Файл: 2 1 Выбор контроллерного оборудования.pdf

37
2.5.1 Выбор контроллерного оборудования
Для выбора контроллерного оборудования, были рассмотрены контроллеры следующих производителей:
−
Siemens AG;
−
Schneider Electric;
−
Allen-bradley.
Сравнительные характеристики контроллеров представлены в таблице 2.
Таблица – 2 Сравнительные характеристики контроллеров
Производитель
Siemens AG
Schneider Electric Allen-Bradley
Семейство
SIMATIC S7-1500 Modicon
ControlLogix
5580
Модель
CPU 1512C-1 PN
Modikon 580 1756-L81ES
Поддержка Резервирования
Да
Да
Да
Время обработки ЦП
0,01 мкс
0,08 мкс
0,06 мкс
Число модулей ввода-вывода
2048 2048 2048
Наличие встроенных модулей I/O Да
НЕТ
НЕТ
Поддержка горячей замены модулей
Да
Да
НЕТ поддерживаемые языки программирования
LAD
Да
Да
Да
FBD
Да
Да
Да
STL
Да
Да
Да
SCL
Да
Да
Да
CFC
Да
Да
Да
GRAPH
Да
Да
Да среднее время наработки на отказ
615000 часов
600000 часов
500000 часов
Сравнительный анализ показывает, что все из представленных контроллеров имеют схожие характеристики.
В результате подбора программируемого контроллера, был выбран контроллер серии SIMATIC S7-1500, компактный CPU 1512C-1 PN, производства Siemens AG. Поскольку он имеет следующие преимущества:
− рабочая память объемом 16 Мбайт, этой памяти более чем достаточно для выполнения, хранения и загрузки программных блоков и алгоритмов;

38
− несмотря на внушительный объем памяти процессор дополнительно комплектуется микрокартой памяти она же ММС которая имеет объем памяти до 32 Гбайт, имеет возможность быть используемой в качестве загружаемой памяти на случай долговременного обесточивания энергозависимой памяти, к плюсам этой ММС также относиться возможность хранения архива всего проекта включая таблицу символов и все комментарии;
−
CPU 1512C-1 PN имеет довольно внушительные возможности касающиеся расширения устанавливаемых модулей, так центральный процессор может включать в свой состав до 31 модуля включая модули расширения;
− набор встроенных входов и выходов;
−
CPU 1512C-1 PN имеет в своем арсенале ряд защит от несанкционированного доступа к загруженным программам пользователя;
− у центрального процессора CPU 1512C-1 PN имеется диагностическая система, в которой генерируется и храниться информация в виде сообщений, объем памяти 1000 последних сообщений об ошибках и других событиях;
− в случае возникновения перебоев с питанием, центральный процессор сохраняет всю имеющуюся информацию в энергонезависимую память и использует ее после восстановления питания;
− большой набор встроенных математических функций;
− поддержка все языков программирования по стандарту МЭК 61131-
3-2016;
− соответствует требованиям «Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» и пригоден для использования в системах противоаварийной автоматической защиты технологического оборудования в различных областях промышленности;
− поддерживает резервирование модулей с возможностью их
«горячей» замены.

39
CPU 1512C-1 PN имеет модульную конструкцию и может иметь следующие основные виды модулей:
− входных аналоговых или двухпозиционных каналов (ВК);
− выходных управляющих токовых или дискретных каналов (УК);
− процессорный (ПР);
− коммуникационный (МК);
− модуль питания (ИП);
− панель управления (ПУ).
Внешний вид контроллера CPU 1512C-1 PN представлен на рисунке 2.
Рисунок – 2 Внешний вид контроллера CPU 1512C-1 PN
Центральный процессор 1512C-1 PN предназначен для построения как относительно простых, так и довольно сложных АС. Данный процессор отвечает особым повышенным требованиями к скорости обработки информации, а также быстротой реагирования. 1512C-1 PN поставляется со встроенными дискретными и аналоговыми входами и выходами, такое решение дает возможность применять 1512C-1 PN как автономное устройство управления. 1512C-1 PN снабжен интерфейсами PROFINET которые предоставляют целый ряд возможностей, в том числе применять 1512C-1 PN в

40 системах распределенного ввода-вывода, выполнять функции ведущего или ведомого сетевого устройства и т.д.
Центральный процессор 1512C-1 PN ориентирован на управление промышленными установками с распределенной структурой. Большой объем рабочей памяти позволяет использовать этот процессор для решения задач автоматизации средней степени сложности. Датчики и исполнительные устройства могут подключаться непосредственно к встроенным каналам ввода- вывода центрального процессора. Наличие встроенного интерфейса PROFINET
IO обеспечивают возможность использования центрального процессора в режиме ведущего или ведомого устройства системы распределенного ввода- вывода. Все сказанное позволяет использовать 1512C-1 PN как для построения локальных узлов автоматизации, так и в режиме контроллера верхнего уровня с собственной подсистемой распределенного ввода-вывода на основе сетей
PROFINET.
2.5.2 Выбор средств измерений
При выборе средств измерений должно учитываться:
− допустимое значение погрешности для данного измерения;
− допустимые отклонения;
− пределы измерения;
− масса, габаритные размеры, рабочая нагрузка и др.;
− наличие интерфейса токовой петли от 4 до 20 мА;
− набор коммуникационных стандартов для промышленных сетей
HART.
Так же стоит отметить обязательное исполнений во взрывозащищенном корпусе и искробезопасными цепями.
2.5.2.1 Средства измерения температуры
Для выбора средств измерения температуры был проведен сравнительный анализ среди нижеперечисленных производителей:
−
SIEMENS;

