Проектирование АСУ; ТП

Проектирование АСУ ТП

На этой страничке планируется собрать рекомендации проектировщикам АСУ ТП от имени программистов и пусконаладчиков, которые сталкиваются с типичными ошибками проектирования в своей повседневной практике. Если у вас есть подобные примеры – присылайте. Новые советы добавляются в конец статьи.

#1
Клеммы для подключения поля

Используйте одноуровневые клеммы с ножевыми размыкателями для подключения полевых устройств к шкафу управления.

Перед началом пусконаладки все клеммы размыкаются и замыкаются по мере подключения отдельных полевых устройств.

Преимущества

Возможность параллельно вести монтаж и контроль контуров – сокращается время ввода в эксплуатацию
Удобная прозвонка проводов
Защита от ошибок монтажа
Высокая скорость наладки

Недостатки многоуровневых клемм

Не видна маркировка клемм нижних уровней
Трудный доступ – чтобы отсоединить провод от клеммы нижнего уровня нужно сначала отсоединить несколько проводов от клемм верхнего уровня. На работающем оборудовании это чревато.

#2
Защита аналоговых каналов

Защищайте аналоговые входы и выходы плавкими предохранителями.
Некоторые полевые устройства во время калибровки выдают ток 50 мА.
Для модуля токового аналогового ввода максимально допустимый ток равен 40 мА. Если ток больше, то канал сгорает.

#3
Источники питания контроллера и поля

Используйте разные блоки питания для питания контроллера, полевых устройств и токовых петель при подключении датчиков к ПЛК по 4-х проводной схеме.

#4
Наименование каналов ввода — вывода

Не используйте сквозную нумерацию.

тип канала (DI, DO, AI, AO)
номер слота (положение модуля в корзине)
номер канала в модуле.

Преимущества

наладчик быстро определяет к какому каналу относится сигнал.

#5
Уставки для аналоговых датчиков

шкала прибора (0…10 бар)
граничные уставки: HH, H, L, LL

тип подключения для токовых входов:

2-х проводное (активный ПЛК)
4-х проводное (активный датчик).

#6
Местный пульт управления клапаном

#7
Типовые интерфейсы ПЛК и HMI

Разрабатывайте модели типовых интерфейсов ПЛК и HMI объектов управления.

Типовая задвижка

Модель интерфейса ПЛК типовой задвижки

Тип параметра	Комментарий
Входы ПЛК
Ключ переключения режимов на местном пульте в положении «Дистанционный режим»	DI	В этом режиме задвижка управляется программой ПЛК или оператором через HMI
Задвижка открыта	DI
Задвижка закрыта	DI
Выходы ПЛК
Открыть задвижку	DO
Закрыть задвижку	DO

Модель интерфейса HMI типовой задвижки

Элементы HMI интерфейса	Цвет	Комментарий
Программные кнопки
Открыть	Зелёный фон, если режим активен	Импульсная кнопка открытия задвижки
Закрыть		Импульсная кнопка закрытия задвижки
Стоп		Кнопка остановки движения задвижки
Дистанционный режим		Задвижкой управляет оператор через HMI
Автоматический режим		Задвижкой управляет программа ПЛК
Индикаторы состояния
Местный режим	Зелёный фон, если режим активен	Задвижкой управляет оператор с местного пульта
Среднее положение задвижки	Серый	Не сработал ни один конечный выключатель
Задвижка открывается	Мигает: белый-серый
Задвижка закрывается	Мигает: чёрно-серый
Задвижка открыта	Белый
Задвижка закрыта	Чёрный
Предупредительные сообщения
Превышено время хода	Жёлтый	В автоматическом режиме время открытия или закрытия задвижки превысило уставку времени хода
Аварийные сообщения
Авария концевых выключателей	Красный	Одновременно сработали оба концевых выключателя
Уставки
Время хода	Поле ввода

Типовой дискретный регулирующий клапан с обратной связью по положению

Модель интерфейса ПЛК типового дискретного регулирующего клапана с обратной связью по положению

Тип параметра	Комментарий
Входы ПЛК
Ключ переключения режимов на местном пульте в положении «Дистанционный режим»	DI	В этом режиме задвижка управляется программой ПЛК или оператором через HMI
Клапан открыт	DI	Положение концевого выключателя
Клапан закрыт	DI	Положение концевого выключателя
Положение клапана	AI
Выходы ПЛК
Открыть клапан	DO
Закрыть клапан	DO

