Общестанционный уровень систем АСУТП.

АСУТП ГЭС строятся как иерархические системы и имеют общестанционный (верхний) уровень и агрегатный (нижний) уровень.

На общестанционную часть АСУТП, как правило, возлагаются следующие функции:

• информационные: сбор, регистрация и отображение аналоговой и дискретной информации о состоянии и параметрах оборудования, а также сигнализация о его неисправностях для дежурного персонала электростанции;

формирование и печать отчетной документации; плановые расчеты водно-энергетических режимов на предстоящие сутки и перспективу для ПТО электростанции;

• управляющие: автоматическое управление активной мощностью, автоматическое управление напряжением и реактивной мощностью; автоматическое управление количеством и составом гидроагрегатов; автоматическое управление оборудованием подстанций;

• вспомогательные функцииобеспечивают контроль за состоя­нием функционирования технических и программных средств системы.

На агрегатном уровне должна осуществляться предварительная обработка аналоговой и дискретной информации о состоянии агрегата и его вспомогательного оборудования, ее достоверизация и передача на верхний уровень, а также прием управляющих команд и воздействий от общестанционного уровня АСУТП.

Тема 12.2. Структура автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).

12.2.1. Иерархическая структура АСУТП (рис. 1).

Управляющие устройства АСУТП строятся на базе средств мик­ропроцессорной вычислительной техники.

Рис.1. Типичная трёхуровневая иерархическая структура

На верхнем уровне 3 АСУТП применяются персональные компьютеры, выполненные в виде АРМ-ов операторов. АРМ - автоматизированные рабочие места дежурного персонала на электростанции. АРМ-ы состоят из промышленных компьютеров и программного обеспечения для данного вида работы.

В компьютерах верхнего уровня в качестве программного обеспечения, решающего технологические задачи, часто используются системы типа SCADA.

На среднем уровне 2применяются программируемые логические контроллеры (ПЛК) задачей которых является сбор технологической информации от датчиков управляемого объекта и воздействие на него через исполнительные механизмы.

На нижнем уровне 1 находятся УСО - устройства связи с объектом, они осуществляют обмен информацией верхнего и нижнего уровней АСУТП с датчиками и исполнительными механизмами. УСО принимают от датчиков аналоговую и дискретную информацию о состоянии объектов, переводят её в цифровой код для передачи в устройства среднего и верхнего уровней. УСО также принимают управляющую информацию цифровым кодом от устройств верхнего и нижнего уровня и передают её на исполнение в виде аналогового или дискретного сигнала.

Уровень 0содержит датчики и исполнительные механизмы.

12.2.2. АРМ-ы и СЕРВЕР-ы (рис.2).

Рис.2. АРМ-ы, СЕРВЕР-ы и сети АСУТП.

АРМ-ы снабжают дежурный персонал технологической информацией и позволяют выдать управляющие воздействия на объекты ГЭС.

Сервер БД РВ (базы данных реального времени) осуществляет формирование технологической базы данных и её архивирование, связь с АРМ-ами.

Интерфейсный сервер обеспечивают обмен информацией между технологическими устройствами промышленной сети нижнего уровня и информационной сетью верхнего уровня персональных компьютеров.

Сети АСУТП служат для связи компьютеров верхнего уровня с компьютерами нижнего уровня. В качестве информационной сети используется Ethernet.

Интерфейсы.

Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств с аппаратурой передачи данных (рис.3).

Самые распространённые интерфейсы RS232, RS 485 с протоколами Modbus. RS232 это COM-порт, с тремя основными линиями: Tx (transmit, передача), Rx (recieve, получение) и GND (ground, земля). RS485 это асинхронный полудуплексный последовательный интерфейс по 2 проводам (совмещённыеTx/Rx+ и Tx/Rx-) с разностью потенциалов на каждой паре от 2 до 10 вольт.

Рис.3. Интерфейсы.

12.3.4. Структура и основные функции УВМ (рис.4).

Кон­структивно УВМ(управляющая вычислительная машина) выполняется в виде пульта управления (ПУ) и процессорного (системного) блока (ПБ). Структурная схема ЦУВМ аналогична ПК (персональному компьютеру), за исключением, в ЦУВМ(центральная УВМ) присутствуют блоки МВИ(модули ввода технологической информации) и МВУ(модули вывода информации управления технологическим объектом).

