SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Система интеллектуальных модулей ТЕКОНИК®

В статье рассматривается система ввода-вывода ТЕКОНИК® для построения распределенных и автономных систем управления. Приведены технические параметры и примеры внедрения.

ЗАО ПК “Промконтроллер”
(Группа компаний “ТЕКОН”), г. Москва

Tecon.jpg

Система интеллектуальных модулей ТЕКОНИК® предназначена для построения распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами, автономных систем управления, систем телемеханики, учета энергоресурсов и диспетчеризации. Система ТЕКОНИК® соответствует ГОСТ Р 51841-2001  и относится к изделиям государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации. В отличие от упрощенных зарубежных аналогов модули имеют специальные средства защиты для применения в условиях сильных промышленных помех по ГОСТ Р 51317.6.2 (МЭК 61000-6-2). Система ТЕКОНИК® адаптирована для применения в отечественных условиях, имеет большую гибкость при конфигурировании, обладает мощными вычислительными ресурсами (процессоры семейств XScale® и х86) и большим количеством каналов ввода-вывода.


Состав системы ТЕКОНИК®

Система ТЕКОНИК® имеет проектно-компонуемую конфигурацию и поставляется в соответствии с заказной конфигурацией. Пользователь может самостоятельно наращивать или изменять конфигурацию системы. Система может содержать один процессорный модуль P06, P06 DIO или P04, коммуникационный модуль или преобразователь интерфейсов (конвертор) RS-232/485 TCC485A, панель оператора V04/V04M и до 250 модулей ввода-вывода в произвольной конфигурации. Модули ввода-вывода ТЕКОНИК® имеют коммуникационный интерфейс RS-485 с максимальной скоростью 115 кбит/cек (ASCII-протокол Т4000). В составе системы применяется также интеллектуальный датчик температуры ТСТ11, датчик давления МЕТРАН-100, приборы учета энергоресурсов и другие устройства с цифровыми интерфейсами RS-232/RS-485.
pic_1_t.jpg
Рис. Система интеллектуальных модулей Теконик

Процессорный модуль P06 на базе технологии t-mezon имеет несколько исполнений, отличающихся друг от друга производительностью процессора (INTEL XScale® 266/533 МГц), объемом flash-памяти и оперативной памяти (16/32/64 Мбайт), рабочим диапазоном температур и наличием дополнительных коммуникационных интерфейсов. Исполнения P06 DIO имеют встроенные 32 канала дискретного ввода и 16 каналов дискретного вывода и применяются в качестве автономного высокопроизводительного контроллера с широкими коммуникационными возможностями (рис.1). Все исполнения P06 и P06 DIO имеют два интерфейса Ethernet IEEE 802.3 10/100 Мбит, энергонезависимое ОЗУ 1Мб, сторожевой таймер WatchDog, астрономический таймер-календарь. Исполнения P06 BASE содержат два интерфейса RS-232/RS-485, а P06 COMM и MAX - шесть интерфейсов RS-232/RS-485.

PC-совместимый процессорный модуль P04 T7101 имеет несколько исполнений, которые отличаются наличием дополнительных COM-портов, интерфейса для местного подключения клавиатуры и монитора. Для новых проектов автоматизации рекомендуется применять процессорные модули P06 и P06 DIO.

Номенклатура модулей ввода-вывода ТЕКОНИК® включает 10 типов модулей для различных типов датчиков и исполнительных механизмов. Существуют исполнения модулей ввода-вывода, процессорных модулей P06 и P06 DIO на рабочий диапазон температур от -40°С до +55°С.

Основные преимущества модулей ввода-вывода:
- каждый модуль имеет встроенный микроконтроллер, выполняющий коммуникационные функции, диагностику, ввод, вывод и предварительную обработку сигналов;
- низкое энергопотребление и тепловыделение модулей;
- высокая помехоустойчивость входных каналов, защита от импульсных помех;
- двойная гальваническая развязка источника питания и последовательного коммуникационного интерфейса.