Модель интерфейса HMI типового дискретного регулирующего клапана с обратной связью по положению

Элементы HMI интерфейса	Цвет	Комментарий
Программные кнопки
Открыть	Зелёный фон, если режим активен	Потенциальная кнопка открытия задвижки
Закрыть		Потенциальная кнопка закрытия задвижки
Дистанционный режим		Задвижкой управляет оператор через HMI
Автоматический режим		Задвижкой управляет программа ПЛК
Индикаторы состояния
Местный режим	Зелёный фон, если режим активен	Задвижкой управляет оператор с местного пульта
Среднее положение задвижки	Серый	Не сработал ни один конечный выключатель
Клапан открыт	Белый
Клапан закрыт	Чёрный
Аварийные сообщения
Авария концевых выключателей	Красный	Одновременно сработали оба концевых выключателя
Обрыв обратной связи по положению	Красный

Типовой аналоговый датчик

Модель интерфейса HMI типового аналогового датчика

Элементы HMI интерфейса	Визуализация HMI	Комментарий
Программные кнопки
HH	Зелёный фон, если режим активен	Активация уставки HH
H		Активация уставки H
L		Активация уставки L
LL		Активация уставки LL
Ремонт		В режиме ремонт подавляются все аварийные сообщения
Индикаторы состояния
Уровень аналогового сигнала	Столбиковая диаграмма (бар)
Предупредительные сообщения
Выход за границу H	Жёлтый
Выход за границу L	Жёлтый
Аварийные сообщения
Зашкал	Красный	Overflow +
Выход за верхнюю границу шкалы измерения датчика	Красный	Overload +
Выход за границу HH	Красный
Выход за границу LL	Красный
Выход за нижнюю границу шкалы измерения датчика	Красный	Overload —
Обрыв	Красный	Overflow —
Уставки
SH	Поле ввода-вывода	Верхняя граница шкалы (Scale High)
SL		Нижняя граница шкалы (Scale Low)
HH		Верхний аварийный порог (High High)
H		Верхний предупредительный порог (High)
L		Нижний предупредительный порог (Low)
LL		Нижний аварийный порог (Low-Low)

Преимущества

Все подрядчики разрабатывают HMI в едином стиле
Использование типовых программных блоков ускоряет разработку и отладку программы

#8
Техническое задание

АСУ ТП должна работать так, как написано в техническом задании. Заказчик принимает работу подрядчика по соответствию техническому заданию.

Если технического задания нет, то АСУ ТП будет работать так, как понял это подрядчик.

Пишите подробное ТЗ или поручите эту работу подрядчику.

Хорошее техническое задание – залог успеха в реализации проекта!

#9
Интеграция комплектных установок в АСУ ТП

Вы подобрали готовую комплектную насосную станцию со своим контроллером (ПЛК) и преобразователем частоты (ПЧ). Чтобы интегрировать её в систему АСУ ТП заказали коммуникационную плату PROFIBUS DP для ПЧ. Этого, может быть, достаточно для того, чтобы получить диагностическую информацию от ПЧ, но не достаточно, чтобы получить информацию о состоянии насосной станции, т.к. эта информация может быть получена не от ПЧ, а от ПЛК насосной станции.

Если в шкафу насосной станции нет ПЛК, а есть только ПЧ, то информацию о состоянии насосной станции вы получить, пожалуй, сможете, но не сможете ей управлять, т.к. в комплектной насосной станции управление настроено от входов, а не по шине PROFIBUS.

Параметрированием ПЧ можно настроить управление по полевой шине, но тогда не будут работать кнопки местного пуска с панели шкафа и красная аварийная кнопка, если она заведена через ПЧ.

Чтобы управлять насосами и от кнопок, и по шине нужен переключатель источника управления (кнопки или шина), но тогда прежде, чем нажать красную кнопку, нужно переключиться в режим управления от кнопок.

Шкаф управления комплектной насосной станции, которая подаёт воду с заданным давлением из трубы отличается от шкафа управления насосной станции, которая подаёт воду с заданным давлением из бака подготовленной воды.

