CC BY
34МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Богданов В.С., д-р техн. наук, проф., Семернин А.Н., канд. техн. наук, доц., Анциферов С.И., аспирант, Колесник В.А., инженер
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
РАЗРАБОТКА SCADA-СИСТЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАНЕТАРНЫМ
СМЕСИТЕЛЕМ
anciferov.sergey@gmail.com
Приведена общая информация о состоянии современных систем управления и методики их создания. Изучен рынок современных программных продуктов и различных версий SCADA -систем. Представлены основные возможности работы SCADA-систем, а также задачи которые данные систему решают на различных предприятиях. Рассмотрены вопросы разработки SCADA-системы в TRACE MODE 6.09 предназначенной для дистанционного управления планетарным смесителем, с возможностью отображения основных электрических параметров на мониторе компьютера. Описан способ подключения оборудования управляемого с помощью SCADA-системы через персональный компьютер.
Ключевые слова: SCADA-система, планетарный смеситель, частотный преобразователь, выходные частоты, преобразование сигнала, сухие строительные смеси.
Создание современных систем управления базируется на разработке и применении адаптивных интеллектуальных систем, функционирование которых невозможно без использования развитой вычислительной сети, включающей персональные компьютеры (ПК), микроконтроллеры и широкий набор модулей ввода/вывода. Усложнение технологических процессов и производств ставит задачи создания распределенных иерархических систем (АСУТП) и их сквозного программирования, что объясняет появление новых компьютерных технологий для интегрированных систем, объединяющих все уровни производства. В качестве примера может быть названа SCADA-система (Supervisory Control And Data Acquisition), предназначенная для проектирования и эксплуатации распределенных автоматизированных систем управления. SCADA-система предназначена для диспетчерского управления и сбора данных. Везде, где в режиме реального времени требуется осуществлять оперативное управление каким-либо процессом, SCADA-система является наиболее простым и доступным решением. [1] Однако в последних версиях её предназначение значительно расширилось. В частности, отечественная фирма-изготовитель AdAstra Research Group, LTD[2] выпустила 6-ю версию SCADA-системы TRACE MODE (ТРЕЙС МОУД), кото-
рая имеет мощные средства для создания распределенных иерархических АСУТП, включающих в себя до трех уровней иерархии: уровень контроллеров - нижний уровень; уровень операторских станций - верхний уровень; административный уровень. На рынке программных продуктов существует много версий SCADA-систем в основном зарубежных производителей, например Genesis фирмы Iconics, FactoryLink фирмы UnitedStatesDATDCo. (США), WinCC фирмы Siemens (Германия) и др.
SCADA-системы решают следующие задачи:
• Обмен данными с «устройствами связи с объектом» (то есть с промышленными контроллерами и платами ввода-вывода) в реальном времени через драйверы.
• Обработка информации в реальном времени.
• Логическое управление.
• Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
• Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
• Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
• Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
• Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.
• Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т.д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.
Все современные SCADA-системы позволяют создавать графический интерфейс, что облегчает диалог оператора с машиной. Среди SCADA-систем распространена векторная графика, что позволяет создавать отдельные графические объекты, производить различные операции над ними, обеспечивать динамичность изображения за счет масштабирования, перемещения, вращения, изменения цвета объектов, образующих изображение.
Modbus - открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиент-сервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP(Modbus TCP).
TRACE MODE содержит библиотеку бесплатных драйверов к более чем 2400 промышленным контроллерам (ПЛК), платам ввода-вывода и счетчикам электроэнергии и ресурсов. Эти драйверы доступны также и в бесплатной, базовой версии TRACE MODE. В TRACE MODE поддерживаются следующие стандартные протоколы: BACnet/IP DCON DeviceNet IEC 60870-5-101 Hart
HOST-Link M-BUS Modbus RTU Modbus TCP/IP Для вывода данных на экран, управления системой оператором необходимы объекты, такие как текст, стрелочный прибор, ползунок, кнопка, выключатель, тренд и так далее.
Для управления электродвигателем смесителя [3] была разработана автоматизированная система, предусматривающая возможность удаленного управления и мониторинга работы смесителя. Структура этой системы представлена на рис. 1.