Каждый модуль ввода-вывода имеет следующие средства диагностики:
- таймер аппаратного сброса WatchDog;
- проверка контрольной суммы ПЗУ и ЭППЗУ при включении питания; 
- тест внутреннего ОЗУ при включении питания;
- непрерывный тест АЦП (для аналоговых модулей);
- настраиваемую функцию обнаружения отсутствия активности сети, интервал времени задается в диапазоне 0…255 с.

Модули ввода-вывода      ТЕКОНИК® имеют пластиковый защитный корпус, позволяющий устанавливать и фиксировать их на стандартной DIN-рейке. На лицевой стороне модулей расположены светодиодные индикаторы, отражающие основные режимы работы и состояние каналов ввода-вывода. Разъемы для подключения входных и выходных сигналов, источника питания и последовательного интерфейса RS-485 расположены с двух сторон корпуса. Подключение сигналов производится с помощью разъемных клеммных соединителей.


Программное обеспечение системы ТЕКОНИК®

Программное обеспечение системы ТЕКОНИК®  предоставляет разработчику АСУ ТП возможность создания, загрузки и отладки прикладных проектов, используя языки технологического программирования в соответствии с международным стандартом МЭК 61131-3. Среда технологического программирования, установленная на инженерной станции разработчика АСУ ТП, взаимодействует с базовым программным обеспечением (БПО) контроллера. Разработчик системы может использовать для программирования контроллеров различное БПО - среду ISaGRAF v.3 и v.5, а также инструментальные средства, входящие в состав интегрированных пакетов КРУГ-2000, MasterSCADA (MasterLogic), Trace Mode, Каскад (K-logic).

pic_1_.jpg
Рис. 1. Процессорные модули РО6 и РО6 DIO

Базовой системой программирования для всей линейки контроллеров ТЕКОН является система ISaGRAF. Среда разработки предоставляет полный набор средств для визуального интерактивного создания программ, документирования проектов, архивации, мониторинга проекта, off-line симуляции, “горячего” редактирования проектов. Загрузка и отладка подготовленных прикладных программ в память процессорного модуля производится по сети Ethernet.  Для более удобной и быстрой разработки пользовательских приложений в составе БПО ISaGRAF может поставляться библиотека алгоритмов TIL Pro Std. Алгоритмы библиотеки используются в виде стандартных функций (функциональных блоков) среды ISaGRAF как дополнение к существующему набору алгоритмов. В библиотеку TIL Pro Std включены алгоритмы, реализующие функции регулирования, статических и динамических преобразований, индивидуального и группового управления исполнительными механизмами, контроля и выборки сигналов, а также доступа к системным ресурсам.

В качестве средств местного операторского интерфейса в системе ТЕКОНИК® используется графическая панель оператора V04M. Программирование панели оператора выполняется на персональном компьютере с помощью системы VisiBuilder разработки НПКФ “Дейтамикро”, которая входит в комплект поставки V04M.

Для связи с системами верхнего уровня или со сторонними информационными или управляющими системами применяется TeconOPC сервер, который представляет собой универсальное средство доступа к данным процессорного модуля со стороны SCADA систем, которые поддерживают стандартную технологию OPC. Сервер получает данные с процессорного модуля (значения каналов ввода-вывода и переменные ISaGRAF) по сети Ethernet (протокол TCP/IP), по GPRS-каналу, по CDMA-каналу или по обычному модемному соединению. В процессе работы ведется журнал событий с регистрацией времени подключения и отключения, нарушений качества передачи данных. Реализована процедура автоматического восстановления сетевого соединения.