Шкаф управления комплектной насосной станции, которая выкачивает воду из дренажного бака, отличается от шкафа управления насосной станции, которая накачивает воду в бак: в первом случае насос отключается по датчику нижнего уровня (сухой ход), во втором – по датчику верхнего уровня (перелив).

Вывод: заранее оговаривайте с поставщиком комплектной установки все нюансы её интеграции в систему АСУ ТП верхнего уровня и технологический процесс, а не рассчитывайте на программиста-наладчика, которому придётся изменять схему шкафа.

#10
Master — Slave

Если комплектная установка интегрируется в АСУ ТП верхнего уровня (а не наоборот), то в её контроллере должен быть коммуникационный процессор с режимом работы Slave, а не Master.

#11
Согласование адресов для интеграция комплектных установок в АСУ ТП

Адреса входов-выходов
Адреса в сети PROFIBUS

При пересечении адресов совместная работа этих установок в одной сети невозможна.

Для решения проблемы необходимо получить от производителей их программные проекты (исходные коды), что практически невозможно.

#12
Совместимость версий

Заранее проверяйте совместимость версий и релизов прошивок (firmware) коммуникационных модулей, GSD-файлов и среды разработки.

Варианты проблем	Варианты решений
Новейший GSD-файл не поддерживает новейшую прошивку коммуникационного модуля	Скачайте и установите старую версию firmware
Новейший GSD-файл не поддерживает новейшую версию среды разработки	1) Попросите разработчика устройства выпустить совместимую версию GSD-файла 2) Запроектируйте не новейшую среду разработки

Если не учитывать совместимость версий, то может так получиться, то интеграция будет возможна только за дополнительные деньги проектировщика, например, на покупку более новой или более старой версии среды разработки, другого коммуникационного устройства и т.п.

Автоматизация насосной станции второго подъема

Для каскадно-частотного управления повысительной насосной станцией компания ОВЕН разработала решение. Преобразователь частоты поддерживает заданное значения давления при помощи одного насоса (насоса-мастера), остальные насосы в системе запитываются напрямую от сети (прямой пуск) или через устройства плавного пуска. Каскадно-частотное управление насосной станцией – решение, позволяющее избежать закупки дорогостоящего высокомощного насоса, заменив его покупкой двух-трёх насосов меньшей мощности.

Преимущества решения

100-процентная автоматизация станции.
Большой срок эксплуатации насосного оборудования.
Частотные преобразователи для ведомых двигателей не требуются.
Поддержание давления в системе водоснабжения на заданном уровне.
Высокая надежность оборудования станции.
Экономия электроэнергии.
Диспетчеризация нескольких станций и управление из единого диспетчерского центра.
Оперативное удаленное управление через облачный сервис OwenCloud, в том числе при помощи мобильных устройств.

Данное решение для управления тремя насосами позволяет использовать один ПЧВ. Для ведомых двигателей частотные преобразователи в этом случае не приобретаются. Энергоэффективность достигается за счёт подключения необходимого количества насосов для обеспечения требуемой мощности в зависимости от разбора воды.

Схема автоматизации alt=»Схема автоматизации насосной станции второго подъема» />

Описание автоматизируемого процесса

Каскадный контроллер СУНА-122 управляет насосной станцией по сигналу от датчика давления ПД100И, размещённого на выходе насосной станции. Контроллер предоставляет возможность выбора режима работы: Ручной/Авто/Удаленный.

В режиме РУЧНОЙ включение насосов осуществляется с кнопочного поста оператора (шкафа управления) повысительной насосной станции.

В режиме АВТО включение насоса происходит при понижении давления в сети с увеличением водоразбора. В работу включается насос №1, мощность которого регулируется преобразователем частоты ПЧВ1 (постоянный мастер) в зависимости от разбора воды в системе.

При достижении максимальной мощности насоса №1 и недостатке давления в системе в работу включается второй насос №2, который может быть запитан напрямую из сети или через устройства плавного пуска УПП2 (рекомендуется). Мощность насоса № 1 по сигналу от ПЧВ1 снижается до минимума, и начинается разгон двигателя насоса № 1 до достижения заданного давления по сигналу с датчика давления ПД100И на выходе насосной станции. Подключение насоса № 3 происходит аналогично подключению насоса №2.

Если ПНС работает с минимальной производительностью (менее 5 % от проектной мощности) дольше установленного времени, а это время может быть либо предустановлено, либо задаваться пользователем, то происходит остановка насосной станции и переход системы в спящий режим.

