Материал: Автоматизация производственного процесса получения серы на установках доочистки отходящих газов У-07,08 Оренбургского ГПЗ

Рисунок 2.4.15 - Подключение сигналов ввода/вывода

Ограничение конструкции клеммной сборки в 5А на канал приводит к следующим эксплуатационным ресурсам реле:

- 200 000 операций для 250В перем.тока при 5А (индуктивная нагрузка))

-     250 000 операций для 30В пост.тока при 5А (резистивная нагрузка))

-     250 000 операций для 250В перем.тока при 5А (резистивная нагрузка).

2.4.9 Контроллер противоаварийной защиты

Контроллер Trident имеет следующие функции и возможности:

- обеспечивает архитектуру с тройным модульным резервированием (TMR), в которой каждый из трех идентичных каналов независимо выполняет прикладную программу, и специальные аппаратные и программные средства осуществляют мажоритарную выборку входов и выходов;

-   позволяет работать в жестких промышленных средах;

-   интегрирует модуль ввода/вывода с клеммной сборкой;

-   позволяет выполнять монтаж и ремонт полевых устройств на уровне модулей, при этом контроллер продолжает работать в режиме онлайн;

-   поддерживает до 14 модулей ввода/вывода;

-   обеспечивает связь с использованием протоколов Modbus и Tristation от главного процессора (МР) или от коммуникационного модуля (СМ);

-   выполняет прикладные программы, разработанные и отлаженные с помощью системы программирования TriStation;

- использует выделенный сопроцессор, который управляет модулями ввода/вывода, для уменьшения рабочей нагрузки главного процессора (МР);

- обеспечивает интегрированную диагностику в режиме онлайн с возможностями адаптивного ремонта;

-   позволяет выполнять нормальное техническое обслуживание при работающем контроллере, не оказывая влияния на управляемый технологический процесс;

-   поддерживают модули ввода/вывода с горячим резервированием для критических применений, для которых может отсутствовать возможность быстрого технического обслуживания;

-   обеспечивает интегрированную поддержку резервированных источников питания для логических и полевых цепей.

Отказоустойчивость, являющаяся наиболее важной характеристикой контроллера, представляет собой возможность обнаруживать ошибки во время переходных и устойчивых состояний и предпринимать соответствующие корректирующие действия в режиме онлайн. Отказоустойчивость позволяет увеличить надежность и коэффициент готовности контроллера и управляемого технологического процесса.

Архитектура контроллера. Контроллер имеет архитектуру с тройным модульным резервированием для обеспечения отказоустойчивости и безошибочного бесперебойного управления процессом в случае отказа компонентов или сбоев внутренних или внешних источников питания.

Каждый модуль ввода/вывода имеет три независимых канала. Каждый канал входного модуля считывает технологические данные и передает их в соответствующий главный процессор (МР). Все три главных процессора осуществляют связь друг с другом, используя запатентованную высокоскоростную шину TriBus.

В каждом цикле главные процессоры (МР) синхронизируются между собой и осуществляют связь по шине TriBus. TriBus передает копии всех аналоговых и цифровых входных данных на каждый МР и сравнивает выходные данные, поступающие от каждого МР. Главные процессоры производят мажоритарную выборку входных данных, выполняют прикладную программу и передают обработанные выходные сигналы на выходные модули. Кроме того, контроллер производит мажоритарную выборку выходных данных на выходных модулях, расположенных как можно ближе к полевым устройствам, чтобы обнаруживать и компенсировать любые ошибки, которые могут произойти на этапе между мажоритарной выборкой TriBus и окончательным выходным управляющим сигналом.

Для каждого модуля ввода/вывода контроллер может поддерживать факультативный модуль горячего резерва. В этом случае, модуль горячего резерва берет на себя управление, если во время работы обнаруживается неисправность основного модуля. Позиция модуля горячего резерва также используется для выполнения ремонта неисправного модуля ввода/вывода в режиме онлайн.

Контроллер содержит три главных процессора (МР). Каждый МР управляет одним каналом и работает параллельно с двумя другими МР (рисунок 2.4.17).

Выделенный процессор ввода/вывода на каждом МР управляет обменом данных между МР и модулями ввода/вывода. Тройная шина ввода/вывода, расположенная на монтажных платах, переходит с одной линейки модулей ввода/вывода на другую, используя кабели шины ввода/вывода.

При опросе каждого модуля ввода/вывода, соответствующий канал шины ввода/вывода передает новые входные данные в свой МР. Входные данные компонуются в таблицу в МР и записываются в память для использования в процессе мажоритарной выборки.

Индивидуальная таблица входных данных в каждом МР передается в соседний МР по шине TriBus. После этого производится мажоритарная выборка. Шина TriBus использует программируемое устройство с прямым доступом к памяти для синхронизации, передачи и сравнения данных трех МР.

