Схемы возможного импортозамещения контроллеров в системах АСУ ТП компрессорных станций газопроводов (стр. 3 )

Таблица №6

Наименовании ПТК	Фирма – разработчик	Отрасли использования
Промысел 1	Адвантек	Газодобыча и газопереработка
Деконт	ДЭП	Электроэнергетика, водоподготовка, теплоэнергетика
Саргон	НВТ - Автоматика	Энергетика
Маг	ПЛК-С	-
Базис	Зкоресурс	Химия
Квинт	НИИТеплопрнбор	Теплоэнергетика
Сталкер - МК	Системотехника	Энергоблоки и энергостанции
КРУГ 2000	КРУГ	Теплоэнергетика, Нефтe - газопереработка, газодобыча и др.
АСУ нефтепереработки	Эмикон	Нефтепереработка
Торнадо - МРСх	Торнадо	Энергетика и др. отрясли
Freelanc	АБК	Нефтепереработка, металлургия, энергетика
ТЕКОН	ТЕКОН	Энергетика
РСУ	Вира Реалтаим	Газо - и нефтепроводный транспорт
МСКУМ	Импульс	Энергетика, электросети, нефтегазовая отрасль
Нептун	Черноголовка	Электроэнергетика
Каскад	Химпром (г. Чебоксары)	Химическая промышленность

Наиболее известные отечественные контроллеры, имеющие внедрение на сложных объектах автоматизации, следующие:

Программируемый контроллер (ПК) «СОНЕТ» производства Экспериментального завода научного приборостроения (ЭЗАН) в г. Черноголовка Московской области.

Контроллеры данного типа предназначены для построения распределенных систем сбора данных и управления на основе интерфейсов RS-485 и PROFIBUS. Могут также использоваться как автономные и имеют возможность подключения дисплея и функциональной клавиатуры.

Контроллер состоит из четырех типов модульных компонентов: блок питания, процессор, модули ввода/вывода и объединяющая магистраль.

Процессорные модули выполнены в следующих основных исполнениях:

·  на базе RISС микроконтроллера для распределенных систем сбора и обработки информации с интерфейсом PROFIBUS или RS-485

·  на базе IBM PC совместимого микроконтроллера 80186 для использования как в локальных системах автоматизации, так и в распределенных на основе интерфейса RS-485

Имеются следующие модули ввода/вывода:

·  16-ти канальные модули дискретного ввода с гальванической развязкой (220В и 24В);

·  14-ти канальные модули дискретного вывода с релейным выходом (220В/2А и 24В/3А);

·  16-ти канальные модули дискретного вывода с транзисторным выходом и гальванической развязкой (30В/0,5А);

·  8-ми канальные модули аналогового ввода тока 0-20 мА или напряжения 0-10В.

Контроллеры могут работать как под управлением пользовательского программного обеспечения верхнего уровня, так и под управлением наиболее популярных SCADA пакетов: TRACE MODE, FIX и т. д.

Открытая архитектура контроллера дает возможность пользователю самостоятельно писать программное обеспечение низкого уровня для встроенного микроконтроллера, что расширяет область применения контроллеров серии «СОНЕТ».

Другим известным продуктом ЭЗАН являются ПК серии 98, выполненные на базе открытых международных магистрально-модульных стандартов VME и АТ96.

ПК VME используется для создания высокопроизводительных быстродействующих комплексов с возможностью построения многопроцессорных конфигураций с распределением задач между процессорами в рамках одного контроллера.

VME представляет собой крейт 9800, укомплектованный процессорными модулями и модулями УСО с интерфейсом VME-bus.

ПК АТ98 представляет собой: крейт 9810, каркас3V, плата объединительная АТ98 (max – 14 поз) и источник питания.

Максимальное количество обслуживаемых каналов:

·  дискретных – 416;

·  аналоговых дифференциальных – 208;

·  аналоговых однополюсных – 418.

ПК комплектуются IBM-совместимыми процессорными устройствами индустриального исполнения - 586, Pentium.

