Контроллеры в RTU
RTU (удаленные терминальные блоки) теперь сделаны из небольших компьютеров. Вскоре после этого в RTU были запрограммированы алгоритмы контроллера. Вскоре последовали калькуляторы расхода, калькуляторы коэффициента мощности и логические решатели.
Как работают датчики и исполнительные механизмы за RTU и системами SCADA
Любая функция, которая может быть описана математической формулой или алгоритмом, может быть решена компьютером в достаточно сложном RTU. Сигналы собираются с полевых датчиков. Алгоритмы решены. Инструкции по контролю отправляются клапанам или другим исполнительным механизмам управления.
Это происходит очень быстро, в миллисекундах или менее, а затем RTU делает все это снова. Периоды сканирования в RTU очень короткие.
Некоторые связанные с безопасностью функции, такие как обнаружение огня или дыма и концентрация токсичных газов, решаются в специализированном оборудовании. Дело не в том, что у них есть технически сложные алгоритмы, а потому, что регулирующие агентства, которые их сертифицируют, требуют от них автономных устройств.
С помощью датчиков, измеряющих параметры процесса и исполнительные механизмы, регулирующие параметры процесса, контроллеры, решающие алгоритмы для управления приводами в ответ на измеряемые переменные, а также всю систему, связанную проводкой или некоторой подобной системой связи, полевой процесс вблизи RTU может работать в соответствии с дизайн.
Это устройство сосредоточено на некоторых соображениях, которые следует учитывать при применении датчиков и исполнительных механизмов. Как используется в SCADA, эти устройства могут не сильно отличаться от приборов, которые выполняют аналогичные функции на любой высокоавтоматизированной установке в аналогичной отрасли.
Однако они будут отличаться от инструментов, которые предназначены для непосредственного чтения человеком-оператором.
Датчики и приводы SCADA, как правило, дорогие, чтобы покупать и поддерживать, что необходимо учитывать при разработке сметы расходов на установки SCADA.
Прежде чем алгоритм управления может быть разрешен, информация, собранная полевым датчиком, должна быть доставлена в качестве входа в контроллер или RTU. Между датчиком и RTU должно произойти некоторое сообщение. Затем, после решения алгоритма, между RTU и приводом должно произойти некоторое сообщение.
Аналоговый - от двоичного до цифрового
Все данные, перемещаемые между главным терминальным блоком (MTU) и RTU, являются двоичными данными. Возможно, оно возникло как двоичные данные в качестве состояния состояния переключателя on-off или, возможно, оно было преобразовано в двоичную форму из аналоговой формы.
На рисунке 1 показан выход конечного выключателя, который может использоваться для индикации состояния клапана.
На рисунке 1 (a) клапан открыт, а выход переключателя является постоянным +5 В постоянного тока. На рисунке 1 (b) клапан закрыт, а выход переключателя - постоянным 0 В постоянного тока.
Обратите внимание, что выход переключателя составляет 0 В постоянного тока в любое время, когда клапан не полностью открыт. Эта функция может быть использована для удобства. Если вам нужно знать, когда клапан не полностью закрыт, вы можете организовать его выход +5 В постоянного тока в любое время, кроме случаев, когда он полностью закрыт.
Нижняя часть рисунка 1 показывает выход переключателя для открытого клапана, затем закрывается, затем открывается и т. Д.
Рисунок 1 - Выход с ограничительного переключателя
На рисунке 2 показано, как переключается выход клапана с клапана на бит. Бит слова обозначает двоичную цифру. Однобитовый регистр или триггер показан на рисунке 2 (a). Выход переключателя состояния клапана подается на вход разрешения регистра, а двоичный выходной сигнал регистра выходит из регистра.
Непрерывная серия импульсов, называемая «часами», подается на другой вход регистра.
Рисунок 2 (b) показывает время логики. Незадолго до времени = 1 клапан открывается, а выход переключателя состояния клапана перемещается от 0 вольт до +5 вольт. В момент времени = 1 импульс синхронизации становится положительным (от 0 вольт до +5 вольт), и это, в сочетании с +5 вольт на входе разрешения регистра, заставляет регистр выводить «1» (см. Нижнюю строку на рисунке 2 (б).
Клапан остается открытым в течение нескольких периодов времени и закрывается после времени = 3. Когда он это делает, сигнал разрешения переходит в 0 вольт, но это не изменяет выход регистра. Когда часы идут положительно в момент времени = 4, выход регистра изменяется на «0».
Рисунок 2 - Выход переключателя клапана изменен на бит
На рисунке 6-9 показано, как аналоговый сигнал разработан для представления положения клапана. Когда шток клапана поднимается до полностью открытого положения, выход передатчика будет +5 000 вольт.
