МПУ
|
Уча-сток
|
Датчики
аналоговые
|
Датчики
дискретные
|
Исполнительные
механизмы
|
Расстояние (м)
|
|
|
ДТП 250
|
ДТП 600
|
ДТП 1000
|
ДТ
|
ДНЗ
|
ДНИ
|
ДДП
|
ДДЭС
|
ДИМ
|
ЭИМ
|
ПИМ
|
ЦПУ - МПУ
|
МПУ - ТОУ
|
Вариант 3
|
1
|
1
|
9
|
-
|
-
|
11
|
9
|
-
|
12
|
3
|
3
|
3
|
-
|
350**
|
120
|
|
2
|
11
|
-
|
3
|
6
|
-
|
17
|
9
|
1
|
7
|
5
|
5
|
|
|
|
3
|
5
|
7
|
-
|
9
|
5
|
-
|
7
|
1
|
5
|
2
|
-
|
|
|
|
4
|
5
|
-
|
-
|
5
|
-
|
7
|
13
|
3
|
4
|
3
|
-
|
|
|
|
5*
|
-
|
9
|
-
|
15
|
9
|
-
|
5
|
3
|
-
|
-
|
17
|
|
|
2
|
1
|
10
|
-
|
-
|
9
|
-
|
5
|
5
|
3
|
9
|
4
|
-
|
|
150
|
|
2*
|
7
|
2
|
3
|
8
|
3
|
-
|
7
|
3
|
-
|
3
|
10
|
|
|
|
3
|
-
|
9
|
6
|
13
|
-
|
11
|
9
|
-
|
9
|
8
|
-
|
|
|
|
4
|
-
|
-
|
-
|
6
|
5
|
-
|
13
|
5
|
6
|
2
|
6
|
|
|
|
5
|
-
|
-
|
-
|
13
|
4
|
-
|
13
|
5
|
3
|
5
|
-
|
|
|
|
6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условные обозначения:
ДТП - датчики температуры (в скобках указан их диапазон
температуры, оС);
ДТ - датчики с токовым сигналом;
ДНЗ - датчики напряжения заземленные;
ДНИ - то же, изолированные от земли;
ДДП - датчики типа "сухой контакт";
ДДЭС - то же, экстренной сигнализации;
ДИМ - электродвигательные ИМы;
ЭИМ - электромагнитные ИМы;
ПИМ - пневматические ИМы.
Значком: * отмечены пожаро - и взрывоопасные участки, а
значком ** - максимальное расстояние ЦПУ-МПУ.
Перечень вопросов, подлежащих разработке
Введение
Описание контроллера и используемых модулей
Конфигурирование контроллера (таблица компоновки)
Общая структура системы автоматизации
Описание схемы внешних проводок (для одного МПУ)
Заказная спецификация
Перечень графического материала:
2 листа формата А1 (структурная схема РСУ с отображение
топологии системы и схемы соединения устройств полевой автоматики с модулями
УСО в пределах МПУ1)
Требования к программному обеспечению:
Текстовый редактор "Microsoft Word 2007" и графический
редактор "Компас-3D LT V12".
Дата выдачи задания 01.11.2013
Дата представления проекта к защите 25.12.2013
Заведующий кафедрой ________________ Л.А. Русинов
Руководитель, к. т. н., доцент _______________ Н.А. Сягаев
Задание принял к выполнению _______________ А.В. Федотко
Содержание
Введение
1. Основные требования и особенности ПТК
Описание ПТК
Сетевые модули
2. Барьеры искробезопасности
KFD2-UT2-Ex2
KFD2-STC4-Ex2
KFD2-SR2-Ex2. W
KFD2-SCD2-Ex2. LK
3. Общая структура системы автоматизации
4. Описание схемы внешних проводок
Список использованных источников
Введение
Целью курсового проекта является ознакомление с техническим
обеспечением РСУ на базе программно-технических комплексов (ПТК), включающих
контроллеры различных классов, рабочие станции соевые коммуникации и т.п. В
проект входит ознакомление с требованиями к ПТК, изучение структуры выбранных
ПТК, подключение ПТК к модельному объекту проектная компоновка ПТК.
1. Основные
требования и особенности ПТК
Одним из самых важных требований к ПТК является требование
обеспечения высокой надежности при работе в условиях больших перепаде"
температур, запыленности, вибраций и т.п.
Для обеспечения высокой надежности ПТК применяется:
· функционально-модульное построение
устройств и блоков;
· эффективная система тестового контроля;
· тренировка готовых изделий перед передачей
заказчику;
· резервирование аппаратуры ПТК
Для повышения надежности работы ПТК должны быть приняты самые
серьезные меры по улучшению качества питающей сети и защите от помех
(использование сетевых фильтров, источников бесперебойного питания ИБП и др.).
