Диспетчеризация бизнес-центра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глава 1. Характеристика объекта «Бизнес - центр «Антарес»»

1.1 Описание объекта

Объект - семиэтажное отдельно стоящее здание, находящееся по адресу: г. Санкт-Петербург, ул. Савушкина д.83, корп. 3 Бизнес - центр «Антарес». Эксплуатация здания круглогодичная. На цокольном этаже расположен паркинг. Бизнес - центр уже имеет следующие инженерные системы:

1. Системы вентиляции и кондиционирования

2. Система отопления

3. Система контроля и управления общим доступом (СКУД)

4. Система управления освещением

5. Система управления люками дымоудаления

6. Система пожарообнаружения

7. Система пожаротушения

По мере эксплуатации здания обслуживающей компанией потребовалось провести проектирование, пуско-наладочные работы и программирование системы комплексной диспетчеризации здания. Система диспетчеризации должна объединить в себе все инженерные системы здания, тем самым снизив затраты на обслуживание и повысить безопасность жизнедеятельности арендаторов.

1.2 Описание существующих систем

Далее будут рассмотрены существующие инженерные системы здания, с описанием оборудования и простейших принципов работы систем.



1.2.1 Система вентиляции

Система вентиляции включает в себя 22 вент - установки, располагаемых в цоколе, на первом, шестом и седьмом этажах БЦ «Антарес». В качестве охладителя используется дистиллированная вода. Кондиционирование осуществляется по принципу «Сплит» - системы, т.е. когда имеются отдельно внешние и внутренние блоки управления кондиционером.

Управление вентиляцией происходит из 17 ЩУВов (Щитов управления вентиляцией), посредством регулирования параметров управления в специализированных контроллерах для систем вентиляции «REGIN CORRIGO E». «CORRIGO E» выбраны для управления отдельными контурами приточно-вытяжной системы. В них происходит сбор данных о внешней температуре воздуха, о температуре в трубопроводах и помещениях; измеряется давление в трубопроводах. Свободно программируемые контроллеры Corrigo серии E предназначены для управления температурой, влажностью и давлением в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Объект управления - вентиляционные установки. Наличие нескольких аналоговых и цифровых входов и выходов позволяет контролировать поддержание основных параметров микроклимата и управлять работой большинства исполнительных устройств. Аналоговые входы используются для подключения преобразователей температуры, влажности, давления или аналогичных приборов с выходным сигналом 0-10 В, предназначенных для измерения параметров устройств, входящих в состав систем вентиляции и кондиционирования воздуха или отопления. Цифровые входы применяются для контроля работы вентиляторов и циркуляционных насосов, состояния фильтров, проверки работоспособности противопожарных клапанов и подключения внешних устройств аварийной и пожарной сигнализации. Возможно конфигурирование цифровых входов для учета расхода тепла и электроэнергии. Аналоговые выходы с сигналом управления 0-10 позволяют управлять исполнительными механизмами различных теплообменников, причём каждый выход может конфигурироваться для управления нагревателем, охладителем или рекуператором, а также может использоваться для плавного регулирования производительности вентиляторов и давления в сети воздуховодов. Цифровые выходы обеспечивают включение и отключение вентиляторов, циркуляционных насосов, внешней системы защиты от замерзания, проверку работоспособности противопожарных клапанов в системах вентиляции и кондиционирования, а так же бойлеров, накопительных баков и т.д. в системах отопления. Кроме этого, фактически все модели Corrigo E имеют расширители для сетевой платформы LONWorks. Через неё имеется возможность удалённо управлять установками системы.

инженерный вентиляция диспетчеризация пожаротушение

Рисунок 1.1 Приблизительная схема автоматики существующей системы управления вентиляцией

Система автоматически поддерживает необходимый для конденсации параметр - удельную теплоту конденсации, равную удельной теплоте парообразования теплоносителя.

Удельная теплота парообразования -- физическая величина, показывающая количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества, взятому притемпературе кипения, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное. Удельная теплота испарения измеряется в Дж/кг.

Где -- удельная теплота испарения.

Рисунок 1.2 Чиллерная установка «Carrer» с интеллектуальной микропроцессорной системой управления «PRO-DIALOG Plus»

В нашем случае охладитель системы- дистиллированная вода, удельная теплота парообразования составляет 2260 кДж|кг. В системе вентиляции вода используется для многочисленных охладителей (рекуператоров) и нагревателей (электрокаллориферов). В систему кондиционирования вода поступает из чиллерной установки фирмы «Carrer».

Автоматическое управление чиллером осуществляется контроллером PRO-DIALOG Plus, который обеспечивает точный контроль температуры воды после испарителя и оптимизирует потребление энергии. Контроллер имеет эргономичный дисплей. Индикаторы, дисплей, кнопки расположены на схематическом изображении машины. Пользователь может немедленно узнать все рабочие параметры: давления, температуры, наработку и т.д.

Всё оборудование смонтировано и настроено компанией «Арктика», являющейся ведущей организацией в Санкт-Петербурге в сфере проектирования и наладки систем вентиляции и кондиционирования.

1.2.2 Система контроля и управления общим доступом

Для ограничения доступа в бизнес - центре применяются система, построенная на оборудовании PERCo- S. Она состоит из считывателей магнитных карт, специализированных замках, турникетах и сетевых контроллерах, позволяющих передавать информацию о времени открытия замков, владельце карты на пульт охраны.

Рисунок 1.3 Структурная схема системы управления доступом

Система состоит из 5 уровней доступа:

1. Общий доступ (без ограничения). Доступ к зоне «Ресепшн», в холле при входе в здание.

2. Доступ для арендаторов. Доступ в основную часть здания и боковым лестницам.

3. Доступ для тех. работников. Помимо 2 уровня разрешён доступ в основные технические помещения, такие как индивидуальный тепловой пункт, чиллерная и венткамеры.

4. Доступ для охраны. Помимо доступа во все вышеперечисленные помещения, позволяет проходить в комнату охраны.

5. Неограниченный доступ. Позволяет проходить во все зоны здания, также в кроссовые, в которых установлено техническое оборудование для управления системы пожаротушения и СКУД. Обладает таким доступом только 3 человека: главный инженер, главный энергетик и начальник смены охраны.

