Глава 5. Техническое обеспечение системы автоматизации пожаротушения
5.1. Оборудование среднего уровня системы автоматизации
Главное преимущество применения ПЛК для системы автоматизации пожаротушения – гибкая логика программирования и вместе с тем универсальность, масштабируемость, быстрая перенастройка и изменение конфигурации при модернизации, модификации, добавлении/удалении системных частей или изменении обстоятельств существования объекта и задач, выполняемых системой, высокая надежность и помехоустойчивость и многое другое при оптимальном соотношении «цена/качество».
Возможности промышленных контроллеров в части математической и логической обработки информации, поступающей в центрального контроллера в виде входных сигналов от извещателей, датчиков, аппаратуры и органов управления, позволяют разрабатывать такие программные алгоритмы обработки сигналов, которые могут решить практически любые задачи в области пожарной сигнализации и пожаротушения, в частности исключение ложных срабатываний от почти всех внешних факторов и обеспечение фильтрации внешних фоновых излучений. Такие возможности нельзя реализовать и такие задачи нельзя полноценно и в полном объеме решить в классических системах на базе обычных ППКП и ППУ в связи с их ограниченной функциональностью.
Нелишне отметить, что обе эти системы (как и любые другие, разрабатываемые на основе использования в них промышленных контроллеров) могут являться частью SCADA-системы, общей промышленной компьютерной сети (или даже сети Интернет) или с успехом могут быть встроены в действующие сети, поскольку возможности промышленных контроллеров и модулей их расширения позволяют осуществлять полноценное взаимодействие в данной сети с элементами и ресурсами этой сети, используя современные протоколы и интерфейсы.
Общие сведения о контроллерах серии DCS-2000 (исполнение М2)
Рассмотрим программируемые логические контроллеры (ПЛК) серии DCS-2000 (исполнение М2) [6], как основу программно-технического комплекса (ПТС) для автоматизации сушильной установки. Данные контроллеры производятся в России, их использование при модернизации системы автоматизации сушильного цеха входит в программу импортозамещения.
Модули серии DCS-2000 исполнения М2 предназначены для использования в распределенных и централизованных системах автоматизации.
Особенности контроллеров, построенных на базе модулей серии DCS-2000 (М2), по сравнению с аналогичными ПЛК:
- повышение производительности системы;
- оптимизация количества каналов ввода-вывода;
- удобство монтажа и обслуживания;
- «географический» способ задания адресов модулей и каркасов контроллеров;
- обеспечение резервирования источников питания, процессорных модулей и каналов передачи данных;
- использование конфигуратора для оптимизации информационного обмена между модулями;
- самодиагностика, позволяющая контролировать работоспособность модулей во время работы.
Основой конструкции контроллера, построенного на базе модулей серии DCS-2000 (М2), является каркас, содержащий кроссовую плату, обеспечивающую подключение модулей. Предусмотрено нескольких типов каркасов, содержащих от 6 до 22 позиций.
Модули адаптеры RP-31 позволяют объединять до 8 каркасов в один контроллер. Каркасы контроллера могут быть распределены по разным шкафам.
Каждый модуль состоит из печатной платы, корпуса, защищающего плату от механических повреждений, и лицевой панели.
Контроллер состоит из одного или двух модулей CPU (основной, резервный) и до 48 модулей УСО. Контроллеры на базе модулей серии DCS-2000 (М2) построены по модульному принципу.
С помощью интерфейсных каналов RS-485 модули УСО подключаются к модулю центрального процессорного устройства CPU. Протокол обмена – Modbus RTU, максимальная скорость обмена – до 981600 бит/с.
Широкая номенклатура модулей включает в себя несколько типов и модификаций CPU, модулей аналогового и дискретного ввода-вывода.
Два типа процессорных модулей, предназначенных для установки в каркас, предусматривают использование разных систем программирования. Модуль CPU-31, построенный на базе микропроцессора Am186CU-50 фирмы AMD, поддерживает систему программирования CONT-Designer (разработки ЗАО «ЭМИКОН»). Второй модуль CPU-32, выполненный на базе микропроцессора IPC@CHIP SC143 фирмы BECK, предназначен для использования системы программирования CoDeSys.