У современных ПТК среднее время наработки на отказ составляет
50 тысяч часов и более. Однако желательно ещё большую наработку на отказ. Для
этого организуют дублированные комплексы (резервирование). В этом случае один
из контролеров является - управляющим, а второй - следящим.
Важным качеством ПТК, необходимым для реализации современных
АСУТП, является возможность организации иерархических и распределенных
структур, что предполагает организацию сети и связь по сети с другими ПТК или
ЭВМ, установленными в различных службах предприятия, и с другими процессорами
или контроллерами в рамках данной РСУ. Наличие развитых программно-технических
средств сетевой поддержки является важным требованием к ПТК.
Особенностью ПТК, используемых непосредственно для
управления, является наличие развитого УСО. Эти модули выполняются на вставных
платах, либо в стандарте процессора, либо в стандарте автономного блока, в
котором они устанавливаются.
вычислительный комплекс управляющий автоматизация
В современных ПТК с целью экономии расхода кабелей и снижения
влияния помех модули УСО объединяются в отдельные блоки, располагаемые в
непосредственной близости от датчиков и связываемые с контроллером по каналам
цифрового последовательного интерфейса, например, RS485.
Эти модули имеют микропроцессорное управление и реализуют
также ряд функций первичной обработки информации (линеаризацию,
масштабирование, различные коррекции, в том числе и на изменение окружающей
температуры, и т.п.). Кроме того, они часто позволяют проводить настройку
параметров и тестирование с пульта рабочей станции.
Выбор конкретного состава модулей, необходимого для данного
объекта, выполняется в процессе проектной компоновки ПТК. Результатом
компоновки является заказная спецификация на ПТК.
ПТК поставляется с системным (базовым) и сетевым программным
обеспечением, а прикладное обеспечение, реализующее конкретные операции по
управлению объектом, создается уже на месте пользователем.
Базовое программное обеспечение обычно включает:
· операционную систему реального времени с
малым временем реагирования для задач сбора информации, аналогового и
логического управления, регистрации аварийных ситуаций и др.;
· драйверы управления периферией;
· текстовую (диагностическую) систему для
анализа состояния аппаратуры ПТК;
· комплект программ для метрологической
аттестации моделей УСО.
Сетевое программное обеспечение поддерживает определенные
промышленные и локальные сети, что делает возможным обмен технологической
информацией по линиям связи как между различными устройствами внутри РСУ, так и
с заинтересованными службами предприятия.
Прикладное обеспечение составляется пользователем, как
правило, на том или ином технологическом языке, предусмотренном стандартом МЭК IEC-1131.
Использование языков высокого уровня (в том числе и
упрощенных) облегчает программирование задач верхнего уровня управления
производством (задач АСУТП), задач поиска информации и сравнения, таблиц и
протоколов. Эти функции, а также функции операторского интерфейса, развитию
которого в последнее время уделяется большое внимание, реализуются с помощью
пакетов программ, получивших общее название SCADA-систем.
Описание ПТК
При выборе ПТК необходимо учитывать:
· стоимость технологического и программного
обеспечения, а также затраты на установку, пуск, наладку, эксплуатацию и
обучение персонала;
· надежность, гибкость, ремонтопригодность,
масштабируемость;
· простоту конфигурирования, тип БД,
графические возможности;
· возможности модернизации.
В данном курсовом проекте мы будем изучать ПТК на базе
контроллера FP2 фирмы Matsushita. Поскольку заданная АСУТП имеет в своем составе
взрывоопасные участки, необходимо использовать барьеры искрозащиты.
Промышленные контроллеры серии FP2 спроектированы с учетом
тенденций в современной промышленной автоматике. Они идеально подходят для
решения задач управления машинами и механизмами, для автоматики зданий, для
управления и сбора данных.
Система управления состоит из четырех составляющих: модуля
ЦПУ, источника питания, кросс-панели и модуля расширения, комбинируемых в
зависимости от задачи пользователя.
Основные конфигурации контроллера FP2 включают сборки на
пассивных кросс-платах с 5,7,9,12 и 14 слотами для модулей (рис.1). При этом в
случае необходимости к основной плате с ЦПУ (кроме 5-ти слотовой платы) может
быть подключена одна плата расширения, снабженная блоком питания. В
качестве платы расширения может быть использована любая пассивная плата, кроме
5-ти слотовой. Для соединения платы расширения с основной платой используется
кабель FP2-EC с разъемами длиной 60см (рисунок 1).
Рисунок 1 - Вид типовой сборки контроллера
Модули в кроссовой плате могут располагаться в произвольном
порядке, кроме модулей питания и ЦПУ, которые занимают первые слоты слева:
модуль питания, модуль ЦПУ и далее модули УСО. При компоновке контроллера
должны учитываться ограничения на ток потребления и количества модулей одного
типа на кросс-плате (таблица 1).