Конфигурация процессорных устройств определяется на стадии проектирования в зависимости от задач, возложенных на контроллер

Модуль дискретного ввода/вывода VME 9801 имеет следующие характеристики:

·  16 дискретных каналов ввода с гальванической изоляцией;

·  16 дискретных каналов вывода с гальванической изоляцией;

·  диапазон входных сигналов – 0 + 35 В.;

·  ток входа 5 мА при напряжении 24В.;

·  ток выхода 0,5А. Встроенная защита выходного ключа от короткого замыкания и перегрева.

Модуль ввода аналоговых сигналов VME 9871. Универсальный мод – 5 мА, +10 В 16 каналов

Модуль вывода аналоговых сигналов VME 9803

·  8 независимых однополюсных выходных каналов

·  диапазоны выходных каналов:

- от 0 до +10 В - погрешность 0,05%

- от - 10 до + 10 В - погрешность 0,05%

- 0 – 20 мА, 4 – 20 мА, 0 – 5 мА - погрешность 0,1%

Известная в мире автоматизации российская фирма “ТЕКОН” (ТЕхнологические КОНтроллеры, образована в 1991 г.) выпускает на рынок ряд контроллеров:

Многофункциональный контроллер МФК, РС-совместимый, предназначен для реализаций функций контроля, программно-логического управления, многоконтурного регулирования, выполнения сложных алгоритмов управления.

Контроллер интегрируется в промышленные локальные сети уровней LAN и Fieldbus.

·  Информационная мощность:

-  процессор 5х86 – 133 Мгц;

-  дискретные входы – до 768;

-  дискретные выходы - до 640;

-  аналоговые входы – до 256;

-  аналоговые выходы – до 128.

·  Рабочий диапазон температур +5С - +50С,

·  Не требует принудительного охлаждения;

·  Возможность резервирования (дублирования).

Сертификат соответствия Госстандарта России № РОСС RU. ME37.B00037.

Модули УСО (ввода-вывода):

А-16 - мод каналов ввода ( диапазоны: 0 – 10В,0 – 5 мА, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА) и 2 канала вывода ( диапазоны: 0 – 10В, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА). Все каналы имеют индивидуальную гальваническую развязку,

Ам08 – мод каналов вывода ( диапазоны 0 – 20 мА, 4 – 20 мА),

D48 – мод каналов с групповой гальванической развязкой.

Имеют 4 исполнения в зависимости от диапазона входного сигнала 220В, 5В, 12В, 24В.

D40 – модуль вывода дискретных сигналов.

Имеет 2 исполнения выходных элементов: герконовые реле и оптореле с выходными полевыми ключами.

L16 – модуль ввода аналоговых сигналов низкого уровня. Может принимать сигналы напряжения, термопар и термометров сопротивления.

Т12 - мод каналов для подключения сигналов тензодатчиков.

Для системного ПО существует технологическая среда разработки на языке Си ТЕХОН СХ.

Технологический контроллер моноблочный ТКМ52.

Предназначен для реализации функций контроля, регулирования, противоаварийных защит и блокировок.

Информационная мощность:

-  дискретные входы до 190;

-  дискретные выходы до 160;

-  аналоговые входы до 64;

-  аналоговые выходы до 32.

Развитые интерфейсы, включая сеть Internet для работы в составе распределенных иерархических АСУ ТП.

Применение: теплоэнергетика, нефтепереработка и химия, пищевая промышленность.

Известный отечественный производитель программных контроллеров компания ДЭП (Дизайн, Электроника, Программирование) основана в 1993 г.

Основной продукцией является многофункциональный комплекс «ДЕКОНТ», применяемый как база для создания распределенных АСУ ТП в нефте - и газоснабжении, химической и горнодобывающей промышленности.

В состав комплекса входят:

-  программируемый контроллер Decont-182;

-  модули ввода – вывода;

-  сменные интерфейсные платы;

-  пульт оператора;

-  ПО для контроллеров;

-  ПО верхнего уровня.

Контроллер Decont-182 обслуживает взаимодействие с модулями ввода – вывода, ведет алгоритмы, архивы, поддерживает связь с другими контроллерами и консолью.

Технические характеристики контроллера Decont – 182:

-  базовый процессор – ZILOG 80МГц);

-  вспомогательный процессор PIC16С73А;

-  энергонезависимое ОЗУ – 512 Кбайт;

-  ПЗУ – 512 Кб;

-  количество портов последовательной связи – 4;

-  диапазон рабочих температур –40…70С.

