Системи автоматизації

Системи автоматизації, які входять у SIMATIC PCS7 будуються на основі компонентів програмованих контролерів SIMATIC S7-400. Цілий ряд позитивних якостей цих контролерів робить їх найбільш зручними для використання в PCS7:

• модульна конструкція, робота з природним охолодженням;

• міцна конструкція, гнучкі можливості розширення;

• наявність звичайних і резервованих модифікацій;

• могутні комунікаційні можливості;

• потужна система вбудованих функцій

• широкий спектр варіантів побудови систем локального і розподіленого вводу-виводу.

Всі системи автоматизації обладнані інтерфейсами PROFIBUS DP, вбудованими в центральні процесори, через які реалізують цифровий обмін даними. Кількість обслуговуваних ліній PROFIBUS DP може бути збільшена за рахунок установки комунікаційних процесорів CP 443-5 Extended.

Підключення до мережі Industrial Ethernet може виконуватися двома способами:

• У системах автоматизації AS41x-3IE через вбудований інтерфейс центрального процесора.

• У решті систем автоматизації через включений в комплект постачання комунікаційний процесор CP 443-1.

Системи автоматизації включають в свій склад набір стандартних компонентів програмованих контролерів S7-400:

• Монтажну стійку з 9 або 18 роз’ємами для встановлення модулів S7-400. У резервованих системах можуть застосовуватися монтажні стійки з фізичним розділенням внутрішньої шини на два незалежні сегменти.

• Центральний процесор відповідного типу.

• Блок живлення з вхідною напругою =24 В або ~120/230 В, включаючи необхідний набір буферних батарей.

• Карту пам'яті RAM ємністю 2, 4 або 16 Мбайт.

• Комунікаційний процесор для підключення до Industrial Ethernet (за винятком систем автоматизації AS 41x-3IE).

Рекомендовані параметри систем автоматизації наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Рекомендовані параметри систем автоматизації.

Система автоматизації (AS)	414-3 IE	414-3	414H	416-2	416-3 IE	416-3	417-4	417H	417-4	417H
Карта пам'яті, Мбайт	2	2	2	4	4	8	4	4	16	16
Кількість точок вимірювання:
• аналогових	50	50	30	150	150	200	150	150	700	500
• дискретних	150	150	60	400	400	450	400	400	1200	1000
Кількість:
• ПІД регуляторів	50	50	20	130	130	150	130	130	300	300
• двигунів	75	75	20	150	150	250	150	150	450	300
• вентилів	75	75	20	150	150	250	150	150	450	300
• SFC	20	20	2	50	50	100	50	50	200	100
• кроків	200	200	4	500	500	1000	500	500	2000	1000
• систем дозування	5	5	2	15	15	25	15	15	45	30
Кількість каналів:
• дискретних:
- вводу	300	300	100	850	850	1200	850	850	2000	1500
- виводу	150	150	50	315	315	500	315	315	1000	630
• аналогових:
- вводу	100	100	30	275	275	400	275	275	800	500
- виводу	50	50	20	130	130	180	130	130	400	200
Кількість PO	405	405	157	995	995	1325	995	995	3145	2330

SIMATIC PCS7 підтримує безліч варіантів конфігурацій систем вводу-виводу:

• Системи локального вводу-виводу, утворені сигнальними модулями систем автоматизації SIMATIC PCS7.

• Системи розподіленого вводу-виводу, утворені модулями вводу-виводу станцій ET 200M, ET 200S і ET 200iSP, що підключаються до систем автоматизації через мережу польового рівня PROFIBUS DP.

• Системи розподіленого вводу-виводу, утворені інтелектуальними приладами польового рівня, що підключаються до систем автоматизації через мережі польового рівня PROFIBUS-DP/PA. Прилади польового рівня можуть розташовуватися в Ex-зонах 0, 1, 2, 20, 21 і 22.

Як правило, системи локального вводу-виводу застосовуються в простих системах автоматизації і забезпечують можливість підключення давачів і виконавчих пристроїв, розташованих на відносно невеликій площі. Апаратура систем розподіленого вводу-виводу може розташовуватися на великих площах, у тому числі і у вибухонебезпечних зонах (Ex-зонах), і підключатися до звичайних або резервованих мереж PROFIBUS DP/PA. Будь-яка система автоматизації SIMATIC PCS7 здатна обслуговувати змішані конфігурації систем вводу-виводу, що включають в свій склад компоненти систем локального і розподіленого вводу-виводу.

