Системы измерения расхода

2. Системы измерения расхода

Основные критерии выбора:

диапазон измерений – 0…500 м3/ч;

предел погрешности измерения – не более 5%;

выходной унифицированный сигнал – желательно 4-20мА;

средний срок службы.

Сравним датчики расхода трех фирм: ЗАО "Взлет", ПГ "Метран", фирма "Теплоприбор" (табл. 2).

Таблица 2

Технические данные датчиков расхода

Диапазон пределов измерений, м3/ч	Предел погрешности измерения, ±g, %	Выходной унифицированный сигнал, мА	Средний срок службы, лет
ЗАО "Расход" – Расход 7
0…550	4	4-20	12
ПГ "Метран" – Метран-300-ПР-25
1…500	3	4-20	12
Фирма "Теплоприбор" – UFM 005-25
0…800	5	0-5	–

Следует отметить, что в устройствах ЗАО "Расход" и фирмы "Теплоприбор" применен ультразвуковой способ подсчета расхода жидкости, а в устройстве ПГ "Метран" – вихреакустический. У ультразвукового датчика явное преимущество: у него нет деталей расположенных поперек потока, а его внутренняя поверхность абсолютно гладкая по сравнению с вихреакустическим датчиком. В виду этого датчик Метран-300-ПР-25 исключается. По приведенным техническим данным датчиков расхода можно сразу исключить датчик "Теплоприбор" – UFM 005-25, т.к. диапазон пределов его измерений значительно превышает измеряемый. Выбираем датчик ЗАО "Расход" – Расход 7.

3. Частотные преобразователи

Основные критерии выбора:

диапазон пределов измерений – 0…200 кВт;

предел погрешности измерения – не более 1%;;

выходной унифицированный сигнал – желательно 4-20мА;

средний срок службы.

Сравним частотные преобразователи трех фирм: "Siemens", "Hitachi", "Keb" (табл. 3).

Таблица 3

Технические данные частотных преобразователей

Диапазон пределов измерений	Рабочая температура t,грС	Выходной унифицированный сигнал, мА	Средний срок службы, лет
"Siemens" – Micromaster 430
7,5…250	-10…+50	4-20	12
"Hitachi" – L300P
1,5…250	-10…+40	4-20	-
"Keb" - Combivert F5-M
0,37…315	-10…+45	4-20	10

Частотный преобразователь "Keb" - Combivert F5-M можно исключить, т.к. диапазон пределов его измерений значительно превышает измеряемый. У частотного преобразователя "Hitachi" – L300P характеристики соответствует частотному преобразователю "Siemens" – Micromaster 430, но у последнего оговорен средний срок службы в 12 лет, что дает ему преимущество при выборе.

Выбор КТС среднего уровня АСУ ТП

В состав КТС среднего уровня АСУ ТП входят модули УСО, ПЛК, ПО контроллера, технологические сети.

КТС должен управляться программно, имея предоставленный разработчиком пакет готовых процедур и функций, обладать достаточными для наших целей возможностями. Как правило, почти все предлагаемые рынком изделия, обладают одинаковыми возможностями. Различия заключаются, в основном, в количестве входных/выходных каналов, точности и разрядности АЦП, в архитектуре и конструктивном исполнении. КТС должен по возможности более просто и надежно сопрягаться с вычислительной машиной: надежное физическое соединение, простое и бесконфликтное ПО.

Выбор контроллера.

Рассмотрим два контроллера , двух разных фирм : SIMATIC S7-200 и DeCont-182.

Технические параметры этих контроллеров похожи , поэтому рассмотрим выбор с другой стороны :

Стоимость системы на базе DeCont-182 : 1800 евр.

Стоимость системы на базе SIMATIC S7-200 : 1330 евр.

В плане надёжности , контроллер SIMATIC S7-200 уступает Деконту .АСУ ТП обязательно должна быть надёжна , поэтому не следует экономить и разумнее взять DeCont-182.

Описание контроллера DeCont-182.

КТС, построенный на оборудовании фирмы "ДЕП", прост по конструкции. Для него не требуется подбирать дополнительное оборудование сторонних производителей. Благодаря наличию ПЛК система становится самостоятельной и независимой в работе от системы верхнего уровня АСУ ТП. Такой КТС имеет более наглядную сетевую архитектуру благодаря наличию ПЛК.