Персональный компьютер wwmrp Смеситель
Рис. 1.Структура системы управления электроприводом смесителя
Управление ПЧ можно осуществить с помощью промышленного протокола Modbus RTU
и персонального компьютера.
Содержание доступных адресов показано ниже рис. 2.
Содержание Адрес Функция
Параметры ПЧ GGnnH Сй - фуппа параметра, пп - номер параметра, для примера, адрес параметра Рг 04.01: 0401Н. См. раздел 5 по функциям каждого параметра. При чтении параметра командным кодом 03К, только один параметр может читаться в одно и тоже время.
Команда. Только запись 2000Н Bit 0-1 00B 01В 10B 11B нет функции Stop Run Joq + Run
Bit 2-3 не используется
Bit 4-5 00В 01В 10В 11В нет функции FWD REV Изменение направления вращения
Bit 6-7 00В 01В Выбор времени 1 разгона/торможения Выбор времени 2 разгона/торможения
Bit 8-15 не используется
2001H Заданная частота
2002Н BitO 1: EF (внешнее аварийное отключение) on
Bit 1 1: Reset (сброс ошибки)
Bit 2-15 не используется
После того как осуществляется сброс всех настроек ПЧ на заводские, необходимо с помощью контрольной панели настроить ПЧ типа
Рис. 2. Содержание доступных адресов ПЧ
VFD-E на работу с протоколом Modbus RTU.
Необходимо задать настройки следующих параметровпредставленных в табл. 1 [4].
Таблица 1
Настройки частотного преобразователя
Номер параметра Установить значение Описание
02.00 3 Первый источник задания выходной частоты. Значение 3 устанавливает задание частоты от интерфейса RS-485
02.01 3 Первый источник команд управления приводом. Значение 3 и 4 устанавливают управление от RS-485. При установке параметра равным 4 кнопка STOP на преобразователе перестает быть активной
02.10 0 Ноль - значение по умолчанию. В этом случае частотой управляет только первый сигнал, то есть RS-485
09.00 01 Коммуникационный адрес ПЧ. Должен быть уникальным на сети. Аналогичные настройки в MasterLink (в SCADA)
09.01 1 Скорость передачи данных. 1 - скорость 9600 бит/с. Аналогичные настройки в MasterLink (в SCADA)
09.04 6 Устанавливает настройки протокола. Установка 6 - Modbus RTU, 8 бит данных, без контроля четности, 1 стоп-бит. Аналогичные настройки в MasterLink (в SCADA)
При создании проекта в Trace Mode создаются многочисленные каналы и аргументы. Весь обмен данными происходит через каналы. Связь между определенными значениями каналов, аргументами программы, экрана, осуществляется с помощью механизма, который называется при-
вязкой. При создании программы или экрана необходимо создать аргументы.
Создание аргумента в Trace Mode, который отвечает за запуск двигателя представлено на рис. 3.
Рис. 3. Создание аргумента в Modbus RTU на запись
Для вывода данных на экран, управления системой оператором необходимы объекты, такие как текст, стрелочный прибор, ползунок, кнопка, выключатель, тренд и так далее. Создание кнопки пуск на экране оператора, которая отвечает за запуск представлено на рис. 4.
Управление смесителем осуществляется с персонального компьютера с использованием программного обеспечения SCADA TRACE
MODE 6.09 фирмы ADASTRA. Для организации передачи и получения данных по средствам протокола связи Modbus-RTU используется преобразователь интерфейсов ICPDASI-7520. Он позволяет выполнять преобразование сигналов RS232 в сигналы RS485 и наоборот. На рис. 5 представлен рабочий экран оператора по управлению смесителем.
