Область применения систем и описание технологического

Процесса

В данном разделе описывается объект внедрения и назначение телемеханической системы, приводится технологическая схема, на которой указывается места установки датчиков и исполнительных механизмов.

Пример 4.2. Дать описание системы телеконтроля, применяемой в коммунальном хозяйстве.

Решение. В настоящий момент реконструируется теплоиспользующее оборудование на промышленных предприятиях и в энергетической отрасли. Объектом внедрения системы телеконтроля выбран газомазутный водогрейный котел, используемый на ТЭЦ. Котел водотрубный, имеет Т-образную сомкнутую компоновку с прямоточным движением среды. Поверхности нагрева котла симметрично расположены в опускных газоходах. Топка и опускной газоход имеют общие промежуточные экраны.

Система телеконтроля предназначена для автоматизированного контроля 22 штатных параметров котла, оперативного отображения их значений на мониторе, логического контроля , масштабирования и фиксации данных на жестком диске ПЭВМ с переходом 5 секунд.

В таблице 4.1 приведен перечень контролируемых параметров в последовательности их опроса и архивирования. Условные обозначения параметров соответствуют надписям на схеме котла (рисунок 4.1), выводимой на экран монитора. Каждому параметру соответствует свой тип датчика и преобразователя.

Таблица 4.1– Перечень контролируемых параметров

№ параметра	Параметр	Параметр	Обозначение
	Температура дымовых газов до конвективной поверхности 2 справа	℃	T'dg KP2
	Температура дымовых газов за конвективной поверхностью 2 справа	℃	T''dg KP2
	Температура газовоздушной смеси слева	℃	t g.v.sm.l
	Температура дымовых газов до КП2 слева	℃	T'dg KP2
Продолжение таблицы 4.1
№ параметра	Параметр	Параметр	Обозначение
	Температура дымовых газов за КП2 слева	℃	T''dg KP2
	Температура дымовых газов на поверхности котла справа	℃	Tdg.p
	Температура дымовых газов на поверхности котла слева	℃	Tdg.l
	Температура газовоздушной смеси справа	℃	t g.v.sm.p
	Давление газа за редукционным клапаном		Pg
	Давление мазута до котла		Pm
	Давление воды до котла		P'v
	Давление воды за котлом		P''v
	Расход природного газа		Qg
	Расход мазута	т/ч	Qm
	Расход воды за котлом		D''
	Содержание кислорода справа	%	O2.p
	Температура сетевой воды за котлом	℃	t''v
	Температура сетевой воды до котла	℃	t'v
	Температура мазута	℃	tm
	Температура воздуха до калорифера	℃	T'kl
	Температура воздуха за калорифером	℃	T''kl
	Температура газов за котлом	℃	t yx

Рисунок 4.1 – Схема водогрейного котла и основные

контролируемые параметры

Структура системы

В этом разделе на основании анализа технических заданий и области применения системы и в соответствии с пунктом 3.10 производится выбор линии связи (физическая, телефонная коммутируемая или некоммутируемая, радио) и ее конфигурации («точка-точка», радиальная «точка-точка», радиальная многоточечная, цепочная, многоточечная кольцевая, смещенная); разрабатывается структура сигналов между ПУ и КП, между КП и ПУ; составляется структура системы, определяется состав оборудования; указывается назначение устанавливаемых устройств и как обеспечивается автоматический контроль исправности аппаратуры ПУ и КП, короткого замыкания или обрыва линии связи.

На основании объемов передаваемых сообщений с ПУ на КП и обратно принимается решение о групповом или индивидуальном выборе объектов.

Пример 4.3. Произвести выбор типа линии связи и ее конфигурации для системы примера 4.2, если число КП (котлов) равно трем, а число контролируемых параметров на одном КП-22.

Решение. Учитывая, что водогрейные котлы относятся к числу сложных теплотехнических агрегатов, к которым предъявляются жесткие требования с точки зрения надежности функционирования, а следовательно и к системе доставки информации о контролируемых 22 параметрах с каждого объекта, считаем целесообразным применение физической линии связи с конфигурацией радиальная «точка-точка» (рисунок 4.2). В качестве физической линии выбираем из раздела 3.1 [11] кабель Data Twist 350 UTP категории 5+ 1700А с параметрами: волновое сопротивление 100±12 Ом, максимальная емкость 66 пФ/м, максимальное затухание 10,3 дБ/100 м.