Сетевая архитектура модулей "ДЕП" с контроллером

 

Основные технические характеристики контроллера DeCont-182:

Рабочий диапазон температуры ………………….…. от - 40 до + 70 °С

Влажность ………………………………….………… 5 … 95 %

Питание: версия V6.1 и младше ……………………. 24 (22 … 26) В

версия V7.1 и старше ….……………………….…… 24 (9 … 30) В

Ток потребления при напряжении питания 24В

(без интерфейсных плат) (не более) ………………... 75 мА

Тактовая частота основного процессора …………… 30 МГц

Емкость ПЗУ (на основе FLASH) ……………..……. 512 К

Емкость ОЗУ ……………………………………..……512 К

При пропадании питания сохранение данных в ОЗУ и ведение времени, при нормальных условиях, суммарно (не менее) …….... 2 лет

Уход часов …………………………………….…….. 1 мин/месс

Масса ……………………………………………….… 0,5 кг

Подключение DeCont-182 к ПК осуществляется с помощью адаптера RS485 PC-I-RS485.

Представляет собой преобразователь сигналов интерфейса RS485 в сигнал RS232 и предназначен для подключения шлейфа сети SYNET к коммуникационному порту компьютера типа PC.Адаптер содержит встроенный источник питания , подключенный к сети 220в. , снабжён разъёмом RS232 типа DB9 , совместимым с разъёмом RS232 PC через кабель удлинитель и разъёмным клемником RS485.Протакол работы канального уровня (2) соответствует международному стандарту ISO/IEC 7809:1993(HDLC).

Модули ввода(AIN8-i20)-вывода(AOUT1-20) комплекса DECONT являются локальными микропроцессорными устройствами связи с объектом и осуществляют первичную обработку входных датчиков непрерывных и дискретных сигналов и выдачу управляющих воздействий на ИМ. Каждый модуль имеет выход в технологическую сеть на основе интерфейса RS-485. У модулей каждый канал (в том числе интерфейса RS-485) имеет индивидуальную гальваническую изоляцию. Питание модулей осуществляется нестабилизированным напряжением 9…30 В постоянного тока. Алгоритмическое управление осуществляется контроллером DeCont-182.

Для взаимодействия контроллера DeCont-182 с модулями УСО применяется локальная технологическая сеть SYBAS на физическом интерфейсе RS-485.Модули в сети пассивны, любой обмен данными инициируется мастером сети (DeCont-182).Мастер передаёт модулям настроечные параметры, команды управления и считывает текущие данные.

Основные технические характеристики модуля AIN8-i20 :

Кол-во каналов аналогового ввода ……………....……....… 8

Напряжение питания ………..………..…………………….. 24 (9 … 30) В

Ток потребления при напряжении питания 24В

(не более): ………………………………………………...… 80 мA

Основная приведенная допускаемая погрешность ………. 0,25 %

Дополнительная приведенная допускаемая

погрешность на 10 °С …………….................................… 0,1 %

Входное сопротивление для режимов: 0 - 10 V …. 100 кОм

 0 - 5 мА …………………………………………………. 400 Ом

 0 - 20мА ………………………………………………… 100 Ом

Предельные уровни сигналов: 0 - 10 V ……………….. ± 150 В

 0 - 5 мА ……………………………………………….….13 мА

 0 - 20мА ……..………………………………………….. 50 мА

Масса ………………………………………………..…… 0,45 кг

Основные технические характеристики модуля AOUT1-20:

Напряжение питания ………..………...……..…….….. 24 (9 … 30) В

Ток потребления при U=24В (не более): …………….. 70 мА

Разрядность ЦАП ………………….………………..….. 12 бит

Предел допускаемой приведенной погрешности ….…. 0,1%

Дополнительная погрешность температуры

на каждые 10 °С ……………………………………….... 0,05 %

Масса …………………………………….………..…….. 0,25 кг

Выбор КТС верхнего уровня АСУ ТП.

К верхнему уровню АСУ ТП относится АРМ оператора и БД.

АППАРАТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Минимальная конфигурация компьютеров АРМ.

Типовое рабочее место диспетчера:

§  Процессор – Pentium IV 3000 МГц.

§  Оперативная память – 1024 МБ.

§  Свободное дисковое пространство – 100 Gb.

§  Smart UPS – 1000 (или больше) VA.

Сервер базы данных:

§  Процессор – Pentium IV 3500 МГц

§  Оперативная память – 2048 МБ

§  Свободное дисковое пространство – 4 Тб.

§  Smart UPS – 1000 (или больше) VA

3.2 Хранение и обработка информации

Для хранения информации используется сервер InterBase под управлением ОС Windows 2000/XP и может хранить терабайты информации. Организационная структура базы данных (БД) позволяет хранить полную информацию о результатах обмена данными, по меньшей мере, за три года функционирования диспетчерского центра и, кроме того, обобщенную аналитическую информацию ещё за несколько лет.

3.3 Описание программного обеспечения ЦДП

Программное обеспечение АРМа обеспечивается SCADA-системой КАСКАД.

