любого уровня сложности для приема, обработки и выдачи любого вида сигналов. Перечисленные качества серии MIC позволяют использовать ее в особо ответственных случаях, где требуется высочайшая надежность работы системы.

Аппаратная часть системы управления построена на основе IBM-совместимого компьютера типа PENTIUM и промышленных компьютеров MIC-2000 фирмы ADVANTECH.

В состав УСО MIC-2000 входит набор стандартных плат:

MIC-2718 - модуль аналогового ввода (8 дифференциальных или 16 потенциальных каналов 12-битового АЦП, 100 кГц).

MIC-2718 является высокопроизводительным модулем аналогового ввода, который позволяет реализовывать экономичные измерительные системы и комплексы для промышленной автоматизации.

Основные характеристики:

- каналы аналогового ввода: 16 однополярных или 8 дифференциальных;

- АЦП: 12 разрядов, время преобразования не более 8 мкс;

- буфер: Встроенный, FIFO размером 1024 слова;

- диапазон входного сигнала (устанавливаемый программным способом): в режиме дифференциального ввода: ±5 мВ. ±10 мВ. ±50 мВ, ±100 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±5 В, ±10 В; в режиме однополярного ввода: 0...10 мВ, 0...100 мВ, 0...1 В, 0...10 В;

- максимально допустимое напряжение на входе: ±30 В;

- режимы запуска аналогово-цифрового преобразования: программный запуск, запуск от встроенного формирователя импульсов, запуск внешним импульсом;

- вход внешнего запуска: совместимый с ТТЛ;

- режимы передачи данных: программный опрос, по прерыванию, с использованием DMA;

- максимальная частота дискретизации и предел основной погрешности измерения:

Коэффициент усиления Частота дискретизации Погрешность

0.5;1 100.0 кГц 0.01% полной шкалы ±1 МР;

5;10 35.0 кГц 0.02% полной шкалы ±1 МР;

50;100 7.0 кГц 0.04% полной шкалы ±1 МР;

500;1000 0.8 кГц 0.08% полной шкалы ±1 МР;

- динамическая нелинейность: ±1 МР;

- цепь нормализации входного сигнала: место для установки RC-фильтра и токового шунта сопротивлением 250 Ом;

- требования по питанию: напряжение (5.00±0.25) В, максимальный потребляемый ток 500 мА, напряжение (12.0±0.6) В, максимальный потребляемый ток 200 мА.

MIC-2730 - модуль дискретного ввода (два 16-разрядных оптоизолированных канала цифрового ввода со светодиодной индикацией состояния линий).

Модуль MIC-2730 содержит 16 гальванически изолированных каналов дискретного ввода и предназначен для осуществления контроля состояния различных коммутационных устройств и датчиков в системах и комплексах промышленной автоматизации.

Основные характеристики:

- количество каналов ввода: 16;

- режимы ввода: изолированный или неизолированный (устанавливается с помощью переключателей).

Параметры каналов в режиме изолированного ввода:

- количество общих проводов: 2 (изолированных между собой);

- диапазон входного напряжения: 0...30 В;

- пороговое напряжение: уровень логического 0 - не более 1 В, уровень логической 1 - не менее 4 В;

- входное сопротивление: 2 кОм (0,5 Вт);

- напряжение изоляции: 2500 В постоянного тока;

- максимальная частота входного сигнала: 10 кГц.

Параметры каналов в режиме неизолированного ввода (совместимого с ТТЛ):

- логические уровни: логический 0 (низкий) - не более 0.8 В, логическая 1 (высокий) - не менее 2.0 В;

- входной ток: для логический 0 - не более 0.4 мА при 0.5 В; для логическая 1 - не более 50 мкА при 2.7 В;

- сопротивление установленного нагрузочного резистора: 10 кОм;

- пропускная способность одного канала: 30 кГц;

- количество светодиодных индикаторов логического состояния каналов: 16;

- режим индикации: логическая 1 - индикатор включен, логический 0 - индикатор выключен;

- требования по питанию: напряжение (5.00±0.25) В, потребляемый ток 2 А.

MIC-2750 - модуль дискретного вывода (два 8-разрядных оптоизолированных канала цифрового вывода со светодиодной индикацией состояния линий).

Модуль MIC-2750 содержит 16 гальванически изолированных каналов дискретного вывода и предназначен для управления нагрузками повышенной мощности в системах и комплексах промышленной автоматизации.

Основные характеристики:

- количество каналов вывода: 16;

- количество общих проводов: 2 (соединены);

- тип выходного каскада: открытый коллектор;

- коммутируемое напряжение: от 5 до 40 В постоянного тока;

- коммутируемый ток: не более 200 мА (на канал);

- напряжение изоляции: 2500 В постоянного тока;

- максимальная частота выходного сигнала: 10 кГц;

- количество светодиодных индикаторов логического состояния каналов: 16;

- режим индикации: логическая 1 - индикатор включен, логический 0 - индикатор выключен;

- требования по питанию: напряжение (5.00±0.25) В, потребляемый ток 2 А.

На основании таблицы КИПиА в приложении Б необходимо реализовать следующее количество каналов:

- 30 каналов аналогового ввода;

- 26 дискретных вводов;

- 28 дискретного выводов.

Исходя из справочных данных по платам УСО, приведенным выше, выбрана конфигурация микроконтроллера, которая представлена в таблице 2.

Таблица 2.6. - Конфигурация микроконтроллера

Номер позиции

Наименование платы УСО

0

Микропроцессорный модуль MIC-2000/8

1

Модуль дискретного ввода MIC-2730

2

Модуль дискретного ввода MIC-2730

3

Модуль дискретного вывода MIC-2750

4

Модуль дискретного вывода MIC-2750

5

Модуль аналогового ввода MIC-2718

6

Модуль аналогового вывода MIC-2728

7

Резерв

Выбранная конфигурация контроллера позволяет составить таблицу RTU приведенную в приложении В. Лишние получившиеся каналы отводятся под резерв, в целях возможной модернизации системы управления.

Делись добром ;)