ИНТЕГРАФ-1000 видеографическая станция регистрации данных с распределенной архитектурой

Статья в журнале "ИСУП" (pdf)

Контроль технологических параметров является основой для производства качественной продукции. Невозможно говорить о стабильном качестве продукции, если процесс непредсказуем, невоспроизводим, не соответствует установленным требованиям технологии. Знание технологических параметров является базой для любых технологических улучшений. Управлению и любому улучшению всегда предшествует измерение и контроль.

Контроль над технологическим процессом подразумевает, что его параметры измеряются, измеренные значения регистрируются на самописцы или в системе сбора данных, формируются сигналы сигнализации в тех случаях, когда параметры принимают недопустимые значения, фиксируются прочие особенности протекания процесса. Немаловажную роль играет регистрация различных нештатных ситуаций, событий и действий персонала.

Указанную задачу контроля и регистрации параметров призваны решать самописцы и регистраторы. На современном рынке автоматизации представлена широкая гамма таких приборов как импортного, так и отечественного производства.  Всех их можно разделить на два больших класса: бумажные регистраторы, на которых регистрация ведется на бумажном носителе, и видеографические, на котором отображение результатов ведется на электронном экране, а регистрация осуществляется в электронном виде в памяти приборов. Несмотря на то, что регистрация непосредственно на бумаге имеет ряд достоинств, вероятно, общая тенденция такова, что популярность безбумажных электронных регистраторов все больше возрастает.

Видеографические регистраторы активно развиваются, при их разработке производители пытаются учесть все нюансы применения. Видимо, можно говорить, что нет единого стандартного подхода к регистраторам, сейчас для каждой конкретной задачи можно подобрать наиболее подходящее решение.

В настоящей статье речь пойдет о видеографическом регистраторе технологических параметров ИНТЕГРАФ-1000, который разработан и производится Научно-производственной фирмой «КонтрАвт». С точки зрения фиксации и отображения данных, он относится к безбумажным регистраторам с записью данных в электронный архив. Отображение данных производится на полноцветной ( 65536 цветов) сенсорной (touch-screen) TFT-панели с диагоналями  7 и 10 дюймов в зависимости от модификации.

Перейти на сайт интеграф.рф

Наиболее важной отличительной чертой видеографического регистратора является распределенная модульная архитектура. Внешний вид, состав и структура регистратора аналоговых и дискретных сигналов представлена на рис.1.

 

 

Рис.1. Внешний вид, состав и структура распределенной видеографической станции регистрации данных ИНТЕГРАФ-1000

• в случае пространственно распределенных технологических объектов модули можно размещать в непосредственной близости от объектов вдали от видеографической панели оператора. Это позволяет сокращать затраты на кабельно-проводниковую продукцию и ее прокладку, упрощает монтаж, повышает качество сигналов за счет снижения влияния соединительных линий, электромагнитных помех, цифровой формы передачи данных;
• в случае размещения модулей на объекте можно использовать модули для климатического исполнения С4 (диапазон рабочих температур -40…+60 °С, влажность 95 %), в то время как для панели необходимы более мягкие условия 0…50 °С;
• если модули располагаются в шкафу управления, то их можно расположить в объеме шкафа оптимальным образом, что сокращает габариты шкафа
• малая глубина видеографической панели оператора позволяет использовать шкафы управления небольшой глубины
• модульность видеографического самописца повышает его ремонтопригодность, сокращает расходы на обслуживание, поверку, ремонт
• выход из строя отдельных модулей не вызывает потерю работоспособности электронного самописца в целом, замена моделей не требует высокой квалификации персонала
• подключение сигнальных проводников к модулям ввода-вывода производится с помощью разъемных клеммных соединителей, что упрощает монтаж-демонтаж модулей при их обслуживании и замене
• решение, построенное на основе многоканального самописца, является экономичным как по стоимости приобретения, так и по стоимости эксплуатации

 

Сбор и измерение аналоговых сигналов производится восьмиканальными модулями ввода серии MDS AI-8ТС, широко известными в России. Эти модули являются средствами измерения, имеют класс точности 0,1 и занесены в Госреестр средств измерений. Они обеспечивают измерение сигналов термопар (НСХ типа ТХА, ТХК, ТПП, ТПР, ТПП, ТНН, ТВР,ТЖК), унифицированных сигналов напряжения (0…50 мВ, 0…150 мВ, 0…500 мВ, 0…1000 мВ) и  тока (0…20мА, 4…20мА).  В зависимости от модификации в состав электронного безбумажного самописца входит 1 или 2 модуля, соответственно, он регистрирует 8 или 16 аналоговых сигналов. Аналоговые сигналы линеаризуются в соответствии с выбранной НСХ (для термопар) или линейно масштабируются  (для унифицированных сигналов). Это позволяет отображать данные в привычных единицах физических величин. Для сигналов термопар применяется встроенная компенсация влияния «холодных» спаев. В дальнейшем аналоговые сигналы  могут при необходимости подвергаться математической обработке.

