RU75482U1 - AUTOMATED CONTROL AND REGULATION SYSTEM FOR TECHNOLOGICAL PARAMETERS - Google Patents

Abstract

Автоматизированная система управления и регулирования технологическими параметрами имеет широкие возможности применения как для управления технологическими процессами различных промышленных предприятий, так и для проектирования автоматизированных систем управления любой сложности проектными организациями. Технический результат - универсальность использования АСУ для измерения и регулировки различных технологических параметров достигается тем, что автоматизированная система управления технологическими параметрами, содержащая приемно-передающую аппаратуру, микропроцессорный контроллер, модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, и источник питания, дополнительно к модулям ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов содержит модули сопряжения электрических сигналов, включающие блоки дополнительных реле для дискретных сигналов и нормирующие преобразователи для аналоговых сигналов. К тому же в автоматизированной системе управления между пунктами управления и рабочими станциями, проложены оптические и беспроводные каналы связи Profinet. 1 н.з.п. ф-лы, 4 илл.The automated control and regulation system for technological parameters has wide application possibilities both for controlling technological processes of various industrial enterprises and for designing automated control systems of any complexity by design organizations. The technical result - the versatility of the use of ACS for measuring and adjusting various technological parameters is achieved by the fact that an automated control system of technological parameters, containing transmitting and receiving equipment, a microprocessor controller, input-output modules of discrete and analog signals, and a power source, in addition to input modules output of discrete and analog signals contains modules for interfacing electrical signals, including blocks of additional relays for discrete persecuted the normalizing converters for analogue signals. In addition, in an automated control system between control centers and workstations, optical and wireless Profinet communication channels have been laid. 1 n.a.s. f-ly, 4 ill.

Description

Автоматизированная система управления и регулирования технологических параметров относится к области техники регулирования и управления и может быть использована как для управления технологическими процессами различных промышленных предприятий, так и для проектирования автоматизированных систем управления любой сложности проектными организациями.An automated control and regulation system for technological parameters belongs to the field of regulation and control technology and can be used both for controlling technological processes of various industrial enterprises and for designing automated control systems of any complexity by design organizations.

Известны устройства для измерения параметров, характеризующих работу различного оборудования в химической, нефтедобывающей, горно-обогатительной промышленности, теплоэнергетике, в системах учета электроэнергии, водоснабжении, газоснабжения и т.д. Например, по патентам РФ №2106679, МПК G05B 23/02;Known devices for measuring parameters characterizing the operation of various equipment in the chemical, oil, mining and processing industries, power engineering, in metering systems for electricity, water, gas, etc. For example, according to RF patents No. 2106679, IPC G05B 23/02;

№2263208, Е21 В47/00; №2159457, МПК G05B 23/02; №2304740, МПК F17D 5/00/ Известные аналоги предназначены для конкретного измерения параметров или текучей среды, или газообразной, или температурных режимов. Заявителю не известны системы универсального характера, которые в зависимости от назначения могли бы без конструктивного изменения выборочно управлять необходимыми параметрами, поддерживая их оптимальные значения.No. 2263208, E21 B47 / 00; No. 2159457, IPC G05B 23/02; No. 2304740, IPC F17D 5/00 / Known analogues are intended for specific measurement of parameters or fluid, or gaseous, or temperature conditions. The applicant does not know systems of a universal nature, which, depending on the purpose, could selectively control the necessary parameters without constructive changes, maintaining their optimal values.

Наиболее близко к заявляемому объекту по конструктивному выполнению техническое решение по патенту РФ №2304740, «Способ контроля и регулирования режима работы трубопровода и система для его осуществления». Система контроля и регулирования режима работы трубопровода содержит узел средств измерений, приемно-передающую аппаратуру с микропроцессорным контроллером, источник питания и центральный диспетчерский пункт с записывающим устройством. Система предназначена для контроля транспортировки жидкости и газа.Closest to the claimed object for constructive implementation of the technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2304740, "Method of monitoring and regulating the operating mode of the pipeline and the system for its implementation." The control system and regulation of the operating mode of the pipeline contains a node of measuring instruments, transmitting and receiving equipment with a microprocessor controller, a power source and a central control room with a recording device. The system is designed to control the transport of liquid and gas.

