Барабанний котел

 

                                 Протокол Modbus

Протокол Modbus і мережа Modbus являються найбільш  розповсюдженими в світі.  Перевагою Modbus являється відсутність необхідності в спеціальних інтерфейсних контролерах, простота програмної реалізації і елегантність принципів функціонування. Основним не достатком Modbus являється мережевий обмін по типу (ведучий/ведений), що не дозволяє веденим пристроям передавати дані по мірі їх появлення і тому потребує  інтенсивного опитування  ведених пристроїв ведучими. Використовує для

передачі даних послідовні лінії зв'язку RS-485, RS-422, RS-232 та інші, а також мережі TCP / IP. Найбільш розповсюдженим для організації промислової мережі являється 2-провідний інтерфейс RS-485. Для з’єднання точка-точка можуть бути використані інтерфейси RS-422, RS-232.  

        Фізичний рівень. Modbus шина повинна складатися із одного магістрального кабелю від якого можуть бути зроблені відведення. Магістральний кабель Modbus повинен складатися з 3 провідників, два з який представляють собою виту пару, а третій з’єднує загальні виводи ( заземлення) всіх інтерфейсів RS-485 в мережі. Загальний провід і екран повинні бути заземлені в одній точці бажано біля ведучого пристрою.

При строї можуть підключатися до кабелю трьома способами:

• До магістрального кабелю;
• Через пасивний розгалужувач (трійник);
• Через активний розгалужувач;

Modbus-пристрої обов’язково повинні підтримувати швидкість обміну  9600 і 19200 бит/с. Сегмент мережі повинен підтримувати підключення до 32 пристроїв. Максимальна довжина кабелю 1км.

        Канальний рівень. При використанні послідовних ліній зв'язку в одній мережі може бути тільки одне провідне пристрій (master), яке може опитувати інші підлеглі пристрої (slave). Жодне підлегле пристрій не може самостійно запросити або передати дані іншого пристрою. Провідне пристрій (master) може запросити дані з кожного підлеглого пристрою по черзі або ініціювати одночасну передачу повідомлення на всі підлеглі пристрої. В одній мережі може бути до 247 підлеглих пристроїв (slave). Адреса з 1 по 247 являються адресами Modbus пристроїв в мережі, а з 248 по 255 зарезервовані. Ведучий пристрій не повинен мати адресу і в мережі не повинно бути 2х пристроїв з однаковими адресами. Ведучий пристрій може посилати запроси всім пристроям одночасно (широкомовний режим) або тільки одному. Для широкомовного режиму зарезервований адрес 0.

 

Рис. .Пристрої Modbus в послідовій лінії зв'язку.

 

        Прикладний рівень. Прикладний рівень ModBus заснований на запросах з допомогою кодів функцій. Код функції указує ведучому пристрою, яку операцію він повинен зробити. Стандартом ModBus передбачені три категорії кодів функції: встановлені стандартом, задаючі користувачем і зарезервовані. Коди функції являються числами в діапазоні від 0 до 127. Коди в діапазоні від 65 до 72 і від 100 до 110 відносяться до задаючих користувачем функціям в діапазоні від 128 до 255  коди зарезервовані для пересилки кодів похибок в зворотному напрямку. Код “0” не використовується.  Коди похибок використовуються  веденим пристроєм щоб з’ясувати яку дію зробити для їх обробки.  Якщо ведений пристрій нормально виконав прийняту від ведучого функцію, то в відповіді поле “код функції” містить таку саму інформацію, що і в запросі. В противному випадку ведений видає код похибки. В випадку похибки код функції в відповіді дорівнює коду функції в запросі, збільшеному на 128.

 Інтерфейс RS-232

 

        RS-232 — стандарт інтерфейсу обміну даними між пристроєм передачі інформації (модемом) і комп'ютером шляхом послідовної передачі даних (асинхронний зв'язок), знаходить використання у послідовних портах комп'ютерів та інших пристроїв.

        Офіційна назва «Інтерфейс між  кінцевим обладнанням обробки  інформації і кінцевим обладнанням  каналу передачі даних, що використовує  послідовний обмін двійковими  даними» (Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange). Стандарт визначає тип конектора, призначення його контактів і напруги, що використовуються для з'єднання двох пристроїв таким чином, щоб вони могли посилати дані один одному. Одним із цих пристроїв може бути послідовний порт COM1 комп'ютера (кінцеве обладнання обробки інформації — data terminal equipment), а іншим кінцеве обладнання каналу передачі даних (data circuit-terminating equipment), апаратура передачі даних (наприклад модем).