Системи вводу-виводу SIMATIC PCS7 характеризуються:

• Модульністю і однорідністю.

• Високою гнучкістю, можливістю максимальної адаптації до структури підприємства.

• Низькими витратами на проектування, зниженням витрат на прокладку кабельних ліній.

• Малими термінами виконання пуско-налагоджувальних робіт, низькими експлуатаційними витратами.

• Повним набором сигнальних і функціональних модулів, що адаптуються до застосування в будь-яких галузях промислового виробництва.

Для підключення апаратури, що розташовується в Ex-зонах, можуть використовуватися приведені нижче варіанти:

• Через Ex-модулі станцій ET 200M. ET 200M підтримує функції “гарячої” заміни модулів і може вмонтовуватися в Ex-зонах 2. Давачі і виконавчі пристрої, що підключаються до модулів можуть розташовуватися в Ex-зоні 1.

• Через модулі DP/PA Coupler і блоки DP/PA Link з підключенням приладів до мережі PROFIBUS PA. Прилади можуть розташовуватися в Ex-зонах 0, 1, 2, 20, 21 і 22.

• Через модулі станції ET 200iSP. Відповідно до вимог CENELEC II 2 G (1) GD Eex d e [ib/ia] IIC T4 станція може вмонтовуватися безпосередньо в Ex-зонах 1, 2, 21, 22, а також у звичайних зонах. Прилади польового рівня, що підключаються, у тому числі і HART-прилади, можуть бути розміщені в Ex-зонах 0 і 20.

Системи автоматизації SIMATIC PCS7 підтримують технологію CIR (Configuration in Run) і дозволяють вносити зміни до конфігурації системи вводу-виводу без зупинки виробничого процесу.

Системи локального вводу-виводу застосовуються в задачах автоматизації малих та середніх об’єктів, за умови, що давачі і виконавчі пристрої розміщені на відносно невеликій площі. Системи локального вводу-виводу будуються на основі сигнальних модулів програмованих контролерів SIMATIC S7-400.

При необхідності сигнальні модулі можуть розташовуватися не тільки в базовому блоці системи автоматизації PCS7, але і в стійках розширення (див.рис.2). Підключення стійок розширення виконується через інтерфейсні модулі IM 460-х, встановлювані в базовий блок системи автоматизації. У стійки розширення встановлюються інтерфейсні модулі IM 461-х. Як стійки розширення використовуються універсальні монтажні стійки UR програмованого контролера S7-400.

Однак такі варіанти розширення:

• не дозволяють виконувати резервованих з'єднань між базовим блоком і стійками розширення системи автоматизації.

• н е підтримують функцій зміни конфігурації під час роботи.

Рисунок 2. Приклад розширення системи автоматизації за допомогою системи локального вводу-виводу.

Системи розподіленого вводу-виводу.

Основною станцією для побудови систем розподіленого вводу-виводу SIMATIC PCS7 є станція SIMATIC ET 200M. Станція дозволяє використовувати в своєму складі широку гамму сигнальних, функціональних і комунікаційних модулів програмованого контролера SIMATIC S7-300, а також цілий ряд модулів, спроектованих спеціально для ET 200M. В станцію ET 200M можуть встановлюватися:

• Стандартні сигнальні модулі S7-300 для вводу-виводу дискретних і аналогових сигналів.

• Сигнальні модулі S7-300, призначені для побудови резервованих каналів вводу-виводу:

• 16-канальний модуль вводу дискретних сигналів =24В;

• 32-канальний модуль виведення дискретних сигналів =24В/0.5А;

• 8-канальний модуль вводу аналогових сигналів, 13 біт.

• Модулі вводу-виводу з розширеним набором діагностичних функцій.

• I&C модулі вводу-виводу, розроблені для SIMATIC PCS7.

• Аналогові модулі з підтримкою протоколу HART.

• F-модулі систем протиаварійного захисту і автоматики безпеки.

Окрім модулів сімейства SIMATIC в ET 200M можуть використовуватися модулі сімейства SIPLUS. Сімейство SIPLUS об'єднує в своєму складі функціональні аналоги модулів сімейства SIMATIC, які

•Зберігають працездатність:

• у діапазоні температур від -25 до +60°C;

• в умовах підвищеної вологості і появі конденсату;

• у атмосфері із змістом агресивних газів і аерозолів.