Модули УСО в своем составе содержат микроконтроллер типа ATmega162 фирмы ATMEL и реализуют первичное преобразование входных сигналов, освобождая, тем самым, от этого модули CPU. Модули связи с объектом снабжены устройством гальванической изоляции объектной части от системной.
Объединительным устройством модулей является кроссовая плата, содержащая:
- шины питания основного и резервного источников питания;
- шины двух интерфейсных каналов RS-485 (основного и резервного);
- сигналы сетевого адреса модуля;
- микропереключатели для задания адреса каркаса.
Датчики и исполнительные устройства подсоединяются к модулям УСО с помощью соединителей, расположенных на лицевой панели.
Кроме соединителей, на лицевых панелях модуля расположены индикаторы, отображающие состояние входов-выходов, работу интерфейсных каналов и результат самотестирования модулей.
Питание модулей контроллера обеспечивается внешними нестабилизированными источниками питания 18-36 В, которые подключаются к каркасам через модули RP-31. Возможно подключение двух источников питания: основного и резервного.
Модуль центрального процессорного устройства CPU-31А
Модуль центрального процессорного устройства CPU-31А [7] предназначен для работы в составе распределенных систем управления на базе программируемых контроллеров серии DCS-2000 исполнения М2 для сбора информации, обработки ее по заданным алгоритмам и выдачи управляющих команд по пяти последовательным каналам RS-485 с гальванической изоляцией и цепями грозозащиты, одному последовательному неизолированному каналу RS-232 и трем каналам Ethernet.
Модуль центрального процессорного устройства CPU-31А является восстанавливаемым и ремонтно-пригодным изделием; предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации. Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха от минус до плюс (без конденсации влаги);
- относительная влажность воздуха от при температуре плюс ;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа.
На рис. 5.3 показан внешний вид модуля центрального процессорного устройства CPU-31А.
Основные технические характеристики модуля центрального процессорного устройства CPU-31А приведены в таблице 5.1.
Электропитание модуля осуществляется от нестабилизированного источника питания 18-36 В, мощность потребления не более 8 Вт. Гальваническая изоляция между внешним нестабилизированным источником питания и системным питанием составляет 1500 В.
Таблица 5.1 – Основные технические характеристики модуля центрального процессорного устройства CPU-31А
| Характеристика | Величина | Примечание |
| Тип процессора | Am186CU-40KI | AMD |
| Тактовая частота, МГц | 50 | |
| Объем памяти операционной системы, Кбайт | 64 | FLASH |
| Объем памяти программ пользователя, Кбайт | 512 | FLASH |
| Объем памяти данных, Кбайт | 128 | Low Power CMOS SRAM |
| Интерфейс модуля расширения, Кбайт | 128 | |
| Количество внешних уровней прерывания | 6 | |
| Количество программируемых 16-битных таймеров | 3 | |
| Количество каналов низкоскоростных последовательных интерфейсов RS232 (до 15 м) | 1 | Скорость до 115200 бод,
ASYNC |
| Количество каналов низкоскоростных последовательных интерфейсов RS485, (128 нагрузок, до 1,5 км на максимальной скорости обмена) | 1 | Скорость до 460800 бод,
ASYNC, FIFO, с гальванической изоляцией (1500 В) и цепями грозозащиты |
| Количество каналов высокоскоростных последовательных интерфейсов RS485, (128 нагрузок, до 0,3 км на максимальной скорости обмена) | 4 | Скорость до 2,304 Мбод,
ASYNC, BISYNC, SDLC, с гальванической изоляцией (1500 В) и цепями грозозащиты |
| Количество каналов Ethernet | 3 | 10/100 Base TX half/full duplex operation |
| Количество каналов USB-B | 1 | До 12 Мбод, v1.0 |
| Масса модуля, кг, не более | 0,4 |
Модуль ввода аналоговых сигналов AI-31A
Модуль ввода аналоговых сигналов AI-31A [8] предназначен для работы в составе распределенных систем управления, имеет шесть дифференциальных каналов для подключения к нему по четырехпроводной схеме термометров сопротивления типа ТСМ-50, ТСП-50 или ТСМ-100, ТСП-100 и преобразования полученного входного напряжения в 12-ти разрядный цифровой код.
После преобразования и усреднения величин нескольких цифровых отсчетов, полученное значение передается по локальной сети образованной интерфейсом RS-485 (протокол Modbus).