Основные модули ввода – вывода ПТК «Деконт»:

DIN-16 – 16 дискретных каналов с групповой изоляцией до 1000В; цена. 158 USD.

DOVT64TBO - 64 дискретных канала. Коммутируемое напряжение до 80В, ток до 120мА; цена 180 USD.

AIN16 –P10(20) – 16 аналоговых каналов.

Аналоговый ввод ( - 10В…+10В, -20…+20мА). Точность 0,1%. Цена 180 USD.

AIN16 –120 – 16 универсальных каналов.

Аналоговый ввод (0…20 мА) (4…20 мА), дискретный ввод 24В, дискретный вывод (транзисторный ключ) 24В, 29мА. Цена 210 USD.

Время наработки на отказ каждого устройства часов.

Гарантийный срок – 3 года.

Крупнейшим производителем контроллеров в России является электроники и механики» в г. Чебоксары, Последнее достижение – контроллер «КРОСС» для распределенных открытых систем. Этот контроллер является развитием широко известных контроллеров серии Р-130 и КОНТРАСТ (РК 131/300, КР 300) и соответствует международным стандартам:

-  процессор контроллера – MOTOROLA MC68360, являющийся основой для западных промышленных средств автоматизации;

-  интеллектуальные модули ввода-вывода;

-  промышленные сети ( Profibus DP/DA. Internet, CAN);

-  технологические и процедурные языки программирования по стандарту МЭК61131-3

-  операционные системы РВ (ОS-9);

-  SCADA – системы (InTouch, Trace Mate и др.).

Наработка на отказ составляет более часов и может быть увеличена резервированием различных составных частей.

Диапазон температур – от – 40С до +85С.

Гарантия – 2 года, сопровождение – 10 лет.

Еще один пример - контроллер фирмы «ЭЛНА» ЭЛПК-2

Общие сведения.

ЭЛПК-2 предназначен для создания автоматизированных систем управления широкого профиля: от простейших измерительных и управляющих контроллеров до иерархических распределенных систем АСУ ТП.

Модульный принцип построения контроллера позволяет создавать АСУ ТП конкретных объектов быстро и с минимальными затратами, а также по мере необходимости наращивать объем и мощность системы.

Высокая надежность контроллера обеспечена элементной базой индустриального применения ведущих фирм мира, использованием SMD-технологии при изготовлении плат и встроенными средствами самоконтроля. |

Архитектура контроллера.

В контроллере осуществлено 3 уровня управления: нижний, средний и верхний.

Нижний уровень реализован на однокристальном 8 битном микропроцессоре с RISC архитектурой, обеспечивает управление модулем УСО и отвечает за сбор данных с объекта с одновременной полномасштабной диагностикой работоспособности модуля УСО; а также предоставляет возможность самостоятельного выполнения отдельных задач управления и регулирования.

Средний уровень реализован на 8 битном процессоре, совместимом по командам с 8051. На него возложены задачи Ж по вводу данных в верхний уровень с модулей УСО и вывода данных управления в модули УСО с предварительной обработкой информации и обработкой диагностики нижнего уровня.

Средний уровень является самодостаточным для решения большого круга задач по автоматизации объектов, так как включает в себя возможности логической обработки данных.

Верхний уровень реализован на кристалле высокой степени интеграции, так называемой «SOC» (Sistem on chip), совместимой с РС486, и, по сути, является центральным процессором контроллера (ЦП). ЦП решает задачи связанные со сложной обработкой данных, а также коммуникационные задачи.

Связь между уровнями реализована на технологии перепрограммируемых (без демонтажа) логических схем высокой степени интеграции. Такая технология позволяет повысить надежность как при изготовлении, так и при эксплуатации контроллера.

Функциональные возможности.

Основная функция ЭЛПК-2 заключается в непосредственном управлении технологическим оборудованием: сбор сигналов аналоговых и дискретных датчиков, обработка собранной информации по заданным алгоритмам, выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы, обеспечение обмена управляющей и технологической информацией между контроллером и пультом оператора или с центральным диспетчерским пультом.

