Дипломная (вкр): Автоматизация технологического процесса абсорбционной очистки природного газа на 1У372

Межмодульные шины Fieldbus могут использовать резервированные кабели. Чтобы использовать резервированную межмодульную шину Fieldbus, на каждой базовой плате используется разветвитель/терминатор межмодульной шины Fieldbus A/B для разветвления межмодульной шины Fieldbus.

Для обеспечения необходимого количества посадочных мест модулей ввода/вывода АСУ ТП 1У372, в соответствии с таблицей 2.7, необходимо смонтировать две платы P0926JM на 8 позиций и одну плату P0926HZ на 4 позиции для FCP270 и системных интеграторов FBM233.

.1.5 Сеть управления MESH

Сеть управления Mesh представляет собой коммутируемую сеть Fast Ethernet, основанную на стандартах IEEE 802.3u (Fast Ethernet) и IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet). Сеть управления Mesh состоит из ряда коммутаторов Ethernet, соединенных в сеточную конфигурацию.

Архитектура сети управления Mesh интегрирует мощные станции управления и рабочие станции в сеть 100Мб/1 Гб. Эти станции управления, рабочие станции и сети образуют масштабируемые системы для мониторинга технологических процессов, управления технологическими процессами и интеграции с информационными промышленными системами.

Сеть управления Mesh обеспечивает:

масштабируемость системы путем подключения коммутаторов Ethernet, каждый из которых имеет 8, 16, 24 или более портов, для соединения различных станций в линейную, кольцевую, звездообразную или обращенную древовидную сетевую топологию;

коммутаторы Ethernet, соединенные в ячеистую конфигурацию;

поддержка Fast Ethernet (100Мбит) и Gigabit Ethernet (1000Мбит), (только для пересылки на верхний уровень);

модульные каналы выгрузки данных с высокоскоростными магистралями сети с использованием стандартов 1 Гб 1000Base-T, 1000Base-SX и 1000Base-LX;

работа в дуплексном режиме, основанная на стандартах IEEE 802.3;

высокоскоростной протокол остовного дерева (RSTP - IEEE 802.1w), который управляет резервированными путями, предотвращает циклы и обеспечивает высокую скорость сходимости для сети;

управление сетью и конфигурирование через локальный порт для управляемых коммутаторов;

программу системного управления (System Management) для мониторинга за состоянием работоспособности системы управления и управления оборудованием системы;

программное обеспечение на каждой станции, которое управляет резервированными портами Ethernet в ответ на отказы сети;

высокоскоростной отклик на неисправности сети и станций для обеспечения высоконадежной отказоустойчивой сети.

Сеть управления Mesh спроектирована для обеспечения многочисленных каналов связи между любыми двумя устройствами или станциями, подключенными к этой сети. Такая архитектура сети обеспечивает очень высокий коэффициент готовности, при этом уменьшая сложность сети, стоимость и требования к техническому обслуживанию.

Рисунок 2.11 - Линейная топология сети Mesh

Существует четыре основных топологии для сети управления Mesh, поддерживаемые системой I/A Series. К ним относятся:

линейная топология, выбранная для построения сети управления АСУ ТП 1У372 (рисунок 2.11);

кольцо;

звезда;

обращенное (перевернутое) дерево.

Каждая вышеперечисленная топология имеет уникальные характеристики, и выбор топологии для конкретной сети зависит от конкретных требований объекта или установки.

Коммутатор является активным многопортовым сетевым и мостовым устройством, которое обеспечивает отдельный коллизионный домен для каждого порта и использует уровень протокола управления доступом к среде передачи

(MAC) для направления сетевых пакетов на соответствующую станцию или коммутатор. Это позволяет осуществлять одновременные связи между сетевыми устройствами, подключенными к коммутатору.