Недостатком такой системы является невозможность ее применения на производственных объектах с другим алгоритмом управления и другими параметрами электрических сигналовThe disadvantage of this system is the impossibility of its application at production facilities with a different control algorithm and other parameters of electrical signals

Техническим результатом предлагаемого решения является универсальность использования АСУ для измерения и регулировки различных технологических параметров, расширение области применения от систем диспетчеризации, до управления распределенными в пространстве промышленными объектами (газопроводы, нефтепроводы, системы городского водоснабжения), что позволит объединять производственные объекты в единую сеть, с управлением из одного центра.The technical result of the proposed solution is the versatility of using ACS for measuring and adjusting various technological parameters, expanding the scope from dispatch systems to managing industrial objects distributed in space (gas pipelines, oil pipelines, urban water supply systems), which will allow combining production facilities into a single network, with management from one center.

Технический результат достигается тем, что автоматизированная система управления технологическими параметрами, содержащая приемно-передающую аппаратуру, микропроцессорный контроллер, модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, и источник питания, дополнительно к модулям ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов содержит модули сопряжения электрических сигналов, включающие блоки дополнительных реле для дискретных сигналов и нормирующие преобразователи для аналоговых сигналов. К тому же в The technical result is achieved by the fact that the automated control system of technological parameters, containing the transmitting and receiving equipment, a microprocessor controller, input / output modules of discrete and analog signals, and a power source, in addition to input / output modules of discrete and analog signals, contains electrical signal interface modules, including blocks of additional relays for discrete signals and normalizing converters for analog signals. In addition, in

автоматизированной системе управления между пунктами управления и рабочими станциями, проложены оптические и беспроводные каналы связи Profinetautomated control system between control centers and workstations; optical and wireless communication channels Profinet

Новизна разработки заключается в комплексном применении стандартных интерфейсов, программируемого логического контроллера, и систем связи, что позволяет создать универсальный продукт, легко настраиваемый на решение подавляющего большинства производственных задач.The novelty of the development lies in the integrated use of standard interfaces, a programmable logic controller, and communication systems, which allows you to create a universal product that is easily tuned to solve the vast majority of production tasks.

Наличие модуля сопряжения электрических сигналов позволит адаптировать различные уровни входных и выходных сигналов различных устройств объектов автоматизации к сигналам стандартным для модулей ввода-вывода большинства контроллеров. В системе применен современный протокол связи - Profinet (представляющий собой концепцию открытой архитектуры для построения распределенных автоматизированных систем от уровня устройств ввода - вывода до уровня руководства предприятия). Для организации обмена данными между системами автоматизации могут использоваться электрические (витые пары), оптические и беспроводные каналы связи Ethernet.The presence of a module for interfacing electrical signals will allow adapting various levels of input and output signals of various devices of automation objects to signals standard for input / output modules of most controllers. The system uses a modern communication protocol - Profinet (which is a concept of an open architecture for building distributed automated systems from the level of input / output devices to the level of enterprise management). To organize the exchange of data between automation systems, electrical (twisted pair), optical and wireless Ethernet communication channels can be used.

На чертеже представлена автоматизированная система управления (АСУ) технологическими параметрами На фиг.1 - общая схема АСУ На фиг.2 -схема согласования различных уровней входных сигналов с логическими уровнями программируемого контроллера. На фиг.3- схема системы управления компрессорной станцией. На фиг.4 - схема системы управления несколькими компрессорными станциями.The drawing shows an automated control system (ACS) of technological parameters. Figure 1 is a general diagram of an ACS. Figure 3 - diagram of the control system of the compressor station. Figure 4 - diagram of the control system of several compressor stations.

Автоматизированная система управления технологическими параметрами состоит из приемно-передающей аппаратуры, включающей программируемый логический контроллер 1 с энергонезависимой памятью и интерфейсом связи, непосредственно реализующий алгоритм работы объекта автоматизации. В качестве интерфейса связи используется промышленный Ethernet, применение которого позволяет строить аппаратно независимые распределенные в пространстве сети. АСУ снабжена источником бесперебойного питания 2, необходимо для обеспечения работоспособности системы при неисправности блока питания 3 или при отключении электроэнергии. Для поддержания стабильной температуры в системе применено устройство поддержания микроклимата 4. Для контроля состояния объекта управления 5 и его отдельных составляющих (электроприводы, таймеры, специализированные реле, состояние датчиков охранных систем и т.д.) служит модуль ввода дискретных сигналов 6. Нормирование сигналов производится программным путем как на уровне контроллера, так и на уровне интерфейсных модулей. Модуль управления силовым оборудованием 7 необходим для согласования различных уровней управляющих сигналов (+24V, ~220V, +220V и т.д.) и передачу управляющих воздействий на объект управления. Модуль аналогового преобразования и регулирования 8 служит для приведения аналоговых сигналов к стандартным величинам (mv в 4-20ma, 0-20ma, 0-10V,+-10 V и т.д.) как входных, так и выходных аналоговых сигналов.An automated control system for technological parameters consists of transmitting and receiving equipment, including a programmable logic controller 1 with non-volatile memory and a communication interface that directly implements the algorithm of the automation object. Industrial Ethernet is used as a communication interface, the use of which allows you to build hardware-independent networks distributed in space. The ACS is equipped with an uninterruptible power supply 2, it is necessary to ensure the operability of the system in case of a malfunction of the power supply 3 or during a power outage. To maintain a stable temperature in the system, a climate control device 4 was used. To control the state of control object 5 and its individual components (electric drives, timers, specialized relays, status of sensors of security systems, etc.), the digital input module is used 6. The signals are normalized programmatically, both at the controller level and at the interface module level. The power equipment control module 7 is necessary to coordinate various levels of control signals (+ 24V, ~ 220V, + 220V, etc.) and transfer control actions to the control object. The analog conversion and regulation module 8 serves to bring analog signals to standard values (mv at 4-20ma, 0-20ma, 0-10V, + - 10 V, etc.) of both input and output analog signals.