•Володіють вищою стійкістю до вібраційних і ударних дій.

Всі модулі станції встановлюються на активні шинні з'єднувачі, що дозволяє проводити їх “гарячу” заміну. Під час роботи станції допускається:

• Встановлювати нові або видаляти існуючі модулі.

• Виконувати модифікацію параметрів настройки модулів.

• Виконувати модифікацію параметрів настройки HART-приладів, підключених до модулів станції. Для виконання цих операцій використовується програмне забезпечення SIMATIC PDM.

Під час роботи системи розподіленого вводу-виводу допускається проводити підключення нових або відключення існуючих станцій ET 200M.

Станція SIMATIC ET 200M включає в свій склад:

• Профільну шину ET 200M.

• Активні шинні з'єднувачі.

• Блок живлення.

• 1 або 2 (для резервованих конфігурацій) інтерфейсні модулі, через які станція підключається до мережі PROFIBUS-DP із швидкістю передачі даних до 12 Мбіт/с.

• До 8 модулів вводу-виводу.

Всі модулі вводу-виводу гальванічно відокремлені від внутрішньої шини станції. Один інтерфейсний модуль здатний обслуговувати до 8 модулів вводу-виводу. При підключенні до резервованої мережі PROFIBUS-DP станція комплектується двома інтерфейсними модулями і відповідним активним шинним з'єднувачем.

Застосування модулів з розширеним набором діагностичних функцій дозволяє:

• Виконувати діагностику окремих каналів вводу-виводу.

• Здійснювати моніторинг модуля.

• Виявляти відмови давачів.

• Настроювати час фільтрації сигналів.

• Використовувати сигнали тривоги.

• Визначати характер поведінки модуля при зупинці центрального процесора головного DP-пристрою.

• Контролювати наявність напруги живлення модуля і його зовнішніх ланцюгів.

Інформація про всі несправності негайно передається головному DP-пристрою.

У SIMATIC ET 200M можуть застосовуватися блоки живлення програмованого контролера SIMATIC S7-300 типів PS 305 або PS 307, а також стабілізовані блоки живлення серії SITOP Power. Блоки живлення PS 307 використовують для своєї роботи вхідну напругу ~120/230В, блоки живлення PS 305 - вхідна напруга =24 В, 110В.

Сигнальні модулі

Сигнальні модулі стандартного виконання станції ET 200M, що працюють у складі SIMATIC PCS7, можуть обробляти дискретні і аналогові сигнали. У їх склад входять як прості, так і модулі із вбудованою функцією діагностики здатні контролювати свої внутрішні стани, короткі замикання і обриви зовнішніх ланцюгів, формувати сигнали тривоги і так далі.

Більшість модулів вводу аналогових сигналів (виключаючи 6ES7 331-1KF01-0AB0) оснащена вбудованими блоками живлення давачів. Для найбільш розвинених модулів підтримується діагностика окремих каналів за допомогою аналогового драйвер-блока PCS7.

Групи входів аналогових модулів можуть настроюватися незалежно один від одного, що дозволяє використовувати в одному модулі не тільки різні межі вимірювання, але і для вимірювання різних по своїй фізичній природі аналогових сигналів. По аналогії із сказаним може виконуватися настроювання різних груп виходів модулів виводу аналогових сигналів.

Сигнальні модулі Ex-виконання

Ex-модулі обладнані вбудованими розділюючими бар’єрами і призначені для безпосереднього підключення давачів і виконавчих пристроїв, розташованих в Ex-зонах 1 або 2. Ex-модулі мають ступінь захисту IIC (EEx ib) відповідно до вимог стандарту EN 50020, а також ступінь захисту Exib IIC відповідно до вимог ГОСТ 22782.0, ГОСТ 22782.5. Всі модулі підтримують діагностику внутрішніх станів і каналів вводу-виводу.

Сигнальні модулі з підтримкою HART

У станціях SIMATIC ET 200M з інтерфейсними модулями IM 153-2 (FO) High Feature можуть використовуватися HART (Highway Addressable Remote Transducer) - модулі Ex-виконання. За допомогою цих модулів в системі SIMATIC PCS7 здійснюється обмін даними з приладами польового рівня Ex-виконання, які підтримують HART протокол. Крім того, HART-модулі дозволяють підключати аналогові давачі і виконавчі пристрої стандартного виконання із сигналами 4…20 мА або 0...20 мА.