От оператора

ПБ

УВВ

ОЗУ

ПЗУВ

АЛУ

УУ

МВУ

МВИ

клавиатура

дисплей

ВЗУ

принтер

ТО

От ЦУВМ

Рис. 4. Структура УВМ в составе АСУТП.

ПУ

мышь

ПБ –процессорный блок;

ПУ –пульт управления;

УВВ -устройства ввода-вывода информации;

ВЗУ – внешнее запоминающее устройство;

ПБ– процессорный блок;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

АЛУ- арифмети­ко-логическое устройство;

УУ – устройство управления процессом работы УВМ;

МВУ - модуль вывода управляющего воздействия на объект;

МВИ – модуль ввода технологической информации от объекта;

ЦУВМ – центральная управляющая машина.

ПУ явля­ется основой рабочего места оператора, осуществляющего конт­роль работы АСУТП. Через ПУ поступает исходная информация в виде управляющих программ, считываемых от ВЗУ.

С помощью клавиатуры оператор может составлять и кор­ректировать управляющие программы и контролировать ход уп­равляемого технологического процесса.

Дисплей представ­ляет оператору визуальную информацию о ходе ТП – технологического процесса.

С помощью принтера производится распечатка отчетно-спра­вочной информации о выполнении производственных заданий.

Обмен информацией в ЦУВМ (с клавиатурой, дисплеем, принтером, ВЗУ и т.п.) осуществляется через УВВ. Ввод-вывод информации производится с использованием параллельного и последовательного интерфейсов (портов).

Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ.

Причем, для связи внутри ПБ обычно используется параллельный интерфейс, так как он многократно увеличивает скорость передачи информации. Через после­довательный интерфейс реализуется связь с отдаленными кор­респондентами, его достоинство – не нужен многожильный кабель.

Информация, поступающая в процессорный блок ПБ с пульта управления или не­посредственно от ЦУВМ и МВИ, запоминается в ОЗУ. Управляющие воздействия на объект осуществляются с помощью модуля МВУ.

В ПЗУ содержатся модули загрузки программ УВМ.

В ОЗУ хранятся технологические программы, находящиеся в работе, и те­кущая информация о ходе реализуемого технологического про­цесса, состоянии технологического оборудования.

Основным устройством, осуществляющим переработку посту­пающей информации в УВМ и выдачу управляющих сигналов, является центральный процессор(ЦП), состоящий из АЛУи УУ устройств. АЛУ осу­ществляет арифметическую и логическую обработку информации, а УУ определяет, какие арифметико-логические операции и в каком порядке должно реализовать АЛУ в соответствии с заданной программой.

Промышленные компьютеры существенно отличаются от офисных по конструктивным признакам, однако используют те же микропроцессоры и архитектуру. Основными отличиями являются следующие:

• разъемы для сменных плат устанавливаются на пассивной объединительной панели, а не на материнской плате;

• для сменных плат используются надежные штырьковые разъемы;

• для смены плат не нужно раскрывать корпус;

• используются специализированные промышленные компьютерные шины CompactPCI, AdvancedTCA, COMExpress, VME, VXI и др.;

• вместо жесткого диска может быть использована флэш-память;

• наличие сторожевого таймера;

• применение вентиляторов со сменным пылеулавливающим фильтром или отсутствие вентиляторов;

• прочная несущая конструкция с надежным креплением плат пружинящими планками с винтовыми зажимами;

• применение блоков питания повышенной надежности, с защитой от к.з. по выходу и с расширенным диапазоном сетевых напряжений (от 100 до 250 В); резервирование блоков питания;

• наличие энергонезависимой оперативной памяти (с аккумуляторным питанием), которая сохраняет данные при сбоях или исчезновении питания;

• в одном конструктиве и на одной объединительной шине может располагаться несколько компьютерных систем;

• наличие съемной флэш-памяти;

• применение, кроме Windows, операционных систем DOS, Linux и операционных систем реального времени.

Конструктивное исполнение промышленного компьютера обеспечивает защиту от пыли, влаги, вибрации, электромагнитных наводок и облегчает техническое обслуживание. Для работы в диапазоне температур от -40 до +70 ºС используется индустриальная элементная база с расширенным температурным диапазоном или, если это возможно, искусственный подогрев и принудительное охлаждение.

Монтаж промышленного компьютера может быть выполнен в стандартной 19-дюймовой стойке, на панели, на столе, на стене, на DIN-рейке и в специализированном конструктиве. Органы управления промышленным компьютером (кнопка сброса, питания и клавиатура) могут закрываться дверцей с ключом.