Если прибор фиксирует сигнал о неисправности ПЧВ, то насос-мастер переходит в состояние «Авария насоса». Если основной насос-мастер неисправен или заблокирован, контроллер СУНА-122 отключает основной алгоритм «Постоянный мастер» и вводит в работу второй и третий насосы по резервному алгоритму. После восстановления работоспособности основного насоса система возвращается к работе по основному алгоритму «Постоянный мастер».

Защита от «сухого» хода осуществляется по аналоговому сигналу от датчика давления на входе насосной станции и/или дискретному сигналу от датчика «сухого» хода на входе насосной станции.

Аварийные события фиксируются в журнал СУНА-122, построенный при принципу стека и рассчитанный на 24 записи.

Диспетчеризация объектов ведется в облачном сервисе OwenCloud при помощи сетевых шлюзов.

Пример модернизации электрической схемы насосной станции с двумя насосами на схему с управлением от ПЛК

В отзывах на предыдущую статью по этой теме — Пример модернизации электрической схемы грузового подъемника с использованием программируемого контроллера (ПЛК) было пожелание сделать материал с более подробным пошаговым разбором процесса написания программы на языке CFC в CoDeSys . Так как схему из предыдущей статьи заново разбирать не очень интересно, то давайте возьмем на этот раз для примера что-нибудь другое, например, когда-то очень популярную схему насосной станции с откачивающими насосами.

Устройство и принцип работы насосной станции

Итак, имеется насосная станция дренажного типа с двумя насосами. Вода набегает в резервуар самотеком, а задача насосов откачивать ее из этого резервуара, что бы не допустить его перенаполнения. Один из насосов по схеме является основным, второй — резервным. Схемой предусмотрена возможность назначения основного и резервного насоса с помощью переключателя.

Первоначально в работу включается насос, который назначен основным, а в случае если он не справляется с откачиванием жидкости, то ему на помощь автоматически включается резервный насос. Если же оба насоса не могут откачать жидкость, то срабатывает световая и звуковая сигнализация.

Принцип действия схемы управления

Уровень жидкости контролируется датчиками уровня с 4 контактами. При подъеме жидкости в емкости контакты по очереди замыкаются, подают питание на катушку промежуточных электромагнитных реле, контакты которых включены в цепи катушек электромагнитных пускателей, управляющих электродвигателями насосов.

Схема электрическая принципиальная насосной станции с двумя откачивающими насосами:

Существует еще один вариант этой схемы с обозначениями выполненными по современным ГОСТам (1 и 5 — задвижки, 2 — клапан, 3 — нагнетающие трубопроводы, 4 — насосы, 6 — резервуар, 7 — всасывающие трубопроводы, 8 — электрод):

Пример прохождения тока по цепям по первой схеме (при первом основном насосе, а втором резервном, переключатель ПО стоит в положении 1):

1) При достижении водой уровня Э1 — ничего не происходит,

2) При достижении водой уровня Э2 — срабатывает катушка реле РУ1, замыкает свои контакты, в т.ч. включается контакт в цепи пускателя ПМ1, включается в работу двигатель Д1.

3) При достижении водой уровня Э3 — срабатывает катушка реле РУ2, при этом реле РУ1 тоже включено и двигатель Д1 работает. Реле РУ2 замыкает свои контакты, в т.ч. включается контакт в цепи пускателя ПМ2, включается в работу двигатель Д2.

4) При достижении водой уровня Э4 — срабатывает реле РА. Контакты этого реле включены в отдельную схему на независимый источник питания, например, аккумуляторную батарею (на первой схеме не показана). Там же подключен контакт реле напряжения РКН. При отсутствии напряжения или аварийном уровне жидкости срабатывает сигнальная лампа и звонок (они на первой схеме тоже не показаны).

Схема насосной станции может работать в автоматическом и ручном режимах. Выбор режима работы для каждого насоса осуществляется индивидуально с помощью переключателей ПУ1 и ПУ2. А ручном режиме включение и выключение электромагнитных пускателей и двигателей насосов выполняется с помощью кнопок КнП и КнС.

Модернизация схемы

Проведем модернизацию релейной схемы управления насосной станции. Управлением процессом откачивания жидкости после модернизации будет выполнять программируемый логический контроллер (ПЛК). В качестве ПЛК в данном случае можно использовать контроллер любого типа. В нашем случае отлично подойдет даже какое-либо недорогое программируемое реле.

