Emerson Ovation

Print version

Informatii generale

Grupul Ovation a fost creat in anul 1998, de catre firma Westinghouse (sectorul Power & Water Solutions), care mai tarziu a intrat in componenta companiei Emerson Process Management. Grupul a fost lansat in baza de sistem, al generatiei trecute, a firmei Westinghouse WDPF II. In toata lumea sunt implementate sute de sisteme de automatizare in baza grupului Ovation, pe scara larga este intrebuintat in energetica. In Rusia grupul este implementat la statia electrica principala din Voljsk.

Grupul Ovation are certificate ISO 9000:2000 si a Gosstandardului Rusiei, in calitate de dispozitiv de masurare.

Transparenta grupului se determina prin prezenta, in el, a unui numar de software contemporane:

·     OPC - schimbul de informatie cu programele industriale si sursele tehnice;
·     Web Access View Enabler- comunicarea cu retelele locale si globale (de obicei prin Internet), care utilizeaza tehnologia Java;
·     COM – tehnologia elaborarii unui program din componente de program separate;
·     NetDDE – schimbul de date de viteza in domeniul MS Windows, cu ajutorul lui se realizeza accesul la bazele de date ale pachetelor Word, Excel, Paradox;
·     X Windows – operarea utilizatorului cu programele aplicate la alte PC – uri din ferestrele de pe ecranul display-ului;
·     ActiveX – arhitectura de program, care permite unelor componente de program sa coopereze cu alte componente de program;
·     Excell – formarea rapoartelor.
·     ODBC/SQL – conlucrarea cu Sistemul relational de comanda al bazei de date;

Controllerele grupurilor sunt echipate cu software de comunicare cu retelele informationale tipice si standard, industriale si de teren: Ethernet, Profibus DP, Modbus RTU, HART -protocol.

Este realizata integrarea cu ajutorul controllerelor Allen-Bradley, GE Mark V/VI, grupul  WDPF (precedentul grupului Ovation).

Structura de retea

In calitate de retele informationale, industriale si de teren se utilizeaza reteaua Ethernet sau Fast Ethernet cu protocol TCP/IP, ce corespunde absolut standardului IEEE 802.3u , din care cauza, se conecteaza direct, in caz de necesitate, la reteaua corporativa a intreprinderii, ce corespunde aceluiasi standard. Cu predilectie, in calitate de domeniu fizic de transmitere a datelor se utilizeaza fibra optica; e posibila intrebuintarea perechei neecranate. Topologia – inel dublu de transmitere a informatiei in directii opuse. Viteza – 10 sau 100 Mbps; lungimea segmentului – 100 m (perechea neecranata) sau 2 Km (fibra optica). Metoda de dirijare a accesului CSMA/CD (Carrier Sence Multiple Access cu Collision Detection) permite transmiterea datelor in timp real. Pentru inlaturarea coliziei se utilizeaza comutatorii, la rezervarea retelei – dublarea comutatorilor. La o magistrala pot fi conectate pana la 256 de dispozitive.

Retelei rezervate i se face configuratia in forma de inel dublu, care asigura reconfigurarea in caz de refuz a oricarui segment de magistrala. Ambele inele de retea sunt in stare activa: un inel transmite informatii, celalalt – face diagnostica functionarii primului inel.

In calitate de varianta, deasemenea, se poate intrebuinta reteaua de mare viteza FDDI: in calitate de domeniu fizic de transmitere, se intrebuinteaza fibra optica; metoda de acces – transmiterea marcatorului; viteza – 1 Gbps; topologia poate fi diferita; rezervarea poate lipsi, sa fie integrala sau partiala; celelalte caracteristici sunt analogice retelei Ethernet.

In desen este ilustrat exemplul de structura de retea a sistemului, construita in baza grupului analizat.

Controllerele

Controllerele au arhitectura asemanatoarea cu cea  a PC – urilor: magistrala de date – PCI, procesorul principal – Pentium, frecventa 266 MHtz, 32 biti, RAM 64 Mb, ROM (flashe) 64Mb (50Kb sunt ocupati de SO, iar restul de software si baza de date), doua port-uri Ethernet. SO in timp real – VxWorks, suporta regimul multifunctional si lucrul cu sarcinile prioritare. La controller pot fi conectate pana la 1024 canale analogice sau 2000 canale discrete (pana la 128 blocuri de intrare/iesire).