1.2.3 Спринклерная система пожаротушения, пожарообнаружения

В каждом помещении бизнес - центра располагаются оптические детекторы дыма EP 212-141.

В оптическом датчике обнаружение дыма основано на изменении характеристик создаваемого в измерительной камере светового потока при попадании в него дымовых частиц.

Рисунок 1.4 Оптический детектор дыма EP 212-141



В датчиках, реагирующих на ослабление светового потока, источник света в измерительной камере направлен на фотоприемник, создавая на его чувствительном элементе определенное освещение. При появлении дыма освещенность падает из - за поглощения и рассеивания света, что вызывает уменьшение тока в приемнике и выдачу тревожного сигнала.

Таблица 1.1 Технические характеристики EP 212-141

Параметры	Значения
Ток (в режиме ожидания)	40 mkA
Чувствительность	0,05-0,2 dB/m
Напряжение	9-30 V
LED индикация	Да
Материал	ударопрочный
Время работы аккумулятора	Не менее 10 лет
Рабочая температура, (°C Min/Max)	-45/+55
Размеры, мм	93 x 46

Для обнаружения пламени в каждом помещении БЦ установлены тепловые извещатели пламени ИП 114-5-А2.

В основе работы тепловых датчиков лежит принцип измерения максимального или относительного (дифференциального) значения температуры воздуха контролируемого помещения.

Датчики максимального измерения тепла в качестве чувствительных элементов используют термисторы, плавкие перемычки, биметаллические пластины, устройства, в основе работы которых лежит свойство жидкости при нагреве расширяться и другие. При достижении окружающей температурой установленного порогового уровня выдается сигнал тревоги.



Рисунок 1.5 Тепловой датчик пламени ИП 114-5-А2

Таблица 1.2 Технические характеристики ИП 114-5-А2

Параметры	Значения
RS-485	+
Номинальная температура срабатывания,	°С 54 ? 70
Максимальный коммутируемый ток,	не более, мА 50,0
Максимальное коммутируемое напряжение,	не более, В 28,0
Диапазон рабочих температур,	°С -40 ? +50
Габаритные размеры,	мм O60х40
Масса, не более,	кг 0,04

Тепловой датчик реагирует на скорость возрастания температуры, измеряя абсолютное и относительное ее изменение с помощью двух отдельных чувствительных элементов.

Тепловые пожарные датчики находят применение для обнаружения пожаров с открытым пламенем. Особенностью температурных дифференциальных датчиков является то, что на их работу не оказывает влияние начальное значение температуры окружающей среды.

Дымовые и тепловые извещатели объединяются в отдельные шлейфы, проходящие по каждому этажу, и объединяются в кроссовых. В них установлены специализированные релейные блоки С-2000-СП-1, обеспечивающих сбор сигналов по интерфейсу RS-485 от датчиков и передающих извещения на пульт централизованного наблюдения, находящегося в комнате охраны.

Для быстрого пожаротушения в паркинге установлена система спринклерная система пожаротушения. Спринклерная установка состоит из сети водопроводных труб, находящихся под постоянным давлением. В спринклерные установки вмонтированы спринклеры ТУ3251 "TYCO".

Спринклер - это составляющая системы пожаротушения, оросительная головка. Отверстие спринклера закрыто тепловым замком, рассчитанным на температуру 79, 93, 141 или 182°С. При достижении температуры в помещении определенной величины, замок спринклера распаивается, и вода начинает орошать защищаемую зону.

Рисунок 1.6 Внешний вид спринклера "TYCO"

Помимо спринклерной системы, в здании существует отдельный противопожарный водопровод, давление в котором тоже следует контролировать, противопожарная вентиляция, огнезапорные люки, люки дымоудаления.

Одна из задач диспетчеризации объединить в себе все системы пожарообнаружения, и управлять ими с пульта оператора. Кроме этого, потребуется отсылать тревожные сигналы во все системы, в т. ч. Отключать вентиляцию, разграничивать СКУД, опускать лифты на нижние этажи здания.

1.2.4 Индивидуальный тепловой пункт

Для отопления бизнес - центра установлен индивидуальный тепловой пункт, находящийся в цоколе.

Тепловой пункт -- комплекс устройств, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по типам потребления.

Теплоноситель - водопроводная вода, хотя во всём мире всё более часто в этом качестве используется специальный антифриз, который имеет меньшую температуру замерзания и существенно меньше приводит к коррозии. Возможно, система отопления была изначально рассчитана под воду, т.к. для антифриза нужна большая мощность насосов и большый диаметр труб, что связано с меньшей теплоёмкостью и большей вязкостью антифриза.



Рисунок 1.7 Простейшая мнемосхема ИТП

Теплоноситель, поступающий в ТП по подающему трубопроводу теплового ввода, отдает свое тепло в подогревателях систем ГВС и отопления, а также поступает в систему вентиляции потребителей, после чего возвращается в обратный трубопровод теплового ввода и по магистральным сетям отправляется обратно на теплогенерирующее предприятие для повторного использования. Часть теплоносителя может расходоваться потребителем. Для восполнения потерь в первичных тепловых сетях на котельных и ТЭЦ существуют системы подпитки, источниками теплоносителя для которых являются системы водоподготовки этих предприятий.

Система отопления также представляет замкнутый контур, по которому теплоноситель движется при помощи циркуляционных насосов отопления от ТП к системе отопления зданий и обратно. По мере эксплуатации возможно

возникновение утечек теплоносителя из контура системы отопления. Для восполнения потерь служит система подпитки теплового пункта, использующая в качестве источника теплоносителя первичные тепловые сети.

Важнейшая часть системы - циркуляционные насосы. В БЦ установлено 2 насоса немецкой фирмы Grundfos. Их плавное управление осуществляется с помощью частотного преобразователя Mitsubishi FR-700, располагаемого в помещении ИТП. Последний имеет возможность контроля и управления через промышленный протокол Modbus RTU.

Поставленная задача диспетчеризации не только считывать с частотного преобразователя параметры входных и выходных электрических характеристик, но и получать сведения о наработке частотного преобразователя, что нужно для его своевременного технического обслуживания.



Глава 2. Требования, предъявляемые к разрабатываемой системе управления. Техническое задание

Технические требования к диспетчеризации инженерных систем:

1.1 Разработать диспетчеризацию инженерных систем на базе контроллеров ввода-вывода Beckhoff и программным комплексом SCADA Zenon.

