Автоматизированная система управления взрывоопасным технологическим процессом (стр. 2 из 4)

Протоколы и разъёмы

Стандарт не нормирует формат информационных кадров и протокол обмена. Наиболее часто для передачи байтов данных используются те же фреймы, что и в интерфейсе RS-232: стартовый бит, биты данных, бит паритета (если нужно), стоповый бит.

Протоколы обмена в большинстве систем работают по принципу «ведущий» - «ведомый».

Одно устройство на магистрали является ведущим (master) и инициирует обмен посылкой запросов подчинённым устройствам (slave), которые различаются логическими адресами. Одним из популярных протоколов является протокол Modbus RTU.

Тип соединителей и распайка также не оговариваются стандартом. Встречаются соединители DB9, клеммные соединители и т.д.

При подключении следует правильно присоединить сигнальные цепи, обычно называемые А и В.

Переполюсовка не страшна, но устройство работать не будет.

На рисунке изображена локальная сеть на основе интерфейса RS-485, объединяющая несколько приёмо – передатчиков.

Общие рекомендации

Лучшей средой передачи сигнала является кабель на основе витой пары. Концы кабеля должны быть заглушены терминальными резисторами (обычно 120 Ом). Сеть должна быть проложена по топологии шины, без ответвлений. Устройства следует подключать к кабелю проводами минимальной длины.

Витая пара является оптимальным решением для прокладки сети, поскольку обладает наименьшим паразитным излучением сигнала и хорошо защищена от наводок. В условиях повышенных внешних помех применяют кабели с экранированной витой парой, при этом экран кабеля соединяют с защитой «землёй» устройства.

Согласование

Терминальные резисторы обеспечивают согласование «открытого» конца кабеля с остальной линией, устраняя отражение сигнала.

Номинальное сопротивление резисторов соответствует волновому сопротивлению кабеля, и для кабелей на основе витой пары обычно составляет 100 – 120 Ом. Например, широко распространённый кабель UTP-5, используемый для прокладки Ethernet, имеет импеданс 100 Ом. Специальные кабели для RS-485 марки Belden 9841 … 9844 – 120 Ом. Для другого типа кабеля может потребоваться другой номинал.

Резисторы могут быть запаяны на контакты кабельных разъёмов у конечных устройств. Иногда резисторы бывают смонтированы в самом устройстве и для подключения резистора нужно установить перемычку. В этом случае при отсоединении устройства линия рассогласовывается, и для нормальной работы остальной системы требует подключение согласующей заглушки.

Уровни сигналов

Интерфейс RS-485 использует балансную (дифференциальную) схему передачи сигнала. Это означает, что уровни напряжений на сигнальных цепях А и В меняются в противофазе, как показано на приведённом ниже рисунке:

Передатчик должен обеспечивать уровень сигнала 1,5 В при максимальной нагрузке (32 стандартных входа и 2 терминальных резистора) и не более 6 В на холостом ходу. Уровни напряжений измеряют дифференциально, один сигнальный провод относительно другого. На стороне приёмника RS-485 минимальный уровень принимаемого сигнала должен быть не менее 200 мВ.

4. Протокол PROFIBUS и сеть на его основе

PROFIBUS((PROcessFieldBUS)) (читается – Профи бас) – открытая полевая шина (сеть), разработанная компанией SiemensAG для своих промышленных контроллеров SIMATIC. Очень широко распространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть PROFIBUS это комплексное,она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой, стандартизацией и развитием сетей стандарта PROFIBUS занимается PROFIBUS NETWORK RGANISATION (PNO).

Задачи в области промышленной связи часто требуют разных решений. В одном случае необходим обмен сложным, длинными сообщениями со средней скоростью. В другом – требуется быстрый обмен короткими сообщениями с использованием упрощённого протокола обмена, например, с датчиками или исполнительными механизмами. В третьем случае необходима работа во взрыво- и пожароопасных условиях производства. PROFIBUS имеет эффективное решение для любого из этих случаев. PROFIBUS – семейство промышленных сетей, обеспечивающее комплексное решение коммуникационных проблем предприятия. Под этим общим названием понимается совокупность трёх различных, но совместимых протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA.

Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и был предназначен для работы на так называемом цеховом уровне. Основное его назначение – передача больших объёмов данных.