41
−
KROHNE;
−
ENDRESS + HAUSER.
Результаты сравнения занесены в таблицу 3.
Таблица – 3 Сравнительный анализ средств измерения температуры
Критерий выбора
Siemens SITRANS
7NG3130
KROHNE OPTITEMP
TRA/TCA-F23
ENDRESS +
HAUSER Omnigrad T
TR24
Измеряемые среды агрессивная среда, газ, жидкость агрессивная среда, газ, жидкость газ, жидкость
Диапазон измерения от минус 100 до
200 °С от минус 50 до
600 °С от минус 50 до
400 °С погрешность
0,15 %
0,25 %
0,25 %
Выходной сигнал от 4 до 20мА +HART от 4 до 20мА от 4 до 20м А
Взрывозащищенность
Ex, Ехd
Ex, Ехd
–
Влагозащита
IP68
IP68
IP67
В качестве средств измерения температуры был выбран SITRANS TF
7NG3130 от производителя Siemens AG.
Внешний вид SITRANS TF показан на рисунке 3.
Рисунок – 3 Внешний вид SITRANS TF
Датчик для измерения температуры SITRANS TF, принцип действия этого датчика основывается на том, как изменения температуры изменяет электрическое сопротивление.

42
Датчик для измерения температуры SITRANS TF представляет из себя программируемый измерительный преобразователь в состав которого входит сенсор, термометр сопротивления и цифровой дисплей для индикации измерения, сообщений и настройки датчика.
SITRANS TF предназначен для непрерывного измерения в тяжелых условиях эксплуатации в месте установки.
Датчик имеет взрывозащищенное исполнение (сертификат соответствия
№ТС RU C-RU.ГБ08. В. 01767 на термометры сопротивления).
Корпус SITRANS TF2 изготовлен из инструментальной стали (Ø 80 мм) и снабжен защитным стеклом. В защитную трубу из инструментальной стали с резьбовым соединением G½ монтируется температурный датчик. За счет использования инструментальной стали при изготовлении защитных труб достигается высокая химическая стойкость, что означает высокую степень защиты температурного датчика от внешних воздействий.
На обратной стороне корпуса размещаются клеммы для подключения питания посредством токовой петли от 4 до 20 мА. Подключение осуществляется через разъем в соответствие с EN 175301-803A.
На передней стороне корпуса находится пятиразрядный дисплей под стеклянной крышкой.
Под дисплеем расположены три клавиши, предназначенные для настройки SITRANS TF. Над дисплеем расположены один зеленый и один красный светодиод для индикации состояния прибора.
Технические характеристики SITRANS TF приведены в таблице 4
Таблица – 4 Основные технические характеристики SITRANS TF
Диапазоны температур от минус 100 до 200 °С
Предел допускаемой погрешности
± 0,15 %
Напряжение питания от 12 до 36 В
Взрывозащита
0Ex ia IIC от Т1 до Т6 Ga X
Выходной сигнал от 4 до 20мА + HART
Степень защиты
IP 68
Средняя наработка на отказ
50000
Опросный лист для заказа датчик измерения температуры SITRANS TF представлен на рисунке 4.

44
2.5.2.2 Средства измерения давления
Средства измерения давления представляет собой датчик, который состоит из первичного преобразователя давления, различных элементов обработки сигнала, устройства вывода сигнала, а также деталей корпуса для герметичного соединения датчика с объектом измерения.
На сегодняшний день имеется огромное количество средств измерения давления которые могут иметь принципиальные отличия друг от друга, это диапазоны измерений, точность, условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, а также характеристики имеющие прямую или косвенную зависимость от принципа преобразования измеряемого давления в электрический сигнал такие как: тензорезистивный, пьезорезистивный,
ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и многие другие.
Для выбора средств измерения давления был проведен сравнительный анализ среди нижеперечисленных производителей:
−
SIEMENS Sitrans P DS III;
−
НПК ВИП СДВ-SMART;
−
ENDRESS + HAUSER DELTABAR FMD78.
Результаты сравнения занесены в таблицу 5.
Таблица – 5 Сравнительный анализ средств измерений давления
Критерий выбора
Sitrans P DS III
СДВ-SMART
DELTABAR FMD78
Измеряемая среда
Газ, жидкость
Газ, жидкость
Газ, жидкость предел измерений
От 0,01 до 350 бар
От 0,16 кПа до 16МПа
От 0,4 кПа до 16МПа погрешность
0,075 %
0,1 %
0,1 %
Выходной сигнал от 4 до 20мА +HART от 4 до 20мА +HART от 4 до 20мА +HART
Взрывозащита
Ex / Exd
Ex / Exd
Ex / Exd
Температура окружающей среды
От минус
60 до 150 °С
От минус
40 до 70 °С
От минус
40 до 85 °С
Влагозащита
IP 68
IP67
IP65
В ходе проведенного анализа был выбран преобразователь давления
Sitrans P DS III, т.к. он имеет высокую степень защиты, необходимые выходные