На рис. 5.4 показан вид модуля AI-31A со стороны планки.
В зависимости от величины измеряемого сопротивления и от значения основной погрешности модуль выпускается в нескольких модификациях (таблица 5.2).
Таблица 5.2 – Модификации модуля ввода аналоговых сигналов AI-31A
| Обозначение | Наименование | Диапазон измеряемого сопротивления, Ом | Основная приведенная к диапазону измерений погрешность преобразования, % |
| AI-31A | АЛГВ.426431.073 | 40…90 | |
| AI-31A-01 | АЛГВ.426431.073-01 | 80…180 | |
| AI-31A-02 | АЛГВ.426431.073-02 | 40…90 | |
| AI-31A-03 | АЛГВ.426431.073-03 | 80…180 | |
| AI-31A-04 | АЛГВ.426431.073-04 | 40…90 или 80…180 | |
| AI-31A-05 | АЛГВ.426431.073-05 | 40…90 или 80…180 |
Для модулей AI-31A-04 и AI-31A-05 диапазон измеряемого сопротивления выбирается перемычкой на плате.
Модуль является восстанавливаемым и ремонтопригодным изделием, предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации с возможностью многократного включения и выключения электропитания в течение суток.
Рабочие условия эксплуатации модуля:
- температура окружающего воздуха от минус 25° С до плюс 60° С (без конденсации влаги);
- относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25° С;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа.
Основные технические характеристики модуля ввода аналоговых сигналов AI-31A приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 – Основные технические характеристики модуля ввода аналоговых сигналов AI-31A приведены
| Наименование параметра | Значение параметра |
| Количество каналов ввода
Диапазон измеряемого сопротивления, Ом |
6
40-90 или 80-180 |
| Время коммутации канала мкс, не более
Время преобразования мкс, не более Разрядность аналого-цифрового преобразования, бит Основная погрешность преобразования, приведенная к диапазону измерений, %, не более Дополнительная температурная погрешность, %/° С |
100
10 12
±0,1 или ±0,2 ±0,01 |
| Масса модуля, кг, не блоее | 0,3 |
| Габаритные размеры модуля, мм | 170х130х30 |
| Интерфейс | RS-485 |
| Количество каналов интерфейса | 2 |
| Протокол | Modbus |
| Напряжение питания модуля | 18…36 В |
| Гальваническая развязка между изолированными частями модуля, В, не менее | 1000 |
На рис. 5.5 показан пример подключения термометров сопротивления к модулю AI-31A.
Модуль вывода аналоговых сигналов АО-31А
Модуль вывода аналоговых сигналов АО-31А [8] предназначен для работы в составе распределенных систем управления и имеет четыре 12-ти разрядных цифроаналоговых канала преобразования. Каждый канал имеет потенциальный (0…10В) и токовый (0…20мА) выходы, причем последние содержат схему контроля выдаваемого на исполнительный механизм объекта тока.
Модуль вывода аналоговых сигналов АО-31А является восстанавливаемым и ремонтопригодным изделием, предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации с возможностью многократного включения и выключения электропитания в течение суток.
Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха от минус 25° С до плюс 60° С (без конденсации влаги);
- относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25° С;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа.
В зависимости от значения основной погрешности преобразования, приведенной к диапазону выходного сигнала, модуль выпускается в двух модификациях, представленных в таблице 5.4.
Таблица 5.4 – Модификации модуля вывода аналоговых сигналов AО-31A
| Обозначение | Наименование | Основная приведенная к диапазону измерений погрешность преобразования, % |
| AО-31A | АЛГВ.426435.015 | |
| AО-31A-01 | АЛГВ.426435.015-01 |
Основные технические характеристики модуля вывода аналоговых сигналов AО-31A приведены в таблице 5.5.
