867

ческих расчетов речь идет о средней скорости υ в сечениях потока жидкости, а также о числе Рейнольдса Re потока жидкости (или кратко о числе Рейнольдса

Re).

Именно данные обстоятельства и учитываются при исторически сложившемся подходе к изучению курса гидравлики [2, 5 – 8 и др.].

Литература

1.Некорректно названные критерии подобия в гидравлике, Коган И.Ш. [Элек-

тронный ресурс]. URL: http://www.physicalsystems.org/index 07.09.3.html (дата обращения 23.04.2014).

2.Чугаев Р.Р. Гидравлика. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 672с.

3.Байбаков О.В. Лабораторный курс гидравлики и насосов / О.В. Байбоков, Д.А. Бутаев и др. М.: Госэнергоиздат, 1961.– 248с.

4.Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассобмена. – М.: Высшая школа, 1974. – 328с.

5.Штеренлихт В.Н. Гидравлика – М.: Колос, 2007. – 656с.

6.Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. – М.: Высшая школа, 2008. – 199с.

7.Метревели В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями. – М.: Выс-

шая школа, 2007. – 192с.

8.Кошман В.С. Основы теории и особенности подбора насосов / В.С. Кошман, И.П. Машкарева. – Пермь: ПГСХА, 2011. – 135с.

УДК697.1

А.Н. Лыков, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Россия, М.А. Трутнев,

Пермская государственная сельскохозяйственная академия, г. Пермь, Россия

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ «КОНТАР» ДЛЯ ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

Аннотация. В статье проведен краткий перечень выпускаемых программируемых контроллеров по возможностям и программному обеспечению, обоснован выбор контроллеров «Контар» для объектов теплоэнергетики, дан пример реализации контроллеров «Контар» для ИТП ЭТФ ПНИПУ. Статья полезна специалистам в области автоматизации. главным энергетикам и руководителям предприятий.

Ключевые слова: энергосбережение, теплоэнергетика ,программируемые контроллеры, опыт применения.

Вопросам энергосбережения в нашей стране последнее время уделяется все большее внимание [1], в том числе и в теплоэнергетике, где происходит крупная модернизация с этих позиций [2]. Эта модернизация предусматривает автоматизацию индивидуальных тепловых пунктов, котельных установок, систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Она невозможна без применения программируемых контроллеров (ПК) [3].

191

На рынке аппаратно-программных средств для теплоэнергетики достаточно тесно. ПК выпускают такие фирмы как ДЭП (Dеконт-182, А9),Текон (МФК, ТКМ-52, 700), ЗЭиМ (Ремиконт Р-130ISA), Овен (ПЛК100, 304, 308, ТРМ32, 33, 133), МЗТА (Контар MC8, 12), Контел (РС-16, 26, 36), Системотехника (МикронтР2), КРЕЙТ (ТЭКОН-17, 18,19), Энергостиль-М (ВТР-03, 04), ТЕСС-Инжиниринг (Микконт М-180 М1, М2, МКТ), ЭЛЕКОМ (СПЕКОН) , TREIGmbH (TREI 5B-00, 02, 04), Control Microsystems (SCADAPack, TeleSAFE, SmartWIRE), Siemens (Si- maticS7-200, SimaticS7-300, SimaticC7-620, SIPARTDR-22, RVA43 ,46, 63), Mitsubishi Electric (ALPHA 2, FX1S, FX1N), Schneider Electric (ModiconM238 TWIDO, ModiconTSXTwido, TwidoTWDLCpA 10DRF), AllenBradley(ControlLogic, CompactLogic, FlexLogic, MicroLogix1000,1500), GeneralElectric (GEFanucSeries 90-30), ICPDASCo. Ltd (WinPAC, LinPAC,I-7188, 8000,iP-8000,uPAC-7186), PEP Modular Computers (SMART2), Koyo Electronics (DirectLodgic 205, WinPLC), Ad- vantech(APAX-571XPE, APAX-570XPE, ADAM-5510, ADAM-5510EKW/TP), Octagon Systems (MicroPC 6000, 6010, 6225) и др.