SCADA-система «КАСКАД для WINDOWS» (далее - КАСКАД) представляет собой мощный инструмент наблюдения, анализа и управления технологическими процессами; имеет в своем распоряжении все необходимые инструменты, присущие современным SCADA-системам, а также ряд уникальных особенностей.

Система КАСКАД спроектирована так, чтобы обеспечить максимально удобную работу с ней для пользователей различной квалификации, имеет интуитивно понятный интерфейс и проста в освоении.

Система имеет мощную сетевую архитектуру, что позволяет легко наращивать ее мощность, гибко конфигурировать под любой технологический процесс, комбинируя нужные модули.

Система КАСКАД включает в себя следующие компоненты:

Серверные модули:

- Сервер Доступа к Данным осуществляет получение, обработку и накопление данных, ведение базы данных, анализ и передачу управляющих воздействий. Накопление данных ведется в виде SQL-базы данных под управлением сервера InterBase.

- Интерфейсные модулеи доступа к данным осуществляют связь с источниками данных (микроконтроллерами и т.п.).

- Конфигуратор СДД предоставляет унифицированный интерфейс для настройки модулей доступа к данным (формирования набора опрашиваемых устройств, тегов, настройка параметров опроса).

Клиентские модули:

- Модуль визуализации ТП является основным средством визуального контроля текущих параметров ТП, а также главным инструментом управления процессами. Отображаемые данные группируются в виде панелей мнемосхем. Каждая панель может отображать информацию в любом удобном для восприятия и анализа виде: текстовом, графическом (растровое или векторное изображение), анимированные изображения, видеоролики, тренды, гистограммы и т.д. Причем виды отображения могут комбинироваться в любом сочетании. Навигация по мнемосхемам максимально проста. Настройка мнемосхем производится во встроенном редакторе.

- Модуль просмотра исторических данных ТП представляет собой мощное и удобное средство просмотра истории технологического процесса, отслеживания динамики ТП благодаря развертыванию данных в графическом виде. Информация может представляться как в двух, так и в трех измерениях, в абсолютных единицах (единицы измерения), в процентах. Возможен просмотр как исторических, так и текущих данных (следящий режим). Данные при отображении логически группируются в виде панелей предыстории. Каждая панель может работать как независимо от других панелей, так и синхронно с ними. Добавление и удаление графиков производится налету, как и изменение масштаба отображения. Количество одновременно отображаемых панелей и графиков на каждой панели в принципе не ограничено и выбирается из соображений удобства восприятия и здравого смысла.

- Модуль формирования отчетной документации позволяет создавать отчеты любого вида за любой период времени, вести как сменную, так и сквозную документацию, а также анализ данных. Формирование отчетов производится в формате и под управлением Microsoft Excel. Во-первых, это дает пользователю возможность настроить вид выходной документации, используя весь мощный инструментарий, предоставляемый программой Microsoft Excel, а во-вторых, позволяет использовать сформированные документы в дальнейшем без дополнительных преобразований. Вид документа настраивается один раз и запоминается в виде шаблона. По этому шаблону в любое время может быть сформирован выходной документ на любой момент времени.

- Модуль звуковой сигнализации осуществляет контроль соответствия технологического процесса установленным режимам. В случае нарушений происходит информирование пользователя проигрыванием звуковых файлов. Благодаря чрезвычайно гибкой настройке модуль может быть использован также и для комментирования хода технологического процесса. В качестве звуковой информации могут быть использованы голосовые сообщения; сообщение можно составлять из нескольких элементов, зацикливать произвольный участок цепочки. Узел, вызвавший аларм, отображается модулем визуализации, что позволяет немедленно принять необходимые меры. Каждому контролируемому параметру задается приоритет, что позволяет в первую очередь обрабатывать более важные алармы.

Модули системы КАСКАД работают независимо друг от друга, поэтому можно, например, одновременно формировать отчет, анализировать исторические данные и следить за текущим ходом процесса.

Для разграничения уровней доступа к информации введена система пользователей и паролей. Каждому пользователю определяются права на запуск приложений, просмотр данных и изменение настроек.

КОМПЛЕКС АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУ ТП

В состав системы включены:

·  4 насоса, которые разбиты на две группы – основные и дополнительные;

·  ЧП Micromaster 430 фирмы Siemins - коммутируется с одним из основных насосов;

·  программируемый логический микроконтроллер DeCont-182 фирмы ДЕП– собирает информацию с датчиков и управляет технологическим оборудованием и регулирует давление;

·  панель PanelView 550 фирмы Allen-Bradley – отображает текущие параметры системы, аварийные сообщения, предысторию событий, отчет по моточасам, осуществляет ввод команд оператора.