Datorita faptului ca controller-ul este construit in baza de microprocesor Intel, el poate fi modernizat, inlocuind procesorul principal-vechi, cu unul mai performant, mai rapid si mai puternic, corespunzator evolutiei microprocesoarelor Intel.

Controller-ul este instalat in doua dulapuri: in dulapul principal sunt controllerele rezervate, sursele de alimentare rezervate, 32 blocuri de intrare/iesire. Este posibila distantarea blocurilor de intrare/iesire la o distanta de pana la 2 Km, in cazul comunicarii realizate prin fibra optica.

 Blocurile de intrare/iesire

Blocul analog de intrare pentru 8 canale, 13 biti, eroare 0.1%, cate un microcontroller si un convertor analog digital pentru fiecare canal in parte, calibrarea automata la fiecare 8 sec (autoreglarea coeficientului de amplificare si a celui de nul), parametrii: 0 – 20 mA, 4 – 20 mA,  - 10 - +10V, -5- +5V, - 1 - +1V, -100- +100mV, izolatie galvanica individuala cu tensiunea de 1000V. Blocul are si al 9-lea canal de intrare pentru masurarea temperaturii in dulapurile blocurilor, deasemenea, el este folosit si pentru compensarea temperaturii de sudare rece a termocuplelor.     

Blocul analog de intrare pentru 8 canale, 14 biti, eroare 0.1%, parametrii: 0 – 20 mA, 4 – 20 mA,  - 10 - +10V, -5- +5V, - 1 - +1V, -100- +100mV, izolatie galvanica individuala cu tensiunea de 1000V.  Blocul este dotat cu autodiagnostica: defectarea blocului, iesirea semnalului din diapazonul setat, deconectarea circuitului de curent pentru semnalele de curent.

Blocul de intrare de la termometrele de rezistenta pentru 4 canale, de 12 biti, eroare 0.1%, cate un microcontroller si un convertor analog digital pentru fiecare canal in parte, calibrarea automata la fiecare 8 sec (autoreglarea coeficientului de amplificare si a celui de nul), posibilitatea conectarii diferitor tipuri de rezistente termice (de la 5 la 1000 Ohm; scheme cu 2, 3, 4 - cabluri; pana la 256 diapazoane de intrare, izolatie galvanica individuala cu tensiunea de 1000V.

Blocul analog de intrare pentru 4 canale, 12 biti, eroare 0.1%, cate un microcontroller si un convertor analog digital pentru fiecare canal  in parte, calibrarea automata la fiecare 8 sec (autoreglarea coeficientului de amplificare si a celui de nul), parametrii : 0 – 20 mA, 4 – 20 mA, 0 - +10V, 0 +5V, izolatie galvanica individuala cu tensiunea de 1000V, protectie de la scurt circuit, in caz de refuz opreste semnalul de iesire sau il retine pe utimul functie de timp semnal autentic de iesire (pentru crestera sigurantei).

Blocul discret de intrare pentru 16 canale de tip contact sec. Izolatie galvanica individuala. Filtrarea si blocarea vibrarii contactelor.

Blocul discret de intrare pentru 16 canale, tensiunea de la 24 – 120 V curent continuu si alternativ. Izolatie galvanica individuala.

Blocul discret de intrare pentru 16 canale, cu iesire de curent 0 – 60V curent continuu. Izolatie galvanica de grup.

Pentru emiterea semnalelor discrete de  220V si 10A sunt releuri de gabarit mic-speciale.

Blocuri specializate, care sunt conectate  la controller la fel ca si blocurile de intrare/iesire;

- blocul regulatorului de contur unic;
- blocul de comunicare in baza de  interfata consecutiva;
- detectorul vitezei de rotatie;
- pozitionarea de supapa;

 Statiile de lucru ale operatorilor

Nivelul superior al grupului este constituit din statii de lucru, statii ingineresti, statii de avarie.