В состав контроллера входят интеллектуальные модули УСО, управление каждым из которых осуществляет их собственный микропроцессор. Такое решение позволяет создавать на базе универсального модуля УСО целый ряд функциональных узлов: АЦП, ЦАП, частотомеров, узлов дискретных входов/выходов и т. п. Кроме того, наличие собственного микропроцессора позволяет при использовании пары дискретных модулей ввода и вывода реализовывать функцию интеллектуального мультиплексирования входных данных. Все модули УСО имеют гальваническую развязку входных/выходных сигналов (2500В).

Операционная система контроллера позволяет загружать пользовательские программы, создаваемые на технологическом языке высокого уровня.

Встроенные интерфейсы ЭЛПК-2 позволяют объединять контроллеры в локальную промышленную сеть ETHERNET.

Технические данные.

Центральный процессор: Процессор ввода вывода:

ALAN 400 (совместимый с РС486) DS5002FP( совместимый с 8051);

8 мбайт ОЗУ,2 мбайта флэш диск, ДОС 6.22, Память программ 64 кбайт,

RSканала, часы реального времени, память данных 64 кбайт; два

2-х направленный параллельный порт, гальванически изолированных

порт ETHERNET, видеоконтроллер канала

RS-232, часы реального времени.

Дискретные входы: Дискретные выходы с защитой:

=24В / I = Зmа до 256 каналов =40В / I = 2а до 256 каналов,

(с мултиплексированием - до 740). =220В / I = 0,7а до 128 каналов.

= и ~ от 5В до 20В/1 = Зmа - до 128 каналов ~220В / I = 2а до 128 каналов.

Аналоговые входы: Аналоговые выходы:

Разрешение 16 разрядов, Разрешение 16 разрядов:

точность преобразования ±0,05% I = О..5та до 128 каналов.

I = О..20mа до 128 каналов. I = 4..20та до 128 каналов.

V = 0..±10B до 128 каналов V = 0..+ 5В до 1 28 каналов.

Общие характеристики.

Питание.

Питание контроллера осуществляется постоянным напряжением 12В или 24В.

Возможно подключение резервного питания напряжением 12В или 24В.

Потребляемая мощность не более 15Вт.

Условия эксплуатации.

Диапазон рабочих температур: от -20°С до +60°С

Относительная влажность воздуха от 40% до 95% при Т=30°С

Вибрации частотой до 25Гц амплитудой < 0.1мм.

Конструктивное исполнение

Конструкция контроллера позволяет встраивать его в монтажные боксы или шкафы. Имеются три модификации ЭЛПК-2: на 4, 8 и 16 модулей УСО.

Габаритные размеры:

ЭЛПК-x130x90 мм (макс, кол-во входов: дискр.с мудьтипликсированием)) или аналоговых 32

ЭЛ ПК-x130x90 мм (макс, кол-во входов: дискр. с мульт.)) или аналог. 64

ЭЛПК-2x260x90 мм. (макс. кол-во входов: дискр. с мульт.)) или аналог. 128

Наиболее показательным является опыт импортозамещения контроллеров в распределенных САУ нефтеперекачивающих станций (НПС) в системе .

Функциональные задачи САУ НПС очень близки к задачам АСУ ТП газокомпрессорных станций:

·  управление технологическим оборудованием (магистральные и подпорные насосные агрегаты, станционные задвижки, системы вентиляции и т. д.);

·  регулирование давления на входе/выходе НПС;

·  управление и контроль вспомогательных систем и вспомогательных сооружений;

·  контроль и сигнализация пожара, автоматическое пожаротушение;

·  отображение информации и документирование;

·  прием и передача информации в систему телемеханики.

Некоторые российские фирмы уже имеют опыт в области проектирования, изготовления и наладки распределенных САУ нефтеперекачивающих станций (НПС).

Рассмотрим состав, функции, структуру и функционирование типовой системы автоматизации на базе отечественных микропроцессорных контроллеров с открытой внутренней архитектурой (на примере с производимыми им отечественными контроллерами) с точки зрения совпадения задач и «адаптации» к требованиям АСУ ТП газоперекачивающих станций.