Система ТЕКОНИК® в составе распределенных систем управления

Пример построения распределенной системы управления (РСУ), отображенный на рис. 2, представляет собой двухуровневую сетевую структуру. Первый уровень реализован с помощью сети Ethernet, позволяющей объединить программируемые контроллеры и операторские станции. Роль программируемых контроллеров выполняют процессорные модули P06 или P04 с модулями ввода-вывода. Такая сеть позволяет объединить технологические контроллеры различных типов, серверы технологических баз данных, операторские и инженерные станции. При этом к процессорным модулям системы ТЕКОНИК® можно подключить различные внешние периферийные устройства по последовательным интерфейсам RS-232/RS-485 или по сети Ethernet.

Данная структура в полной мере использует большие коммуникационные возможности системы ТЕКОНИК®, позволяющие с помощью стандартных интерфейсов и протоколов подключиться к вычислительным средствам верхнего уровня (в том числе сторонних информационных и управляющих систем), и наиболее интересна при автоматизации крупных объектов.

pic_2_.jpg
Рис. 2. Пример построения распределенной системы управления

Второй уровень РСУ реализован на основе полевой шины RS-485. К полевой шине могут подключаться модули ввода-вывода ТЕКОНИК®, интеллектуальные датчики температуры ТСТ11 и другие устройства. Полевая сеть может строиться с использованием нескольких линий передачи данных. Например, модули или устройства, которые должны опрашиваться быстро, выделяются в отдельную сеть. Процессорный модуль Р06 позволяет напрямую без преобразователей подключать до 4 интерфейсов RS-485. Модули ввода-вывода могут располагаться в общем монтажном шкафу с контроллером (процессорным модулем P06) или располагаться на значительном расстоянии от него. На рис. 3 приведен фрагмент РСУ с использованием модулей ввода-вывода ТЕКОНИК®, интеллектуальных датчиков ТСТ11 и датчика давления МЕТРАН-100.

Интеллектуальный датчик температуры ТСТ11 предназначен для измерения температуры различных газообразных, сыпучих и жидких сред. ТСТ11 измеряет температуру с помощью чувствительного элемента, преобразует измеренную температуру и выдает ее значение в цифровом коде по последовательному интерфейсу RS-485. Использование ТСТ11 позволяет повысить точность измерений и получить существенную экономию на монтажных работах. Значительно облегчается создание систем температурного контроля в случаях, когда затруднена прокладка кабельных трасс для традиционных датчиков. Конструктивно ТСТ11 не отличается от привычных температурных датчиков на основе термопреобразователей сопротивлений или термопар.

Частным случаем построения РСУ является использование модулей ТЕКОНИК® и датчиков ТСТ11 в качестве удаленных модулей ввода-вывода контроллеров серий МФК и ТКМ. В этом варианте модули ввода-вывода ТЕКОНИК®, датчики ТСТ11 и МЕТРАН-100 подключаются к COM-портам программируемых контроллеров серий МФК или ТКМ и служат выносными модулями УСО. Для разработчика технологических программ техника работы с дополнительными средствами ввода-вывода не отличается от работы с традиционной подсистемой ввода-вывода контроллеров серий МФК и ТКМ.

Этот вариант архитектуры АСУ ТП является очень гибким и предоставляет недорогое средство наращивания уже существующих систем. Для вновь проектируемых систем у разработчика АСУ ТП появляется возможность более эффективно вносить элементы распределенности, располагая модули УСО в непосредственной близости к объекту.

pic_3.jpg
Рис. 3. Фрагмент распределенной системы управления


Схемы локального управления

Различные исполнения процессорного модуля P06 DIO удобно применять в схемах автономного управления различных агрегатов и технологических установок. При этом используются встроенные каналы ввода-вывода (32DI/16DO) в сочетании с клеммными соединителями и умощнителями серий TCC и TCB. Линейка этих устройств позволяет работать со всеми типами дискретных сигналов (24 V DC/ 220 V AC/DC с групповой и/или индивидуальной гальванической развязкой) и непосредственно подключать к модулю P06 DIO мощные исполнительные механизмы.  При необходимости информационная мощность и номенклатура подключаемых сигналов в системе может быть расширена за счет подключения дополнительных модулей ввода-вывода ТЕКОНИК®. Для увеличения быстродействия системы, модули ввода-вывода могут подключаться к разным портам RS-485 процессорных модулей P06 или P06 DIO (рис. 4). 