Statia inginereasca realizeaza functiile de configurare si intretinere a SO, in ea se pastreaza programele de sistem si codurile initiale a programelor aplicate. In plus, ea are toate functiile de lucru ale statiei operator.

Pentru statiile mentionate este nevoie de urmatoarele caracteristici ale PC-ului:

- procesor Pentium IV sau SUN Blade 150, frecventa 550 MHtz;
- memorie: RAM de la 256 Mb, HDD –ul 80 Gb;
- SO Windows NT sau Sun Solaris Unix.

Se livreaza tastatura speciala pentru operator, impartita pe 4 domenii functionale: domeniul semnalizarii de alarma (apelarea videogramelor semnalelor de alarma si justificarea vizualizarii lor), domeniul de comanda (48  taste, functiile carora sunt definite de catre utilizator), domeniul de afisare (apelarea si comutarea videogramelor), domeniul de dirijare (activarea functiilor de dirijare tipice).

Statia de inregistrare a arhivelor pastreaza datele de arhiva ce tin de: marimi, evenimente, situatii, actiunile operatorului, etc. Ea functioneaza pe platforma tip Ultra SparcStation cu SO UNIX. In ea se intrebuinteaza un disk de 1Gb pentru pastrarea informatiei principale, disk de 4 Gb pentru pastrarea informatiei secundare, disk optic pentru pastrarea de lunga durata (Floppy disk-uri cu un schimb de disk-uri de marime 80-330 Gb). Arhiva colecteaza valorile curente ale caracteristicilor ce pot fi masurate in cazul modificarii de stare sau modificarii, care depaseste zona insensibila, setata de catre utilizator.

In calitate de statia de inregistrare a arhivelor poate fi utilizata si Baza de date Oracle 8i. La statia de inregistrare a arhivelor, de obicei, se conecteaza server-ul de rapoarte, care creaza, modifica si genereaza rapoartele care vor fi tiparite. Rapoartele, afara de stampila, pot fi transmise prin e-mail si plasate in WEB-server in format HTML.

Dinamica de lucru a grupului

Ciclul de reglare, de la 10 msec la 30 sec.
Retinerea prezentarii semnalelor de alarma – 0.05 sec.
Retinerea transmiterii datelor la canalul tehnologic de protectie – 0.01 sec.
Retinerea transmiterii datelor in canalele de reglare si blocare – 0.05 sec.
Timpul de interogare a unui singur semnal de intrare – 100 msec.
Timpul reimprospatarii cadrelor pe ecranul statiei de lucru de la 0.5 – 2 sec.
Timpul de reactie la comanda operatorului – 1 sec.

Sincronizarea, functie de timp, a tuturor mijloacelor grupului, care prelucreaza datele in regimul timpului real, se efectueaza prin intermediul sursei externe GPS. Afisarea marcajului de timp se va face in msec., precizia – 1/8 msec.

Timpul de inregistrare a parametrilor inainte si dupa avarie:

Inregistrarea inainte de avarie dureaza pana la 20 min, cea de dupa avarie pana la 40 min.

Siguranta de functionare a grupului

Retelele se supun diagnozei; segmentele de retea defecte se deconecteaza, segmentele ramase continua sa functioneze in regim normal; informatia referitoare la schimbarile din retea intra la operator.

Varianta nerezervata a controller-ului are un numar de teste pentru autodiagnoza. In varianta rezervata, controller-ul de baza functioneaza in regim de comanda, suplimentar, verifica starea de functionare a controller-ului de rezerva si a retelei, al doilea controller verifica starea de functionare a controller-ului de baza, urmareste baza de date reale a controller-ului respectiv, oferindu-i, astfel, posibilitatea comutarii usoare in caz de defectiune.

Microcontroller-urile care se afla in blocurile de intrare/iesire, efectueaza verificarea datelor si trimiterea mesajelor de eroare.