Таблица 2 - Ограничения на использование модулей в различных
конфигурациях FP2
|
Кросс-платы
|
Источники
питания
|
Модули ЦПУ
|
Конфигурация
|
На 5 модулей
|
Тип на 7-, 9-,
12 - и 14 модулей
|
2,5 А 100 VAC
|
2,5 А 200 VAC
|
5 А от 100 до
240 VAC
|
Стандартный
|
Модуль ЦПУ с 64
входами (2 модуля)
|
Модуль ЦПУ с
аналоговыми входами/выходами
|
Модуль ЦПУ с
модулем S-Link (2 модуля)
|
Основной набор
(модули ЦПУ). Самая распространенная конфигурация
|
Возможно
|
Возможно
|
Возможно
|
Плата
расширения (источник питания установлен на плате расширения)
|
Невозможно
|
Невозможно
|
Возможно
|
Невозможно
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 - Продолжение
Конфигурация
|
Модули ввода
(любые типы)
|
Модули вывода
(любые типы)
|
Модули
ввода/вывода (любые типы)
|
Интеллектуальные
модули
|
|
|
|
|
Модуль
позиционирования
|
Модуль
аналоговых входов
|
Модуль
аналоговых выходов
|
Ведущий модуль Profibus FMS/DP
|
Ведущий модуль Profibus DP
|
Модуль
одноранговой сети
|
Модуль 8-LINK
|
Модуль
последовательных портов
|
Модуль связи с
компьютером
|
Основной набор
|
Возможно
|
Возможно
|
Возможно (^4 ^6)
|
Возможно (^1 ^5)
|
Возможно
|
Возможно (^3 ^5)
|
Плата
расширения
|
Возможно
|
Возможно
|
Невозможно
|
Возможно (^2)
|
Возможно
|
Невозможно
|
Стандартный модуль ЦПУ (FP2-C1) может быть применен в
любых конфигурациях контроллера. Модули FP2-C1D и FP2-C1А предназначены в основном
для небольших систем с дискретными и аналоговыми каналами соответственно. Эти
модули занимают по 2 слота на кросс-плате. Модули потребляют большой ток
от источника питания, что должно учитываться при его выборе (таблица 3).
Таблица 3 - Токи потребления модулей ЦПУ
Модули ЦПУ FP2
|
Тип модуля
|
Потребляемый
ток, мА
|
|
FP2-C1
|
410
|
|
FP2-C1D
|
530
|
|
FP2-C1A
|
1100
|
|
FP2-C1SL
|
630
|
Стандартный модуль ЦПУ FP2-C1 может управлять до 12
модулями на основной плате и до 25 модулями с платой расширения (это порядка
1600 каналов входов/выходов). В случае использования удаленных модулей УСО со
связью по сетям MEWNET, S-LINKили PROFIBUS число каналов УСО возрастает более чем вдвое. Модуль имеет
память программ в 16К шагов с возможностью расширения в 2 раза и большую память
данных (4000 внутренних реле, 1000 таймеров (счетчиков) и регистровую память на
8000 слов). Модуль имеет стандартный порт RS232 для связи с рабочей
станцией или ЭВМ (дальность 15м) и выход на модем. Модули ввода дискретных
сигналов постоянного тока.
Контроллер FP2 имеет в своем составе модули расширения для
ввода дискретных сигналов: FP2-16XD2 (с клеммным соединителем
с линиями датчиков) и FP2-64XD2 (с разъемом) - рис.4.
Эти модули имеют соответственно 16 и 64 канала. Кроме того, дискретные сигналы
(64 линии) могут быть поданы на специализированный модуль ЦПУ FP2-C1D. Характеристики модулей
приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Характеристики модулей дискретного ввода
Характеристика
|
Модуль FP2-16XD2
|
Модуль FP2-64XD2; ЦПУ
FP2-C1D
|
Число каналов
|
16
|
64 (2 группы по
32)
|
Гальваническая
развязка
|
Оптронная
|
Оптронная
|
Номинальное Uвх, В
|
12 - 24
|
24
|
Максимальный Iвх, мА
|
10
|
5
|
Потребляемый
модулем ток от источника питания контроллера, мА
|
80
|
100
|
Модули вывода дискретных сигналов постоянного тока.
Модули вывода дискретных сигналов представлены более широко:
это прежде всего модули вывода FP2-Y16T и FP2-Y16P - 16 каналов с клеммным
соединителем и открытым коллектором на npn и pnp транзисторах
соответственно. Аналогичные модули на 64 канала с разъемами: FP2-Y64T и FP2-Y64P. Кроме того, в комплекте
модулей УСО FP2 имеются релейные модули вывода FP2-Y6R (6 каналов) и FP2-Y16R (16 каналов).