Уже выработались критерии, по которым оцениваются ПК. К наиболее важным характеристикам относятся параметры процессорного модуля (тип и быстродействие процессора, объем памяти и пр.), наличие сопроцессора, время выполнения логической команды, наличие сторожевого таймера, часов реального времени, число встроенных и наращиваемых входов-выходов, наличие в контроллере необходимого числа модулей (ввода-вывода, специальных, коммуникационных), среда программирования контроллера (удобство и простота программирования). Ряд фирм поставляют программные пакеты для конфигурирования, программирования и отладки ПО контроллеров. Это, например, Concept фирмы

SchneiderElectric, STEP7 ф.Siemens, ISaGRAF ф. CJ International, набор программ-

ных средств ф. МЗТА (КОНГРАФ, КОНСОЛЬ, КОНТАР-АРМ, КОНТАРSCADA), CoDeSys ф. 3S-SmartSoftwareSolutions, NAISControl 1131 фирмы Matsushita, "Полигон" фирмы Промавтоматика.

Также важным показателем контроллера является возможность резервирования модулей и плат, диагностика состояния контроллера и др. факторы (светодиодная индикация каналов и режимов работы, наличие панели визуализации и клавиатуры, гальваническая изоляция по входам и выходам, степень защиты контроллера и др.).

Контроллеры должны соответствовать международным стандартам. Имеется ввиду выбор контроллера, соответствующего Международному стандарту качества ISO 9001, стандартам шинной архитектуры контроллера (VME, PCI, CompactPCI, MicroPC, PC/104 и др.), стандартным протоколам связи промышленных сетей (Profibus, Modbus, CAN, и др.), стандартам связи с полевыми прибо-

рами (HART-протокол, AS-интерфейс, FieldbusFoundation, RS-485 и др.), стандар-

там на ОС РВ (QNX, OS 9000, VxWorks и др.), стандартам на программное обеспечение контроллеров (IEC 61131-3), стандартам на степень защиты корпуса (IEC 529), на габаритные размеры (IEC297— 19"-конструктивы, Евромеханика и IEC 917—метрические конструктивы), на ударо- и вибропрочность (IEC 68-2) и др. В ряде случаев допускается соответствие отдельных показателей (например, габа-

192

ритных размеров, показателей электропитания и др.) отраслевым стандартам (ТУ, ГОСТ).

Вслучае использования разработок на территории России необходимы сертификаты соответствия Госстандарта России на соответствие требованиям ГОСТ и разрешение Госгортехнадзора на применение в составе систем автоматизации на поднадзорных объектах.

Внастоящее время обязательна связь контроллера с верхним уровнем РСУ по интерфейсу Ethernet, который получил широкое распространение как интерфейс связи средств автоматизации от нижнего до верхнего уровней системы управления. Этот интерфейс обеспечивает высокую скорость передачи данных, низкую стоимость, поддерживается подавляющим большинством производителей программного и аппаратного обеспечения. Через сеть Ethernet серверы и операторские станции верхнего уровня управления предприятием получают непосредственный доступ к данным параметров технологического процесса. При наличии SCADA-системы, установленной на операторской станции, используется клиентсерверная архитектура связи, при которой SCADA-клиент получает прямой доступ к данным процесса с помощью ОРС-сервера. Использование, например, протокола на базе технологии Ethernet-Modbus/TCP позволяет легко интегрировать контроллеры со SCADA-системами, поддерживающими протокол Modbus (без необходимости дополнительного драйвера для контроллера).

Дальнейшим развитием связи контроллеров с удаленными операторскими станциями является использование сети Internet и GSMтехнологии.

Требуется, как правило, наличие у контроллера режима автонастройки параметров ПИД-регулятора — коэффициента усиления, постоянной времени интегрирования Ti (постоянная времени дифференцирования Td, как правило, устанавливается программно в соотношении с полученным значением времени интегрирования, Td = Ti/4,5) для ускорения процессов ввода в эксплуатацию систем регулирования, особенно в случае автоматизации малоизученных объектов управления. Известен ряд методик определения параметров настройки регулятора от классических до оригинальных. Известны режимы настройки параметров адаптивных регуляторов и других алгоритмов управления.

Немаловажны показатели надежности и экономические показатели. К показателям надежности относятся время наработки на отказ (желательно иметь 100 тыс. часов и более), срок службы (10 лет и более), ремонтопригодность (возможность легкой замены модулей, блоков) и др. Повышение надежности и точности достигается за счет средств диагностики, прогнозирования отказов, режимов безударного переключения, "горячего" резервирования, гальванической развязки, дублирования и троирования аппаратных средств, рестарта ПО и др. методами.