Controller-ul si blocurile de intrare/iesire sunt echipate cu indicatori de stare. La statia operator functionala sunt prevazute videograme speciale de stare  a grupului, in totalitate, si a mijloacelor separate: dispozitivul functioneaza in regim normal, dispozitivul este inactiv, necesita atentia operatorului, este in regim de rezerva, defectiunea dispozitivului.

-      Se dubleaza magistrala de retea, controllerele, statiile operator functionale. Blocurile de intrare/iesire se dubleaza, sau se conecteaza conform principiului «2 din 3 ». Inlocuirea blocurilor de intrare/iesire defecte poate fi efectuata fara a fi intrerupta alimentarea.

Exista diferite nivele de rezervare a controller-ului: procesorul, memoria, interfetele de intrare/iesire, alimentatorii, adaptorul de retea si in final dublarea completa a controllerelor. 

Conditiile mediului inconjurator

Temperatura mediului inconjurator pentru controllere este de 0-50 ºC.

Umiditatea mediului inconjurator, fara condensat 0-95 %.

Protectia de la praf si umiditate: la controllere este conform standardului IP20; la dulapuri, in care sunt bagate controllerele – IP54 (NEMA 12), sau, la cerere, - IP65.

Descarcarea electrostatica: de contact – 4KV, in aer – 8 KV.

Interferente radio - 10V pe metru.

Software-ul grupului

Functiile programului- SCADA sunt indeplinite de catre pachetele de program ale firmelor straine:

-    pentru statiile de lucru care lucreaza in baza de SO Sun Solaris Unix pachetul Power Tools;
-    pentru statiile de lucru care lucreaza in baza de SO Windows NT pachetul “Studio of the developer.”

Softwarele de proiectare se impart in pachete separate:

-      pachetul de afisare a videogramelor (videogramele de pe ecran si ”pop- up”-urile care se suprapun videogramei de pe ecran si care se deplaseaza pe ea, pana la 4 ferestre pe ecranul monitorului, aproximativ 700 parametri dinamici pe videograme, pana la 10 copii a videogramei);
-        pachetul semnalizarii de alarma (semnalele de alarma au o scara de 8 indici, in arhiva se pastreaza, functie de timp, ultimile 5000 semnale de avarie, incluzand timpul lor de intoarcere din starea de avarie);
-        pachetul informational;
-        pachetul reviziilor;
-        pachetul de constructie a trend-urilor (pana la 8 curbe in coordonate X/Y si X/Timp, pana la 4 ferestre cu trend – uri pe ecran, intervalul de timp al trend-ului este intre 10 min. si 33 zile, numarul valorilor pe o curba a trend- ului este de 600, curbele de pe trend-uri pot fi valorile maxime a marimilor masurabile  medii, totale si maxime);
-        pachetul de elaborare a rapoartelor (elaboreaza si modifica formele de comanda a rapoartelor de diferite tipuri: periodice, la anumite intervale de timp, la indeplinirea anumitor conditii, in situatii de avarie);
-        pachetul tabelelor electronice;
-        pachetul Control Builder in baza pachetului AutoCad pentru crearea algoritmilor de comanda (configuratorul grafic, care lucreaza in baza unei biblioteci bogate a modulelor de program tipice);

Redactorul grafic include biblioteca obiectelor grafice, el utilizeaza codurile initiale in limbaj Java pentru accesul la Internet prin browser.

Sistemul de protectie este compus din doua nivele: protectia bazei de date si protectia obiectelor bazei de date. Ea determina diferite nivele de acces, functie de numele utilizatorului.

In calitate de baza de date, grupul intrebuinteaza Baza de date Oracle Ran-Time. Ultima uneste toata informatia ce tine de grup si functiile care le indeplineste: informatii referitoare la configuratia sa, rapoarte, toate protocoalele, datele din arhiva, algoritmii de comanda, codurile programelor de comanda. Accesul la date se efectueaza prin intermediul driver-ului standard ODBC si limbajul SQL.