Ниже приведена концепция построения распределенных систем автоматизации нефтеперекачивающих станций на базе центральных контроллеров с открытой внутренней архитектурой и контроллеров ввода/вывода на базе модулей ЭМИКОН сер. DCS-2000.

Микропроцессорные системы автоматизации нефтеперекачивающих станций (СА НПС) предназначены для управления технологическим оборудованием (магистральные и подпорные агрегаты, задвижки, системы вентиляции и т. д.), а также для обеспечения различных защит при отклонении параметров ТП или режима работы технологического оборудования от нормы (например, загазованность, повышение вибрации подшипников и т. п.)

СА НПС выполняет следующие функции:

·  анализ режимов технологического оборудования;

·  контроль технологических параметров, режимов перекачки, готовности магистральных и подпорных насосных агрегатов к запуску;

·  обработка предельных значений параметров по агрегату;

·  управление (открытие, закрытие, стоп) и контроль станционных и агрегатных задвижек;

·  управление (программный и кнопочный пуск, программное и кнопочное отключение) и контроль магистральных и подпорных насосных агрегатов;

·  задание установок регулирования;

·  регулирование давления на входе/выходе НПС;

·  управление вспомогательными системами;

·  управление (пуск, отключение) и контроль агрегатов вспомогательной системы и вспомогательных сооружений;

·  контроль исправности РП-2 (напряжения на вводах 6 кВ);

·  контроль и сигнализация пожара;

·  автоматическое пожаротушение;

·  обработка измерений и контроль достоверности измеряемых параметров;

·  отображение информации и документирование, формирование кадров отображения ТП, табличных форм представления информации, форм печати оперативных сообщений, архивных данных, отчетных документов;

·  прием и передача сигналов в систему телемеханики.

Состав системы.

Нижний уровень включает датчики и вторичные преобразователи, а также показывающие приборы и органы управления, устанавливаемые на приборных щитах и отдельно по месту.

Средний уровень обеспечивает сбор информации от датчиков и вторичных преобразователей, ее передачу в центральный контроллер верхнего уровня, а также получение выходной информации от центрального контроллера и формирование управляющих воздействий на ИМ СА НПС. В качестве устройств среднего уровня используются контроллеры ввода/вывода на базе микропроцессорных модулей ЭМИКОН семейства DCS-2000, имеющих в своем составе встроенные барьеры искрозащиты и блоки питания первичных датчиков.

Семейство модулей DCS-2000 предназначено для использования в рассредоточенных системах автоматизации общего назначения, а также для автоматизации объектов, находящихся во взрывоопасных зонах.

Отличительной особенностью модулей DCS-2000 является наличие встроенных барьеров искробезопасности, а также искрозащищенных блоков питания. Это позволяет подключать непосредственно к модулям такие устройства, как датчики давления, термосопротивления, пассивные дискретные датчики (например, реле давления, напора, датчики уровня и

ДР)

В связи с тем, что в контроллере не требуется использование дополнительных устройств в виде внешних барьеров и источников питания, схема подключения датчиков существенно упрощается и фактически может быть представлена в виде таблицы сигналов.

Все МСО семейства DCS-2000 имеют гальванически развязанный интерфейс RS-485 (протокол ModbusRTU), скорость передачи до 115,2 Кбит/с.

В составе DCS-2000 имеется модуль CPU-11, который имеет ОС-188 (на базе RMX 86) и тестовый язык программирования CONT.

Связь между модулем центрального процессора и модулями связи с объектом (МСО) контроллера ввода/вывода осуществляется по последовательному интерфейсу (RS-485, протокол ModbusRTU, скорость передачи до 115,2 Кбит/с). К одному модулю центрального процессора может быть подключено до 64 МСО.

Связь между контроллерами ввода/вывода среднего уровня и центральным контроллером верхнего уровня осуществляется по резервированному последовательному интерфейсу (RS-485, протокол ModbusRTU, скорость передачи до 921,6 Кбит/с).

Модуль центрального процессора, а также источники питания контроллера ввода/вывода, как правило, выполняются по схеме с "горячим" резервированием, что существенно увеличивает надежность контроллера и всей системы в целом.

