Белгородская область, Россия
сотрудник
сотрудник
, Россия
сотрудник
Приведена общая информация о состоянии современных систем управления и методики их создания. Изучен рынок современных программных продуктов и различных версий SCADA –систем. Представлены основные возможности работы SCADA-систем, а также задачи которые данные систему решают на различных предприятиях. Рассмотрены вопросы разработки SCADA-системы в TRACE MODE 6.09 предназначенной для дистанционного управления планетарным смесителем, с возможностью отображения основных электрических параметров на мониторе компьютера. Описан способ подключения оборудования управляемого с помощью SCADA-системы через персональный компьютер.
SCADA-система, планетарный смеситель, частотный преобразователь, выходные частоты, преобразование сигнала, сухие строительные смеси
Создание современных систем управления базируется на разработке и применении адаптивных интеллектуальных систем, функционирование которых невозможно без использования развитой вычислительной сети, включающей персональные компьютеры (ПК), микроконтроллеры и широкий набор модулей ввода/вывода. Усложнение технологических процессов и производств ставит задачи создания распределенных иерархических систем (АСУТП) и их сквозного программирования, что объясняет появление новых компьютерных технологий для интегрированных систем, объединяющих все уровни производства. В качестве примера может быть названа SCADA-система (Supervisory Control And Data Acquisition), предназначенная для проектирования и эксплуатации распределенных автоматизированных систем управления. SCADA-система предназначена для диспетчерского управления и сбора данных. Везде, где в режиме реального времени требуется осуществлять оперативное управление каким-либо процессом, SCADA-система является наиболее простым и доступным решением.[1] Однако в последних версиях её предназначение значительно расширилось. В частности, отечественная фирма-изготовитель AdAstra Research Group, LTD[2] выпустила 6-ю версию SCADA–системы TRACE MODE (ТРЕЙС МОУД), которая имеет мощные средства для создания распределенных иерархических АСУТП, включающих в себя до трех уровней иерархии: уровень контроллеров – нижний уровень; уровень операторских станций – верхний уровень; административный уровень. На рынке программных продуктов существует много версий SCADA-систем в основном зарубежных производителей, например Genesis фирмы Iconics, FactoryLink фирмы UnitedStatesDATDCo. (США), WinCC фирмы Siemens (Германия) и др.
SCADA-системы решают следующие задачи:
- Обмен данными с «устройствами связи с объектом» (то есть с промышленными контроллерами и платами ввода-вывода) в реальном времени через драйверы.
- Обработка информации в реальном времени.
- Логическое управление.
- Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
- Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
- Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
- Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
- Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.
- Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т.д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.
Все современные SCADA-системы позволяют создавать графический интерфейс, что облегчает диалог оператора с машиной. Среди SCADA–систем распространена векторная графика, что позволяет создавать отдельные графические объекты, производить различные операции над ними, обеспечивать динамичность изображения за счет масштабирования, перемещения, вращения, изменения цвета объектов, образующих изображение.
Modbus – открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиент-сервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP(Modbus TCP).
TRACE MODE содержит библиотеку бесплатных драйверов к более чем 2400 промышленным контроллерам (ПЛК), платам ввода-вывода и счетчикам электроэнергии и ресурсов. Эти драйверы доступны также и в бесплатной, базовой версии TRACE MODE. В TRACE MODE поддерживаются следующие стандартные протоколы:
- BACnet/IP
- DCON
- DeviceNet
- IEC 60870-5-101
- Hart
- HOST-Link
- M-BUS
- Modbus RTU
- Modbus TCP/IP
Для вывода данных на экран, управления системой оператором необходимы объекты, такие как текст, стрелочный прибор, ползунок, кнопка, выключатель, тренд и так далее.
Для управления электродвигателем смесителя [3] была разработана автоматизированная система, предусматривающая возможность удаленного управления и мониторинга работы смесителя. Структура этой системы представлена на рис. 1.
Рис. 1.Структура системы управления электроприводом смесителя
Управление ПЧ можно осуществить с помощью промышленного протокола Modbus RTU и персонального компьютера.
Содержание доступных адресов показано ниже рис. 2.
Рис. 2. Содержание доступных адресов ПЧ
После того как осуществляется сброс всех настроек ПЧ на заводские, необходимо с помощью контрольной панели настроить ПЧ типа VFD-E на работу с протоколом Modbus RTU.
Необходимо задать настройки следующих параметровпредставленных в табл. 1 [4].