1.2 Сервер с программным комплексом Zenon установить в диспетчерской охраны помещение №134. Обеспечить звуковое оповещение об аварии в помещении №134.

1.3 Щиты диспетчеризации установить на этажах (Приложение А): - 1-этаж: в помещение № 123 кроссовой, к нему подключается оборудование инженерных систем первого и цокольного этажа. - 2-этаж: в помещение №214 кроссовой, к нему подключается оборудование инженерных систем 2-ого этажа. - 3-этаж: в помещении №314 кроссовой, к нему подключается оборудование третьего и четвертого этажа - 5-этаж: в помещении №514 кроссовой, к нему подключается оборудование пятого и 6-го этажей

1.4 Передачу данных осуществлять по локальной вычислительной сети (Ethernet), для чего спроектировать транспортную локальную сеть. Коммутационное оборудование установить в помещении №123.

1.5 Обеспечить бесперебойное питание системы диспетчеризации после отключения электропитания: - оборудования в щитах диспетчеризации и измерительные датчики -- в течении 24 часов;- сервер диспетчеризации в помещении №134 -- в течении 10 мин.

1.6 Индивидуальный тепловой пункт.

1.6.1 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции:

1.6.2 - мониторинг заполнения приямка в помещении ИТП; - мониторинг состояния преобразователя частоты, подключенного к насосам (осуществлять через RS485 интерфейс);

- мониторинг заполнения приямков в паркинге, в количестве 2 шт.;

1.6.3 Аварийные сигналы, указанные в пункте 5.6.1. отобразить на мониторе диспетчера.

1.6.4 Заложить кабель в ИТП для: - мониторинга температуры теплоносителя; - мониторинга давления теплоносителя;

1.7 Система Вентиляции и Кондиционирования.

1.7.1 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции: - связь с системой вентиляции и кондиционирования по протоколу Modbus и LonTalk;

- прием и распознавание аварийных сигналов от системы вентиляции и кондиционирования, которые внутренняя автоматика систем вентиляции и кондиционирования передает в штатном режиме по протоколам LonTalk и Modbus;

- обеспечить передачу сигнала (сухой контакт) в щиты управления системами общеобменной и противопожарной вентиляции, для обеспечения режима работы «Пожар» (описание режима работы «Пожар» - см. пункт 5.15.2);

- обеспечить получение общего аварийного сигнала чиллера, через релейный выход «Авария», передаваемый в штатном режиме автоматикой чиллера.

1.7.2 Аварийные сигналы, указанные в пункте 5.7.1. отобразить на мониторе диспетчера.

Главный распределительный щит (ГРЩ).

1.7.3 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции:

- мониторинг температуры в щите ГРЩ;

- мониторинг параметров сети на вводе 1 и вводе 2 (напряжение, ток, мощность, коэффициент мощности, чередование фаз);

- мониторинг положения автоматических выключателей - ЩПН - ввод 1, ЩПН - ввод 2, ЩСГД -ввод 2;

- управление автоматическими выключателями (отключение по сигналу «Пожар») - ЩВ1-ввод 1, ЩВ2-ввод1, вводные автоматы ЩВ3, ЩВ4, ЩВ5; - управление вводным автоматическим выключателем в щитах управления вентиляцией (2 шт.) арендаторов (кафе, т.д.).

1.7.4 На мониторе диспетчера необходимо отобразить: - температура воздуха в щите ГРЩ; - параметры сети ввод 1 и ввод 2 - напряжения, токи, мощность, коэффициент мощности, чередование фаз. - положение автоматических выключателей -- ЩПН-ввод 1, ЩПН-ввод 2, ЩСГД-ввод 2; - кнопки управления автоматическими выключателями - ЩВ1-ввод 1, ЩВ2-ввод1, ЩВ3, ЩВ4, ЩВ5 и ЩВ арендаторов, для ручного отключения после подтверждения тревоги «Пожар».

1.8 Электроосвещение в общественных помещениях (коридоры, паркинг)

1.8.1 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции:

-мониторинг положения контактора освещения в щитах ЩРО (7шт, внутреннее освещение) и ЩНО (пом. 116, наружное освещение) - включено / отключено ;

-управление группами освещения вкл./выкл. (только когда кулачковый выключатель в положении «Авт.»); -мониторинг положения кулачкового переключателя; -управление электропитанием щитов освещения (арендаторы) ЩС1 -ЩС7.

1.8.2 На мониторе диспетчера необходимо отобразить:

1.8.3 - состояние освещения -- включено/отключено; - кнопки управления внутренним и наружным освещением по группам -- вкл/выкл.; - положение кулачкового переключателя: ручной/автомат; - кнопки управления электропитанием щитов освещения ЩС1-ЩС7 (вкл/выкл)

1.8.4 Лифтовое оборудование

1.8.5 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции: - мониторинг состояния лифта (авария, нормальная работа, первый этаж, двери лифта открыты). - управление лифтом -- только передача электрического сигнала «пожар»;

1.8.6 На мониторе диспетчера необходимо отобразить: - состояние лифта после сигнала «пожар» - нет на первом этаже/ на первом этаже двери закрыты/ на первом этаже двери открыты; - авария лифта;

1.8.7 Система управления лифтом должна быть оборудована необходимым оборудование для передачи перечисленных сигналов в контроллер системы диспетчеризации.

1.9 Температура воздуха в технических помещениях.

1.9.1 Установить датчики температуры с диапазоном температур минимум -10°С - +70°С, в помещениях: - серверные помещения: 124; - кроссовые помещения: 123, 214,314, 414, 514, 612; - ИТП: 009; - ГРЩ: 005.

1.9.2 На мониторе диспетчера необходимо отобразить: - текущую температуру в помещениях; - критические температуры в помещениях.

1.10 Люки дымоудаления.

1.10.1 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции: - управление люками дымоудаления в атриуме (16шт), во время тревоги «Пожар» и в режиме проветривания; - управление люками дымоудаления для доступа альпинистам -- открыть два люка дымоудалениея - мониторинг положения люка (открыт/закрыт) - управление электропитанием щита ЩВД (пом. 704), включение в режиме «Пожар».