Сеть управления Mesh использует стандартные серийно выпускаемые коммутаторы Ethernet, что позволяет вам сконфигурировать систему, удовлетворяющую функциональным требованиям объекта управления. Эти коммутаторы были протестированы и одобрены компанией Invensys для использования с продуктами системы I/A Series. Были одобрены следующие коммутаторы Ethernet:

-портовый медный управляемый коммутатор (P0972MF) c встроенным 100 Мб многомодовым волоконно-оптическим (MMF) каналом выгрузки данных;

-портовый медный управляемый коммутатор (P0972MG) c встроенным 100 Мб одномодовым волоконно-оптическим (SMF) каналом выгрузки данных;

-портовый (8 медных и 8 волоконно-оптических портов) управляемый коммутатор (P0972WG) c двумя факультативными волоконно-оптическими 1 Гб каналами выгрузки данных;

-портовый управляемый волоконно-оптический коммутатор (P0972YC) c максимум двумя факультативными волоконно-оптическими 1 Гб каналами выгрузки данных;

-портовый управляемый медный коммутатор (P0972WP) c максимум двумя факультативными медными или волоконно-оптическими 1 Гб каналами выгрузки данных;

управляемый коммутатор на шасси c максимум 336 портами или до 42 медными или волоконно-оптическими 1 Гб каналами выгрузки данных.

Для построения масштабируемой автоматизированной системы управления технологическими процессами 1У372 и обеспечения интеграции с информационными промышленными системами выбран 16-портовый управляемый коммутатор P0972WG

Рисунок 2.12 - 16-портовый коммутатор P0972WG

Управляемый коммутатор (P0972WG) обеспечивает восемь портов 100Base-FX MMF, восемь портов RJ-45 10/100 Мб/сек и два факультативных волоконно-оптических 1 Гб канала выгрузки данных. Порты выгрузки данных совместимы с интерфейсами волоконно-оптических портов 1000Base и портов типа витая пара 1000Base, в зависимости от выбранных факультативных съемных модулей. Восемь волоконно-оптических портов 100Base-FX имеют разъемы MT-RJ c максимальным рабочим расстоянием 2 км при работе в дуплексном режиме. Восемь портов типа витая пара 10/100Base-TX имеют разъемы RJ-45 с максимальным рабочим расстоянием 100 м.

Быстродействующая коммутация всех портов и ведущие в отрасли характеристики позволяют интегрировать данный коммутатор в небольшие сети, а также позволяют использовать его в качестве идеального краевого коммутатора в больших сетях управления.

Соответствие стандартам IEEE 802.1w и 802.3 обеспечивает совместимость с другими стандартными сетевыми продуктами. Технология зеркального отражения порта позволяет переадресовать локальный сетевой трафик на внешний зонд для подробного анализа.

Монтаж в 19-ти дюймовой стойке, настольный монтаж или монтаж на полку.

2.1.6 Система ПАЗ Trident

Тrident - это новейшая отказоустойчивая система управления, основанная на архитектуре с тройным модульным резервированием (Тriр1е-Моdu1аг Redundant, ТМR). ТМR использует три изолированные параллельные системы управления и экстенсивную диагностику, объединенные в единую систему. Система, использует принцип мажоритарной выборки “два - из трех”,чтобы обеспечить высокую надежность, безошибочность и беcперебойное функционирование. Контроллер Trident использует три идентичных канала. Каждый канал независимо обрабатывает сигналы, в параллель с двумя другими. Специальные схемы и программное обеспечение мажоритарной выборки квалифицирует и проверяет все входные и выходные сигналы, поступающие с объекта управления. Аналоговые входные сигналы селектируются по принципу выбора среднего значения. Поскольку каналы изолированы друг от друга, никакая неисправность в любом из каналов не может повлиять на другие каналы. Если в одном из каналов появляется неисправность, другие каналы заменяют его. Таким образом, неисправный модуль можно легко заменить, не отключая контроллер и не останавливая технологический процесс. очистка газ абсорбционный анализатор

Установка и подключение системы Trident облегчается тем, что хотя в ней и используется тройное резервирование, с точки зрения пользователя она действует как единая система управления.

Особенности контроллера Trident, обеспечивающие высочайшую надежность системы:

Способность работать в тяжелых условиях окружающей среды, существующих на промышленных предприятиях.

Поддерживает до 14 модулей ввода/вывода.

Модули ввода/вывода с горячим резервированием.

