Автоматизация теплового узла учета жилого дома

Рисунок 2.4 – Модуль FM 455CОтличительные особенности модуля FM 455C:Защищенный режим: модуль остается в работоспособном состоянии даже после перехода центрального процессора в режим STOP.Входы обратной связи: аналоговые входы могут быть использованы для подключения цепей обратной связи, существенно повышающими точность регулирования.Расширение возможных областей применения за счет использования функциональных блоков:Fuzzy-логики для программирования и считывания параметров регуляторов температуры.Интерактивного изменения параметров настройки регуляторов.Сравнения данных модуля FM 355 с эталонным блоком данных.Ускорения операций ввода-вывода, благодаря использованию системных функций (SFC) RD_REC и WR_REC.Режим ручного/ автоматического управления со ступенчатым или бесступенчатым переходом от одного режима к другому.Высокая точность измерения температуры с помощью датчиков Pt100 в диапазонах:-200 ... +129 °С или -328 ... +264 °F;-200 ... +556 °C или -328 ... +1032 °F;-200 ... +850 °C или -328 ... +1562 °F.Расширенный набор тестовых функций:Считывание аналоговых и дискретных сигналов.Принудительная установка значений аналоговых и дискретных выходов.Считывание параметров настройки каналов.Обновление встроенного программного обеспечения.Адаптивный регулятор температурыАдаптивный терморегулятор наиболее удобен для построения систем, в которых не наблюдается больших отклонений регулируемого параметра от заданных значений. Он может быть использован в системах автоматического регулирования насосов, литьевых машин и т. д.Алгоритм не может быть использован для построения систем с большими отклонениями регулируемого параметра от заданного значения. К таким системам, например, могут быть отнесены системы регулирования температуры печей.2.4 Модули коммуникацииПередача данных по сети широко используется на практике для обмена различной информацией. Хотя большинство программных систем предназначены для коммерческой эксплуатации, применение промышленных сетей на производстве и быстрое развитие сети Интернет привели к внедрению сетей и в производство.PROFINET IO - это высокопроизводительная промышленная сеть для построения систем распределенного ввода-вывода цехового уровня, отвечающая требованиям международного стандарта IEC 61158. Она может использоваться для обмена данными между стандартными компонентами систем автоматизации, для построения распределенных систем противоаварийной защиты и обеспечения безопасности, а также распределенных систем управления перемещением.Для циклического обмена данными между контроллером и приборами ввода-вывода используются электрические, оптические и беспроводные каналы связи Ethernet. Обмен данными выполняется в реальном масштабе времени со скоростью 100 Мбит/с в электрических и оптических каналах, а также со скоростью до 54 Мбит/с в беспроводных каналах связи. В составе одной сети может работать несколько контроллеров со своим набором приборов ввода-вывода.PROFINET обеспечивает поддержку операций дистанционного программирования, настройки параметров и диагностики всех компонентов системы распределенного ввода-вывода. Для выполнения этих операций используется асинхронный обмен данными.PROFIBUS DP - это промышленная сеть для построения систем распределенного ввода-вывода цехового уровня, отвечающая требованиям международных стандартов IEC 61158/ IEC 61784. Она может использоваться для обмена данными между стандартными компонентами систем автоматизации, для построения распределенных систем противоаварийной защиты и обеспечения безопасности, а также распределенных систем управления перемещением.Сеть PROFIBUS DP позволяет объединять до 128 сетевых устройств. При этом один адрес зарезервирован для программатора, второй для панели оператора. Поэтому суммарное количество ведущих и ведомых устройств не должно превышать 126.При необходимости в составе одной сети PROFIBUS DP может использоваться несколько ведущих сетевых устройств со своим набором ведомых устройств. Циклический обмен данными между ведущим и ведомыми сетевыми устройствами выполняется в реальном масштабе времени со скоростью до 12 Мбит/с.Пример подключения ПЛК S7-400 с использованием протоколов PROFIBUS DP и IO представлен на рисунке 2.5Рисунок 2.5 Схема соединения блоков ПЛК S7-400В сети PROFINET IO программируемые контроллеры S7-400 способны выполнять функции контроллера ввода-вывода. Для выполнения этих функций могут использоваться:встроенные интерфейсы центральных процессоров CPU 41x(F)-x PN/DP;коммуникационные процессоры CP 443-1 или CP 443-1 Advanced.Указанные интерфейсы позволяют:Выполнять обмен данными в режиме RT или IRT с опцией высокой гибкости или высокой производительности.Выполнять поддержку изохронного режима в сети PROFI- NET IO.Выполнять непосредственное подключение к магистральным или кольцевым сетевым структурам без использования внешних коммутаторов Ethernet.Выполнять скоростное реконфигурирование поврежденной кольцевой структуры PROFINET за счет поддержки протокола MRP (Media Redundancy Protocol) по стандарту IEC 62439. Время реконфигурирования не превышает 200 мс.Производить назначение IP адресов из программы пользователя (SFB IP Config).Обеспечивать поддержку протокола PROFIenergy для реализации функций энергосбережения.Обеспечивать поддержку общих приборов ввода-вывода.Выполнять приоритетный запуск приборов ввода-вывода и т. д.