45 сигналы, а также может применятся при измерении давления агрессивных сред в условиях как очень высокой, так и очень низкой температуры. Кроме это преобразователь давления Sitrans P DS III имеет ряд отличительных особенностей:
− очень малое время отклика;
− высокое качество работы и увеличенный срок службы;
− высокая надежность даже при высоких химических и механических нагрузках;
− для агрессивных и неагрессивных паров, жидкостей и газов;
− обширные функции диагностики и симуляции;
− независимая замена измерительной ячейки и электронной схемы без выполнения повторной калибровки;
− минимальная ошибка соответствия;
− хорошая долговременная стабильность;
− контактирующие с технологической средой детали выполнены из высококачественных материалов (например, нержавеющая сталь, Hastelloy, золото, монель, тантал);
− независимо регулируемый диапазон от 0,01 до 350 бар для DS III с интерфейсом HART;
− номинальный измерительный диапазон от 1 до 350 бар для DS III с интерфейсами PROFIBUS PA и FOUNDATION Fieldbus;
− высокая точность измерений;
− параметрирование при помощи клавиш управления или интерфейса
HART, PROFIBUS PA или FOUNDATION Fieldbus.
Внешний вид преобразователя показан на рисунке 5

46
Рисунок – 5 Внешний вид преобразователя Sitrans P DS III
Sitrans P DS III — это цифровой преобразователь давления, характеризуемый простым и понятным интерфейсом и высокой точностью измерения. Параметрирование выполняется при помощи кнопок управления или через интерфейс HART, PROFIBUS PA или FOUNDATION Fieldbus.
Измерительный преобразователь Sitrans P DS III может использоваться в промышленных зонах с большими химическими и механическими нагрузками.
Электромагнитная совместимость в диапазоне от 10 кГц до 1 ГГц делает возможным использование измерительного преобразователя DS III в зонах с высоким электромагнитным излучением.
В таблице 6 приведены основные характеристики преобразователя.
Таблица – 6 Основные характеристики преобразователя Sitrans P DS III предел измерений
От 0,01 до350 бар погрешность
0,075 %
Основная точность
± 0,075 % URL
Стабильность
± 0,2 % URL / год 5
Выходной сигнал от 4 до 20мА +HART
Взрывозащита
Ex / Exd
Сертификаты
CE, Ex-доказательство
Температура окружающей среды
От минус 60 до 150 °С
Опросный лист для заказа датчик измерения давления SITRANS Р представлен на рисунке 6.

48
2.5.2.3 Средства измерения расхода
Расходомер – устройство, измеряющее расход жидкого или газообразного вещества, проходящего сечение трубопровода.
Расходомер по сути является датчиком, измеряющим расход вещества в единицу времени. На практике проводят измерения расхода не только в единицу времени, но и за определенный период.
Для выбора средств измерения расхода был проведен сравнительный анализ среди нижеперечисленных производителей:
−
SIEMENS AG Sitrans FX300;
−
Krohne Optiflux 2300 C;
−
Rosemount 8800 D.
Результаты сравнения занесены в таблицу 7
Таблица – 7 Сравнительный анализ средств измерений расхода
Критерий выбора
Sitrans FX300
Optiflux 2300 C
8800D погрешность
± 1 %
± 1 %
± 1 %
Выходной сигнал от 4 до 20 мА +
HART от 4 до 20 мА +
HART от 4 до 20 мА +
HART
Взрывозащита
Ex dib [ia Ga] IIC T4
Gb
Ex, Exd
Ex, Exd
Температура среды
От минус 50 до
100 °С
От минус 40 до 50 °С От минус 40 до 50 °С
Показания давления, температуры и расхода в одной точке
Да
-
-
В результате проведения сравнительного анализа, был выбран прибор для измерения расхода Sitrans FX300 от производителя SIEMENS AG, поскольку он имеет ряд преимуществ:
− данное устройство работает по двух проводной технике и поддерживают HART-коммуникацию;

49
− температурная компенсация как стандартная функция;
− встроенная компенсация по температуре и давлению позволяет напрямую выполнять компенсацию для плотности;
− показания давления, температуры и расхода в одной точке;
− не требуется дополнительный монтаж сенсоров давления и температуры.
− прямое измерение энергии;
− оптимальная надежность процесса благодаря интеллектуальной обработке сигнала Intelligent Signal Processing (ISP) - стабильные показания, без внешних помех;
− полностью сварная конструкция из нержавеющей стали с высокой устойчивостью к коррозии, давлению и температуре;
− сенсор не требует профилактического техобслуживания;
− готов к использованию благодаря функции plug & play. Не требуется дополнительных кабельных работ;
− минимальное падение давления.
Внешний вид расходомера SITRANS FX300 показан на рисунке 7.
Рисунок – 7 Внешний вид расходомера SITRANS FX300