К средствам измерения и преобразования измерительной информации в АСУТП относятся измерительные преобразователи, расположенные на 1-м нижнем уровне системы. Первичные измерительные преобразователи позволяют системе получать информацию о состоянии технологического процесса, на основании которой впоследствии принимаются решения об управляющих воздействиях. Передающие измерительные преобразователи служат для преобразования измерительной информации в сигналы, удобные для обработки и передачи на расстояние.
Главной особенностью средств измерения, применяемых в АСУТП, является то, что первичный преобразователь конструктивно объединяется с передающим в измерительном преобразователе, называемом датчик. Все датчики на выходе вырабатывают электрические сигналы. Кроме того, в целях унификации последующих уровней системы по возможности применяют средства измерений, вырабатывающие стандартные выходные сигналы, или цифровые коды, удобные для дальнейшей передачи.
Поскольку большинство АСУТП, используемых в нефтеперерабатывающей промышленности, относятся к группе супервизорных, основными средствами регулирования являются различные контроллеры.
В современных АСУТП применяются два класса контроллеров: программируемые логические контроллеры и РС-совместимые контроллеры.
Программируемый логический контроллер (ПЛК). Это микропроцессорное устройство, предназначенное для управления технологическими процессами в промышленности и другими сложными технологическими объектами. Принцип работы контроллера заключается в сборе сигналов от датчиков и их обработке по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства.
Основными функциональными элементами контроллеров являются:
корпус;
источник питания;
процессорный модуль;
модули ввода-вывода (модули УСО);
модули связи и интерфейсов;
специализированные модули.
Источник питания должен обеспечивать непрерывность и надежность работы всех узлов контроллера. Особое внимание уделяется наличию резервного источника питания (как правило, аккумуляторная батарея), который позволяет сохранять информацию при отключении внешнего электропитания.
Модуль процессора в зависимости от используемой элементной базы может быть 8-, 16- и 32-разрядным. Объем оперативной памяти существенно различается в различных моделях контроллеров: от десятков килобайт до десятков мегабайт. По логическому построению модуль процессора контроллера аналогичен системному блоку персонального компьютера, где вместо дисковых накопителей в контроллерах используются перепрограммируемые запоминающие устройства и flash-память. В некоторых моделях контроллеров flash-память отсутствует, в других — может достигать десятков, а иногда и сотен мегабайт. В модуле процессора встроены также часы реального времени.
Модули ввода-вывода предназначены для преобразования входных аналоговых и дискретных сигналов в цифровую форму и выдачи управляющего воздействия в виде аналогового или дискретного сигнала. Модули аналогового ввода рассчитаны на ввод унифицированных сигналов тока (0...5 мА, 0(4)...20мА) и напряжения (0... 10 В, ±10 В). Имеются специализированные модули аналогового ввода, рассчитанные на непосредственное подключение различных датчиков (например, термопар или термосопротивлений). Модули аналогового вывода преобразуют цифровой сигнал в унифицированный сигнал тока или напряжения. Модули дискретного ввода-вывода чаще всего работают с низкоуровневыми дискретными сигналами (24 В постоянного тока). Некоторые модели контроллеров располагают модулями дискретного ввода высокоуровневых сигналов постоянного или переменного тока (до 250 В) и модулями дискретного вывода, организованных с использованием тиристоров, симисторов (до 250 В, 300...500 мА) и сильноточными реле (250 В, 2 А).
Модули связи и интерфейсов обеспечивают связь контроллеров с верхним уровнем, а также между собой. В практике построения АСУТП используются различные интерфейсы и протоколы передачи данных посредством сети. Как правило, это последовательные интерфейсы (RS-232, 422, 485, ИРПС) или сетевые протоколы (Еthernet, Profibus, САN, Мodbus и др.).
Все современные ПЛК обладают развитыми программными средствами. Несмотря на существование международного стандарта на языки программирования программируемых логических контроллеров 1ЕС 61131-3 многие производители снабжают свои контроллеры технологическими языками собственного производства
Технологические языки программирования позволяют проводить опрос входов и инициализацию выходов, обрабатывать арифметические и логические инструкции, управлять таймерами-счетчиками, осуществлять связь с другими ПЛК и компьютером.
Наиболее популярны в нашей стране ПЛК таких зарубежных производителей, как Аllen-Вгаdlеу, Siemens, АВВ, Modicon, Bailey, и такие отечественные модели, как «Ремиконт», «Микродат», «Эмикон».
РС-совместимые контроллеры. Это контроллеры, выполненные на базе компьютера.
Первое и главное преимущество РС-контроллеров связано с их открытостью, т. е. с возможностью применять в АСУТП самое современное оборудование, только-только появившееся на мировом рынке, причем оборудование для РС-контроллеров сейчас выпускают уже не десятки, а сотни производителей, что делает выбор достаточно широким. Это очень важно, если учесть, что модернизация АСУТП идет поэтапно и занимает длительное время, иногда несколько лет. Пользователь АСУТП уже не находится во власти одного производителя (как в случае с ПЛК), который навязывает ему свою волю и заставляет применять только его технические решения, а сам может сделать выбор, применяя те подходы, которые в данный момент его больше всего устраивают. Он может теперь применять в своих системах продукцию разных фирм, следя только, чтобы она соответствовала определенным международным или региональным стандартам. Второе важное преимущество РС-совместимых контроллеров заключается в том, что в силу их «родственности» с компьютерами верхнего уровня не требуются дополнительные затраты на подготовку профессионалов, обеспечивающих их эксплуатацию. Эту работу могут с успехом выполнять (и это подтверждается на практике) специалисты, обеспечивающие эксплуатацию компьютеров верхнего уровня. Это позволяет сократить сроки внедрения систем управления и упрощает процедуры их эксплуатации, что в конечном счете приводит к общему снижению затрат на создание или модернизацию АСУТП.
Контроллер на базе компьютера — РС-совместимый контроллер, кроме выполнения функций, характерных для ПЛК, — обладает большими возможностями. Так, например, на него можно возложить функции работы с сетями, интерфейса человек-машина, поддержку различных баз данных и более дружественного интерфейса пользователя. Таким образом, РС-контроллер можно считать РС-совместимой программируемой системой, которая выполняет строго определенную задачу, но с возможностью гибкого ее перепрограммирования.
Контрольные вопросы
1 Дать определение АСУТП
2 Какие элементы входят в структуру АТК?
3 Из каких этапов состоит процесс управления с помощью АСУТП?
4 Перечислить основные функции АСУТП
5 Что входит в состав АСУТП?
6 Перечислить режимы работы АСУТП
7 Какие виды обеспечения АСУТП существуют?
8 Привести классификации АСУТП
9 Перечислить принципы разработки АСУТП. Из каких стадий и этапов состоит процесс разработки АСУТП?
10 Какие устройства связи с объектом в АСУТП различают?
11 Перечислить средства измерения, преобразования и регулирования в АСУТП