Когда клапан полностью закрыт, выход будет составлять 0, 000 вольт. Как показано на рисунке 2 выше, выход имеет некоторое значение от 0 до 5 вольт. Предположим, что это +3000 вольт.
Вместо прямого входа в регистр, аналоговый сигнал +3000 вольт посылается в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), показанный на рисунке 4, который изменяет его на ряд двоичных цифр и сохраняет эти биты в регистре. Обычно в этом типе регистра есть от 8 до 16 бит, но для простоты в этом примере будут использоваться только четыре бита.
Самый большой бит обычно называют самым значительным битом или «MSB». Самый маленький бит - младший бит или «LSB». MSB составляет половину стоимости полномасштабной суммы. Каждый последующий бит равен половине значения предыдущего бита.
Рисунок 3 - Аналоговый сигнал, разработанный для представления положения клапана
Как это работает?
Начиная с левого верхнего угла на рисунке 4, сигнал на 3 000 вольт подается на первый этап АЦП. Преобразователь пытается вычесть из него 2, 500 вольт. Он может (потому что 3.000 больше 2.500), поэтому он выводит сигнал +5 вольт на вход разрешения на бит 2, 500 вольт (MSB - самый значительный бит) регистра.
Следующий тактовый импульс заставляет регистр MSB выводить «1».
Остальная часть (3.000 - 2.500 = 0.500 вольт) подается на вторую ступень. Преобразователь пытается вычесть из него 1, 250 вольт. Он не может (потому что 0.500 меньше 1.250), поэтому он выводит сигнал 0 вольт на вход разрешения для бит 1.250 вольт регистра.
Следующий тактовый импульс заставляет бит регистров «0».
Остальная часть (еще 0, 500 вольт) подается на третий этап. Преобразователь пытается вычесть из него 0, 625 вольт. Он не может (потому что 0, 500 меньше 0, 625), поэтому он выводит сигнал 0 вольт на вход разрешения в 0, 625 вольт бит регистра.
Следующий тактовый импульс заставляет бит регистров «0». Остальная часть (еще 0, 500 вольт) подается на четвертый этап. Преобразователь пытается вычесть из него 0, 3125 вольт. Он может, поэтому он выводит сигнал +5 вольт на вход разрешения LSB регистра. Следующий тактовый импульс заставляет бит регистров «1».
Рисунок 4 - Аналого-цифровой преобразователь
Результатом является четырехбитное двоичное слово, которое описывает 3000 вольт следующим образом:
| MSB 1 x 2, 500 вольт | знак равно | 2, 500 вольт |
| +0 x 1.250 вольт | знак равно | 0 вольт |
| +0 x 0, 625 вольт | знак равно | 0 вольт |
| + LSB 1 x 0, 3125 вольт | знак равно | 0, 3125 вольт |
| 2, 8125 вольт |
Поскольку четырехбитовый регистр обеспечивает точность 1 в 24, или 1 в 16, это как можно ближе к 3000 вольт. Для некоторых приложений сигнал будет отличаться от положительного к отрицательному, используя один дополнительный бит. Дополнительные биты обеспечивали бы дополнительную точность.
Точность аналого-цифровых преобразователей иногда определяется с точки зрения плюс или минус одна половина младшего значащего бита (LSB).
Рисунок 5 - Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) - это устройства, которые принимают цифровой сигнал и преобразуют его в аналоговое значение. На рисунке 5 показано, как это можно сделать.
Используя цифровое значение, установленное АЦП на рисунке 4, мы подаем самый значительный бит в порт разрешения верхнего триггера, второй наиболее значимый бит в
разрешающий порт второго триггера и т. д. Когда импульс синхронизации запускает каждый из этих триггеров, на выходе каждого флип-флопа будет отображаться 5 вольт, на входе которого будет «1».
На выходе каждого триггера появится 0 вольт, на входе которого будет «0». Каждый из переключателей напряжения имеет два входа. Одним из них является очень точное напряжение, которое либо будет разрешено проходить через коммутатор, либо будет заблокировано.
Другой вход - сигнал переключения. Если это 5 вольт, то точное напряжение будет проходить. Если это 0 вольт, точное напряжение не пройдет. Наибольшее напряжение составляет половину полной шкалы ЦАП.
Второе напряжение составляет ровно половину первого и т. Д. Блок сумматора справа добавляет каждый из его входов, а затем выводит результат, который является суммой входов. В этом случае выход добавит 2, 500 вольт плюс 0, 3125 вольт для вывода 2, 8125 вольт.
Ссылка // Контрольный контроль SCADA и сбор данных Стюартом А. Бойером (покупка печатной копии с Amazon)