Технико-экономический анализ показал, что весьма перспективными являются контроллеры ПТК КОНТАР ОАО «Московский завод тепловой автоматики». МЗТА полвека разрабатывает и производит средства автоматизации для энергетики (от небольших котлов до мощных тепловых и атомных электростанций), для установок различных отраслей промышленности и ЖКХ. Только для автоматизации промышленной и коммунальной энергетики было выпущено более

193

миллиона регуляторов Р25 и РС29, а также комплексные устройства управления КУРС и ПРОЛОГ. Контроллеры КОНТАР выпускаются с 2002 года (МС8, МR8 -

2002, МС5 -2003,ME4, MД8.3 -2006, MC6, MC12, ME20, ТУС21, ZigBee – RS232/RS485 – 2008, МИ1 – 2009, МА8 -2010).

Характерная особенность ПТК КОНТАР - расположенные на объектах контроллеры КОНТАР посредством сети Internet передают данные на удаленный сервер-компьютер, где установлена специально разработанная программа. Сервер, расположенный в Москве доступен авторизованным пользователям. Это избавляет потребителей от расходов на приобретение компьютеров и их обслуживание.

Базовый контроллер комплекса КОНТАР – свободно программируемый прибор МС8(12) представляет собой полностью законченное изделие, имеет встроенный источник питания, к нему могут непосредственно подключаться все виды распространенных в России датчиков теплотехнических параметров. Он может применяться как в качестве отдельного прибора для управления небольшой установкой (вентустановка, ИТП и т. п.), так и в сетях различной сложности.

Различные исполнения прибора МС8(12) выполнены на базе всего двух типов микроконтроллеров С8051F125 и C8051F311 ф. Silicon Laboratories, дополняемых вставными коммуникационными модулями, пультами индикации и управления, рядом модулей расширения. Стабильность работы приборов КОНТАР проверяется в ходе 96 часовых компьютеризированных испытаний.

КонтроллерМС8(12) - универсальное измерительное, сигнализирующее, управляющее и коммуникационное устройство, к клеммам которого могут непосредственно подключаться датчики, исполнительные устройства и другие источники и приемники информации.

Контроллеры МС8(12) выполняют алгоритмы, запрограммированные специально для задач теплоснабжения, ввод в систему аналоговых и дискретных сигналов, выдачу аналоговых и дискретных сигналов, организацию сетевого обмена. Контроллер, который является Master-ом, дополнительно обеспечивает сетевой обмен информацией между модулями шкафа и обеспечивает связь с верхним уровнем контроля. В флеш-памяти контроллера ―зашита‖ операционная система, которая обеспечивает самодиагностику, обработку данных аналоговых и дискретных входов, ручное управление аналоговыми и дискретными выходами, связь с верхним уровнем управления, связь с другими приборами по каналу RS485 по протоколу MODBUS RTU. Возможно обновление операционной системы через программу КОНСОЛЬ.

Контроллер МС8(12) спроектирован так, чтобы ресурсов одного прибора было достаточно для автоматизации наиболее распространенных объектов автоматизации: небольшой тепловой пункт, приточная установка, кондиционер и т.п.[4].

Простые и надежные контроллеры КОНТАР дополняются мощными программными средствами поддержки. Это КОНСОЛЬ - программа для наладчика, КОНГРАФ - программа для составления алгоритмов на языке функциональных блоков. Программы КОНТАР-SCADA и КОНТАР-АРМ обеспечивают пользова-

194

телю удобные интерфейсы для мониторинга и управления. Все эти программные средства являются инструментами для пользователя-непрограммиста и решают весь комплекс задач по проектированию алгоритмов, наладке и диспетчеризации. Все программное обеспечение бесплатно, на русском языке и выложено на сайте МЗТА [5].

Для автоматического управления технологическим процессом создается проект (функциональный алгоритм). Проект разрабатывается пользователем в простой графической форме с использованием библиотечных блоков программы КОНГРАФ. Желательно после создания каждой логически завершенной части алгоритма системы управления, заключенной, как правило, в комплексных функциональных блоках (КФБ), нужно провести симуляцию этой части алгоритма.

Симуляция проводится с целью определения неточностей в проекте и оперативного их исправления до проведения трансляции и загрузки исполняемого кода в модули ПТК КОНТАР.

Можно сказать, что КОНТАР стал тем российским продуктом, который сейчас с успехом заменяет зарубежное оборудование, распространенное в нашей стране с 90-х годов прошлого века.