1.10.2 На мониторе диспетчера необходимо отобразить: - кнопки управления люками (2шт. - управление парой люков для доступа альпинистам, открыть/закрыть для проветривания); - отображение положения люков атриума -- открыто/закрыто (16шт.); - кнопку управления электропитанием щита ЩВД (пом. 704).

1.10.3 Установка панели управления планируется на 7-ом этаже в венткамере. Управление осуществлять релейным электрическим сигналом.

1.11 Система контроля и управления доступом и охранная сигнализация.

1.11.1 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции: - мониторинг системы СКУД и ОС (Parsec), прием от СКУД и OC сигнала тревоги; - управление системой СКУД, открытие всех контролируемых дверей по тревоге «Пожар».

1.11.2 На мониторе диспетчера необходимо отобразить: - сигналы тревоги системы СКУД и ОС; - кнопку управления всеми дверьми, контролируемыми системой СКУД (открыть/закрыть);

1.12 Ворота и шлагбаумы.

1.12.1 Система диспетчеризации должна осуществлять мониторинг состояния ворот паркинга (2шт.) и шлагбаумов (2шт.) - открыто/закрыто.

1.12.2 На мониторе диспетчера необходимо отобразить состояние ворот и шлагбаумов -- открыто/закрыто.

1.13 Пожарная сигнализация.

1.13.1 Система диспетчеризации должна принимать тревожный сигнал «Пожар» и отображать его на мониторе диспетчера.

1.13.2 В режиме «Пожар» система диспетчеризации должна: - отправить тревожный сигнал «пожар» в системы: - вентиляция и кондиционирование; - СКУД; - систему управления лифтом; - управлять огнезадерживающими клапанами системы вентиляции, в режиме «Пожар» - закрыть; - отключение общеобменной вентиляции -- отключение питания; - управление всеми дверьми, которые контролируются системой СКУД -- открыты в режиме «Пожар»; - управление люками дымоудаления -- открыты в режиме «Пожар»; - включение противопожарной вентиляции -- включение вентиляторов дымоудаления.

1.14 Система внутреннего противопожарного водоровода и автоматическая установка водяного пожаротушения автостоянки.

1.14.1 Система диспетчеризации должна осуществлять следующие функции: - мониторинг снижения давления в спринклерной системе пожаротушения паркинга (сигнал «Пожар в паркинге»); - мониторинг работы насосов установки повышения давления внутреннего противопожарного водопровода (ВПВ); - мониторинг работы электрозадвижек на обводных линиях ВПВ -- в помещении водомерного узла; - мониторинг заполнени

1.14.2 На мониторе диспетчера необходимо отображать: - сигнал «пожар в паркинге»; - режим работы насосов ВПВ (включены/выключены); - сигнал «авария насоса» ВПВ; - положение электрозадвижки ВПВ -- закрыто/открыто; - мониторинг заполнения приямка в помещении водомерного узла.

1.14.3 Перепрограммировать оборудование системы пожарной сигнализации «Орион» для выдачи релейных сигналов: - пожар в паркинге; - насос «работает/отключен» ВПВ; - авария насоса ВПВ;



Глава 3. Построение модели диспетчеризации. Выбор оборудования

Для диспетчеризации бизнес - центра «Антарес» выбраны контроллеры фирмы «Beckhoff» модели «BC9020» и скада - система «Zenon».

Обоснование выбора скада - системы будет более подробно рассмотрено в пункте 4.2.1. Контроллеры фирмы «Beckhoff» выбраны для диспетчеризации по следующим аспектам:

1. Многофункциональность

Контроллеры немецкой фирмы «Beckhoff» BC9020 смогут поддерживать все возложенные на них задачи благодаря многочисленным коммуникационным модулям ввода - вывода и поддержке ModBus и Lon - технологий.

2. Надёжность

Контроллеры немецкой фирмы «Beckhoff» BC9020 отлично себя зарекомендовали на большинстве сданных объектов. Более того, по показателям надёжности они близки к своим главным конкурентам - фирме «Siemens».

3. Экономическая выгода

Более подробно данный аспект будет рассмотрен в главе 5.

4. Экономия пространства в щитах диспетчеризации.

«BC9020» в сборе занимают в десятки раз меньше свободного места на дин - рейках, чем контроллеры «Овен», «Mitsubishi Electric», «Siemens».

5. Хорошо организованная и бесплатная техническая поддержка.



Рисунок 3.1 Внешний вид контроллера «BC9020» в сборе с коммуникационными модулями (Kl1809(18-канальные модули дискретных входов), Kl2408(8-канальные модули дискретных выходов), Kl3208(8-канальные модули входа для температурных датчиков), Kl6401(модули расширения под Lon - протокол), Kl6041(модули расширения под Rs-485), Kl9010(конечный модуль))

Для диспетчеризации на первом, втором, третьем и пятом этажах в кроссовых устанавливаются контроллеры BC9020. Далее между собой они объединяются по TCP/IP в единую скада - систему, приём и хранение данных с контроллеров в которой будет осуществляться с помощью установки специального сервера в помещении кроссовой первого этажа, а с операторской будет вестись управление скада-системой, запущенной на сервере.



Рисунок 3.2 Принципиальная предпроектная схема подключения контроллеров BC9020 к инженерным системам здания.

Перед началом проектирования была построена приблизительная структурная схема диспетчеризации.

Схемы подключения к контроллерам, а также полный проект диспетчеризации находится в приложении 1 к дипломной работе.



Глава 4. Пусконаладка и программирование

4.1 Программирование ПЛК Beckhoff

Для программирования логических контроллеров «Beckhoff» используется бесплатный лицензированный программный комплекс «Twincat System. «Twincat» - аналог более распространённого программного продукта «CoDeSys», последний используется для программирования контроллеров фирм «Wago», «Owen» и др. Написание программного кода возможно на всех языках стандарта IEC 61131: ST, LD, FBD, SFC, IL. Далее языки стандарта IECрассмотренны более подробно:

Язык релейно-контактных схем (LD)

Этот язык программирования, изобретенный в США десятилетия назад, получил наиболее широкое распространение. Изначально изобретенный для замены логических схем, выполненных на релейной технике, язык релейно-контактных схем является базовым в США на сегодняшний день, и применяется в 95% всех приложений. Визуально этот язык напоминает последовательность цепей управления, в которой все входы должны быть установлены в значение «истина» для активации одного или нескольких выходов.