 

Ввод-вывод дискретных сигналов осуществляют дискретные четырехканальные модули ввода-вывода MDS DIO- 4/4R. В состав электронного регистратора в зависимости от модификации входит 1 или 2 модуля, что обеспечивает ввод 4 или 8 дискретных сигналов и вывод, соответственно, 4 или 8 дискретных сигналов  электромеханических реле с контактами на переключение.

 

Обмен данными с модулями ввода-вывода осуществляется по интерфейсу RS-485 с применением протокола ModBus RTU. Скорость обмена данными составляет 192000 бит/с. На данной скорости сбор всех аналоговых и дискретных сигналов может осуществляться с минимальным интервалом   1 с.

В электронном регистраторе могут применяться MDS-модули двух групп климатического исполнения: B4 – диапазон температур эксплуатации 0…50 ^оС относительная влажность при температуре 35 ^оС до 85 %, C4 – диапазон температур эксплуатации -40…60 ^оС относительная влажность при температуре 35 ^оС до 95 %. Несмотря на то, что видеографическая панель Станции должна эксплуатироваться в диапазоне температур 0…50 ^оС, за счет распределенной архитектуры безбумажного регистратора, модули ввода-вывода можно размещать непосредственно на объекте вблизи источников и приемников сигналов.

 

Электропитание многоканального регистратора осуществляется от сети переменного напряжения 220 в с помощью блока питания PSM-36-24. Блок питания обеспечивает питанием 24 В все компоненты станции. Диапазон допустимых напряжений сети 85…264 В.

 

Все аналоговые сигналы после математической обработки поступают на блок компараторов-сигнализаторов. Каждому аналоговому сигналу соответствует 4 компаратора,  два из которых рассматриваются как предупредительные сигнализаторы, а два - как аварийные. Уставки для компараторов задает персонал с панели видеографического безбумажного самописца. Выходные сигналы компараторов поступают на Блок выходной логики. Можно задать два вида функции компаратора («Больше» , «Меньше»), а также режим отложенной сигнализации (блокировка первого срабатывания), время задержки срабатывания компаратора и гистерезис.

 

Многоканальный самописец обрабатывает большое число дискретных сигналов: 4/8 входных, 32/64 сигналов компараторов, 8 экранных кнопок, 4 аварийных. Все они поступают на Блок выходной логики, который осуществляет их обработку в соответствии с выбранной функцией и формирует выходные сигналы реле (4/8) в модулях ввода–вывода MDS DIO 4/4R.

 

Измеренные сигналы (8 или 16), уставки (32 или 64) и все дискретные сигналы, включая выходные (84 или 92) регистрируются, то есть записываются в электронную память на SD карту емкостью 8 ГБ. Такой объем памяти позволяет регистрировать все указанные аналоговые и дискретные сигналы с периодом 1 сек в течение 30 суток.

Все зарегистрированные данные можно просмотреть в качестве архива. С помощью интерфейсов верхнего уровня (RS-485, протокол ModBus RTU (8N2) и Ethernet,  протокол ModBus TCP). Текущие данные можно передавать в смежные системы верхнего уровня. Кроме того, данные можно перенести с помощью USB-Flash носителя на персональный компьютер для записи и дальнейшей обработки.

 

Визуализация всех зарегистрированных данных осуществляется с помощью 8 типов экранных форм:

Основной экран Дисплей х16: 8-, 16-канальный дисплей измеренных сигналов, состояния всех компараторов (рис.2)

Экран Тренд х4: групповой 4-х канальный тренд и дисплей измеренных сигналов, состояние компараторов по 4 каналам (рис.4)

Экран Бар-граф х4: групповой 4-х канальный бар-граф и дисплей измеренных сигналов, дисплей уставок, состояния компараторов (рис.5)

Экран Тренд х1: одноканальный тренд и дисплей измеренного  сигнала и 4-х уставок, состояния компараторов

Экран Дисплей х4 – Групповой 4-х канальный дисплей измеренных сигналов, дисплей уставок, состояния компараторов

Экран Табло – Групповое Табло всех дискретных сигналов и функциональных кнопок (рис.6)

Экран Диаграмма – Групповая 8-ми канальная диаграмма дискретных выходов (рис.7)

Экран Журнал событий

 

 

Рис.2. Внешний вид основного экрана Дисплей х16.