In biblioteca comuna a modulelor de program tipice, sunt algoritmi de comanda multilaterali:

-        algoritmul de comanda in baza de model de prognozare (MImoctr), care functioneaza la obiectele cu multe
comunicari (pana la 3 perechi de variabile de intrare si iesire). El intrebuinteaza pentru fiecare pereche de intrare/iesire un model simplu de reglare proportionala;

-        algoritmul PID cu anticipare (Feedfwd), in care actiunea de comanda reprezinta suma iesirii reale a regulatorului PID, cu semnal analog exterior de influenta anticipata;

-         reteaua neuronica cu doua nivele (NeuraInet), in care in calitate de intrari se intrebuinteaza valorile de intrare ale obiectelor, iar iesirile sunt valorile de iesire prognozate. Invatarea retelei neuronice se face in statia inginer, iar coeficientii de greutate, ai retelei, obtinuti sunt trimisi la controller, unde lucreaza reteaua neuronica;

-        algoritmul de logica vaga (Fuzzyctr), care functioneaza, in principiu, dupa schema regulatorului PID, dar utilizand actiuni lingvistice de comanda de tipul: de influenta mare, medie si mica;

Este prezenta solutia tip, pentru dependentele de blocaj:

-        fiecare pas consecutiv de comenzi trebuie sa se termine la un interval anumit de timp. Daca timpul intervalului a expirat si comanda nu este indeplinita, atunci la statia de avarie se trimite un semnal de avarie, efectuarea blocajului este oprita, pana cand operatorul nu ii va schimba starea;

-        operatorul poate opri executarea comenzilor succesive, sa reporneasca succesivitatea oprita, sa inceapa executarea ei din nou;

-        succesivitatii de blocare a comenzilor ii poate fi atribuita logica de cooperare cu operatorul, ceea ce – i permite operatorului sa permita efectuarea fiecarui pas, urmator, a succesivitatii de blocare.

La grup, in baza protocolului HART, pot fi conectate dispozitive intelectuale. Pachetul special de programe pentru dirijarea parcului de dispozitive (Asset Management Solution) asigura controlul si diagnoza utilajelor de teren conectat in baza de protocol- HART. In plus, blocuri speciale de intrare/iesire a semnalelor analogice si componenta analogica a semnalelor de la dispozitive, in baza de protocol –HART. Acest pachet permite sa efectuam la distanta calibrarea si configurarea dispozitivelor, sa determine starea dispozitivelor si diagnoza (incluzand testele de diagnoza a valvei), sa arhiveze toate modificarile si actiunile cu ajutorul dispozitivelor.

Pentru domeniul energetic se mai propun si urmatoarele pachete:

-         programul de setare a sarcinii la blocul energetic (LDC ), care efectueaza dirijarea coordonata a cuptorului si a turbinei, efectueaza comutarea, fara intreruperi, a  regimelor de dirijare  ale blocului energetic;

-         dirijarea angrenajului de inalta si joasa tensiune, a valvelor de reglare si a armaturii de blocare de diferite tipuri;

-         dirijarea pornirii si rotirii turbinei si a altor tipuri de dirijare a turbinei;

-         corectarea nivelului in bobina cuptorului.

Particularitati suplimentare ale grupului

 Trebuie mentionate urmatoarele particularitati ale grupului studiat:

-         accesibilitatea marita a grupului pentru pachetele de program ale diferitor producatori;

-        diversitatea pachetelor de programe aplicate Advance Control, atat modele normale, cat si  programe specializate pentru electroenergetica;

-         structura originala a blocurilor de intrare/iesire cu microprocesorul si a convertoarelor individuale, care ofera noi posibilitati si avantaje in lucrul lor.

 Putem sa notam si unele neajunsuri ale grupului studiat:

-        utilizarea in calitate de retele industriale si de teren, a retelelor strict informationale Ethernet sau FDDI, care nu tin cont de particularitatile specifice ale retelelor industriale;

-         prezenta unei modificari a controller-ului. Posibilitatea modificarii de catre utilizator, nu este foarte bine justificata cu indicii concreti;

-         pachetele de program, utilizate in calitate de programe –SCADA, tinand cont de descrierile lor, au capacitati destul de reduse;

-         lipseste interfata la reteaua industriala standard si de teren Fieldbus Faundation, care este una din cele mai raspandite retele contemporane din lume.