Язык релейно-контактных схем получил такое широкое распространение, потому что на нем могут писать практически все программисты в любой стране.

Поскольку он напоминает знакомый всем формат электрических цепей, даже не специалист в области программирования, знакомый с электроникой может разобраться в программе для поиска ошибок в ней. На этом языке легко писать программы. Имея базовое представление о входных и выходных сигналах, можно начать писать код. Большинство других языков IEC требуют большей подготовки, например, прорисовки диаграмм всех потенциальных процессов. Наконец, программа, реализованная в виде релейно-контактных схем, может быть организована в виде папок или подпрограмм, которые загружаются в контроллер, позволяя проводить легкую сегментацию программы.

Этот язык напоминает последовательность цепей управления, в которой все входы должны быть установлены в значение «истина» для активации одного или нескольких выходов.

Язык релейно-контактных схем идеален для простых приложений перемещения материалов. Например, когда один датчик распознает наличие коробки, другой датчик проверяет наличие препятствий, а затем выходной сигнал, при соответствующем условии, запускает привод для перемещения коробки на другой конвейер. В данном случае дискретные входы контролирую текущие условия, базовая программа анализирует эти входы и подает соответствующие сигналы на выходы. В программе могут быть использованы таймеры, некоторые базовые сравнения или математические операции, но нет возможности использовать сложные функции.

На языке релейно-контактных схем затруднительно реализовывать более сложный функционал ПЛК (программируемый логический контроллер, англ.: PLC), сохраняя парадигму легкой визуализации и понимания. Такие функции как ПИД-регулирование, тригонометрия и анализ данных в приложении реализовать трудно. Другой сложностью является то, что по мере роста объема программы, ее становится сложно читать и интерпретировать, если нет подробнейшей документации. Наконец, реализация полного процесса управления на языке релейно-контактных схем может быть чрезвычайно трудным.

Язык функциональных блочных диаграмм (FBD)

Язык релейно-контактных схем является наиболее распространенным, обзор, выполненный журналом Control Engineering несколько месяцев назад, показал растущее применение других языков программирования. Примером является язык функциональных блочных диаграмм. Несмотря на то, что скорость его

распространения несколько замедлилась за последнее время, относительно таких языков как структурированный текст, язык функциональных блочных диаграмм является вторым по степени популярности.

В Функциональной блочной диаграмме блоки «соединены» вместе в последовательность, которую легко отслеживать. Этот язык использует такие же команды, как и релейно-контактный, но схема визуально более понятна пользователю, который не обладает специальным знаниями в релейной логике.

Многими аспектами этот графический язык напоминает электрическую схему даже больше, чем релейно-контактный язык. В функциональной блочной диаграмме блоки «соединены» вместе в последовательность, которую легко отслеживать. Этот язык использует такие же команды, как и релейно-контактный, но схема визуально более понятна пользователю, который не обладает специальными знаниями в релейной логике. Основным преимуществом этого языка является легкость отслеживания программы - просто двигайтесь по пути. Этот язык идеален для простых программ, состоящих из цифровых входов, таких как фотоэлектрические датчики, и выходов, таких как клапаны трубопроводов, и может использоваться в любых приложениях наряду с релейно-контактным языком или вместо него.

Однако, этот язык не идеален для больших программ, использующих специальные входы и выходы, а также функции. При использовании языка нужен большой объем экранного пространства, что делает программу нечитаемой при достижении определенного размера. Также при написании программы на языке функциональных блочных диаграмм требуется предварительная подготовка в виде прописывания алгоритма перед тем, как писать код, поскольку впоследствии будет достаточно сложно внести изменения.

Язык последовательных функциональных диаграмм (SFC)

Программа, написанная на этом языке, напоминает компьютерную блок-схему, которую многие помнят из институтской программы. За начальным шагом «начальный шаг» (точка начала диаграммы) идет последовательность шагов и переходов. Концепция SFC проста: шаг с внутренним кодом, написанным на любом языке программирования, активен до тех пор, пока не активен переход, следующий за ним. При активировании перехода, текущий шаг отключается, а следующий за переходом шаг становится активным. Переход также имеет код, проверяющий, что выполнены необходимые условия, позволяющие программе перейти к следующему шагу.

В программе на языке SFC, блоки называются шагами, а небольшие горизонтальные линии называются переходами. Как блоки, так и переходы включают в себя небольшие части кода.

Эту форму программирования легче всего использовать для приложений с повторяющимися многошаговыми процессами или последовательностью повторяющихся процессов. Примером может быть приложение, которое выбирает предмет в одной месте, проводит его по заданному пути и переносит в другое место. Поскольку обычно активен только один участок кода, и нужно следить только за одним переходом, проверка условий и управление процессом может быть достигнуто без больших сложностей. Язык очень подходит инженерам по обслуживанию, поскольку нагляден, и сегментация кода облегчает поиск неисправностей. Например, если механизм в программе перемещения предметов подходит к предмету, но не берет его, то инженер по обслуживанию или разработчик может найти в программе переход между шагом «переместиться к предмету» и шагом «взять предмет» и проверить, что мешает протеканию процесса.

К недостаткам языка относится то, что такой стиль программирования подходит не для всех приложений, поскольку структура, которая накладывается на программу, может ее излишне усложнить. Нужно потратить много времени на подготовку и планирование, прежде чем начать программировать, иначе функциональная диаграмма будет запутанной, и ее будет сложно отслеживать.

Дополнительные ресурсы, требующиеся для такого программирования, приводят к замедлению процесса написания программы по сравнению с другими языками. Наконец, нужно принять во внимание невозможность конвертирования в другие языки. Например, языки IL, FBD и LD можно легко конвертировать друг в друга, позволяя воспроизводить участки кода в виде, наиболее удобном для пользователя. Язык ST также можно конвертировать в любой из этих трех языков. Но язык SFC конвертировать нельзя. Таким образом, этот язык подходит только для пользователей, которые его хорошо знают, потому что его нельзя будет воспроизвести в другом формате, или для приложений и у которых аппаратная часть имеет достаточную скорость и объем памяти, необходимый для хранения и выполнения программ на языке SFC.