Характеристики модулей приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Характеристики модулей вывода дискретных сигналов
Характеристика
|
Модули FP2-Y16T, FP2-Y16P
|
Модули FP2-Y64T, FP2-Y64P
|
Модули FP2-Y6R*)
|
Модули
FP2-Y16R*)
|
Число каналов
|
16
(2x8)
|
64
(2x32)
|
6
(3x2)
|
16
(2x8)
|
Гальваническая
развязка
|
Оптронная
|
Оптронная
|
Оптронная
|
Оптронная
|
Напряжение
нагрузки (внешнего источника), В
|
5 - 24
|
5 - 24
|
250
(AC), 30 (DC)
|
250
(AC), 30 (DC)
|
0,6
|
0,1
|
5
|
2
|
Ток потребления
от источника питания контроллера, мА
|
100
|
250
|
70
|
120
|
*) Для
питания реле эти модули требуют дополнительного источника напряжения 24В DC
|
Модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного тока.
В составе FP2 есть комбинированные модули ввода/вывода FP2-XY64D2T и FP2-XY64D2P. Модули имеют по 32
канала на вход и выход с разъемом для соединения с внешними устройствами и
характеристиками, по входам совпадающими с характеристиками модулей FP2-64XD2, а по выходам - с
модулями FP2-Y64T, FP2-Y64P.
Модули ввода аналоговых сигналов постоянного тока.
Аналоговые сигналы в FP2 принимаются отдельным
модулем УСО FP2-AD8 (8 каналов) и специализированным ЦПУ (для малых
систем) FP2-C1A (4 канала на ввод и 1 на вывод). Оба модуля имеют
клеммный блок для соединения с датчиками и характеристики, приведенные в
таблице 6. Каждый канал может быть автономно настроен на любой допустимый
диапазон входного напряжения, в том числе на приме сигналов от термопар и
термометров сопротивления, с помощью переключателей на задней панели модулей.
Модуль ЦПУ FP2-C1A может быть установлен только на кросс-плате ЦПУ
(а не на плате расширения).
Таблица 6 - Характеристики модулей аналоговых вводов
Характеристики
|
FP2-AD8
|
FP2-C1A
|
Количество
каналов (автономная настройка каждого канала)
|
8
|
4
|
Входной сигнал
|
Напряжение
|
±10В; 2 - 5В; ±100мВ
|
|
Ток
|
±20мА; 4 -
20мА
|
|
Термопара
|
S (0-15000C); J
(-200+7000C); K (-200+10000C); T
(-200+2500C); R (0-15000C)
|
|
Термосопротивление
|
Pt100
(-100+5000C);
Pt1000 (-100+100 0C)
|
Погрешность
|
1%; 16 бит
|
Гальваническая
развязка
|
Между входами и
внутренней схемой (между каналами нет)
|
Потребляемый
модулем ток от источника питания, мА
|
500
|
1060
|
Модули вывода аналоговых сигналов постоянного тока.
Вывод аналоговых сигналов в FP2 осуществляется модулем
УСО FP2-DA4 (4 канала), кроме того, специализированный ЦПУ FP2-C1A также содержит 1
канал вывода. Оба модуля имеют клеммный блок для соединения с датчиками и
характеристики, приведенные в таблице 7. Модули могут выдавать аналоговый
сигнал напряжения или тока в зависимости от положения переключателей на задней
панели, характеристики модулей приведены в таблице 7.
Таблица 7 - Характеристики модулей аналогового вывода
Характеристики
|
FP2-DA4
|
FP2-C1A
|
Количество
каналов (автономная настройка каждого канала)
|
4
|
1
|
Выходной сигнал
|
Напряжение
|
±10В (нагрузка
- до10мА)
|
|
Ток
|
0 - 20мА
(нагрузка - до 300ом)
|
Погрешность
|
1%; 16 бит
|
Гальваническая
развязка
|
Между входами и
внутренней схемой (между каналами нет)
|
Потребляемый
модулем ток от источника питания, мА
|
600
|
1060
|
Сетевые
модули
В составе контроллера FP2 имеются модули выхода
на сеть PROFIBUS FMS (для систем управления высокого уровня -
универсальный модуль FP2-FMS/DP-M) и PROFIBUS DP (для управления
распределенными полевыми устройствами от простых модулей до контроллеров FP1 и FP0 - модуль FP2-DP-M). Универсальный модуль FP2-FMS/DP-M может поддерживать
работу обеих сетей одновременно. Количество станций в сети - до 125.
