Применение магнитоуправляемых контактов

На основе магнитоуправляемых контактов выпускаются высоконадежные промежуточные электромагнитные реле с числом контактных групп до десяти. В таких реле внутри общей катушки управления размещается несколько пар контактов (рис. 12). Как уже отмечалось, по сравнению с обычными электромагнитными реле герконовые имеют большее быстродействие и более надежны. Однако им свойственны и некоторые недостатки. Они имеют в 2—3 раза меньшие значения удельных токовых нагрузок на контакты, более критичны к переходным процессам в коммутируемой цепи. Например, при 3—5-кратном увеличении тока по сравнению с номинальным возможно сваривание контактов. В цепях с конденсаторами возможны значительные броски тока, поэтому применение герконовых реле для коммутации таких цепей не рекомендуется.

Необходимо отметить и характерный для герконовых реле недостаток — вибрация контактов при срабатывании. Это явление называется «дребезг» контактов. После подачи управляющего сигнала контакты сначала замыкаются, но тут же размыкаются под действием сил упругости. Таких циклов замыкания-размыкания может быть несколько. Затем происходит несколько колебаний контактов без размыкания; при этом происходит изменение контактного сопротивления. Время вибрации контактов может составлять половину полного времени срабатывания. Для борьбы с «дребезгом» контактов применяют специальные конструктивные и схемные решения.

На основе магнитоуправляемых контактов могут быть построены различные путевые и конечные выключатели, реле различных неэлектрических величин. В качестве примера на рис. 13 показаны термоэлектрические реле (а) с биметаллической пластиной и реле давления (б) с упругим элементом в виде сильфона (гофрированного упругого стакана из фосфористой бронзы). При изменении температуры или давления постоянный магнит приближается к геркону и его контакты срабатывают.

Магнитоуправляемые контакты специальной конструкции начинают применяться и для переключений в силовых цепях с мощностью до нескольких сотен ватт. В таких устройствах используется более массивный жесткий подвижный контактный сердечник, закрепленный на возвратной пружине. При этом за счет снижения электрического сопротивления контактной системы и улучшения теплоотдачи удается повысить ток через контакты. Для этих же целей возможно применение жидкометаллических герметизированных контактов, внутри герметизированного баллона которых токопроводящие детали частично или полностью смочены ртутью.

 Рис.12. Герконовое реле

Рис. 13. Герконовые реле температуры и давления

 

ПРИМЕНЕНИЕ УВК ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

СОВРЕМЕННАЯ КОНЦЕПЦИЯАВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННЫМ СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

В современном промышленном производстве все большее значение приобретает возможность оперативного доступа к достоверной и точной информации из любой точки управления производством, поскольку это определяющим образом влияет на эффективность работы предприятия, включая производительность труда, качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции.

Эта проблема решается, путем создания интегрированной многоуровневой распределенной АСУ. Рассмотрим современную концепцию АСУ производством подробнее.

Интегрированная система автоматизации предприятия может быть представлена в виде 5-уровневой пирамиды.

Нижний, нулевой уровень системы включает набор датчиков и исполнительных устройств, встраиваемых в конструктивные узлы технологического оборудования и предназначенных для сбора первичной информации и реализации исполнительных воздействий. Этот уровень называется уровнем I/O (ввода-вывода).

Следующий, первый уровень служит для непосредственного автоматического управления технологическими процессами с помощью различных УСО и ПК. Этот уровень получил наименование control (непосредственное управление).

Второй уровень, названный SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - сбор данных и диспетчерское управление), предназначен для отображения (или визуализации) данных в производственном процессе и оперативного комплексного управления различными агрегатами, в том числе и с участием диспетчерского персонала.

Третий уровень MES (Manufacturing Execution System) - средства управления производством — выполняет упорядоченную обработку информации о ходе изготовления продукции в различных цехах, обеспечивает управление качеством, а также является источником необходимой информации в реальном времени для верхнего уровня управления предприятием.

И наконец, четвертый, верхний уровень управления определяется как MRP (Manufacturing Resource Planning) и ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия. В России системы этого уровня больше известны под именем АСУП (автоматизированные системы управления предприятием). Они предназначены для автоматизации планирования производства и финансовой деятельности, снабжения и продаж, анализа и прогнозирования и т.д. Наиболее известные системы этого уровня предлагаются компаниями SAP, Oracle, BAAN и др.

Эту модель комплексной автоматизации предприятия можно упрощать, объединяя любые два соседних уровня, но принципиально подход остается одинаковым.

Нижние уровни автоматизации составляют АСУТП и являются предметом нашего рассмотрения. АСУП здесь не рассматриваются.

Основные задачи управления решаются на нижних уровнях системы, что позволяет повысить реактивность системы и разгрузить вычислительную сеть от передачи излишней информации. На верхние уровни управления возлагаются только те задачи, для выполнения которых вычислительные средства нижних уровней не приспособлены, например, отображение текущего состояния автоматизируемого производства.

Рис. 1. Уровни интегрированной системы автоматизации производства

Детализируем теперь основные задачи, решаемые на различных уровнях управления.