Список инструкций (IL)

Любой человек с опытом программирования микропроцессоров или программирования на Ассемблере увидит сходство с программированием на языке IL. Этот язык состоит из строк кода, в котором одна строка содержит одну операцию. Таким образом, программа представляет собой пошаговый список операций, в который можно легко вводить последовательности простых математических функций. К тому же, если программист использует только команды, определяемые IEC, программу, написанную на этом языке можно легко использовать на различных аппаратных платформах. Эти преимущества сделали данный язык очень популярным в Европе, что удивляет многих программистов в США, которые предпочитают более удобные графические языки.

Язык IL - это язык нижнего уровня, и как таковой работает в ПЛК быстрее графических языков. Этот язык также более компактен и потребляет меньше памяти ПЛК. Метод построчного текстового ввода, поддерживаемый этим языком, также позволяет очень быстро вводить программу, при этом не требуется мышка или функциональные клавиши. Программы в современных системах автоматизации, написанные на этом языке, легче воспроизводить и редактировать на портативных устройствах, для чего не требуется дополнительного программного обеспечения или ноутбука.

Несмотря на преимущества данного языка, инженеры по обслуживанию его не очень любят. Возможно, это вызвано тем, что он менее нагляден, чем язык релейно-контактных схем, и поэтому труднее понять, что делает программа, и какие ошибки имеют место быть в ней. Аналогично релейно-контактной схеме по мере увеличения сложности ПЛК, в списке инструкций могут возникнуть сложности при вводе таких сложных функций, например, ПИД - регулирование. Это также относится и к сложным математическим расчетам. Список инструкций не очень подходит для таких форм структурного программирования, как диаграмма состояний или ступенчатая многозвенная схема, что ограничивает его полезность для реализации больших программ. Также спорным является факт, что преимущества скорости и компактности утрачивают свое значение по мере увеличения скорости работы современных ПЛК и большого объема доступной памяти.

Структурированный текст (ST)

Язык ST сильно напоминает языки программирования верхнего уровня, такие как PASCAL или C. Ранее упомянутый обзор Control Engineering показывает, что из всех языков программирования IEC61131, язык ST получает самое быстрое распространение.

Этот язык лучше всего подходит для сложного программирования ПЛК, такого как, например, управление процессами в производстве пластмасс или химической промышленности. Тригонометрические функции, математические вычисления и анализ данных на этом языке можно реализовать легче, чем на языке релейно-контактных схемах или языке списка инструкций. Циклы выбора и указатели (переменные, используемые для косвенной адресации) позволяют

реализацию более компактных программ, чем могут быть созданы на языке релейно-контактных схем. Для написания программы на языке ST используется удобный текстовый редактор, который облегчает ввод комментариев в программу, а также позволяет использовать знаки абзацев и пробелы для выделения связанных участков кода. Это облегчает задачу структурирования комплексных программ. Текстовый, неграфический характер языка ST, похожего на язык IL, позволяет создавать программы, которые работают гораздо быстрее, чем программа созданные на языке LD. Дополнительным преимуществом языка ST является то, что он ближе других языков программирования подошел к достижению переносимости, обещанной стандартом IEC61131. Копирование и вставка в языке ST из редактора одного программного пакета в другой часто может быть выполнено с минимальными изменениями, освобождая программиста от аппаратной платформы. Окончательным преимуществом является то, что многие студенты инженерных специальностей лучше владеют компьютерными языками, чем основами электротехники, и поэтому лучше владеют языком ST, чем LD.

Недостаток языка ST заключается в том, что для многих старых специалистов в области программирования и отладки среда языка ST является чем-то незнакомым и неудобным. В определенном смысле, код и структура необходимые, чтобы сделать поддержку этого кода удобной, снижают преимущества, связанные с компактностью программ. В результате основной тенденцией использования языка ST является его использование так сказать «за сценой». Например, IEC61131 позволяет программисту реализовать функции на одном языке, а затем использовать их в другом языке. Таким образом, программист, скорее всего, включит программу на языке ST внутрь команды, вызываемой на языке LD. Это не обязательно является недостатком, но программисту понадобится тщательно протестировать любой «скрытый» код, и удостовериться в отсутствии ошибок, поскольку у других, кто будет использовать этот код, возможно доступа к данному коду не будет.

Далее рассмотрены компененты «Twincat System»

Программный комплекс «Twincat System», включает в себя следующие программы:

1. PLC Control

2. System Manager

3. OPC - Configurator

4. System Control

5. Event Configurator

6. Scope View

«PLC Control» - программный продукт для конфигурирования программного кода, среда разработки, с помощью которой возможно написание программ на всех языках стандарта

С помощью PLC Control устанавливаются пароли пользователя, конфигурируется запись тренд - файлов, запись Log - файлов. Имеется встроенный разработчик графических интерфейсов - TwinCat Visualisation. Он поддерживает возможность архивировать и записывать данные в базы данных, автоматически регистрировать и производить действия при поступлении аварийных сигналов. Управление визуализацией осуществляется с помощью сенсорной панели фирмы «Beckhoff». Для более мощных моделей серии СХ… есть возможность управлять визуализацией при помощи интернет - браузера любого компьютера, подключившись к нему через сетевой провод.

Объявление переменных происходит в PLC Control. Пример ввода переменных для дискретных(DI) и аналоговых(AI) входов:

DI[1] AT %I* : BOOL;

AI[1] AT %I* : INT;

Компилятор автоматически раздаёт адреса для переменных, привязываемых ко входам и выходам. Для объявления сетевых переменных, используется следующий синтаксис:

k40206 AT %MB752: INT , где k40206 - название переменной, MB - тип переменной (сетевой), 752 - адрес.

В данном проекте для контроля и управления используется скада - система «Zenon», в установке дополнительных сенсорных панелей нет необходимости.

«System Manager» - средство для конфигурирования контроллеров и его входов/ выходов, а также создания к ним привязок переменных из PLC Control. Кроме этого, «System manager» устанавливает настройки подключения к контролерам, настройки IP-адресов, управляет загрузкой и созданием конфигурационных файлов контроллера.

«System OPC Configurator» - средство для создания и настройки OPC - серверов.

«System Control» - средство для управления лицензированием и настройками подключения к контроллерам с данного компьютера.

