Научно-производственнное предприятие

ЮЖУРАЛЭЛЕКТРОНИКА

Главная / Проекты / Архив проектов / Промышленные контроллеры

Промышленные контроллеры

 В современной промышленности существует класс технологических процессов, которые, с одной стороны, характеризуются многомерностью, то есть большим количеством аналоговых и логических координат, подлежащих контролю, с другой стороны - необходимостью принятия управляющих решений с малой дискретой временного интервала. К классу таких технологических процессов относится, например, управление силовыми электроэнергетическими установками. Для решения указанных задач управления мы разработали уникальный контроллер совместно с имитационной моделью для разработки и отладки управляющего программного обеспечения. Повышение «живучести» контроллера достигнуто применением двухпроцессорного управления с функцией «горячего» перехвата управления в случае возникновения неисправности в активном канале. Разработанный контроллер внедрен в систему возбуждения синхронного генератора мощностью 25 МВт на ТЭЦ ММК и в систему возбуждения синхронного генератора 40МВт Селенгинской ТЭЦ. По быстродействию и вычислительным возможностям контроллер существенно превосходит аналоги, такие как Siemens Simoreg. Контроллер может с успехом использоваться для управления такими технологическими процессами как гальваника, электролиз, электросталеплавильное производство и т.д.\

Контроллер БЕРИЛЛ СГ-1

Берилл СГ-1Контроллер Берилл СГ-1 (БСГ1) был разработан по заказу Берёзовского  опытного завода "Энергоцветмет" для Магнитогорского металлургического комбината. Предназначен для использования в качестве цифровой управляющей подсистемы в тиристорных системах возбуждения синхронных генераторов. Первая система возбуждения с контроллером Берилл введена в эксплуатацию 21 апреля 2006 года на ТГ№7 ЦЭС ММК и в течении полутора лет эксплуатации не было ни одного отказа.

Контроллер Берилл СГ-1 (БСГ–1) предназначен для использования в качестве цифровой управляющей подсистемы в тиристорных системах возбуждения синхронных генераторов.

Контроллер выполнен на базе микропроцессора TEXAS INSTRUMENTS, обладает повышенными вычислительными возможностями:

  • тактовая частота – 150 МГц;
  • время аналого-цифрового преобразования 80 нс;
  • двухканальное исполнение с использованием быстродействующего межканального интерфейса CAN;
  • высокая помехоустойчивость;
  • эффективный контроль и диагностика состояния оборудования системы.

Повышенные вычислительные возможности позволяют эффективно реализовать все функции управления тиристорными системами возбуждения синхронных генераторов в соответствии с современными требованиями.

Основные функции

  • контроль состояния и управление параметрами системы возбуждения синхронного генератора;
  • управление тиристорами системы возбуждения по специализированным алгоритмам;
  • управление током обмотки ротора генератора с целью поддержания требуемого напряжения на статоре;
  • формирование тока возбуждения генератора в соответствии с заданным режимом работы;
  • сбор информации о работе вторичных источников электропитания аппаратуры;
  • сбор информации о повреждениях вентилей тиристорных преобразователей;
  • формирование тока возбуждения в режиме ручного управления по командам с операторской панели;
  • обеспечение безударного перехода с рабочего на резервный канал управления при отказе узлов основного канала;
  • вывод на дисплей необходимой информации о текущем режиме работы генератора и системы возбуждения;
  • ведение архива событий.

Контроллер БСГ–1 реализован как стандартный блок в виде шкафа со степенью защиты IP 55 и стеклянной передней дверью. В блок контроллера входят:

  • операторская панель, реализованная на базе панельного промышленного компьютера с сенсорным цветным жидкокристаллическим монитором;
  • панель управления с органами ручного управления и индикаторами критического состояния системы;
  • процессорные модули;
  • вторичные измерительные преобразователи фазных токов и напряжений генератора;
  • источники питания.

Данная система включает в себя два аппаратно идентичных канала: рабочий и резервный.

Контроллер БЕРИЛЛ СГ-2

Берилл СГ-2Контроллер разработан по заказу Селенгинской ТЭЦ 40МВт. Контроллер состоит из основного блока, выполненного в виде узла 3U 19” конструктива Евромеханика, операторской панели в виде промышленного компьютера ADVANTECH SPS-100 и платы преобразования уровня высоковольтных логических сигналов.

Плата преобразования уровня осуществляет гальваническую развязку и преобразование уровня входных логических сигналов 0-200В в выходные сигналы 0-24В.

Промышленный компьютер имеет полный набор внешних стндартных интерфейсов и  выполняет функции операторской панели и благодаря сенсорному цветному ЖК экрану обеспечивает оператору дружественный интерфейс с информацией о:

  • текущих параметрах технологического процесса;     
  • текущем состоянии входных и выходных управляющих логических сигналов;
  • выбранных законах регулирования и защит;
  • значении управляющих коэффициентов в законах управления и защит;
  • срабатывании любой из систем ограничения параметров или защит;
  • истории возникавших событий за заданный интервал времени.

Наличие сенсорного экрана позволяет оператору при необходимости легко изменять значения управляющих коэффициентов.

Контроллер построен по функционально-модульному принципу и состоит из:

  • объединяющего конструктива Евромеханика 19” с системной платой;
  • двух модулей центрального процессора, имеющих каждый по 16 аналоговых входов и по 8 цифровых быстродействующих высокоприоритетных входов и выходов, 6 силовых быстродействующих выходов. Каждый модуль выполнен на основе микроконтроллера Texas Instruments 2810 с тактовой частотой работы 150МГц и временем аналого-цифрового преобразования 80нс;
  • двух  четырехканальных плат преобразования входных аналоговых сигналов напряжения, каждый из каналов опционально +200В, +400В или +5мА с частотой изменения до 10 кГц и обеспечивающих гальваническую развязку с платой центрального процессора;
  • двух  четырехканальных плат преобразования входных аналоговых сигналов тока, каждый из каналов опционально +10А, +5А или +5мА с частотой изменения до 10 кГц и обеспечивающих гальваническую развязку с платой центрального процессора;
  • четырех плат управления вводом-выводом дискретной информации по 16 дискретных входов и 16 дискретных выходов, объединенных с центральным процессором через высокоскоростной интерфейс CAN;
  • двух параллельно работающих питающих источников, которые позволяют обеспечить резервирование питания контроллера от двух независимых входных сетей.

Дублирование модуля центрального процессора позволило осуществить горячее резервирование всех элементов системы и обеспечить ее работоспособность при отказе или профилактике любой из функциональных плат контроллера.

С учетом первичных преобразователей все входные сигналы имеют двойную гальваническую развязку от центрального процессора.

Особенностью разработки контроллера можно считать очень короткое время цикла опроса состояния технологических параметров системы управления, не превышающее 100мкс (16 аналоговых сигналов и 72 дискретных входных сигнала), при этом загрузка центрального процессора по решению управляющей задачи не превышает 10%.

Внешняя среда воссоздавалась посредством компьютерного моделирования процесса функционирования технологического оборудования системы возбуждения в среде Vissim32 и совокупности дополнительных быстродействующих плат АЦП и ЦАП, предназначенных для получения и формирования реальных электрических сигналов в реальном масштабе времени.

Использование мощностей персонального компьютера позволило осуществить моделирование электрических параметров в реальном масштабе времени с шагом квантования 100 мкс. Для согласования уровней сигналов плат АЦП и ЦАП с реальными входными и выходными значениями сигналов контроллера используется узел согласования и масштабирования сигналов.

Возможна адаптация контроллеров для решения технических задач заказчика.