Автоматизация и диспетчеризация систем вентиляции

В данной статье представлен опыт разработки и внедрения автоматизированных систем управления вентиляцией с использованием промышленной сети Profibus. Описываемые системы внедрены в существующую систему управления при расширении завода «Ниссан Мэнуфэкчуринг РУС» в Ленинградской области.

Современные производители систем автоматического управления (САУ) вентиляцией используют программируемые логические контроллеры (Segnetics, Siemens, Omron и др.) и промышленные сети для объединения нескольких систем и вывода информации на диспетчеризацию.

Автоматизированная система управления вентиляцией обеспечивает воздухообмен и необходимую температуру подаваемого воздуха для комфортной работы персонала. Функции системы: местное и дистанционное управления вентиляторами, нагревателями и другими исполнительными механизмами, участвующих в работе системы; звуковое оповещение обслуживающего персонала в случае возникновения аварийной ситуации; связь по сети между другими системами; возможность изменения уставок температуры; визуальный контроль над работой системы на экране диспетчера.

Для обеспечения необходимого воздухообмена в цехе предусмотрено пять приточно-вытяжных установок с газовыми горелками. Одна установка включает в себя приточный и вытяжной вентилятор; частотные преобразователи двигателей вентиляторов; теплообменник с газовой горелкой; приводы клапанов байпаса, притока и вытяжки; аварийные термостаты; датчики температуры. Алгоритм предусматривает два режима работы в зависимости от времени года. Эти режимы переключаются автоматически по датчику температуры наружного воздуха. В летний период система не производит регулирования температуры подаваемого воздуха в помещение. В зимний период управление происходит за счет регулирования положения клапанов, скорости вращения вентиляторов и работы газовой горелки. Мощность установки позволяет поддерживать температуру отличной на 50 градусов по Цельсию от уличной.

Каждой установкой управляет интерфейсный модуль ET200S с процессором. Интерфейсные модули позволяют децентрализовать управление задач, могут осуществлять полный и, при необходимости, независимый контроль над процессами, могут быть использованы как автономные процессоры. Интерфейсные модули соединены по сети Profibus с ведущим контроллером S7-400. Ведущий контроллер в свою очередь соединен с компьютером диспетчера по сети Ethernet. На компьютере с помощью SCADA-системы WinCC организованно рабочее место диспетчера. Рабочее место диспетчера включает в себя набор мнемосхем (окна на экране компьютера), на которых диспетчер может наблюдать и управлять установкой в дистанционном режиме, менять уставки температуры, подтверждать и сбрасывать аварийные сообщения. Если необходимо использовать несколько станций диспетчера, тогда необходимо использовать сервер. Клиенты считывают необходимую информацию с сервера по сети Ethernet, что позволяет работать параллельно нескольким диспетчерам с одной и той же установкой.

К каждому интерфейсному модулю подключена небольшая панель оператора, которая позволяет управлять отдельной установкой в местном режиме со щита управления.

Структурная схема сети описываемой САУ изображена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема сети.

Контроллер Siemens S7-400 и интерфейсные модули IM 151-7 CPU программируются с помощью программного обеспечения Siemens Simatic Step7. В Step7 есть возможность программирования на языках стандарта МЭК 61131-3 – FBD, LAD, STL, SCL. Данная САУ была реализована на языке STL.

Из-за большого количества автоматов, контакторов и массивных частотных преобразователей, управление вытяжными вентиляторами осуществляет интерфейсный модуль в отдельном щите управления. Для обеспечения синхронной работы приточных и вытяжных вентиляторов была реализована передача данных по сети. После запуска приточного вентилятора по сети передается пакет с битами состояния в соответствующий интерфейсный модуль. Так как скорость передачи высокая, то задержки между включением вентиляторов не случается.

Передача данных происходит через ведущее устройство по принципу master – slave с помощью специальных функций SFC14 и SFC15. В данном способе передачи данных за одну цикл обмена можно передать 6 байт информации, поэтому этот способ является неэффективным, но используется, чтобы сохранить единую иерархию старой и новой систем. В каждом ведомом ПЛК создаются два блока данных, один для приема, другой для передачи и соответствующие функция для приема и передачи. В ведущем контроллере создается по паре блоков данных для каждого ведомого устройства.

На рисунке 2 представлен исходный код функции обмена данными на языке STL. Специальная функция SFC14 принимает данные с адреса 24 (адрес ведущего устройства для передачи) и записывает их в свой массив принимающего блока данных. Специальная функция SFC15 отправляет данные по адресу 14 (адрес ведущего устройства для приема) c массива отправляющего блока данных.

Рис. 2. Листинг функции обмена данными на языке STL.

Другой способ передачи данных – SEND-RECEIVE более эффективен. За один цикл обмена можно передать большой объем информации, и осуществлять передачу между контроллерами в сети напрямую, не используя в качестве шлюза ведущий контроллер. Заключается в передаче телеграмм между контроллерами по глобальному адресу в конфигурации сети.

В WinCC есть несколько способов привязки тегов к мнемосхемам SCADA-системы. Автоматический способ очень удобен, когда в программе создаются массивные блоки данных под каждое устройство в отдельности. Таким образом, можно привязать сразу группу тегов. В данном случае небольшое кол-во информации, необходимой для вывода на диспетчеризацию, сделал бы этот способ неэффективным. Поэтому было принято решение привязать теги вручную. В данной SCADA-системе количество тегов достигает 1500. На рисунке 3 показана мнемосхема типичного экрана одной вентиляционной установки.

Рис. 3. Мнемосхема вентиляционной установки П1-В1.

Литература:

1. Руководство SIEMENS SIMATIC ET200S интерфейсный модуль IM 151-7 CPU;

2. Энциклопедия АСУ ТП (http://www.bookasutp.ru/);

3. Hugh J. Automating Manufacturing Systems with PLCs. (Version 5.1, March 21, 2008).

4. Парр Э. Программируемые контроллеры: руководство инженера. Пер. 3-го англ. изд. Б. И. Копылова. M.: Бином. Лаборатория знаний. 2007.