Протокол PROFIBUS-DP применяется для высокоскоростного обмена данными между программируемым логическим контроллером и распределёнными устройствами связи с объектом. Физическая среда передачи – экранированная витая пара стандарта RS-485. Скорость обмена прямо зависит от длины сети и варьируется от 100 кбит/с на расстоянии 1200 м до 12 Мбит/с на дистанции до 100 м. Взаимодействие узлов в сети определяется моделью «Master-Slave»(ведущий-ведомый). Master последовательно опрашивает подключённые узлы и выдаёт управляющие команды в соответствии с заложенной в него технологической программой. Протокол обмена данными гарантирует определённое время цикла опроса в зависимости от скорости обмена и числа узлов сети, что позволяет применять PROFIBUS в системах реального времени.

PROFIBUS-PA – это сетевой интерфейс, физическая среда передачи данных которого соответствует стандарту IEC 61158-2, может применяться для построения сети, соединяющей исполнительные устройства, датчики и контроллеры, расположенные непосредственно во взрывоопасной зоне. Все протоколы используют одинаковые технологии передачи данных и общий метод доступа к шине, поэтому они могут функционировать на одной шине. Дополнительно к перечисленным протоколам, поддерживаются следующие возможности обмена данными:

Службы FDL (Field Data Link – Канал полевых данных), SEND/RECEIVE – Отправить/Получить, позволяют легко и быстро установить соединение с любым устройством, поддерживающим FDL. Функции S7 позволяют оптимизировать соединение с устройствами семейства SIMATIC S7.

Сеть PROFIBUS построена в соответствии с многоуровневой моделью ISO 7498 – OSI. PROFIBUS определяет следующие уровни:

1 – физический уровень – отвечает за характеристики физической передачи

2 – канальный уровень – определяет протокол доступа к шине

7 – уровень приложений – отвечает за прикладные функции

Задание

Для данного типа производства найти вариант реализации распределённой системы управления и кратко его описать, отразив следующие характеристики:

1. Структурная схема системы управления

2. Интерфейсы и сигналы нижнего уровня: количество и характеристики

3. Котроллеры и модули: основные характеристики

4. Сетевая структура

5. аппаратура верхнего уровня системы: функции и характеристики

6. ПО верхнего уровня и его основные задачи

7. Пример мнемосхемы

5. Автоматизированная система управления взрывоопасным технологическим процессом

Введение

Наше предприятие налаживает производство статоров для газовых центрифуг. Одним из звеньев технологического цикла изготовления статора является изоляция его обмоток. Был проведён ряд исследований, в результате которых выяснилось, что обеспечению изоляции обмоток от агрессивной рабочей среды обладают статоры, заполненные эпоксидным компаундом, при работах с которым требуется использовать растворители, обладающие взрывоопасными характеристиками. В связи с этим возникла необходимость создания АСУ ТП заполнения компаундной смесью и окрашивания статоров, удовлетворяющей всем требованиям по взрывозащите для помещения класса I, категории 1 и осуществляющей контроль и исполнение технологического процесса в заданных рамках. Вновь создаваемая АСУ ТП получила название «Пульс».

Автоматизируемый технологический процесс заключается в поддержании заданной температуры в технологических шкафах в течение определённого времени. Значение температуры зависит от типа выбранного технологического режима. Равномерный нагрев осуществляется за счёт подачи пара на калориферы через регуляторы и последующего распределения тепла вентилятором шкафа.

При выполнении технологического процесса статор проходит два этапа: заполнение и окрашивание.

Рассмотрим, какие операции включает в себя каждый из этапов. На этапе заполнения статоров компаундной смесью выполняются следующие операции:

·Сушка статоров

·Приготовление компаунда

·Заполнение статором компаундом

·Вакуумирование

·Полимеризация компаунда

·Охлаждение статоров

При этом следует заметить, что установка для заполнения статоров включает в себя:

·четыре сушильных шкафа

·Шкаф для приготовления компаунда

·Две установки вакуумирования

·Систему вентиляции

На этапе окрашивания статоров производятся следующие операции:

·Окрашивание статоров методом пневматического распыления

·Сушка статоров после окрашивания. Установка для окрашивания статоров состоит из окрасочной камеры

·Шкафа для приготовления эмали

·Двух сушильных шкафов

·Системы вентиляции

Операции приготовления компаунда, заполнения, вакуумирования и окраски выполняются персоналом участка вручную, остальные операции производятся автоматически после загрузки в шкафы и включения оператором требуемого режима.

После заполнения статоров и полимеризации компаунда производится окрашивание статоров, направленное на улучшение их внешнего вида. На данном этапе используются растворители, являющиеся взрывопожароопасными.