В кросс-платы может быть установлено до 2 модулей PROFIBUS; скорость передачи - от
9,6 кбит/с (расстояние - до 1200 м без репитера и 4800 м - с репитером) до 12
Мбит/с (расстояние - до 100 м без репитера и 400 м - с репитером). Порт -
9-контактное гнездо в стандарте RS485. Примеры организации сетей приведены на рис.
9.
Для связи контроллеров между собой может быть использована
сеть MEWNET (модуль FP2-MW). В сеть MEWNET может быть объединено до
32 контроллеров FP2 при скорости передачи 250кбит/с (расстояние - до 1200м) и
500кбит/с (расстояние до 800м). Кабель - витая пара, порт RS485.
Для связи контроллера FP2 с компьютером или
операторской панелью без организации сети может использоваться модуль FP2-CCU, обеспечивающий связь
через интерфейс RS232.
Модули питания
В состав оборудования контроллера FP2 входит три типа
источников питания (таблица 8). Источники питания устанавливаются в кросс-плату
всегда в первый левый слот. Питание от этих модулей (5В постоянного тока)
передается на остальные модули по внутренней шине кросс-платы. Однако каждому
модулю ввода-вывода требуется для питания входных/выходных каналов напряжение
от внешнего источника постоянного тока 24В.
Таблица 8 - Характеристики модулей питания
Характеристика
|
FP2-PSA1
|
FP2-PSA2
|
FP2-PSA3
|
Вход
|
Напряжение, В
(АС)
|
100 - 120
|
200 - 240
|
100 - 240
|
|
Потребляемый
ток, А
|
0,5
|
0,2
|
0,7 - 0,4
|
|
Напряжение, В (DC)
|
5
|
|
Ток нагрузки, А
|
2,5
|
2,5
|
5,0
|
2. Барьеры
искробезопасности
Вид взрывозащиты "искробарьерная электрическая
цепь" основывается на поддержании искробезопасного тока (напряжения,
мощности или энергии) в электрической цепи. При этом под искробезопасным током
(напряжением, мощностью или энергией) имеется в виду наибольший ток
(напряжение, мощность или энергия) в электрической цепи, образующий разряды,
который не вызывает воспламенения взрывоопасной смеси в предписанных
соответствующими стандартами условиях испытаний.
К такого рода стандартам можно отнести: ГОСТ 22782.5-78
"Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты искробезопасная
электрическая цепь" или международные стандарты IEC 79-3 Spark Test Apparatus for Intrinsically Safe Circuits, IEC 79-11 Construction and Test of Intrinsically and Associated Apparatus.
Искробезопасным электрооборудованием является
электрооборудование, у которого внешние и внутренние электрические цепи
искробезопасны. Полевое (внешнее) оборудование (выходные элементы,
преобразователи "ток-давление", клапаны соленоидов и т.д.),
применяющиеся во взрывоопасных зонах, должно быть сертифицировано на
искробезопасность. Сертификация основывается на максимальном уровне энергии
(группа газа) и величине температуры самовоспламенения.
В элементах, от которых зависит искробезопасность цепи,
должны быть предусмотрены меры, повышающие надежность. В электрической цепи не
должно быть элементов, нагруженных больше, чем на 2/3 номинальных значений
тока, напряжения или мощности. Элементы, которые не соответствуют этим требованиям,
должны рассматриваться как повреждаемые.
В рассматриваемой схеме ПТК используются барьеры
искробезопасности (БИС) фирмы Pepperl+Fuchs.
Все БИС являются активными (имеют гальваническую развязку) и
габарит (ширина-высота-глубина): 8х92х112 мм - одноканальные и 16х92х112 -
двухканальные БИС с монтажом на стандартную 35 мм DIN-рейку в безопасной зоне.
Подключение кабеля с помощью винтовых клемм, провода до 2,5мм2.
Предельные условия окружающей среды:
Рабочая температура: от 0 до 60 оС.
Температура хранения: от - 20 до +70 оС.
Относительная влажность: 5-90% без конденсации (до +35 оС).
БИС для связи датчиков температуры с контроллером
KFD2-UT2-Ex2
-UT2-Ex2 предназначен для подключения термосопротивлений (2-,
3-, 4-х проводная схема) и термопар любых типов, в том числе российских. Также
возможно использование этого прибора с любыми другими источниками
милливольтовых сигналов. На выходе обеспечивается линеаризованный сигнал 0/4…20
мА. Установка параметров осуществляется с помощью соответствующего программного
обеспечения PACTware (доступно бесплатно). Вход гальванически изолирован от
выхода и от входа для программирования, благодаря чему программирование прибора
может осуществляться без остановки процесса, с подключенными измерительными
цепями.