Таблица 5.5 – Основные технические характеристики модуля вывода аналоговых сигналов AО-31A
| Наименование параметра | Значение параметра |
| Количество каналов вывода
Диапазон выходного тока, мА |
4
0..20 |
| Диапазон выходного напряжения, В
Время преобразования мкс, не более |
0..10
10 |
| Разрядность аналого-цифрового преобразования, бит
Основная погрешность преобразования, приведенная к диапазону измерений, %, не более |
12
±0,15; ±0,1 в зависимости от модификации |
| Дополнительная температурная погрешность, %/° С | ±0,007 |
| Схема ограничения выходного тока | Имеется |
| Схема контроля выходного тока | Имеется |
| Масса модуля, кг, не блоее | 0,3 |
| Габаритные размеры модуля, мм | 170х130х30 |
| Интерфейс | RS-485 |
| Количество каналов интерфейса | 2 |
| Протокол | Modbus |
| Напряжение питания модуля | 18…36 В |
| Гальваническая развязка между изолированными частями модуля, В, не менее | 1000 |
Модуль ввода дискретных сигналов DI-32A
Модуль ввода дискретных сигналов DI-32A АЛГВ.426434.141 [9] предназначен для работы в составе распределенных систем управления и имеет две изолированные группы по 8 каналов в каждой. Обе группы имеют отдельный источник питания 24В. Датчики могут подключаться ко входам модуля, используя любую полярность – как по схеме «общий плюс», так и по схеме «общий минус». Каждый вход модуля имеет простую защиту от перегрузки (мощные помехи, разряды, статика, случайное попадание постороннего напряжения) и контроль линии связи с датчиком на обрыв. Пороги срабатывания и величина гистерезиса задаются программно.
Модуль DI-32A является восстанавливаемым и ремонтно-пригодным изделием, предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации с возможностью многократного включения и выключения электропитания в течение суток.
Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха от минус 25° С до плюс 60° С (без конденсации влаги);
- относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25° С;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа.
Внешний вид модуля ввода дискретных сигналов DI-32А со стороны планки показан на рис. 5.6.
Основные технические характеристики модуля DI-32A приведены в таблице 5.6.
Таблица 5.6 – Основные технические характеристики модуля DI-32A
| Наименование параметра | Значение параметра |
| Количество групп каналов ввода
Количество каналов ввода в группе |
2
8 |
| Ток короткого замыкания входа, мА | 6±0,5 |
| Ток контроля линии на обрыв, мА | 1±0,2 |
| Напряжение питания входов | 24В±5% |
| Постоянная времени входного фильтра, мс | 50 |
| Полярность подключения датчиков | Задается перемычками |
| Габаритные размеры модуля, мм | 140х120х30 |
| Масса модуля, кг, не более | 0,2 |
| Интерфейс | RS-485 |
| Количество каналов интерфейса | 2 |
| Протокол | Modbus |
| Напряжение питания модуля | 18…36В |
| Гальваническая изоляция внешнего источника питания от системной части, объектной части и интерфейсной части, В |
1000 |
На рис. 5.7 показан пример подключения внешних датчиков к модулю DI-32A.
Модуль вывода дискретных сигналов DO-31A
Модуль вывода дискретных сигналов DO-31A [9] предназначен для работы в составе распределенных систем управления и имеет две изолированные группы по 8 каналов в каждой. Нагрузка к выходам каналов модуля и внешнему источнику питания подключается по схеме «общий минус».
Модуль DО-31A является восстанавливаемым и ремонтно-пригодным изделием, предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации с возможностью многократного включения и выключения электропитания в течение суток.
Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха от минус 25° С до плюс 60° С (без конденсации влаги);
- относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25° С;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа.
Внешний вид модуля вывода дискретных сигналов DO-31А со стороны планки показан на рис. 5.8.
В зависимости от рабочей температуры модуль DO-31A выпускается в двух модификациях, которые указаны в таблице 5.7.
В таблице 5.8 приведены основные технические характеристики модуля дискретного вывода DO-31A.