Первый уровень (управление агрегатом) характеризуется следующими показателями:

• предельно высокой реактивностью режимов реального времени;

• предельной надежностью (на уровне надежности основного оборудования);

• возможностью встраивания в основное оборудование;

• функциональной полнотой модулей УСО;

• возможностью автономной работы при отказах комплексов управления верхних уровней;

• возможностью функционирования в цеховых условиях.

В промышленные контроллеры загружаются программы и данные из ЭВМ второго уровня, уставки, обеспечивающие координацию и управление агрегатом по критериям оптимальности управления технологическим процессом в целом, выполняется вывод на второй уровень управления служебной, диагностической и оперативной информации, т. е. данных о состоянии агрегата, технологического процесса.

Особенность обмена информацией между первым и вторым уровнями состоит в высокой степени регулярности. Необходимость обмена информацией в темпе реального процесса накладывает достаточно жесткие ограничения на этот режим. В данном случае применимы режимы обмена, соответствующие локальным промышленным сетям, которые в настоящее время выполняются в стандартах Bitbus, Profibus и т.п. Первый уровень управления реализуется, например, на промышленных контроллерах СМ1820М.ПК, Allen-Bradley, ЭМИКОН, МИК, СИКОН и др.

Второй уровень управления должен обеспечивать:

• диспетчерское наблюдение за технологическим процессом по его графическому отображению на экране в реальном масштабе времени;

• расчет и выбор законов управления, настроек и уставок, соответствующих заданным показателям качества управления и текущим (или прогнозным) параметрам объекта управления;

• хранение и дистанционную загрузку управляющих программ в ПК;

• оперативное сопровождение моделей объектов управления типа «агрегат», «технологический процесс», корректировку моделей по результатам обработки информации от первого уровня;

• синхронизацию и устойчивую работу систем типа «агрегат» для группового управления технологическим оборудованием;

• ведение единой базы данных технологического процесса (реальное время);

• контроль работоспособности оборудования первого уровня, реконфигурацию комплекса для выбранного режима работы (в том числе переход на резервную схему в случае отказа отдельных элементов);

•  связь с третьим уровнем.

Отвечая этим требованиям, ЭВМ на втором уровне управления должны иметь достаточно высокую производительность как при решении задач в реальном времени, так и при обработке графической информации, обеспечивая работу в реальном времени с базами данных среднего объема и с расширенным набором интеллектуальных видеотерминалов. Второй уровень управления реализуется на базе специализированных промышленных УВК, например СМ1820М.ВУ, или в ряде случаев на базе ПЭВМ типа IBM PC. Диспетчерский интерфейс реализуется SCADA-системами, например широко известным пакетом In Touch фирмы Wonderware.

Машины второго уровня должны объединяться в однородную локальную сеть предприятия (типа Ethernet) с выходом на третий уровень управления.

Третий уровень характеризуется необходимостью решения задач оперативной упорядоченной обработки первичной информации из цеха и передачи этой информации на верхний уровень планирования ресурсов предприятия. Решение этих задач на данном уровне управления обеспечивает оптимизацию управления ресурсами цеха как единого организационно-технологического объекта по заданиям, поступающим с верхнего уровня, и при оперативном учете текущих параметров, определяющих состояние объекта управления. Эти требования удовлетворяются ПЭВМ типа IBM PC или в СМ ЭВМ моделями мегамини-ЭВМ СМ17ХХ. Сегодня решение этих задач возлагается обычно на серверы в локальных сетях предприятия.

Задачи, решаемые на четвертом уровне (планирование ресурсов предприятия), в аспекте требований, предъявляемых к ЭВМ, отличаются главным образом повышенными требованиями к ресурсам (например, для ведения единой интегрированной - централизованной или распределенной, однородной или неоднородной — базы данных, планирования и диспетчирования на уровне предприятия в целом, автоматизации обработки информации в основных и вспомогательных административно-хозяйственных подразделениях предприятия: бухгалтерский учет, материально-техническое снабжение и т.п.). Обычно для решения задач данного уровня выбирают универсальные ЭВМ, а также многопроцессорные системы повышенной производительности. Вычислительная сеть предприятия может подключаться к региональным (протокол Х.25) и глобальным (протокол TCP/IP) сетям в соответствии со стандартами взаимосвязи открытых систем.

Исторически сложилось так, что верхний (четвертый) уровень (АСУП) и нижние три (АСУТП) развивались независимо друг от друга; фактически отсутствовал достаточно интеллектуальный интерфейс, который бы их объединял. Это обстоятельство на современном уровне развития промышленности стало тормозящим фактором. Для эффективной работы производственного предприятия и для принятия на верхнем уровне как стратегических, так и тактических решений требуется интеграция всех систем управления производством.

Возможности систем управления производством во многом определяются составом и функциями комплекса инструментальных программных средств, предназначенного для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами и для интеграции их как с системами управления производством верхнего уровня, так и со средствами управления нижнего уровня (датчики, исполнительные механизмы и др).·Использование такого инструментария обеспечивает возможность создания интегрированных сквозных систем управления производством в реальном масштабе времени.

Важной причиной появления на рынке инструментальных систем для решения задач комплексной автоматизации является низкая эффективность традиционного и необходимость структурированного подхода к построению интегрированных систем управления производством.