Два канала (модель Ex2)
Выход 0/4…20 мА
Напряжение питания 24 В пост. тока
Может использоваться с любыми термосопротивлениями и
термопарами, в том числе российскими
Подключение термосопротивлений по двух-, трех-,
четырехпроводной схеме
Конфигурируется с помощью персонального компьютера
Возможен монтаж в зоне 2
На рисунке 2 показана структурная схема БИС KFD2-UT2-Ex2
БИС для связи аналоговых входов контроллера с полевыми
устройствами
KFD2-STC4-Ex2
Данный барьер запитывает двухпроводный преобразователь во
взрывоопасной зоне и передает аналоговые сигналы из взрывоопасной зоны в
безопасную. На аналоговые сигналы могут накладываться цифровые сигналы с
возможностью передачи в оба направления.
Рисунок 2 - Структурная схема БИС KFD2-UT2-Ex2
Двухканальный
Монтаж приборов допустим в зоне 2
гальванически изолированных выхода
Напряжение питания 24 В DC
поддержка HART до 7.5 кГц (-3 дБ)
ЭМС в соответствии с NAMUR NE 21
Рисунок 3 - Структурная схема БИС KFD2-STC4-Ex2
БИС для связи дискретных входов контроллера с полевыми
устройствами
KFD2-SR2-Ex2.
W
Барьер для контактных/бесконтактных переключателей
предназначен для передачи дискретных сигналов из взрывоопасной зоны. Входы
могут использоваться как для подключения датчиков в соответствии с NAMUR (DIN
EN 60947-5-6), так и для подключения обычных контактов. Входы, выходы и цепь
питания гальванически изолированы друг от друга.
Двухканальный
Напряжение питания 24 В пост. тока
Релейный выход
Пригоден для монтажа в зоне 2
Рисунок 4 - Структурная схема БИС KFD2-SR2-Ex2. W
БИС для связи аналоговых выходов контроллера с полевыми
устройствами
KFD2-SCD2-Ex2.
LK
KFD2-SCD2-Ex2. LK передает сигнал 4…20мА из безопасной во
взрывоопасную зону. Барьеры KFD2-SCD2-Ex2. LK предназначены для использования в
цепях управления клапанами, преобразователями ток давление, позиционерами.
Данные барьеры поддерживают HART сигнал. Стандартно барьеры
поставляются с клеммными блоками KF-STP-BU и KF-STP-GN, которые имеют отверстия
для пробников и портативных HART устройств. Отслеживание обрыва цепи происходит
при превышении сопротивления цепи 800 Ом, а короткого замыкания при
сопротивлении ниже 50 Ом. Во время обрыва или КЗ входное сопротивление >100Ком,
по левой ток <1мА и горит красный индикатор ошибки.
Двухканальный
Поддерживает HART Сигнал
Отслеживание короткого замыкания и разрыва цепи
Пригоден для монтажа в зоне 2.
Точность 0,1%
Рисунок 5 - Структурная схема БИС KFD2-SCD2-Ex2. LK
Таблица 9 - Проектная компоновка ПТК
№
|
Модуль
|
ДТП 250
|
ДТП 600
|
ДТП 1000
|
ДТ
|
ДНЗ
|
ДНИ
|
ДДП
|
ДДЭС
|
ДИМ
|
ЭИМ
|
ПИМ
|
МПУ 1
|
Участок 1
|
1.4
|
FP2-AD8
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-AD8
|
9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
9.11
|
1.5
|
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
6.9
|
|
|
|
|
|
|
2.8
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.12
|
|
|
|
|
2.9
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
|
|
|
2.10
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
1.3
|
|
Участок 2
|
1.4
|
FP2-AD8
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-AD8
|
9.11
|
|
1.3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.6
|
|
1.2
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
|
3.10
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
|
11.17
|
|
|
|
|
|
2.8
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.9
|
|
|
|
|
2.9
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
|
|
2.10
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.7
|
|
|
2.11
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
|
2.12
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4
|
2.13
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
Участок 3
|
1.4
|
FP2-AD8
|
1.5
|
1.2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-AD8
|
|
3.7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
9
|
1.5
|
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.7
|
|
|
|
|
№
|
Модуль
|
ДТП 250
|
ДТП 600
|
ДТП 1000
|
ДТ
|
ДНЗ
|
ДНИ
|
ДДП
|
ДДЭС
|
ДИМ
|
ЭИМ
|
ПИМ
|
2.9
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
1.2
|
|
2.11
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
|
|
Участок 4
|
1.5
|
FP2-AD8
|
1.4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.6
|
FP2-AD8
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.2
|
|
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.9
|
|
|
|
|
2.8
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
10.13
|
|
|
|
|
2.10
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4
|
1.3
|
|
2.11
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
|
|
|
2.12
|
FP2-AD8
|
|
|
|
3.5
|
|
1.5
|
|
|
|
|
|
2.13
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
|
6.7
|
|
|
|
|
|
Участок 5
|
1.4
|
FP2-AD8
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-AD8
|
|
9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
9.15
|
1
|
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