«Event Configurator» - позволяет одновременно работать над большими проектами сразу нескольким программистам. Позволяет создавать различные уровни администрирования.

Разработка алгоритма управления системой при тревоге «Пожар»

На вход контроллера BC9020 приходит дискретный сигнал от пожарной сигнализации. По нему требуется отправлять сигнал в системы жизнеобеспечения, более подробно это рассмотрено в пункте 2. Важнейшее значение имеет алгоритм срабатывания системы, т.к. заведомо предполагается наличие ложных сигналов от пожарной сигнализации.

Обычно, в Бизнес - центрах, гостиницах и зданиях подобного типа действует следующий алгоритм управления:

-если в систему одновременно приходит сигнал от одного пожарного датчика, запуск противопожарных систем и объявление тревоги происходит по усмотрению оператора.

-если в систему сигнал одновременно приходит от двух или более датчиков, запуск противопожарных систем происходит автоматически и оператор не может его остановить.

В нашем случае, в систему приходит один - единственный сигнал. Мною был предложен следующий алгоритм управления:

Если в систему приходит сигнал от пожарной сигнализации, запускается таймер с задержкой 20 секунд. Оператор в это время должен либо временно отменить тревогу до выяснения обстоятельств, либо запустить. Если за это время из операторской не было предпринято никаких действий, то пожарная тревога объявляется. В случае, если тревога была отменена но сигнал от сигнал от пожарной сигнализации остался, запускается второй таймер с задержкой в 2 минуты, после чего, в случае прихода тревожного сигнала, снова запускается таймер и оператор должен будет снова принять или отвергнуть включение противопожарных систем.



Рисунок 4.1 Блок - схема управления противопожарными системами

Столь сложный алгоритм должен повысить безопасность, в том числе и во время экстренных или чрезвычайных ситуаций. Все действия выполняются логикой контроллера, что повышает надёжность системы в случае выхода из строя монитора оператора или потеря связи со скада-системой вследствие каких - либо механических повреждений.

Данный алгоритм был реализован на языки ST. Далее отрывок программного кода.

(*Детекция пожарной тревоги*)

IF (NOT Di[56] OR NOT Di[69]) THEN

(*Таймер на 20 секунд*)

timer(in:=TRUE, PT:=T#120s);

(*Проверка отмены тревоги*)

IF NOT pozar_otmena AND timer.ET>T#22.5s AND timer.ET<T#119.5s THEN

trevoga_pozar:=TRUE;

ELSE

trevoga_pozar:=FALSE;

END_IF

IF (timer.ET>T#39s) AND (timer.ET<T#119.5s)THEN

pozar_otmena:=FALSE;

trevoga_pozar:=FALSE;

END_IF

IF timer.Q THEN

timer(IN:=TRUE);

END_IF

ELSE

pozar_otmena:=FALSE;

trevoga_pozar:=FALSE;

timer(IN:=FALSE);

END_IF

(*Сброс таймера*)

IF timer.Q OR POZAR_ACTIVE THEN

timer(IN:=FALSE);

END_IF

(*Активация пожарной тревоги*)

IF pozar_operator OR trevoga_pozar OR pozar_operator2 THEN

POZAR_ACTIVE:=TRUE;

ELSE

POZAR_ACTIVE:=FALSE;

END_IF

(* Включение противопожарной системы*)

IF POZAR_ACTIVE THEN

TimerTON[49](IN:=TRUE,PT:=T#2s);

IF TimerTON[49].Q THEN

D019 :=TRUE;(*Включение*)

ELSE

D019:=FALSE;(*Выключение*)

END_IF

ELSE

TimerTON[49](IN:=FALSE);

D019:=FALSE;

END_IF

Данный алгоритм был одобрен при сдаче объекта в эксплуатацию членами государственной приёмной комиссии.

4.2 Наладка связи с контроллерами системы вентиляции «Сorrigo E» по протоколу «Lon». Использование Microsoft Visio

LonTalk - закрытый коммуникационный протокол передачи данных, изобретён и запатентован компанией Echelon в 1979 году. Топология сети - «Peer - To - Peer» совместно с «Master - Slave», то есть протокол представляет систему с распределённым интеллектом, без центрального устройства. Благодаря этому, повышается надёжность системы, так как выход из строя оборудования не влияет на функционирование системы в целом. Одной из главных составляющих технологии LonWorks является открытый протокол LonTalk, описываемый 7-уровневой сетевой моделью взаимодействия открытых систем OSI.

Протокол LonTalk не опирается на определенную реализацию физического

уровня и обеспечивает передачу данных по самым различным каналам связи с использованием разнообразных методов кодирования. Например, для витой пары используется метод дифференциального кодирования, а для работы на сегментах линий напряжения и на радиочастотах применяется FSK-модуляция.

Каждый узел LonWorks работает с физическим уровнем в одном из двух режимов - прямом или специальном. В прямом режиме информация передается в закодированном виде (например, с применением дифференциального манчестерского кодирования битов), а в специальном режиме данные передаются последовательно и без кодирования. Причем в обоих режимах каждый пакет сопровождается 16-битовым CRC-кодом. Это позволяет не учитывать при передаче битов конкретную реализацию среды передачи. При работе в прямом режиме контроль над скоростью передачи данных, длиной заголовков пакетов и кодированием берет на себя микроконтроллер Neuron. В специальном режиме эти задачи выполняет приемопередатчик, используемый для сопряжения различных физических протоколов.

На подуровне MAC в качестве средства борьбы с коллизиями (конфликтными ситуациями) используется предиктивный метод, основанный на упорядочении доступа к каналу с учетом предполагаемой нагрузки на канал. Передающий узел всегда получает доступ к каналу со случайной задержкой из диапазона от 0 до некоторой величины w, являющейся функцией числа незавершенных заданий, стоящих в очереди на выполнение. Разрешение коллизий на этом подуровне осуществляется по следующим правилам:

1. Если коллизия возникла после двух последовательных попыток передачи пакета с приоритетом, то следующая отсылка пакета будет происходить без приоритета.

2. При обнаружении коллизии передающий узел должен инкрементировать число незавершенных заданий.

3. Если после 255 последовательных попыток передачи пакета возникает коллизия, то задание снимается.