Рисунок 2.4.17 - Упрощенная блок-схема

Если появится несоответствие, то принимается значение сигнала, обнаруженное в двух из трех таблиц, а третья таблица корректируется надлежащим образом. Однократные несоответствия, вызванные отклонениями тактирования выборки, выявляются путем сравнения различающихся данных. Каждый МР сохраняет данные о необходимых коррекциях в локальной памяти. Любое несовпадение отмечается флагом и используется в конце цикла встроенной программой анализатора ошибок, чтобы определить, присутствует ли неисправность в конкретном модуле.

МР передает скорректированные данные в прикладную программу. 32-х разрядный МР выполняет прикладную программу параллельно с соседними МР и генерирует таблицу выходных значений, которая основывается на таблице входных значений в соответствии с определяемыми пользователем правилами. Процессор управления вводом/выводом на каждом МР управляет передачей выходных данных в выходные модули по шине ввода/вывода.

Тройная шина ввода/вывода переходит с одной монтажной платы на другую с помощью соединительных устройств, модулей расширения ввода/вывода и кабелей шины ввода/вывода. Резервированная схема электропитания логических схем состоит из соединительных устройств и модулей расширения ввода/вывода.

Шина TriBus, состоит из трех независимых последовательных линий, работающих со скоростью передачи данных 25Мб/сек. Шина TriBus синхронизирует главные процессоры в начале цикла. Затем каждый МР передает данные соседним процессорам. Важной особенностью архитектуры контроллера Trident является использование одного передатчика для передачи данных предыдущему и последующему процессорам. Это позволяет процессорам принимать одинаковые данные.

Контроллер может осуществлять связь непосредственно с TriStation или другими устройствами через модуль главного процессора и коммуникационный модуль.

Рисунок 2.4.18 - Архитектура главного процессора

Каждый главный процессор (МР) может обеспечивать непосредственную связь с TriStation или с другими устройствами по шине Modbus.

Коммуникационный модуль (СМ) обеспечивает факультативный, три-к-одному интерфейс с главными процессорами, который поддерживает различные протоколы связи с внешними хост-компьютерами. Один контроллер поддерживает до двух коммуникационных модулей на одной монтажной плате коммуникационных модулей. Каждый коммуникационный модуль работает независимо друг от друга. Два коммуникационных модуля могут обеспечить резервированные коммуникационные соединения или независимые коммуникационные порты.

Каждый коммуникационный модуль обеспечивает три последовательных порта RS-232/485 и два порта Ethernet. Эти порты позволяют контроллеру осуществлять связь с:

- внешними хост-компьютерами;

-   распределенными системами управления (DCS);

-   открытыми сетями;

-   сетевыми принтерами;

-   другими контроллерами Trident или Tricon V9.

В таблице 2.4.4 перечислены физические коммуникационные интерфейсы, обеспечиваемые главным процессором и коммуникационным модулем.

Таблица 2.4.4 - Коммутационные интерфейсы

В таблице 2.4.5 перечислены коммуникационные протоколы, поддерживаемые последовательными и сетевыми портами МР и СМ.

Таблица 2.4.5 - Коммутационные протоколы

Контроллер управляет обменом данных между МР и следующими модулями ввода/вывода:

Модуль аналогового ввода. В модуле аналогового ввода (AI) каждый канал асинхронно измеряет входные сигналы и заносит результаты в таблицу. Каждая таблица входных значений через шину ввода/вывода передается в соответствующий главный процессор. Таблица входных значений в каждом МР передается соседним процессорам по шине TriBus. Каждый главный процессор выбирает среднее значение, и таблица входных значений каждого главного процессора корректируется надлежащим образом. В режиме тройного модульного резервирования (TMR) прикладная программа использует среднее из трех значений; в дуплексном режиме используется среднеарифметическое двух значений.

Предусмотрена функция самодиагностики, позволяющая в течение 500 миллисекунд обнаруживать все неисправности типа залипания или отклонения от заданной точности преобразования с последующей выдачей аварийных сигналов. Данная функция позволяет нормально функционировать системе в условиях множественных отказов.

Модули аналогового вывода. Модуль аналогового вывода принимает три таблицы выходных значений, по одной таблице для каждого канала от соответствующего главного процессора. Каждая точка в каждом канале имеет свой собственный цифро-аналоговый преобразователь (DAC). Один из трех каналов выбирается для управления аналоговыми выходами. Выходные сигналы выбранного канала непрерывно проверяются с помощью входов по контуру обратной связи ввода/вывода от каждой точки, которые считываются всеми тремя каналами. В случае появления неисправности в управляющем канале, этот канал декларируется неисправным и отключается, и выбирается новый канал для управления полевыми устройствами. Функция управляющего канала по очереди передается каждому из каналов, так что все три канала периодически тестируются.

3 Модуль цифрового ввода. Модуль цифрового ввода имеет три идентичных канала (А, В и С). Хотя каналы находятся в одном модуле, они полностью изолированы друг от друга и функционируют совершенно независимо. Каждый канал обрабатывает сигналы самостоятельно и обеспечивает оптическую изоляцию между полевыми устройствами и контроллером. Неисправность в одном канале не влияет на другие каналы. Кроме того, каждый канал содержит запатентованную специализированную интегральную схему (ASIC), которая обеспечивает связь с соответствующим главным процессором и поддерживает диагностику во время выполнения программы.