2.9
|
|
|
|
|
|
|
2.8
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
|
|
|
|
2.9
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
|
|
|
2.10
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4
|
2.11
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.8
|
2.12
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.12
|
2.13
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13.16
|
2.14
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
МПУ 2
|
Участок 1
|
1.4
|
FP2-AD8
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-AD8
|
9.10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№
|
Модуль
|
ДТП 250
|
ДТП 600
|
ДТП 1000
|
ДТ
|
ДНЗ
|
ДНИ
|
ДДП
|
ДДЭС
|
ДИМ
|
ЭИМ
|
ПИМ
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
9
|
|
1.5
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
|
|
|
2.9
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.9
|
|
|
2.10
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4
|
|
Участок 2
|
1.4
|
FP2-AD8
|
1.7
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-AD8
|
|
2
|
1.3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
1.3
|
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.7
|
|
|
|
|
2.8
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
|
|
|
2.9
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
|
2.10
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4
|
2.11
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.8
|
2.12
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.10
|
Участок 3
|
1.4
|
FP2-AD8
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
FP2-AD8
|
|
9
|
1.6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-AD8
|
|
|
|
9.13
|
|
9.11
|
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
|
1.8
|
|
|
|
|
|
2.8
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.9
|
|
|
|
|
2.9
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.8
|
|
|
2.10
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
1.8
|
|
Участок 4
|
2.4
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.6
|
1.2
|
|
|
|
|
|
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
3.5
|
|
|
|
|
|
|
№
|
Модуль
|
ДТП 250
|
ДТП 600
|
ДТП 1000
|
ДТ
|
ДНЗ
|
ДНИ
|
ДДП
|
ДДЭС
|
ДИМ
|
ЭИМ
|
ПИМ
|
2.6
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.13
|
|
|
|
|
2.8
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.6
|
1.2
|
|
2.9
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
|
|
|
2.11
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4
|
2.12
|
FP2-DA4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.6
|
Участок 5
|
2.5
|
FP2-AD8
|
|
|
|
1.5
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
|
|
|
|
2.7
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
4.13
|
|
|
|
|
2.9
|
FP2-16XD2
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5
|
|
|
|
2.10
|
FP2-Y16R
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3
|
1.5
|
|
2.13
|
FP2-AD8
|
|
|
|
6.13
|
|
|
|
|
|
|
|
2.14
|
FP2-AD8
|
|
|
|
|
1.4
|
|
|
|
|
|
|
3.
Общая структура системы автоматизации
В данном курсовом проекте рассматривается технологический
управления (ТОУ), имеющий два независимых, но связанных по сети местных пункта
управления (МПУ). На 1-ом МПУ стоит 8 контроллеров FP2 фирмы Matsushita, на 2-ом МПУ стоит 7
контроллеров FP2 этой же фирмы. По сети Ethernet оба МПУ связаны с центральным пунктом
управления. Каждый МПУ разделен на 5 участков. На обоих МПУ связь между
выносными модулями и центральными контроллерами обеспечивается сетью MEWNET (модуль FP2-MW). В пределах одного МПУ
связь центральных контроллеров с сетевыми модулями FP2-FMS/DP-M осуществляется
посредством стандарта последовательной передачи данных Profibus.
Для каждого МПУ предусмотрено автоматизированное рабочее
место (АРМ). Связь контроллеров в пределах одного МПУ, а также двух МПУ с ЦПУ
реализована через концентратор. В последнем случае имеется возможность обмена
данными по всей сети завода.
На технологических участках установлены датчики температуры
(ДТП) трех типов, по верхней границе измерения - 250, 600 и 1000 oC. В качестве первых,
используются термопреобразователи сопротивления ТСПУ Метран-205 (НСХ Pt100). Для измерения
температуры до 600 oC используются
железо-константановые термопары ТЖК (НСХ J). Для температур до 1000
oC - хромель-алюмелевые термопары ТХА (НСХ K).
При разработке схемы, предполагается, что все использованные
при построении АСУТП токовые датчики (ДТ) имеют унифицированный выходной сигнал
4-20 мА, датчики напряжения (изолированные ДНИ и заземленные ДНЗ) - стандартные
выходные сигналы ±50 мВ, ±100 мВ или ±1 В. Дискретные датчики (ДДП), в том
числе датчики экстренной сигнализации (ДДЭС), имеют тип "сухой
контакт" и требуют питания от источника постоянного напряжения 24В.
В случае применения пневматических исполнительных механизмов
к модулю аналового выхода через гальваническую развязку подключается
электропневматический преобразователь ЭПП.