Система централизованного управления несколькими объектами состоит из сервера (10) с системой визуализации, архивирования и т.д., быстродействующего коммутатора - маршрутизатора (11), необходимого для обеспечения связи сервера (10), системы управления, и рабочих станций (12). Для связи с объектами, где невозможно применение проводных или оптических линий связи используется промышленный радиомодем (9).The centralized management system for several objects consists of a server (10) with a visualization, archiving system, etc., a high-speed switch - a router (11), which is necessary to ensure communication between the server (10), the control system, and workstations (12). For communication with objects where it is impossible to use wired or optical communication lines, an industrial radio modem is used (9).

АСУ работает следующим образом.ACS works as follows.

На примере управления компрессорной станцией. (фиг.3)By the example of compressor station control. (figure 3)

Задачей управляющей системы является поддержание необходимого давления в баке ресивере компрессорной станции. Инициатором запуска Компрессора является датчик давления "Р" со стандартным выходом 4-20 та. Рабочее давление воздуха в магистрали как правило, определяется на стадии проектирования компрессорной станции, и в дальнейшем не меняется. Диапазон измерения рабочего давления задается программным путем. Сигнал с датчика давления "Р" поступает на модуль аналогового преобразования (5, рисунок 2). Если давление мало, контроллер, черезThe task of the control system is to maintain the necessary pressure in the tank of the receiver of the compressor station. The initiator of the start of the Compressor is the pressure sensor "P" with a standard output of 4-20 tons. The working air pressure in the line is usually determined at the design stage of the compressor station, and does not change in the future. The measuring range of the working pressure is set by software. The signal from the pressure sensor "P" is fed to the analog conversion module (5, Figure 2). If the pressure is low, the controller, through

модуль управления силовым оборудованием (6) (сухой контакт модуля) подает сигнал включения (+24V, ~220 V и т.п) на пускатели Q1, Q2, или на оба сразу (в зависимости от алгоритма работы управляющей программы). Включение пускателя контролируется по замыканию дополнительного контакта пускателя и подается на модуль ввода дискретных сигналов. Если после команды на включение пускателя не поступил сигнал подтверждения, выдается сигнал аварии. Устройство одного канала, входной части модуля ввода дискретных сигналов, показано на рисунке 5. Трансформаторы тока Т1 и Т2 необходимы для контроля режима работы двигателя и служат для управления компрессором в случае выхода из строя датчиков давления. Сигнал с трансформаторов тока поступает на нормирующие преобразователи модуля (5). Сила тока в цепи двигателя компрессора является косвенным показателем давления в ресивере. При достижении максимального рабочего давления в ресивере контроллер дает сигнал на остановку компрессора(ов).the power equipment control module (6) (dry contact of the module) supplies an enable signal (+ 24V, ~ 220 V, etc.) to the starters Q1, Q2, or both at once (depending on the algorithm of the control program). The inclusion of the starter is controlled by closing the auxiliary contact of the starter and is fed to the input module of discrete signals. If after the command to turn on the starter did not receive a confirmation signal, an alarm signal is issued. The device of one channel, the input part of the discrete signal input module, is shown in Figure 5. Current transformers T1 and T2 are necessary to control the operation of the engine and are used to control the compressor in case of failure of the pressure sensors. The signal from the current transformers is fed to the standardizing converters of the module (5). The current strength in the compressor motor circuit is an indirect indicator of the pressure in the receiver. Upon reaching the maximum operating pressure in the receiver, the controller gives a signal to stop the compressor (s).