Системы, выполненные с использованием КОНТАР, демонстрируют те потребительские качества, которые требуются при решении большинства задач автоматизации -надежность, энергосбережение, безопасность и комфорт.

В качестве основного канала для удаленного доступа непосредственно к средствам автоматизации различного оборудования в ПТК КОНТАР был выбран Internet. Преимущества Internet-технологий очевидны: готовая, хорошо развитая инфраструктура, высокая надежность, разнообразие каналов передачи данных, отсутствие ограничений на расстояния (см. рис. ниже).

Рис.1. Итоговая сегментированная архитектура КОНТАР

195

Таким крупным объектом является, например, система управления инженерным оборудованием нового здания Государственного архива России, в которой задействовано около 600 контроллеров КОНТАР.

Комплекс КОНТАР может быть применен в самых различных отраслях народного хозяйства, особенно в ЖКХ, для автоматизации тепловых процессов, при производстве строительных материалов, пищевых продуктов, кристаллов и плѐнок, и т.п.

Новый комплекс КОНТАР – это удобный мост от старых и привычных методов автоматизации различного оборудования к самым современным технологиям сегодняшнего дня и ближайшего будущего, позволяющий эволюционным путем перейти полностью или частично к качественно новому техническому уровню, причем малозатратным способом.

Поскольку теплоэнергетика – область, в которой применение комплекса КОНТАР очень эффективно, основные технические требования формировались на примере задач этой отрасли.

Изучение, систематизация и классификация технологического оборудования, в первую очередь систем теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования, небольших котельных позволили сформулировать основные требования к оптимальному построению комплекса средств мониторинга и управления.

1.Надежность и помехоустойчивость.

2.Живучесть сложных систем: при нарушении каналов цифровой связи локальные устройства должны продолжать управление.

3.Универсальность применения (однотипность приборов для разных задач).

4.Соответствие применяемых средств управления сложности автоматизируемого оборудования.

5.Преемственность по отношению к традиционным российским датчикам

иисполнительным устройствам.

6.Возможность постадийного внедрения: от простых локальных задач к комплексным проектам с развитой диспетчеризацией.

7.Возможность интеграции с приборами учета, построение АСКДУ.

8.Удобство использования комплекса, при наладке, и при эксплуатации. Доступность для восприятия и обучения.

9.Дистанционная диагностика и наладка оборудования.

10.Поддержка комплекса инструментальными средствами составления алгоритмов и систем диспетчеризации, доступными непрограммистам.

11.Простота организации и наглядность систем диспетчеризации как локальных, так и территориально распределенных объектов. Возможность интеграции с устройствами и системами других производителей.

12.Использование как традиционных средств передачи информации, так и новейших информационных технологий для мониторинга территориально распределѐнных объектов.

13.Наилучшее соотношение "цена–качество". Возможность выбора пользователем оптимального технико-экономического решения.

196

Рис. 2. Главная мнемосхема ИТП ЭТФ ПНИПУ

На кафедре микропроцессорных средств автоматизации ПНИПУ накоплен определенный опыт применения контроллеров Контар. Например, на основе ПТК Контар был автоматизирован индивидуальный тепловой пункт (ИТП) электротехнического факультета ПНИПУ, который обеспечивает контроль и автоматическое управление значениями параметров теплоносителя, подаваемого в систему отопления, горячего водоснабжения. Основная задача – поддержание и суточное регулирование температуры воздуха внутри помещения, независимо от температуры наружного воздуха, а также поддержание температуры горячего водоснабжения

[6].Мнемосхема ИТП представлена на рис.2.

Вближайшее время автоматизация теплоэнергетических объектов, ЖКХ, ИТП, котельных будет просто необходимостью, в том числе и в сельском хозяйстве. Желание платить меньше за ресурсы заставит заниматься энергосбережением, а значит – автоматизацией.

Литература

1.Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и внесении изменений в законодательные акты РФ: Федер. закон Рос. Федерации от 23.11.2009 №261-ФЗ: Принят Гос. Думой Рос. Федерации 11 ноября 2009, Одобрен Советом Федерации 18 ноября 2009 года //Рос. газ. – 2009. – 26 ноября.

2.О теплоснабжении: Федер. закон Рос. Федерации от 27.07.2010 №190-ФЗ: Принят Гос. Думой Рос. Федерации 9 июля 2010, Одобрен Советом Федерации 14 июля 2010 года //Рос. газ. – 2010. – 30 июля.