Рисунок 4.2 – Конфигурация линии связи

ПУ связан с каждым из трех КП индивидуальным каналом передачи данных. При этом количество линейных терминалов на ПУ равно количеству подключаемых КП, что позволяет ПУ одновременно и независимо передавать сообщений одному, группе или всем КП, а каждой КП может одновременно и независимо передавать данные на ПУ.

Пример 4.4.Разработать структуру сигналов, циркулирующих между ПУ и КП цифровой телемеханической системы примеров 4.2 и 4.3, работающей в циклическом режиме.

Решение.Как известно, при обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства физического уровня всегда поддерживают побитовую синхронизацию между приемником и передатчиком. Чтобы приемник мог правильно декодировать получаемый набор битов, он должен знать:

– скорость передачи данных;

– начало и конец каждого элемента (символа или байта);

– начало и конец полного блока сообщений или кадра.

Эти три фактора называют соответственно побитной или тактовой синхронизацией, побайтной или посимвольной синхронизацией и поблочной или покадровой синхронизацией.

Канальный уровень оперирует кадрами данных и обеспечивает синхронизацию между приемником и передатчиком на уровне кадров. В обязанности приемника входит распознавание начала первого байта кадра, границ полей кадра и признака окончания кадра.

Обычно достаточно обеспечить синхронизацию на указанных уровнях – байтовом и кадровом, чтобы передатчик и приемник работали синхронно и синфазно. Однако при плохом качестве линии связи вводят средства синхронизации на уровне байт. Такой режим работы называется асинхронным или старт–стопный.

По условиям примера 4.3 выбрана физическая линия связи, которая, как правило, имеет малый уровень помех, поэтому в данном случае ограничимся кадровой и побитовой синхронизацией. В качестве специального синхронизирующего сигнала, который будет посылаться вначале кадра, применим кодовую посылку (синхрокод), имеющую определенную структуру. Тогда учитывая, что опрос всех 22 датчиков на одном КП производится циклически, структура кадра будет иметь вид, приведенный на рисунке 4.3, где ТИi – цифровой эквивалент телеизмеряемого параметра в помехозащищенном коде.

Рисунок 4.3 – Структура кадра в системе ТИ при

циклическом режиме работы

Пример 4.5. Разработать структуру сигналов, циркулирующих между ПУ и КП, в телеметрической системе с адресным режимом работы.

Решение.Учитывая, что адресный режим применяется в адаптивных системах и в системах с изменяющимся периодом опроса и числом датчиков, а также все замечания на счет синхронизации, указанные в примере 4.4, структура кадра будет иметь вид, приведенный на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Структура кадра в системе ТИ с адресным режимом работы

Следует отметить, что при изменяющимся числе активных датчиков и порядке их опроса необходимо в конце каждого кадра передавать код конца – специальную кодовую комбинацию.

Пример 4.6.Разработать структуру сигналов, циркулирующих между КП и ПУ, между ПУ и КП в телеметрической системе, работающей по вызову с циклическим опросом в пределах КП.

Решение.В данной системе диспетчер (оператор) с ПУ на КП посылает специальную команду для подключения к каналу связи соответствующих передающих устройств, а на ПУ – соответствующих приемных устройств. Это позволяет использовать одну линию связи (канал телеизмерения) для поочередного наблюдения за многими объектами телеизмерения. При этом опрос объектов ТИ может быть циклический или по заданной программе. Одна из возможных структур сигналов с ПУ на КП приведена на рисунке 4.5, а.

С пункта управления в линию связи посылается синхрокод и код контролируемого пункта. В ответ на вызов с КП посылается код начала (КН), адрес контролируемого пункта (АКП), цифровые эквиваленты контролируемых (информационных) параметров в помехозащищенном коде и код «конца» (рисунок 4.5, б).