Возможность установки и замены модулей на работающем контроллере, без прерывания процесса управления и нарушения подключений полевых кабелей.

Система Тrident содержит три главных процессора для управления тремя каналами системы. Каждый процессор контролирует отдельный канал и работает в параллель с двумя другими процессорами. Специальный коммуникационный процессор (IOP) в каждом главном процессоре управляет обменом данными между главным процессором и модулями ввода/вывода. Тройная шина ввода/вывода, находящаяся на монтажных платах переходит с одной линейки модулей ввода/вывода на другую через кабели шины ввода/вывода. IOP процессор, управляющий вводом/выводом, опрашивает входные модули и передает новые входные данные в главные процессоры. Главные процессоры организуют входные данные в виде таблиц, которые хранятся в памяти для использования в процедуре мажоритарной выборки. Индивидуальная таблица входных данных каждого главного процессора передается соседнему главному процессору через шину TriBus. После этого производится мажоритарная выборка. TriBus использует программируемое устройство с прямым доступом к памяти для синхронизации, передачи и сравнения данных трех главных процессоров.

Модуль главного процессора модели 3101.

Система Trident с минимальной конфигурацией содержит одну монтажную плату МР(2101), на которой находится три главных процессора (МР). Каждый модуль МР действует как один канал системы Trident. Модуль МР состоит из процессоров, которые выполняют следующие встроенные программы:

• Прикладной процессор и системная управляющая программа (SX).

• Процессор ввода/вывода и управляющая программа ввода/вывода (IOX).

Технические характеристики модуля главного процессора

Прикладной процессор:

Процессор SX - Motorola MPC860, 32-разрядный, 50 МГц.

Флэш-память PROM (Программируемое ПЗУ) - 6 МБ, используется для хранения SX, IOX и прикладной программы управления.

DRAM (Динамическое ОЗУ) - 16МБ, используется для управляющей

программы SX и данных последовательности событий (SOE).

NVRAM (Энергонезависимое ОЗУ) - 8КБ, используется для сохраняемых переменных.

Батарея ½ АА литиевая, расчетный срок службы - 15 лет.

Процессор ввода/вывода:

Процессор IOX - Motorola MPC860, 32-разрядный, 50 МГц.

DRAM (Динамическое ОЗУ) - 16МБ, используется для управляющей программы IOX.

Совместно используемая память - 128КБ, используется для осуществления связи с SX.

Шина TriBus, находится на монтажной плате главного процессора и состоит из трех независимых последовательных линий со скоростью передачи данных 25мегабит в секунду. Главные процессоры синхронизируются в начале каждого цикла опроса, затем каждый процессор пересылает свои данные соседним процессорам. После этого TriBus выполняет следующие действия:

передает входные данные, диагностическую информацию и коммуникационные данные;

сравнивает данные и выявляет несоотвествия между выходными данными и данными предыдущегоцикла опроса, хранящимися в оперативной памяти программы управления.

Важной особенностью архитектуры системы Trident является использование одного и того же передатчика для передачи данных предыдущему и последующему главному процессорам. Это гарантирует, что процессоры получат одни и те же данные. Каждая линейка модулей должна иметь отдельное подключение к источнику питания. Подключение полевых сигналов к каждой монтажной плате осуществляется индивидуально. Передача полевых сигналов к или от каждого из входных модулей осуществляется через соответствующее терминальное устройство на монтажной плате. Два слота для модулей ввода/вывода на монтажной плате связаны как один логический слот. В любом из двух слотов может стоять активный или резервный модуль ввода/вывода. При подключении полевых цепей к монтажной плате сигнал поступает как на активный, так и на пассивный модули ввода/вывода. Следовательно, на оба модуля поступает одна и та же информация. Тройная шина ввода/вывода между модулями ввода/вывода и главными процессорами передает данные со cкоростью 2 мегабита в секунду.

Каждая линейка обычно содержит не более восьми монтажных плат из-за ограничения обоих габаритов по вертикали. Питание к модулям в линейках подводится с помощью двух независимых шин питания. Каждая линейка модулей ввода/вывода получает питание от обеих шин питания через резервированные преобразователи постоянного тока (DC/DC). Соответственно и каждый канал запитывается независимо от этих резервированных источников. В модулях ввода/вывода питание полевых цепей и питание модулей изолированы друг от друга.