Таблица 5.7 – Модификации модуля дискретного вывода DO-31A
| Обозначение | Шифр | Рабочая температура модуля |
| АЛГВ.426436.040 | DO-31A | от минус 25 до плюс 60 °С |
| АЛГВ.426436.040-01 | DO-31A-01 | от 0 до плюс 60 °С |
Таблица 5.8 – Основные технические характеристики модуля дискретного вывода DO-31A
| Наименование параметра | Значение параметра |
| Количество групп каналов вывода
Количество каналов вывода в группе |
2
8 |
| Ток нагрузки, не менее, А | 0,5 |
| Максимальный выходной ток на одну группу, А | 2 |
| Ток срабатывания защиты, не более, А | 0,6±0,05 |
| Напряжение питания выходов | 18..36 В |
| Габаритные размеры модуля, мм | 140х120х30 |
| Масса модуля, кг, не более | 0,2 |
| Интерфейс | RS-485 |
| Количество каналов интерфейса | 2 |
| Протокол | Modbus |
| Напряжение питания модуля | 18…36В |
| Максимальная скорость передачи данных по интерфейсным каналам, бит/с | 921600 |
| Гальваническая изоляция внешнего источника питания от системной части, объектной части и интерфейсной части, В |
1000 |
Модуль интерфейсный CI-31A
Модуль интерфейсный CI-31A [10] предназначен для расширения функциональных возможностей контроллеров автоматизации технологических процессов, построенных на базе модулей серии DCS-2000 каркасного исполнения в части информационного обмена с интеллектуальными датчиками и исполнительными устройствами.
Модуль CI-31A обеспечивает информационный обмен по десяти каналам интерфейса RS-485. Два из десяти каналов являются системными, по ним модуль обменивается информацией с модулем центрального процессорного устройства. Восемь каналов предназначены для подключения периферийных интеллектуальных устройств.
Модуль CI-31A является восстанавливаемым и ремонтно-пригодным изделием, предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации с возможностью многократного включения и выключения электропитания в течение суток.
Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха от минус 25° С до плюс 60° С (без конденсации влаги);
- относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25° С;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа.
Внешний вид интерфейсного модуля CI-31A со стороны планки показан на рис. 5.9.
В таблице 5.9 приведены основные технические характеристики интерфейсного модуля CI-31A.
Таблица 5.9 – Основные технические характеристики интерфейсного модуля CI-31A
| Наименование параметра | Значение параметра |
| Тип интерфейсов | RS-485 |
| Количество интерфейсных каналов RS-485 | 10 |
| Максимальная скорость передачи данных | 921,6 Кбит/с |
| Протокол обмена | Modbus RTU |
| Наличие индикации информационного обмена по интерфейсным каналам RS-485 | Есть |
| Габаритные размеры, мм | 140х120х40 |
| Напряжение питания, В | От 18 до 36 |
| Ток потребления, мА | Не более 190 |
| Гальваническая изоляция между внешним системным источником питания и питанием модуля, В, не менее | 1000 |
| Масса модуля, кг, не более | 0,4 |
Модуль HART-мультиплексора CI-32A
Модуль HART-мультиплексора CI-32A [10] предназначен для расширения функциональных возможностей контроллеров автоматизации технологических процессов, построенных на базе модулей серии DCS-2000 каркасного исполнения в части информационного обмена с интеллектуальными датчиками, поддерживающими HART-протокол.
Модуль CI-32A обеспечивает информационный обмен по десяти последовательным каналам. Два из десяти каналов являются системными, по ним модуль обменивается информацией с модулем центрального процессорного устройства в стандарте RS-485. Восемь HART-каналов предназначены для подключения интеллектуальных датчиков.
Модуль CI-32A является восстанавливаемым и ремонтно-пригодным изделием, предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации с возможностью многократного включения и выключения электропитания в течение суток.
Рабочие условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха от минус 25° С до плюс 60° С (без конденсации влаги);
- относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25° С;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа.
Внешний вид интерфейсного модуля CI-32A со стороны планки показан на рис.5.10.
В таблице 5.10 приведены основные технические характеристики интерфейсного модуля CI-32A.
Таблица 5.10 – Основные технические характеристики интерфейсного модуля CI-32A
| Наименование параметра | Значение параметра |
| Тип интерфейсов | RS-485, HART |
| Количество интерфейсных каналов RS-485 | 2 |
| Максимальная скорость передачи данных | 921,6 Кбит/с |
| Протокол обмена | Modbus RTU |
| Количество интерфейсных каналов HART | 8 |
| Скорость передачи данных | 1200 бит/с |
| Протокол обмена | HART |
| Наличие индикации информационного обмена по интерфейсным каналам HART | Есть |
| Габаритные размеры, мм | 140х120х40 |
| Напряжение питания, В | От 18 до 36 |
| Ток потребления, мА | Не более 190 |
| Гальваническая изоляция между внешним системным источником питания и питанием модуля, В, не менее | 1000 |
| Масса модуля, кг, не более | 0,4 |