         Цей стандарт з'єднання устаткування  був розроблений в 1969 році рядом  великих промислових корпорацій  і опублікований Асоціацією електронної  промисловості США (Electronic Industries Association — EIA). Міжнародний союз електрозв'язку ITU-T використовує аналогічні рекомендації під назвою V.24 й V.28. В СРСР подібний стандарт описаний у ДЕРЖСТАНДАРТ 18145-81.

        Стандарт не визначає швидкості передачі. Загальноприйнята швидкість передачі для RS-232 — 9600 біт/сек на відстань до 15 м. Сучасні пристрої підтримують швидкість 115 кбіт/сек та більше. Існує в 8-, 9-, 25- і 31-контактних варіантах роз'ємів. У даний момент найчастіше використаються 9-контактні роз'єми.

        У загальному випадку описує чотири інтерфейсні функції:

1. визначення керуючих сигналів через інтерфейс;
2. визначення формату даних користувача, переданих через інтерфейс;
3. передачу тактових сигналів для синхронізації потоку даних;
4. формування електричних характеристик інтерфейсу.

 

 

 

 

 

 

2. Виконавча апаратура

 

        Для оптимальної роботи методичної печі в рамках даного проекту передбачена децентралізована система управління – система забезпечує ручний (місцевий і з операторського приміщення) та автоматичний режими управління технологічним процесом.

        Виконавча апаратура представлена двома дискретними, а також двома аналоговими механізмами. До дискретних слід віднести пускачі прямого пуску Schneider Electric LE1D655P7 (поз. 6 і 7 за функціональною схемою автоматизації), до аналогових – електроприводи поворотних заслінок Belimo CM24-SR-L та Belimo SMQ24A-SR (поз. 4 і 5 за функціональною схемою автоматизації). Призначення пускачів прямого пуску полягає в реалізації оптимального згорання палива, а саме при відхиленнях в меншу сторону витрати повітря або коксо-домінної суміші, які подаються на пальники, від оптимальних значень, контролер Овен ПЛК150 за допомогою цих пускачів виконує пуск допоміжних насосів для встановлення цих параметрів в необхідні межі. Насосне обладнання, його підключення, монтаж,  обслуговування, та ін., не розглядаються у цьому проекті зважаючи на те, що подібними питаннями займаються спеціалісти інших спрямувань.

        Призначення аналогових виконавчих  механізмів полягає у зміні  положення поворотних засувок  на повітро- та газопроводі  за командою від контролера Овен ПЛК150.  

 

3. Технологічний контроль

 

 

        Для оптимальної роботи методичної  печі передбачено обладнання  необхідною кількістю контрольно-вимірювальних  приладів. Відхилення вимірюваних  величин від заданих значень  свідчать про порушення встановлених режимів роботи ТОУ.

       Організація технологічного контролю  і вибір приладів виконано  у відповідності з такими міркуваннями:

• Параметри, спостереження за якими необхідне для правильного ведення технологічного процесу, відображаються на щиті управління а також у відповідних розділах HMI/SCADA-системи на ПК оператора;
• Параметри, що потребують періодичного спостереження або спостереження за котрими необхідно під час передпускових операцій, контролюються приладами, встановленими в місцях виміру;
• Виміри, необхідні для аналізу роботи обладнання, реєструються в кеш-пам’яті контролера Овен ПЛК150 та в відповідних розділах НМІ/SCADA-системи.

        Для забезпечення оптимального  функціонування зварювальної зони  в методичній печі проводиться  контроль таких параметрів:

• Витрата коксо-домінної суміші, що подається на пальники (1 точка)

Використовується  витратомір серії Rosemount 8700 (поз. 3-1) у складі сенсора Rosemount 8707 та індикатора-перетворювача Rosemount 8712H;

• Витрата повітря, що подається на пальники (1 точка)

Використовується  витратомір серії Rosemount 8700 (поз. 2-1) у складі сенсора Rosemount 8707 та індикатора-перетворювача Rosemount 8712H;

• Температура відтічних димових газів у зварювальній зоні печі (1точка)

Використовується  платінородій-платінова термопара Метран ТПП 211-13 (поз. 1-1);

• Наявність тиску повітря в повітропроводі на необхідному рівні

(2,4 МПа) (1 точка)

Використовується  нормально замкнене реле тиску РД-2 (поз.5-1).