Приборы, установленные на взрывоопасных участках, подключены
к контроллеру через барьеры искрозащиты (БИС) фирмы Pepperl+Fuchs.
4. Описание
схемы внешних проводок
В данном курсовом проекте рассмотрена схема внешних проводок
1-го МПУ. Данный МПУ состоит из 5 участков, последний из которых является
взрыво - и пожароопасным. Схема соединений выполнена без масштаба и
действительного расположения приборов и средств автоматизации. На схеме
показаны кабели связи между приборами и средствами автоматизации. Номера
кабелей показаны в окружностях на соответствующих линиях. Кроме того, для
кабелей указано количество занятых и свободных жил. Марка, количество кабелей и
сечение жил приводится в экспликации, находящейся в правой верхней части
чертежа.
В качестве примера рассмотрим 1-й участок.
На данном участке 9 термометров сопротивления подводятся
индивидуальными кабелями к выносным модулям аналогового ввода FP2-AD2 фирмы Matsushita, расположенных на
расстоянии 40 метров от объекта.
Оставшиеся датчики подводятся индивидуальными кабелями КРВГ
(кабель контрольный (К), изоляция из резины (Р), оболочка из
поливинилхлоридного пластика (В), голый (Г)) к клемным соединителям на
расстояние 5 метров. После клемного соединителя прокладка кабеля осуществляется
в магистральных многожильных кабелях до соответствующих модулей контроллера (FP2-AD2 - для аналогового
ввода, FP2-16XD2 - для дискретного ввода, FP2-Y16R - для дискретного вывода
и FP2-DA4 для аналогового
вывода).
Непосредственно на первом участке используются клемные соединители
КС-32 (для 16 проводов от ДТ, 8 - от ДНЗ и 6 от ДДЭС), КС-48 (для 10 проводов
от ДНЗ, 24 - от ДДП и 9 - от ДИМ) и КС-16 (для 6 проводов от ДТ и 6 - от ЭИМ).
После этих КС используются магистральные многожильные кабели КРВГ на 27, 19,7 и
4 жилы. Сечение термометров сопротивления, ДТ, ДНЗ, ДДП, ДДЭС составляет 1 мм2,
а сечение ДИМ и ЭИМ - 2,5 мм2.
В данном курсовом проекте для подключения термопар
используются термоэлектродные кабели ТЖК-ПВ 4х0,5 (для термопары на 600 oC) и ТХА-ПВ 4х0,5 (для
термопары на 1000 oC).
На 5-ом, взрывоопасном участке, в соответствии с требованиями
безопасности, на безопасном расстоянии от ТОУ установлены барьеры искрозащиты:
KFD2-UT2-Ex2 - для датчиков: ДТП;
KFD2-STC4-Ex2 - для датчиков ДТ, ДНЗ;
KFD2-SR2-Ex2. W - для ДДП, ДДС;-SCD2-Ex2. LK - для ПИМ.
До БИС использованы контрольные кабели КРНГ 4х1 и полевая
аппаратура во взрывозащищенном исполнении.
Для питания БИС и дискретных модулей контроллера FP2 выбраны блоки питания
(БП) на 24В.
Рассмотрим на примере контроллера 2-го участка выбор модуля
питания:
Модуль дискретного ввода FP2-16XD2 потребляет ток от
источника питания контроллера равный 80мА, а модуль дискретного вывода FP2-Y16R - 120мА, модуль
аналоговый ввода - FP2-AD8 - 500мА, модуль аналогового вывода FP2-DA4 - 600мА, модуль ЦПУ FP2-C1 - 410мА. На
рассматриваемом контроллере 3 модуля FP2-AD8, 2 модуля FP2-16XD2, 2 модуля FP2-Y16R и 2 модуля FP2-DA4. Следовательно,
источник питания выбирается из следующего расчета:
+3·500+2·80+2·120+2·600=3510 мА
Значит, ток нагрузки должен быть более 2,5А (которые
обеспечивают модули FP2-PSA1 и FP2-PSA2). Следовательно, выбираем модуль питания FP2-PSA3 с током нагрузки 5А.
Список
использованных источников
1. Русинов
Л.А. "Проектная компоновка аппаратуры программно-технологических комплексов":
методические указания / Л.А. Русинов, Н.А. Сягаев, В.Г. Харазов, В.В. Куркина,
Н.А. Чистяков. - Спб.: СПбГТИ (ТУ), 2008. - 33с.
2. Описание
контроллера FP2
3. http://www.pepperl-fuchs.ru/main/process/process1/process101.
aspx <http://www.pepperl-fuchs.ru/main/process/process1/process101.aspx>
- (Барьеры искрозащиты фирмы pepperl-fuchs)