Универсальная система управления маслонапорной установкой гидроэлектростанции (стр. 9 из 18)

Как только все подсостояния пройдены, система вновь попадает в состояние ожидания.

В режиме остановки МНУ производится отключение всех исполнительных механизмов, после чего система завершает свой рабочий цикл.

Представленный в данном пункте алгоритм работы носит упрощенный характер, он достаточен для понимания механизма работы системы управления МНУ. Но так как предполагаемый для используемый в САУ МНУ контроллер не поддерживает доступные в пакете RationalRose языки программирования, нет смысла более подробно описывать алгоритм управления. Хотя при необходимости любое состояние системы может быть расширено и дополнено до реализации необходимого уровня отражения процесса управления, при этом число и структура основных состояний отражена достаточно полно.

4.6 Создание программного кода

Программный пакет RationalRose позволяет произвести генерацию заготовки программного кода компьютерной модели САУ МНУ на основных языках программирования. Произведем генерацию программного кода. на языке С++, для этого создадим диаграмму компонентов, отражающая организацию и взаимосвязи программных компонентов, представленных в исходном коде, двоичных или выполняемых файлах. Связи в данном типе диаграммы представляют зависимости одного компонента от другого и имеют специальное отображение через значок «зависимости».

Для каждого из классов создается два файла: заголовочный (с расширением .h), который содержит описание класса, и файл реализации (с расширением .cpp), где содержится программная реализация методов класса.

Поэтому каждый класс на диаграмме компонентов будет представлен двумя видами компонентов: Package Specification и Package Body. Первый вид представляет собой определение пакета (заголовочный файл с расширением .h), второй – тело пакета (файл с расширением.cpp).

Компоненты на диаграмме названы также, как и классы, которые они представляют. Связями зависимости на диаграмме показано, что для заголовочного файла контроллера требуются файлы датчиков и устройств, которые в свою очередь используются для компиляции самих файлов датчиков и устройств.

Программный код, полученный с помощью программного пакета RationalRose, помещен в приложение А.

5 Аппаратная и программная реализация системы управления МНУ ГЭС

5.1 Аппаратная реализация управления

Подбор аппаратной части, то есть аппаратная реализации описанной выше системы управления должен проводиться в точном с соответствии с описанными в разделе 2,1 требованиями к системе управления МНУ. Это очень важная часть проектирования АСУ так как непосредственно управление процессом и реализация алгоритма управления будет производится именно выбранными нами узлами и элементами автоматики.

Следовательно, для обеспечения качественного управления объектом и обеспечения требуемых свойств и качеств системы управления, необходимо произвести правильный подбор компонентов системы. Необходимо выбрать такие приборы и устройства, технические характеристики которых позволят им выполнять предусмотренные для них технологическим процессом функции с в рамках необходимых критериев качества. Необходимо обеспечить совместимость узлов, то есть возможность совместного функционирования различных устройств автоматики реализующих одну систему управления. Для реализации этого требования, необходимо исключить устройства допускающие возникновения наводок в других узлах и чувствительных к таким наводкам. Соединяемые узлы должны обладать совместимым интерфейсом. Необходимо так же учесть экономическую целесообразность применения каждого элемента в системе.

Будим подбирать компоненты системы исходя из соображения, что питание всей системы будет осуществляться от единого блока питания системы управления напряжением 24 вольта.

Центральным устройством системы управления маслонапорной установкой является микроконтроллер с него и начнем подбор компонентов.

Выбор платформы системы управления

Систему управления будем строить на базе управляющего контроллера фирмы SiemensS7-300 simatic. Данная линия продукции этой фирмы включает значительное количество различным по характеристикам управляющих процессоров центральных модулей, модулей ввода вывода данных, измерительных преобразователей и др.

Использование продукции именно этой фирмы обусловлено наличием достаточного количества разновидностей устанавливаемых модулей, позволяющих создавать на их базе практически любые сложные системы управления.

Модули обладают хорошей совместимостью, а расширяемая структура контроллера позволяет производить модернизацию системы, а так же замену минимального количества элементов при ремонте, при этом замена отдельного модуля может производится в короткие сроки, что позволяет уменьшить простой МНУ снизив тем самым связанными с простоем затраты.

Контроллеры данной серии обладают хорошими показателями производительности и очень надежны. Средняя наработка на отказ составляет около 10 лет, что вполне приемлемо для нашей системы управления.

Фирма Siemens имеет в нашей стране развитую дилерскую сеть, что позволяет организовать своевременную поставку комплектующих при возникновение необходимости их замены. Хорошо организовано сопровождение продукции в течении всего жизненного цикла изделий. Все это упрощает обслуживание системы и значительно сокращает сроки проведения ремонтных работ.