Функции канального уровня используют простое кодирование кадров и несложный механизм обнаружения ошибок без восстановления за счет повторной передачи. Пропускная способность канала зависит от группы факторов: скорости передачи, времени доступа к среде передачи, размера пакетов и т.д.

Транспортный уровень обеспечивает достоверную передачу пакетов одному абоненту или группе абонентов. Для связи с сеансовым уровнем на транспортном уровне LonTalk реализована поддержка следующих функциональных запросов: послать телеграмму, принять телеграмму, подтверждение завершения передачи. Сеансовый уровень отвечает за реализацию простого механизма запроса/ответа для доступа к удаленным серверам данных и обеспечивает выполнение всего одной функции - запрос/ответ. При этом любой запрос будет ожидать ответа. Функции запроса/ответа можно использовать для прикладных задач, работающих по принципу клиент-сервер. И на транспортном, и на сеансовом уровнях включен механизм контроля авторизованного доступа: запрос, не обладающий правом доступа к данным текущего узла, не будет обслужен. Уровень приложений и предоставления данных создает основу для

совместимости узлов протокола LonTalk. Одной из важных задач, решаемых на этом уровне, является передача чужеродных по отношению к LonTalk телеграмм. Такая функция используется для организации шлюзов между доменами, а также для перехода через LonTalk к другим протоколам. В LonWorks используется модифицированный произвольный доступ с контролем несущей (CSMA/CD). Для уменьшения нагрузки на сеть используется событийный механизм обмена сообщениями, а для сокращения внутрисетевого трафика можно использовать сегментацию сети при помощи маршрутизаторов, выпускаемых различными производителями.

Для конфигурирования сети используется адаптер «Echelon FT/TP» и лицензированное программное обеспечение «Echelon Lon Maker». Но для начала работы с этим оборудованием нужно сконфигурировать и настроить модуль расширения Lon - «Beckhoff KL6401».

Для этого используются специализированные библиотеки «TcKL6401» и «TcBaseBСхх00». Они содержат функциональные блоки чтения/записи для работы с Lon - протоколом, информацию для поддержки snvt - переменных (специализированные переменные стандарта LonWorks). Далее приводится пример вызова функционального блока fb_FB_ReadWrite_OnChange_36B на языке ST:

(* Вызов функционального блока*)

fb_FB_ReadWrite_OnChange_36B(

Activate:=TRUE ,

stParameter_IN:=LON_IN ,

stParameter_OUT:=LON_OUT );

Предполагается считывать Lon - переменные типа snvt_state_64, длина которых 8 байт. Каждый бит этих переменных несёт в себе состояние о аварии (0 - авария обнаружена, 1 - авария имеется), то есть всего 64 вида аварий для каждого контроллера управления вентиляцией.

Так как в библиотеках TwinCat переменная snvt_state_64 не поддерживается, предполагается записывать каждую приходящую переменную snvt_state_64 в две переменные типа UINT, целочисленные переменные длиной по 4 байта. Это позволит в дальнейшем без проблем, связанных с переводом переменных, вывести эти переменные на скада - систему, так как выбранная скада - система Zenon для контроллеров Beckhoff поддерживает максимально большую переменную USINT. Расшифровка переменных на 64 булевых значения для последующей привязки соответствующих аварий будет происходить в Zenon, что позволит сократить количество переменных, и уменьшит стоимость системы.

Важный момент, который стоит учитывать: в Lon используется кодировка Motorola, которая, в отличие от кодировки Intel, производит чтение битов из байтов начиная не с первого бита и заканчивая последним, а начиная с последнего и заканчивая первым. Данную особенность нужно учитывать при составлении алгоритмов регистрации и отображения аварийных сигналов на мониторе оператора.

Приведём пример считывания аварийных сигналов для 1 щита управления вентиляцией. В нашем случае для ЩУВ-а №1 созданы переменные SHUV1 и SHUV11 соответственно:

(*Проверка занятости*)

IF NOT fb_FB_ReadWrite_OnChange_36B.ReadBusy THEN

(* Чтение Lon - данных *)

СASE fb_FB_ReadWrite_OnChange_36B.NV_Index OF

10: (*Порядковый номер переменной входа на контроллере Beckhoff*)

Result:=MEMCPY(ADR(SHUV1), ADR(fb_FB_ReadWrite_OnChange_36B.ParameterReadvalue) , 8);

(*8 - длина переменной, 8 байт*)

(* Сдвиг на 32 бита для чтения второй переменной*)

SHUV11:=SHR(SHUV1,32);

(*Конец цикла*)

END_CASE

END_IF

Для создания для модуля Kl6401 сетевых переменных, для их конфигурирования и присвоения уникальных порядковых номеров, используется специальная утилита «KS2000». Имеется возможность создать и одновременно использовать до 63 входных/выходных переменных.

Создаём в KS2000 таблицу с переменными, для каждой указываем нужный нам тип, номер и настройку «nvi» - для входных и «nvo» - для выходных переменных.

Рисунок 4.2. Конфигурирование модуля KL6401 c помощью KS2000

Как можно видеть из рисунка 4.2, с помощью KS2000 осуществляется настройка Neuron ID, универсальный номер, который пригодится нам в дальнейшем при присоединении контроллера Beckhoff к проекту в LonMaker.

После того, как выставлены и сконфигурированы все входы - выходы нашей

KL6401, мы производим загрузку нашей конфигурации в модуль и сохраняем её на жёсткий диск компьютера. Конфигурационный файл с разрешением .XML потребуется нам позднее. После того, как отконфигурирован модуль Kl6401, настроен программный код для чтения/записи необходимых параметров, приступим к конфигурирования Lon - сети.

Для этого понадобится сетевой адаптер «Echelon» FT/TP и лицензированное программное обеспечение «Echelon LonMaker» с необходимым количеством «кредитов», снимаемых автоматически при добавлении устройств.

После создания и конфигурации свойств проекта в LonMaker, открывается Microsoft Visio, программное обеспечение для редактирования Lon - сетей. Контроллер Beckhoff BC9020 добавляется по уникальному Neuron ID и по XIF - файлу, полученному с помощью KS2000. После этого в проект добавляются все остальные контроллеры управления вентиляции, для них Neuron Id берутся из технической документации, Xif - файлы предоставляет производитель.