Один контроллер PROFINET IO способен обслуживать до 256 приборов ввода-вывода. Подключение программируемых контроллеров SIMATIC S7- 400 к сети PROFIBUS DP выполняется:через встроенные интерфейсы центральных процессоров иличерез коммуникационные процессоры CP 443-5 Extended.MODBUS/TCPПрограммируемый контроллер S7-400 способен работать в сетях Ethernet с поддержкой протокола Modbus/TCP. Этот вариант связи может быть реализован:через встроенный интерфейс PROFINET центрального процессора S7-400 с использованием программного обеспечения S7-OpenModbus/TCP PN-CPU,через коммуникационный процессор CP 443-1 контроллера S7-400 с использованием программного обеспечения S7- OpenModbus/TCP CP.Таблица 2.5 – Параметры разъемов коммутацииФункцияОписаниеСетевойинтерфейс10BaseT, IEEE 802.3ПротоколпередачиTCP, UDP, IP, ARPПрикладнойпротоколTCP/UDP, ModBus/TCPИндикаторсостоянияИндикаторсостоянияканала (LINK), индикаторсостоянияпередачи (ТХ), индикаторсостоянияприема (RX)ПортПЛКПорт 1 ипорт 2 (СВЕ)СкоростьПЛКвбодах115200 (СВЕ)Рисунок 2.6 – Работа ПЛК S7-400 с различными сетями передачи данныхИнтерфейсные модулиМодули ввода-вывода информации предназначены для подключения датчиков и ИМ к полевой магистрали PROFIBUS-DP, а он так же снабжает шину напряжением.Резервный модуль IM 153-2 предназначен на случай отказа или некорректной работы основного модуля.Техническая характеристика модуля IM 153-2:Номинальное напряжение: 24 В пост. тока (от 20,4 до 28,8 пост. тока)Потребляемый ток из источника питания: макс. 650 мАТок включения: 10 АДопустимые адреса DP: от 1 до 125Датчики и исполнительные механизмы подключаются к двум станциям распределенного ввода-вывода ЕТ 200М. Станции соединяются с системой управления через шину PROFIBUS-DP.Всего модулей:– два основных интерфейсных модуля IМ 153-2;– два резервных интерфейсных модуля IМ 153-2;– двамодуля ввода аналоговых сигналов SM 431 на 16 входов;– пятьмодулей ввода аналоговых сигналов SM 431 Ex на 8 входа;– три модуля ввода дискретных сигналов SM 421 на 32 входа;– модуль ввода дискретных сигналов SM 421 на 8 входов;– два модуля вывода дискретных сигналов SM 322 на 32 входа. Интерфейсные модули IМ 153-2 предназначены для подключения станций распределенного ввода-вывода ЕТ 200М к основной сети PPOFIBUS-DP и к резервированной в качестве ведомых сетевых устройств. В случае повреждения активной линии связи пассивный модуль IМ 153-2 осуществляет безударный перехват управления передачей данных (на время переключения выходные сигналы замораживаются) и обеспечивает связь по резервной линии связи. Модули поддерживают выполнение функций синхронизации и являются головными модулями станции. Интерфейсный модуль IМ 153-2 обеспечивает комплексную обработку задач по обмену данными с ведущим сетевым устройством PPOFIBUS-DP (центральным процессором программируемого контроллера S7-300), которое осуществляет опрос входных сигналов станции ЕТ 200М и формирует ее выходные сигналы.Для согласования дискретных сигналов переменным напряжением 220 В со входами дискретных модулей на 24 В применены оптопары DEK-OE-230AC/48DC/100. Для согласования выходных сигналов дискретных модулей с управляемым электрическим оборудованием применены реле DEK-REL-G24/21. Оптопары и реле производятся немецкой фирмой PhoenixContact.3. Алгоритм программной частиПод алгоритмом управления понимается описание процедуры обработки информации о наблюдаемых переменных состояния с целью определения управляющих воздействий, реализуемых для получения требуемых показателей управляемого процесса как в установившемся, так и в переходном режиме.Для упрощения задачи программиста при написании программного обеспечения для контроллера технолог должен предварительно составить алгоритм управления, который, в свою очередь, должен давать четкое представление о том, какую последовательность действий нужно произвести, чтобы наилучшим образом решить поставленную задачу.рограмма должна выполнять следующие функции:– при выходе технологических параметров за допустимые пределы сигнализировать об этом оператору в SCADA-систему;– для параметров, по которым предусмотрена блокировка, при дальнейшем их росте выдать сигнал на управление соответствующим блокирующим оборудованием.После проверки канала на исправную работу происходит чтение и запись в память данных с датчика в масштабе, предназначенном для ПИД-регулирования (выбран при составлении слова конфигурации для модулей).Параллельно сэтим происходит масштабирование данных в реальные величины, для последующей передачи на верхний уровень (HMI - Human-Machine Interface). Данные в масштабе, предназначенном для ПИД-регулирования (0 - 16383) используются в процедуре регулирования, как входные данные для ПИД-функции. Выработанное ПИД-инстукцией управляющее воздействие анализируется при помощи функций сравнения, и на основе полученного результата устанавливается требуемое положение клапана, после чего происходит возврат в основную программу [19].При наличии команды на запуск насосов происходит переход к подпрограмме включения насосов, реализованной следующим образом.В случае удовлетворения текущих технологических параметров насоса условиям запуска, начинает открываться входная задвижка, параллельно с этим действием происходит запуск таймера, используемого для определения отказа задвижки. После открытия входной задвижки происходит включение насосов. Вслучае, если в течение отведенного времени (2минуты) входная задвижка не откроется предусмотрена сигнализация об отказе. При нормальном функционировании входной задвижки и включении насосов происходит открытие выходной задвижки (режим запуска насоса - на открывающуюся задвижку) с запуском таймера, используемого аналогично, описанному выше.