Так как задача этой статьи чисто образовательная — дать первоначальные навыки составления программ для ПЛК, то использовать будем для этого очень удобный программный пакет CodeSyS 2.3 и контроллер фирмы ОВЕН. Модель контроллера требует CodeSyS при создании проекта в программе. Программу будем составлять на языке CFC.

Этот проект был связан исключительно с учебными целями. Наша задача заменить схему управления с релейной на программную, ничего не меняя в устройстве, технологии и органах управления насосной станции.

Для начала определим все необходимые входные и выходные сигналы, которые нам понадобятся в программе.

Системы управления буровыми насосами

Система управления применяется в составе мобильных и стационарных буровых установок и служит для автоматизированного управления приводами буровых насосов с заданной частой вращения, а также для управления вспомогательными электродвигателями насосной установки.

Автоматизированная системы управления блоком насосным (АСУ БН) выполняет следующие функции:

автоматический запуск (в том числе под нагрузкой) и остановка оборудования (в том числе систем смазки и орошения штоков) МН по соответствующим алгоритмам;
автоматического отключения по соответствующим алгоритмам оборудования МН в аварийных ситуациях, определение первопричины аварийной ситуации и выдач соответствующего сообщения на панель оператора;
выдачи управляющих воздействий на преобразователь частоты электропривода бурового насоса;
автоматическое поддержание заданного давления в нагнетательной линии путем изменения оборотов главного двигателя;
включения/выключения отопления и освещения модуля АСУ БН;
архивацию параметров работы модуля АСУ БН (в том числе систем смазки и орошения штоков) с возможностью отображения в функции от времени;
обводную, аварийную схему управления бурового насоса, «аварийный режим» от специального ключа.
аналитический расчет числа двойных ходов в минуту.
Самодиагностика исправности АСУ
Учет времени наработки основного оборудования и потребляемой электроэнергии.

Комплектность системы управления

Привод насоса без электродвигателя (рама, подшипниковые опоры, муфта, ведущий шкив, натяжное устройство)

Контейнер утепленный 3200х3200х12000мм с системой климат-контроля, пожарной сигнализации, освещения, с панелями разъемов

Сухой трансформатор 2500 кВА, 6/0,69/0,69 кВ

Частотно-регулируемый привод с выключателем и предохранителями

Шкаф управления буровыми насосами с аппаратурой для управления вспомогательным электрооборудованием насосов U=0,4 кВ (МСС), на базе контроллера (на выбор) с программируемым терминалом

Пульт управления бурового насоса

Выносной пульт управления на посту бурильщика (взрывозащищенный)

Комплект поверенных датчиков

Комплект кабельной продукции с герметичными разъемами быстрого соединения

Комплект эксплуатационной и разрешительной документации

Системы управления буровыми насосами могут изготавливаться для приводов буровых насосов серии УНБ-600(А), УНБТ-950, УНБТ-1180, а также насосов серии F 800 — F 1600.

Комплекс управления спроектирован и изготовлен для работы в условиях крайнего севера. Климатическое исполнение «У» категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69 (температурный диапазон от — 40°C до + 45°С) на месторождениях с содержанием сероводорода до 6%. Температура хранения – — 60 + 55°С.

Технические характеристики электропривода:

Мощность: 1000-1400 кВт
Режим работы: длительный, без перегрузок
Электродвигатель: тип – асинхронный с КЗ ротором; 1000 – 1400 кВт, 690 В, 810/2200 об/мин, номинальный ток 1080 А
Диапазон регулирования скорости двигателя: 0 — 1000 об/мин

Управление электроприводом буровых насосов может производиться:

с пульта управления насосами;
с пульта бурильщика с использованием автоматизированной микропроцессорной системы управления;
вручную с двери приводного блока из контейнера КТУ.

При разработке системы управления использован принцип модульности и взаимозаменяемости элементов системы. Восстановление работоспособности системы при отказах производится, как правило, путем замены элементов на аналогичные из комплекта ЗИП. Такой принцип построения системы позволяет повысить ее ремонтопригодность, надежность и безотказность.

голоса

Рейтинг статьи

Читайте так же:
Установка системы автоматического оповещения

Проектирование АСУ; ТП