Серия S7 до сих пор расширяется, и модернизируется, что дает нам уверенность в возможности дальнейшего совершенствования системы управления путем замены отдельных модулей более совершенными.

5.2 Описание линии контроллеров S7-300

5.2.1 Модульное построение

S7-300 построен по модульному типу. Из обширного спектра модулей можно составить контроллер для каждой конкретной задачи управления индивидуально.

Спектр модулей включает в себя:

― центральный процессор управления для различных диапазонов производительности;

― сигнальные модули для цифрового и аналогового ввода/вывода;

― функциональные модули для технологических функций;

― сопроцессор для коммуникационных задач;

― блоки питания для подключения S7-300 к напряжению питания AC 120/230V;

― модули подключения для соединения носителей модулей в структуре из нескольких носителей модулей;

Все модули S7-300 защищены кожухом по классу защиты IP 20, т. е. они герметизированы и работают без применения вентилятора. Такое исполнение позволяет использовать контроллер в условиях агрегатного участка ГЭС во всем диапазоне влажности воздуха которая бывает в данном помещение.

5.2.2 Структура S7-300

S7-300 состоит из следующих модулей:

― блок питания (PS);

― центральный процессор управления;

― сигнальные модули (SM);

― функциональные модули (FM)

― коммуникационный процессор

Несколько S7-300 могут взаимодействовать друг с другом при помощи кабеля шины. По техническому заданию и при осуществлении проектирования системы управления предполагалось, что контроллер МНУ ведет передает параметры технологического процесса и получает инструкции по управлению МНУ от центрального контроллера ГЭС по средствам сети PROFIBUS. Наличие данной функции у контроллеров S7-300 позволяют использовать их в нашей системе.

Для программирования S7-300 используется программатор (PG). PG соединяется с CPU при помощи кабеля PG.

В Таблице 5.1 представлены основные элементы системы S7-300 и выполняемые ими функции.

Таблица 5.1
Компонент	Функция	Иллюстрация
Профильная шинаПринадлежности:элемент для прокладки экрана	Является носителем модулей для S7-300
Блок питания (PS)	Преобразует напряжениесети (AC 120/230 В) в рабочеенапряжение DC 24 V дляпитания S7-300, а также дляэлектропитания цепей нагрузки DC 24 V
CPUПринадлежности:• CPU 313/314/315/315-2DP- плата памяти- буферная батарея (какальтернатива -аккумулятор для часовреального времени уCPU 315/315-2 DP)• CPU 314 IFM- буферная батарея(альтернативноаккумулятор для часовреального времени)- фронтштекер• CPU 312 IFM- Фронтштекер	Исполняет программупользователя; подает питание 5В на расположенную с заднейстороны модулей шину S7-300;при помощи интерфейса MPIобменивается информацией сдругими абонентами сети MPI.Кроме того, Вы можетеиспользовать CPU 315-2 DP вподсети PROFIBUS:• в качестве Master-устройства DP• в качестве ведомого DP(DP-Slave) к Master-устройству DP S7/M7или к другому Master-стройству DP.
Сигнальные модули (SM)(модули цифрового ввода,модули цифрового вывода,модули цифрового ввода/выводамодули аналогового вводамодули аналогового выводамодули аналоговоговвода/вывода)Принадлежности: фронтштекер	Адаптируют различныеуровни технологическогосигнала к S7-300.
Функциональные модули (FM)Принадлежности:фронтштекер	Для критичных к времени итребующих много памятизадач обработки сигналапроцесса, таких, например, какпозиционирование илирегулирование
Коммуникационный процессор (CP)Принадлежности:соединительный кабель	Разгружают CPU откоммуникационных задач,например, CP 342-5 DP длясвязи с PROFIBUS–DP
SIMATIC TOP connect (соединитель)Принадлежности:вставляемый спереди модуль сподсоединением посредствомплоской ленты	Для электромонтажацифровых модулей
Интерфейсный модуль (IM)Принадлежности:соединительный кабель	Соединяет отдельные рядыS7-300 друг с другом.
Кабель шины PROFIBUS с шинным штекером	Соединяет пользователейподсети MPI или PROFIBUSдруг с другом
Кабель PG	Связывает PG/PC с CPU
Повторитель RS 485	Для усиления сигналов вподсети MPI или PROFIBUS, атакже для соединениясегментов подсети MPI илиPROFIBUS
Программатор (PG) или PC спакетом программногообеспечения STEP 7	Для конфигурирования,параметрирования,программирования итестирования S7-300

5.3 Выбор модуля центрального процессора