Ex-модулі з підтримкою HART протоколу характеризуються наступними показниками:

• Універсальність, робота з давачами, які підтримують HART протокол, а також давачами із вихідними сигналами 0…20 або 4…20 мА. Можливий рівень сигналів для кожного каналу: 0… 20 мА без підтримки HART функцій; 4…20 мА з підтримкою або без підтримки HART функцій.

• Незалежна робота каналів з обслуговуванням на рівні кожного каналу декількох клієнтів.

• Низька споживана потужність.

• 2 аналогових канали на модуль Ex-виконання, 8 аналогових каналів на модуль стандартного виконання.

• Підтримка функцій ведучого HART пристрою на рівні кожного каналу.

F-модулі

F-модулі призначені для підключення давачів і виконавчих систем протиаварійного захисту і автоматики безпеки. Вони здатні діагностувати свої внутрішні стани, а також стани зовнішніх ланцюгів, виявляти появу помилок в роботі F-системи вводу-виводу на апаратному рівні. Всі F-модулі мають внутрішню дубльовану структуру і здатні працювати за принципом 2 з 2. При появі відмінностей в сигналах суміжних каналів негайно запускається захисний механізм системи протиаварійного захисту і автоматики безпеки.

Функціональні модулі FM 355

Модуль FM 355 містить 4 незалежних канали і може бути застосований для вирішення широкого кола завдань автоматичного регулювання. На його основі можуть бути створені системи регулювання температури, тиску, рівня, витрати і ін. Модулі FM 355 можуть працювати тільки в станціях ET 200M з інтерфейсним модулем IM 153-2 (FO) High Feature.

FM 355 має 4 модифікації:

• FM 355C: модуль автоматичного регулювання з 4 аналоговими виходами.

• FM 355S: кроковий або імпульсний регулятор з 8 дискретними виходами.

• FM 355-2C: регулятор температури з 4 аналоговими виходами.

• FM 355-2S: регулятор температури з 8 дискретними виходами.

4 незалежних канали регулювання модулів FM 355 характеризуються наступними показниками:

• Можливість застосування готових структур:

• Стабілізуючих ПІД-регуляторів і каскадних регуляторів;

• 3-позиційних регуляторів;

• Адаптивних регуляторів.

• Вибір одного із наступних режимів роботи: автоматичне регулювання, ручне управління, захищений режим роботи, слідкуючий режим.

• Вибір часу перетворення залежно від роздільної здатності і наявності температурної компенсації:

• для 12-розрядного перетворення - від 20 до 100мс (тільки у FM 355-2);

• для 14-розрядного перетворення - від 100 до 500 мс (визначається кількістю використовуваних аналогових каналів).

• Перехід в захищений режим при зупинці центрального процесора провідного DP-пристрою. Поведінка модуля FM 355 в захищеному режимі вибирається при конфігурації системи. Наприклад, він може продовжувати працювати.

Застосування модулів FM 355/ FM 355-2 в SIMATIC PCS7 дозволяє вирішувати завдання автоматичного регулювання в станціях систем розподіленого вводу-виводу ET 200M. Модулі здатні продовжувати свою роботу навіть у разі зупинки центрального процесора ведучого DP пристрою. Такий підхід дозволяє розвантажувати центральні процесори систем автоматизації і підвищує надійність роботи систем автоматичного регулювання.

У разі зупинки центрального процесора управління роботою модуля FM 355 можна здійснювати з панелі оператора, підключеною до мережі PROFIBUS (не підтримується для модулів FM 355-2).

У бібліотеках CFC системи проектування SIMATIC PCS7 присутні програмні блоки і спеціальні екранні форми для управління роботою FM 355. Екранні зображення дозволяють керувати роботою регуляторів з екрану OS-станції.

Функціональні модулі швидкісного рахунку FM 350. FM 350-1 є інтелектуальним 1-канальним модулем швидкісного рахунку, призначеним для вирішення простих завдань автоматичного управління. Він дозволяє підключати до своїх входів інкрементальний давач і здатний порівнювати вміст лічильника з двома заданими граничними значеннями та формувати вихідні дискретні сигнали досягнення цих значень.

Функціональний модуль FM 350-2 є універсальним 8-канальним модулем швидкісного рахунку для вирішення широкого кола рахункових завдань, а також вирішення простих завдань позиціонування.