Рисунок 4.5 – Структура сигналов в системе ТИ по

вызову: а – структура сигнала вызова с ПУ на КП;

б – структура сообщений с КП нп ПУ

Пункт управления после приема сообщения с КП сверяет код КП, пришедший с КП, с кодом вызываемого КП, если оно совпадают, то принимаются все группы информационных параметров. В случае несовпадения производится повторный вызов (рисунок 4.5, а). Код КП, цифровые эквиваленты контролируемых параметров и код «конца» защищаются каждый в отдельности помехозащищенным кодом. В случае обнаружения искажения любого из сообщений, производится повторный вызов.

Пример 4.7.Разработать структуру сигналов циркулирующих между ПУ и КП, между КП и ПУ в системе ТУ–ТС при одном КП и числе объектов равных N.

Решение.При включении питания аппаратуры пункт управления начинает работать в режиме циклического опроса состояния всех объектов. Для большей надежности опрос состояния объектов производится до трех раз. При этом с ПУ на КП посылается код синхронизации (КС), который обеспечивает синхронизацию и синфазирование генераторов тактовых импульсов ПУ и КП и одновременно является кодом начала (КН), а также функциональный адрес ТС (ФАТС) (рисунок 4.6, а).

С контролируемого пункта в обратном порядке посылается КН и ФАТС, а после сообщения о состоянии всех объектов. Завершается сообщение ТС кодом конца (КК) и контрольными символами корректирующего кода (КСКК) (рисунок 4.6, б).

Рисунок 4.6 – Структура сигналов в режиме циклического

вызова ТС в системе ТУ–ТС с одним КП: а – структура сигнала вызова ТС; б – структура сообщений ТС

Наличие активного импульса ТС на соответствующей временной позиции свидетельствует о том, что объект находится во включенном состоянии, а отсутствие активного импульса – наоборот. Состояние всех объектов рассматривается как одна общая кодовая комбинация, которая защищается корректирующим кодом.

После опроса ТС устройство проверяет наличие заявок на передачу команд ТУ. При наличии заявок формируется соответствующий адрес объекта (АО) и код команды телеуправления (ККТУ) (рисунок 4.7, а). С контролируемого пункта на ПУ посылается квитанция, состоящая из кода начала, кода адреса объекта и команды ТУ, которая сигнализирует о выполнении команды ТУ (рисунок 4.7, б).

Рисунок 4.7 – Структура сигналов в режиме

передачи команд ТУ в системе ТУ–ТС с одним КП:

а – структура команды ТУ; б – квитанция о

выполнении команды ТУ

При неправильном приеме квитанции или ее отсутствии в течение заданного интервала времени Δt ПУ вновь передает на КП команду ТУ. Если три раза подряд принимаемая квитанция искажена или отсутствует, то осуществляется сигнализация неисправности данного объекта и устройство ПУ переходит к передаче команд ТУ другим объектам, если имеются заявки. Если заявки на передачу команд ТУ не имеются, то устройство ПУ переходит в режим циклического опроса ТС.

Пример 4.8. Разработать структуру сигналов ТУ и ТС в системе с М контролируемыми пунктами и N объектами на каждом КП, предусмотрев сигнализацию, подтверждающую выполнение команд ТУ и сигнализацию о состоянии объектов.

Решение.Учитывая, что ТС обладает приоритетом перед ТУ, то ПУ после выключения питания начинает опрашивать состояние объектов на контролируемых пунктах, начиная с объектов первого КП (рисунок 4.8, а). После опроса состояния объектов очередного КП, определяется, является ли данный КП последним, если нет, то адрес КП (АКП) увеличивается на единицу и продолжается опрос состояния объектов очередного КП. Структура сообщений ТС о состоянии объектов приведена на рисунке 4.8, б.

Рисунок 4.8 – Структура сигналов в режиме циклического вызова ТС в системе ТУ–ТС с МКП: а – структура сигнала вызова ТС;

б – структура сообщений ТС с одного КП

Как видно из рисунка с КП на ПУ передается код начала (КН), адрес опрашиваемого КП (АКП), функциональный адрес ТС (ФАТС) и группа сообщений о состоянии объектов данного КП, которая заканчивается кодом конца (КК) и контрольными символами корректирующего кода (КСКК). Структура сообщений ТС соответствует структуре сообщений ТС примера 4.7.