Рис. 4. Создание кнопки пуск на экране оператора
Рис. 5. Рабочий экран 8САВА-системы
Описание функциональных возможностей 8САБА-системы для управления смесителем:
Таблица с параметрами 1-8 на экране оператора, позволяет отслеживать численные значения: заданной частоты, фактической частоты, выходного тока, напряжение на шине БС, выходного напряжения, температуры ЮБТ-модуля, мощность и момент. Параметры 9-13 позволяют задавать требуемые значения для: частоты, максимальной частоты и напряжения, времени разгона и торможения. 14 - Блок управления вывода значения на экран позволяет изменять значение, отображаемое на экране ча-стотника. 15 - блок управления законом управления частотником позволяет выбрать требуемый закон управления частотником. 16 - Блок управления разгоном и торможением позволяет
выбрать вид разгона и торможения. 17 - Блок управления пуск, реверс и торможение обеспечивает пуск, реверс и торможение электродвигателя. Приборы 18-19 наглядно отображают значение частоты и температуры ЮБТ-модуля. На графиках 20-21 видно изменения тока и напряжения во времени.
С помощью панели оператора можно отследить основные параметры смесителя, а так же осуществить пуск, реверс и остановку электродвигателя.
Используя 8САБА - систему были проведены эксперименты с целью определения потребляемой мощности двигателем смесителя в. Управление двигателем осуществлялось непосредственно с компьютера через графический интерфейс рис. 6.
Рис. 6. Данные экспериментов на рабочем экране SCADA-системы
Были получены значения по которым построены графики:
- зависимости мощности от частоты при постоянном коэффициенте заполнения принятым за 60 %, рис. 7.
- зависимость мощности от коэффициента заполнения при постоянной частоте принятой 6ГЦ, рис. 8.
Потребляемая мощность
200 н 190
м
л 180
н
1170 I 160
Рн 150 140
30
70
40 50 60
коэф-нт заполнения,%
Рис. 7. Зависимости мощности от частоты при постоянном коэффициенте заполнения принятым за 60 %
Потребляемая мощность
400
н 05 в 300
н
1 200 В
I 100
0
2
8
10
46 у-частота, ГЦ
Рис. 8. Зависимость мощности от коэффициента заполнения при постоянной частоте принятой 6ГЦ
В процессе создания SCADA-системы была изучена среда разработки Trace Mode 6.09. C её помощью выполнен опрос необходимых пара-
метров смесителя через преобразователь частоты VFD-E, а также выполнены его настройки на необходимые оптимальные значения. В про-
грамме TraceMode создано место («экран») диспетчера управления смесителем планетарного типа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Жидков В.А. Сравнительный анализ SCADA-систем, применяемых в диспетчерских службах Белгородской энергосистемы // Вестник Белгородского государственного техноло-
гического университета им. В.Г. Шухова. 2012. №1. С. 185-189.
2. Электронныйресурс: http://www.adastra. ru/
3. Патент № RU 143424, B01F7/14, Планетарный смеситель / Анциферов С.И., Богданов В С., Семернин А.Н., дата публ. 20.07.2014.
4. Руководство пользователя TraceMode. Версия 5.0. М.: AdAstra Research Group, Ltd. 2000. 814 c.
Bogdanov V.S., Semernin A.N., Antsiferov S.I., Kolesnik V.A
DEVELOPMENT SCADA-SYSTEM FOR MANAGING CME-PLANETARY CARRIERS
Provides general information about the state of modern management systems and techniques of their creation. Having studied the market of modern software products and different versions of SCADA-systems. The main job opportunities SCADA-systems, as well as the tasks that the data system to solve the various enterprises. The problems of the development of SCADA-system TRACE MODE 6.09 designed for remote control of a planetary mixer, with the ability to display the main electrical parameters on a computer monitor. We describe how to connect the equipment managed by a SCADA-system via the PC.
Key words: SCADA-system, planetary mixer, frequency transformation-Tel, the output frequency signal conversion, dry mixes.
Богданов Василий Степанович, доктор технических наук, профессор кафедры механического оборудования. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: v.bogdanov1947@gmail.com
Семернин Андрей Николаевич, кандидат технических наук, профессор, кафедры электроэнергетики и автоматики.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Анциферов Сергей Игоревич, аспирант, инженер, кафедры механического оборудования. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: anciferov.sergey@gmail.com
Колесник Вадим Анатольевич, инженер кафедры электроэнергетики и автоматики. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