Таблица 1
Настройки частотного преобразователя
|
Номер параметра |
Установить значение |
Описание |
|
02.00 |
3 |
Первый источник задания выходной частоты. Значение 3 устанавливает задание частоты от интерфейса RS-485 |
|
02.01 |
3 |
Первый источник команд управления приводом. Значение 3 и 4 устанавливают управление от RS-485. При установке параметра равным 4 кнопка STOP на преобразователе перестает быть активной |
|
02.10 |
0 |
Ноль – значение по умолчанию. В этом случае частотой управляет только первый сигнал, то есть RS-485 |
|
09.00 |
01 |
Коммуникационный адрес ПЧ. Должен быть уникальным на сети. Аналогичные настройки в MasterLink (в SCADA) |
|
09.01 |
1 |
Скорость передачи данных. 1 – скорость 9600 бит/с. Аналогичные настройки в MasterLink (в SCADA) |
|
09.04 |
6 |
Устанавливает настройки протокола. Установка 6 – Modbus RTU, 8 бит данных, без контроля четности, 1 стоп-бит. Аналогичные настройки в MasterLink (в SCADA) |
При создании проекта в Trace Mode создаются многочисленные каналы и аргументы. Весь обмен данными происходит через каналы. Связь между определенными значениями каналов, аргументами программы, экрана, осуществляется с помощью механизма, который называется привязкой. При создании программы или экрана необходимо создать аргументы.
Создание аргумента в Trace Mode, который отвечает за запуск двигателя представлено на рис. 3.
Рис. 3. Создание аргумента в Modbus RTU на запись
Для вывода данных на экран, управления системой оператором необходимы объекты, такие как текст, стрелочный прибор, ползунок, кнопка, выключатель, тренд и так далее. Создание кнопки пуск на экране оператора, которая отвечает за запуск представлено на рис. 4.
Управление смесителем осуществляется с персонального компьютера с использованием программного обеспечения SCADA TRACE MODE 6.09 фирмы ADASTRA. Для организации передачи и получения данных по средствам протокола связи Modbus-RTU используется преобразователь интерфейсов ICPDASI-7520. Он позволяет выполнять преобразование сигналов RS232 в сигналы RS485 и наоборот. На рис. 5 представлен рабочий экран оператора по управлению смесителем.
Рис. 4. Создание кнопки пуск на экране оператора
Рис. 5. Рабочий экран SCADA-системы
Описание функциональных возможностей SCADA-системы для управления смесителем:
Таблица с параметрами 1–8 на экране оператора, позволяет отслеживать численные значения: заданной частоты, фактической частоты, выходного тока, напряжение на шине DC, выходного напряжения, температуры IGBT-модуля, мощность и момент. Параметры 9–13 позволяют задавать требуемые значения для: частоты, максимальной частоты и напряжения, времени разгона и торможения. 14 – Блок управления вывода значения на экран позволяет изменять значение, отображаемое на экране частотника. 15 – блок управления законом управления частотником позволяет выбрать требуемый закон управления частотником. 16 – Блок управления разгоном и торможением позволяет выбрать вид разгона и торможения. 17 – Блок управления пуск, реверс и торможение обеспечивает пуск, реверс и торможение электродвигателя. Приборы 18–19 наглядно отображают значение частоты и температуры IGBT-модуля. На графиках 20–21 видно изменения тока и напряжения во времени.
С помощью панели оператора можно отследить основные параметры смесителя, а так же осуществить пуск, реверс и остановку электродвигателя.
Используя SCADA – систему были проведены эксперименты с целью определения потребляемой мощности двигателем смесителя в. Управление двигателем осуществлялось непосредственно с компьютера через графический интерфейс рис. 6.
Рис. 6. Данные экспериментов на рабочем экране SCADA-системы
Были получены значения по которым построены графики:
– зависимости мощности от частоты при постоянном коэффициенте заполнения принятым за 60 %, рис. 7.
– зависимость мощности от коэффициента заполнения при постоянной частоте принятой 6ГЦ, рис. 8.
Рис. 7. Зависимости мощности от частоты при постоянном коэффициенте заполнения принятым за 60 %
Рис. 8. Зависимость мощности от коэффициента заполнения при постоянной частоте принятой 6ГЦ
В процессе создания SCADA-системы была изучена среда разработки Trace Mode 6.09. C её помощью выполнен опрос необходимых параметров смесителя через преобразователь частоты VFD-E, а также выполнены его настройки на необходимые оптимальные значения. В программе TraceMode создано место («экран») диспетчера управления смесителем планетарного типа.
1. Жидков В.А. Сравнительный анализ SCADA-систем, применяемых в диспетчерских службах Белгородской энергосистемы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. №1. С. 185–189.
2. Электронныйресурс:http://www.adastra.ru/
3. Патент № RU 143424, B01F7/14, Планетарный смеситель / Анциферов С.И., Богданов В.С., Семернин А.Н., дата публ. 20.07.2014.
4. Руководство пользователя TraceMode. Версия 5.0. М.: AdAstra Research Group, Ltd. 2000. 814 c.