3.А.Н.Лыков Энергосбережение: проблемы и перспективы: Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике. Мат-лы 2-ой Всероссийской НТК. –Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. С. 9-21.

197

4.Деменков Н.П. Проектирование АСУ ТП на базе ПТК «Контар»: Учеб. посо- -во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 179 с.

5.Московский завод тепловой автоматики : [сайт]. URL: http:// www.mzta.ru

6.А.Н.Лыков, А.М.Костыгов, С.А.Пырков, Д.А.Власов Автоматизация индивидуального теплового пункта корпуса ЭТФ: Сб. науч.трудов 1 Международной (IV Всесоюзной) НТК «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий».

Уфа, 2013. С. 265-269.

УДК 631.22.014; 636.084.7

И.П. Машкарева, Пермская государственная сельскохозяйственная академия, г. Пермь, Россия

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ РАЗДАТЧИКОВ-СМЕСИТЕЛЕЙ КОРМОВ

Аннотация. Скотоводство – одно из наиболее важных отраслей животноводства, так как от крупного рогатого скота получают такие ценные продукты питания, как молоко и мясо. Скармливание сбалансированных полнорационных кормосмесей позволяет повысить продуктивность животных на 15…20% и снизить расход кормов на 10…15% за счет хорошей их поедаемости и усвояемости. Применение мобильных кормораздатчиков-смесителей в 2…3 раза сокращает затраты средств и труда на приготовление кормосмесей.

При наличии системы весового дозирования смесители-кормораздатчики обеспечивают быстрое приготовление и раздачу точно сбалансированных кормосмесей собственного производства.

Ключевые слова: животноводство, раздача кормов, мобильные раздатчи- ки-смесители, энергетическая и экономическая эффективность.

В настоящее время на смену устаревшим энергоемким стационарным кормоцехам и мобильным кормораздатчикам типа КТУ в сельское хозяйство России пришли разнообразные модели многофункциональных мобильных смесителейкормораздатчиков, предназначенных для механизации процессов приготовления и раздачи кормовых смесей.

Практиковавшиеся в России в 90-х годах прошлого столетия и начале этого века раздельное скармливание компонентов ежесуточного рациона на фермах КРС выявило рад его недостатков. Главный из них состоял в том, что животные в первую очередь съедали более вкусные концентрированные корма, затем менее вкусные сочные. Причем из сочных кормов они сначала выбирали боле вкусные тонкие листочки, затем тонкие части стеблей. При этом на корм попадала слюна животных, и они теряли вкусовые качества, начиналось по этой причине их разложение, появлялась необходимость в очистке кормушек (стола) от остатков. Эта технология используется и в настоящее время в менее крепких сельхозпредприятиях [5].

198

В тоже время опыт показал, что в хорошо оснащенных и экономически крепких хозяйствах нашла применение технология кормления крупного рогатого скота полноценными кормосмесями. Преимущество новой системы кормления обусловлены лучшей поедаемостью и усвояемостью корма животными. Это связано с потреблением большего количества сухого вещества (сено, солома, концентраты, зерновые культуры, минеральные добавки и др.), входящих в состав кормосмесей. Кроме них ингредиентами смесей являются сочные корма (силос, сенаж), корне- и клубнеплоды. При кормлении животных смесями исключается возможность выборочного поедания отдельных видов кормов, вследствие чего практически полностью устраняются его потери.

Для реализации перспективной технологии кормления скота полноценными кормосмесями за рубежом и в нашей стране в последние годы организован серийный выпуск многофункциональных кормовых агрегатов – измельчителейраздатчиков (миксеров), оснащенных устройствами взвешивания, измельчения и смешивания кормов, технические характеристики которых представлены в таблице 1.

199

Как видно из таблицы 1, миксеры разделяются по расположению смешивающих рабочих органов (шнеков) – на горизонтальные и вертикальные. Кроме того, раздатчики подразделяются:

-по принципу соединения с источником энергии на самоходные и прицепные;

-по наличию или отсутствию режущего аппарата – на доизмельчающие или только смешивающие;

-по наличию или отсутствию погрузочных средств – самопогрузчики (ИСРК-12Г с грейфером, рис. 1,а, ИРСК-12Ф с фрезой, рис. 1,б) или использованию отдельного погрузчика.

Рис. 1. Измельчители-смесители-раздатчики кормов ИСРК-12 «Хозяин» [6]: а – ИСРК-12Г с грейфером, б – ИСРК-12Ф с фрезой

200