 

 

Рис.3. Внешний вид группового графического  экрана Тренд х4.

 

 

Рис.4. Внешний вид экрана столбчатых диаграмм Бар-граф х4.

 

 

Рис.5. Внешний вид группового экрана всех дискретных сигналов   Табло.

 

Рис.6. Внешний вид групповой диаграммы дискретных выходов Диаграмма.

 

 

Как уже отмечалось, распределенная модульная архитектура обеспечивает большую гибкость в пространственном размещении электронного регистратора. В  частности, если речь идет о размещении электронного регистратора в единой конструктивной оболочке, то, во-первых,  модули можно размещать так, чтобы заполнить ее пространство оптимально с точки зрения заполнения объема, количества и длины внутренних линий связи, во-вторых, малая глубина панели и модулей  позволяет сократить глубину оболочки до 60-70 мм (рис.7). Такие конструктивные преимущества распределенной архитектуры станции позволяют использовать оболочки с минимальными размерами,  а значит, и ценами.

 

Рис.7. Вариант размещения панели и модулей, обеспечивающий минимальную глубину конструктивной оболочки

 

В тех случаях, когда конструктивная оболочка системы автоматики является одновременно и корпусом оборудования (ее составной частью), конструктивные преимущества распределенной станции  проявляются в наибольшей степени, так как позволяют заполнять все свободное пространство и сокращать габариты оборудования в целом.

 

Распределенность видеографического регистратора в полной мере  проявляет себя, когда необходимо разместить модули ввода-вывода непосредственно на объекте. В качестве показательного  примера можно привести систему регистрации данных в термическом цеху. Модули размещаются в шкафах управления отдельными печами, которые  пространственно разнесены по цеху, а панель визуализации находится в помещении термиста.

Видеографические регистраторы технологических процессов выпускаются с модулями ввода-вывода в двух климатических исполнениях. Исполнение В4 применяется в диапазоне температур 0…50 ^оС при относительной влажности при температуре 35 ^оС до 85 %, что соответствует закрытым обогреваемым производственным помещениям. Исполнение же C4 можно использовать в неотапливаемых помещениях в диапазоне температур -40…60 ^оС при относительной влажности при температуре 35 ^оС до 95 %.

Размещение модулей ввода-вывода на объекте кроме конструктивных, имеет еще ряд преимуществ. Во-первых, сигналы передаются не в аналоговом, а цифровом виде. Как следствие, исключается влияние на результат измерения сопротивлений сигнальных линий, электромагнитных помех, которые в промышленных условиях весьма сильны. Во-вторых, сокращается стоимость сигнальных линий и стоимость монтажных работ. Выигрыш наиболее существенен при подключении термопар за счет исключения дорогостоящих компенсационных проводов.

При разработке  видеографического регистратора ИНТЕГРАФ-1000 была поставлена задача создать полнофункциональное регистрирующее устройство с распределенной архитектурой, отличающееся при этом максимальной простотой пользовательского интерфейса. Многочисленные тестирования, проведенные как инженерно-техническим персоналом, так и операторами, показало, что поставленная задача с успехом решена.

В заключение стоит обратить внимание на экономический аспект. Во-первых, стоимость безбумажного самописца ИНТЕГРАФ-1000 ниже стоимости моноблочных станций с аналогичными характеристиками, представленных на российском рынке. Во-вторых, распределенная архитектура станции позволяет существенно экономить на  соединительных линиях. В-третьих, конструктивная гибкость модульной электронного регистратора позволяет минимизировать затраты на конструктивные оболочки. Наконец, модульность станции сокращает расходы, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом станции. В совокупности экономический выигрыш от применения и эксплуатации видеографического регистратора с распределенной архитектурой ИНТЕГРАФ-1000 может быть сравним со стоимостью самого регистратора.

Перейти на сайт интеграф.рф

Статья в журнале "ИСУП" (pdf)