• Наявність тиску коксо-домінної суміші в газопроводі на необхідному рівні (0,7 МПа) (1 точка)

Використовується  нормально замкнене реле тиску РД-2 (поз.4-1).

 

        У проекті застосовуються по  можливості однотипні прилади,  що полегшує обслуговування, експлуатацію, ремонт і компонування на щиті, а також зменшує загальні витрати

 

 

4. Рішення з контролерної автоматизації

 

 

В даному проекті був  вибраний контролер ПЛК150 фірми ОВЕН. Контролер призначений для вимірювання фізичних величин значення, яких первинними перетворювачами (датчиками) може бути перетворено в  напругу постійного струму, уніфікований елетричний сигнал постійного струму, або активний опір.

- Вимірювання аналогових сигналів струму або напруги; 
- Вимірювання дискретних вхідних сигналів; 
- Управління дискретними (релейними) виходами; 
- Управління аналоговими виходами; 
- Прийом і передачу даних по інтерфейсах RS -485, RS -232, Ethernet; 
- Виконання користувальницької програми з аналізу результатів вимірювання дискретних та аналогових входів.

- Управління дискретними входами і виходами, передачі і прийому даних по інтерфейсах RS -485, RS -232, Ethernet.        Ресурси, технічні характеристики та особливості програмування Овен ПЛК150 наведені в таблицях 6 – 12 [6].

                                                                      Таблиця 6. Ресурси Овен ПЛК150

Центральний процесор	32-розрядний RISC-процесор 200МГц на базі ядра ARM9
Об’єм оперативної пам’яті	8 Мбайт
Об’єм енергонезалежної пам’яті зберігання ядра Codesys, програм і архівів.	4 Мбайт
Розмір Retain-пам’яті	4 Кбайт
Час виконання цикла ПЛК	Мінімально 250 мкс, типове від 1мс

 

                                                        Таблиця 7. Дискретні входи Овен ПЛК150

 

Кількість дискретних входів	6
Гальванічна ізоляція дискретних входів	є, групова
Електрична міцність ізоляції  дискретних входів	1,5 кВ
Максимальна частота сигналу, що подається  на дискретний вхід	1 кГц при програмної обробці  10 кГц при застосуванні апаратного лічильника  і обробника енкодера

 

 

 

 

 

                                                      Таблиця 8. Дискретні виходи Овен ПЛК150

Кількість дискретних виходів	4 е / м реле
Характеристики дискретних виходів	Ток комутації до 2 А при напрузі не  більше 220 В 50 Гц і cos φ> 0,4
Гальванічна ізоляція дискретних виходів	є, індивідуальна
Електрична міцність ізоляції  дискретних виходів	1,5 кВ

 

                                                          Таблиця 9. Аналогові входи Овен ПЛК150

Кількість аналогових входів	4
Типи підтримуваних уніфікованих  вхідних сигналів	Напруга 0 … 1 В, 0 … 10 В, -50 … +50 мВ  Ток 0 … 5 мА, 0 (4) … 20 мА  Опір 0 … 5 кОм  Типи підтримуваних датчиків нтерфейс :  ТСМ50М, ТСП50П, ТСМ100М, ТСП100П,  ТСН100Н, ТСМ500М, ТСП500П, ТСН500Н,  ТСП1000П, ТСН1000Н  термопари:  ТХК (L), ТЖК (J), ТНН (N), ТХА (K), ТПП (S),  ТПП (R), ТПР (В), ТВР (А +1), ТВР (А +2)
Розрядність вбудованого АЦП	16 біт
Внутрішній опір аналогового  входу:  в режимі вимірювання струму  в режимі вимірювання напруги 0 … 10 В	50 Ом Близько 10 кОм
Час опитування одного аналогового входу	1,5 с
Межа основної зведеної похибки  вимірювання аналоговими входами	± 0,5%
Гальванічна ізоляція аналогових входів	відсутня

 

                                                   Таблиця 10. Аналогові виходи Овен ПЛК150

Кількість аналогових виходів	2
Розрядність ЦАП	10 біт
Гальванічна ізоляція аналогових  виходів	групова
Електрична міцність ізоляції  аналогових виходів	1,5 кВ

 

                                                 Таблиця 11. Інтерфейси зв’язку Овен ПЛК150

Інтерфейси      Швидкість обміну по інтерфейсах RS	Ethernet 100 Base – T  RS -232  RS -485 від 4800 до 115200 bps
протоколи ОВЕН	ModBus  RTU, ModBus  ASCII  DCON  ModBus  TCP  GateWay (протокол CoDeSys)