pic_4.jpg
Рис. 4. Пример структуры автономной системы управления


Применение системы ТЕКОНИК® в системах учета энергоресурсов и диспетчеризации

Система ТЕКОНИК® с процессорным модулем P06 c успехом применяется в качестве устройства сбора и передачи данных (УСПД), предназначенного для учета энергоресурсов, создания систем диспетчеризации и ориентированного на применение в центральных тепловых пунктах (ЦТП), индивидуальных тепловых пунктах (ИТП), мини-котельных и других объектов ЖКХ. В различных вариантах исполнения УСПД также применяется на промышленных предприятиях в целях технологического и коммерческого учета энергоресурсов.

Пример системы учета энергоресурсов и диспетчеризации на базе УСПД P06 ТЕКОНИК® приведен на рис. 5. (ЦТП-18, г.Москва, Барвихинская ул., 24А). УСПД выполнено в виде навесного металлического шкафа, конструкция которого обеспечивает необходимую степень защиты IP54 и позволяет осуществить раздельное опломбирование зон размещения оборудования и разъемов подключения приборов учета различных энергоресурсов. Решение строится на базе процессорных модулей Р06 или P06 DIO, которые обеспечивают сбор информации с приборов учета, расчет и архивирование измеренных параметров в энергонезависимой памяти с привязкой к календарному времени, передачу этой информации на вышестоящий уровень системы по различным каналам связи. В состав шкафа также входят: модули ввода-вывода ТЕКОНИК®, GSM/GPRS модем Telecon 100, графическая панель оператора V04M, источник бесперебойного питания и необходимое дополнительное оборудование.

pic_5_.jpg

Рис. 5. Система учета энергоресурсов и диспетчеризации на базе УСПД РО6 ТЕКОНИК

УСПД позволяет собирать данные с приборов учета энергоресурсов - водо-, тепло-, электро- и газосчетчиков, имеющих как импульсный выход (например, ВСТ-25, ПСЧ-4А.05.02), так и цифровой интерфейс RS-232/RS-485 (например, ТЭМ-05М3.02). Принятые данные преобразуются в инженерные единицы и могут быть доступны из объединенной диспетчерской как в виде текущих значений, так и в виде архивов среднечасовых значений.

В ряде случаев от УСПД требуется возможность передавать данные в систему вышестоящего уровня от подсистемы АСУ ТП и/или передача от УСПД в подсистему АСУ ТП информации от приборов учета, датчиков контроля и сигнализации (датчик затопления, датчик открытия двери и т.п.) типа “сухой контакт” (рис. 6). В случае необходимости для контроля наиболее важных технологических параметров к УСПД могут быть подключены датчики давления, температуры и других параметров, имеющих нормализованный токовый выход 4…20 мА или интерфейс RS-485 (ТСТ11, МЕТРАН-100). 

pic_6_.jpg
Рис. 6. Пример интеграции подсистем учета и автоматизации

УСПД ориентировано для построения систем диспетчеризации учета энергоресурсов районов тепловых сетей. Каналы связи с объединенной диспетчерской могут строиться как на базе выделенных или коммутируемых проводных сетей, так и на базе радиоканалов с использованием GSM/GPRS-модемов, так и на базе CMDA-модемов (беспроволочный Ethernet). Программное обеспечение рабочего места диспетчера строится на базе любых современных SCADA-систем, поддерживающих ОРС-технологию стандартов DA и HDA.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(13)_2007

Д.А. Филимонов
ЗАО ПК “Промконтроллер” (Группа компаний “ТЕКОН”), г. Москва,
тел.: (495) 730-41-12,
e-mail: fil@tecon.ru