МСО, совмещенные с объектовыми клеммниками, образуют блоки информационные (БИ), предназначенные только для сбора информации и блоки информационно-управляющие (БИУ), предназначенные как для сбора информации, так и для формирования управляющих воздействий. БИ и БИУ могут располагаться как в одном электрошкафу с модулем центрального процессора контроллера ввода/вывода, так и в других электрошкафах и даже в других помещениях.

Максимальное удаление МСО от модуля центрального процессора - до 5 км. Использование малоканальных МСО (4... 8 каналов в одном модуле) позволяет существенно облегчить обслуживание системы, осуществлять поиск и замену неисправных модулей (в режиме "горячей" замены - hot swap) без остановки НПС.

Верхний уровень обеспечивает:

·  логическую обработку входной информации, поступающей от среднего уровня, в соответствии с заданным алгоритмом управления;

·  формирование управляющих команд для контроллеров ввода/вывода;

·  мониторинг ТП на PC-совместимых станциях оператора;

·  архивацию событий, поступающих с объекта и действий оператора.

При разработке микропроцессорной СА НПС основным критерием являлся выбор центрального контроллера с открытой внутренней архитектурой. Для таких типов контроллеров характерно: удобство программирования, наличие большого количества средств разработки прикладных программ от различных производителей и производителей аппаратных средств, которые полностью конструктивно и функционально совместимы друг с другом.

Аппаратно верхний уровень был реализован на базе PC-совместимого контроллера, включенного по схеме с "горячим" резервированием. В составе центрального контроллера, кроме модуля центрального процессора, были установлены сетевые модули, поддерживающие интерфейс RS-485, протокол ModbusRTU, скорость передачи до 921,6 Кбит/с, а также интерфейс Ethernet (протокол Modbus); тип ОС - QNX. Система программирования контроллера - ISaGRAF.

Центральный контроллер, как правило, располагается в операторной магистральных насосных агрегатов (МНА). Там же располагается одна или две операторские станции, подключенные к центральному контроллеру по интерфейсу Ethernet (протокол Modbus). В случае, когда одна из операторских станций располагается в местном ДП (МДП), связь между этой станцией и центральным контроллером осуществляется по интерфейсу RS-485. Двухканальные сетевые модули с интерфейсом RS-485 поддерживают две или более зарезервированные полевые шины.

К первой полевой шине (протокол Modbus) подключены контроллеры ввода/вывода, расположенные в операторной МНА.

Ко второй полевой шине подключены контроллеры ввода/вывода, расположенные в других помещениях, например, в операторной подпорной насосной станции (ПНС). При большом территориальном разбросе СА НПС могут быть организованы дополнительные полевые шины.

Данная конфигурация обеспечивает высокую надежность и живучесть всей системы автоматики НПС и существенно упрощает поиск и устранение неисправностей.

На базе модулей DCS-2000 были разработаны и сданы в промышленную эксплуатацию более 10 систем автоматизации НПС на трубопроводах АК "Транснефть".

Приведенная структурная схема СА в полной мере была использована и при автоматизации ПС на нефтепродуктопроводах.

Для сравнения с зарубежными аналогами приведем краткие характеристики модулей серии DCS-2000

Семейство модулей DCS-2000 содержит: CPU-11 - модуль центрального процессора; С1-01 - модуль преобразования интерфейсов; А1-11 - модуль аналогового ввода (сопряжения с термосопротивлениями); А1-12 - модуль аналогового ввода (токовые сигналы 4...20 или 0..,5 мА); CTF-11 - модуль сопряжения с тензодатчиками; D1-11 - модуль дискретного ввода; DIO -11 - модуль дискретного ввода/вывода; АО-11 - модуль аналогового вывода (токовые сигналы 0...20 мА).

Все модули ввода аналоговых и дискретных сигналов имеют входные цепи искрозащищенного исполнения (Exib11c). Модули выполнены в виде многослойных печатных плат размером 77x85 мм, установленных в пластмассовых корпусах с габаритными размерами 114x102x25 мм. Масса - не более 0,15 кг. Модули имеют элементы крепления на стандартный DIN-рельстипа DIN3 (TS35/F6) или DIN (TS32/F6). Питание осуществляется от стабилизированного источника напряжением 24 В.