После получения известительной сигнализации от всех объектов последнего КП, пункт управления проверяет наличие заявок на ТУ. При наличии таковых ПУ формирует код синхронизации (КС), адрес пункта (АП), адрес объекта (АО) и код команды ТУ (ККТУ), защищает помехоустойчивым кодом и посылает в линию связи (рисунок 4.9, а). После этого устройство ПУ приступает к приему квитанции с КП о поступлении команды (рисунок 4.9, б), которая начинается с кода начала (КН).

Рисунок 4.9 – Структура сигналов в режиме передачи команд ТУ с МКП: а – структура команды ТУ; б – квитанция о поступлении

команды

Если квитанция пришла за время Δt, устройство переходит к ТС. Если квитанция не пришла, то устройство вновь передает команду по приведенному алгоритму. После трехкратного повторения передачи команды, без поступления квитанции, выдается сигнал неисправности данного КП.

Пример 4.9.Привести структуру сигналов, циркулирующих в системе телерегулирования (ТР) между ПУ и КП в прямом и обратном напрвлениях.

Решение.Как известноТР осуществляется с помощью систем телеуправления (ТУ) и телеизмерения (ТИ).

Прежде чем заниматься ТР, необходимо получить информацию по каналу ТИ о состоянии технологического процесса. Для чего необходимо сформировать и передать команду вызова телеизмерения текущих значений (ТИТ). Структура сигнала вызова ТИТ состоит из синхросигнала, кода начала, адреса пункта, функционального адреса, адреса объекта (рисунок 4.10, а).

Контролируемый пункт по этому сигналу осуществляет передачу телеизмеряемых величин от аналоговых и цифровых датчиков. На КП к сообщению ТИТ добавляется код начала, адрес пункта, функциональный адрес и адрес объекта (рисунок 4.10, б).

На ПУ сообщение ТИТ сравнивается с соответствующей уставкой, записанной в блоке памяти уставок. Если в результате сравнения будет принято решение о передаче команды на регуляторы, то формируется команда управления (КУ), которая передается на КП. К этой команде управления добавляется аналогичные служебные сигналы, как и при вызове ТИТ, и полное сообщение двукратно поступает в линию связи (рисунок 4.10, в).

Рисунок 4.10 – Структура сигналов в системе ТР:

а – структура сигнала вызова ТИ; б – структура сигнала вызова ТИТ; в – структура сигнала, передаваемого на регуляторы;

г – структура квитанции

Команды ТР воспринимаются КП и осуществляется проверка по методу повторения. Если искажений не обнаружено, то кодовая комбинация поступает либо непосредственно на цифровые регуляторы, либо через ЦАП на аналоговые регуляторы. После завершения неискаженного приема на ПУ передается сигнал «квитанция». Если квитанция не приходит в ожидаемое время, то команда ТР передается до трех раз и в случае отсутствия сигнала «квитанция» выдается сигнал о неисправности данного регулятора.

Пример 4.10.Разработать обобщенную структурную схему телеметри-ческой системы для водогрейного котла, описание которой приведено в примере 4.2, выбор линии связи и конфигурации – в примере 4.3, а впримере 4.4 разработана структура сигналов между КП и ПУ.

Решение. В соответствии с заданием на проектирование,число датчиков в системе 22, назначение которых указано в таблице 4.1. Учитывая однотипность измеряемых параметров, разобьем все датчики на три группы: первая группа с 1 по 8, вторая группа с 9 по 16 и третья группа с 17 по 22. Каждая группа датчиков будет обрабатываться своим устройством связи с объектами. Кроме того, в системе следует предусмотреть монитор для вывода мнемосхемы технологического процесса, пульт управления системой, принтер для изготовления отчета и источник бесперебойного питания. Таким образом, обобщенная структурная схема будет иметь вид, приведенный на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11 – Обобщенная структура телеметрической системы для

водогрейного котла

Программное обеспечение АРМ оператора должно позволять решать следующие задачи:

– регистрацию предаварийной информации;

– прогнозирование динамики изменения параметров;

– контроль и регистрацию переходных процессов;

– регистрацию и сигнализацию отклонения параметров за предельно допустимые значения.