Централизованное управление удаленными компрессорными станциями (рисунок 3).Centralized management of remote compressor stations (Figure 3).

Благодаря встроенному интерфейсу связи (протокол TCP/IP) система легко объединяется в промышленную сеть Industrial Ethernet с возможностью управления и контроля с единого центра. Система состоит из сервера визуализации и баз данных с установленной SCADA системой. Связь с удаленными контроллерами осуществляется либо по проводной связи, либо используется радиомодемы (9).Thanks to the integrated communication interface (TCP / IP protocol), the system is easily integrated into the Industrial Ethernet network with the possibility of control and monitoring from a single center. The system consists of a visualization server and databases with installed SCADA system. Communication with remote controllers is either via wired communication, or radio modems are used (9).

Сигналы контроля стандартны для всех типов оборудования. Контролируются следующие типы дискретных сигналов: сигналы с датчиков положения, блоки контактов коммутационного оборудования, сигналы с контактов специализированных реле и таймеров. Спектр контролируемого оборудования аналогового регулирования гораздо шире, но уровни сигналов описываются следующим рядом: +-10 вольт, 0-10 вольт, 0-20 та, 4-20 та, 0-5 та.Control signals are standard for all types of equipment. The following types of discrete signals are controlled: signals from position sensors, contact blocks of switching equipment, signals from contacts of specialized relays and timers. The range of controlled equipment for analog regulation is much wider, but the signal levels are described in the following series: + -10 volts, 0-10 volts, 0-20 ta, 4-20 ta, 0-5 ta.

Как видно из выше сказанного, всю систему управления любым объектом можно построить по принципу: "условие» - включить, "условие"- выключить, "условие" -больше, "условие" - меньше. Тип управляющего оборудования значения не имеет, если выполняются следующие условия: наличие коммутационного оборудования с достаточной нагрузкой на контакт, наличие модулей ввода стандартных дискретных сигналов, наличие аналоговых преобразователей ввода-вывода, с настраиваемыми параметрами.As can be seen from the above, the entire control system of any object can be built on the principle: “condition” - turn on, “condition” - turn off, “condition” - more, “condition” - less. The type of control equipment does not matter if the following conditions: the presence of switching equipment with a sufficient load on the contact, the presence of input modules for standard discrete signals, the presence of analog I / O converters with adjustable parameters.

Разработка относится к универсальным программируемым системам. Наличие стандартных или программируемых интерфейсов ввода-вывода, позволяет реализовать логику управления большинства производственных объектов.Development refers to universal programmable systems. The presence of standard or programmable input-output interfaces allows implementing the control logic of most production facilities.

Применение интерфейсов, совместимых (либо настраиваемых) с электрическим параметрами сигналов контроля и управления большинства промышленного оборудования, позволяет построить систему управления объектом в видеThe use of interfaces that are compatible (or customizable) with the electrical parameters of the control and control signals of most industrial equipment allows you to build an object control system in the form

"черного ящика", логика работы которого задается программным путем и, следовательно, очень гибка."black box", the logic of which is set programmatically and, therefore, is very flexible.

Разработанная система способна работать как автономно, так и под управлением системы более высокого уровня. Использование Etherne (Profinet) в качестве основного протокола связи позволяет контролировать все параметры объекта автоматизации в реальном времени.The developed system is able to work both autonomously and under the control of a higher level system. Using Etherne (Profinet) as the main communication protocol allows you to control all parameters of the automation object in real time.

Claims (2)

1. Автоматизированная система управления технологическими параметрами, содержащая приемно-передающую аппаратуру, микропроцессорный контроллер, модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и источник питания, отличающаяся тем, что дополнительно к модулям ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов система содержит модули сопряжения электрических сигналов, включающие блоки дополнительных реле для дискретных сигналов и нормирующие преобразователи для аналоговых сигналов.1. An automated control system of technological parameters, comprising transmitting and receiving equipment, a microprocessor controller, input / output modules of discrete and analog signals and a power source, characterized in that, in addition to input / output modules of discrete and analog signals, the system contains modules for interfacing electrical signals, including blocks of additional relays for discrete signals and normalizing converters for analog signals. 2. Автоматизированная система управления технологическими параметрами по п.2, отличающаяся тем, что между пунктами управления и рабочими станциями проложены оптические и беспроводные каналы связи Profinet.

2. The automated control system for technological parameters according to claim 2, characterized in that between the control points and workstations laid optical and wireless communication channels Profinet.