Коммуникационный модуль 3201. Используются одиночная или резервированная конфигурация, без тройного резервирования (TMR). Коммуникационный модуль (СМ) является факультативным интерфейсом три-к-одному с главными процессорами. Используя различные методы связи, протоколы и типы физических сред, коммуникационный модуль позволяет осуществлять связь с:

внешними хост-компьютерами;

распределенными системами управления (DCS);

открытыми сетями;

сетевыми принтерами;

другими системами Trident;

системами Tricon V9.

Один контроллер Trident поддерживает до двух коммуникационных модулей на монтажной плате СМ (Коммуникационная монтажная плата 2201). Каждый коммуникационный модуль (СМ) обеспечивает следующие возможности связи:

Три последовательных порта с оптической изоляцией RS-232/485, которые конфигурируются пользователем для двухточечныхили многоточечных (сетевых) соединений Modbus.

Два сетевых порта:

один порт 10Мб Ethernet с двумя разъемами 10BaseT, интерфейс AUI для 10Мб устройства подключения к среде (MAU).

один порт 100Мб Ethernet с двумя разъемами 100BaseTХ, интерфейс,

независящий от среды, для 100Мб MAU.

Поддержка протоколов:

Мodbus ведущий или Modbus ведомый на последовательных портах.

сетевые протоколы TCP/IP, TSAA и TriStation на обоих сетевых портах для SOE, Wonderware HMI и других TSAA- или DDE-совместимых прикладных программ.

протокол сетевого принтера JetDirect Network Printer Server DLC/LLC на обоих сетевых портах.

одноранговая связь Triconex в рамках нескольких систем Trident или комбинации систем Trident и Tricon.

временная синхронизация сетевых портов в рамках нескольких систем Trident или комбинации систем Trident и Tricon.

Модуль аналогового ввода 4-20мА 3351 (AI). Устанавливается на монтажную плату аналогового ввода 2351. Измерение до 32 входных сигналов. В модуле аналогового ввода (AI) каждый канал измеряет входной сигнал асинхронно и заносит результаты измерений в таблицу. Каждая из таблиц входных значений через шину ввода/вывода передается в соответствующий главный процессор. Из главного процессора эта таблица передается соседним процессорам по шине TriBus. В режиме TMR программа управления использует среднее из трех значений. В дуплексном режиме используется среднее арифметическое двух значений. Все AI модули непрерывно диагностируются. Каждый AI модуль гарантированно сохраняет калибровку в течение всей жизни контроллера. Никакой периодической ручной калибровки модулей не требуется.

Модуль цифрового ввода 3301 (DI). До 32 точек подключения. Устанавливается на монтажную плату цифрового ввода 2301. Модуль цифрового ввода (DI) содержит три идентичных канала (А, В и С). Хотя каналы размещены в одном модуле, они полностью изолированы друг от друга и функционируют независимо. Каждый канал обрабатывает сигналы независимо. Ошибка, возникшая в одном из каналов, не влияет на другие каналы. В каждом канале имеется собственный спецпроцессор (ASIC), который обеспечивает коммуникацию с соответствующим главным процессором, а также динамическую диагностику. Каждый из трех входных каналов модуля DI асинхронно измеряет входные сигналы, определяет их относительные состояния и помещает их значения в таблицы входных значений А, В и С соответственно. Каждая из этих таблиц через определенные интервалы времени считывается через шину ввода/вывода коммуникационным процессором соответствующего главного процессора. Например, главный процессор А опрашивает таблицу входных значений А через шину ввода/вывода А. В модулях DI непрерывно выполняется диагностика по предельным значениям (Forced Value Diagnostics - FVD). Процедура диагностики DI модулей разработана специально для контроля устройств, сигнал которых сохраняет одно и то же состояние в течение длительного времени. Диагностика гарантирует выявление неисправностей каждой входной цепи, даже если состояние входного сигнала никогда не изменяется.