Nove tehnologije elektri čnih postrojenja Projektiranje i ... · automatskog upravljanja su distribuirani sustavi. Sustavima, procesima i proizvodnim linijama direktno upravljaju

Nove tehnologije električnih postrojenjaNove tehnologije električnih postrojenja

Projektiranje i izrada sustava upravljanjaProjektiranje i izrada sustava upravljanja

Goran MalčićGoran Malčić

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u graditeljstvugraditeljstvu

VI. tečaj 13. i 14. veljače 2008., Zagreb, HrvatskaVI. tečaj 13. i 14. veljače 2008., Zagreb, Hrvatska

Općenito svaki projekt ima tri faze:Općenito svaki projekt ima tri faze:

Projektiranje predstavlja najvažniji korak u izradi Projektiranje predstavlja najvažniji korak u izradi projekta. Svi budući postupci se nadovezuju na njega.projekta. Svi budući postupci se nadovezuju na njega.

KoncipiranjeKoncipiranje PREDINVESTICIJSKE PREDINVESTICIJSKE STUDIJESTUDIJE

DefiniranjeDefiniranje IZRADA PROJEKTNE IZRADA PROJEKTNE DOKUMENTACIJEDOKUMENTACIJE

IzvođenjeIzvođenje GRAĐENJEGRAĐENJE

•• INŽENJERINGINŽENJERING•• IZRADA TEHNIČKE DOKUMENTACIJEIZRADA TEHNIČKE DOKUMENTACIJE•• RAZVODNI I UPRAVLJAČKI UREĐAJIRAZVODNI I UPRAVLJAČKI UREĐAJI•• MONTAŽA I PUŠTANJE U POGONMONTAŽA I PUŠTANJE U POGON

Projekt je...Projekt je...

“. . . proces koji se sastoji od skupa koordiniranih i kontroliranih “. . . proces koji se sastoji od skupa koordiniranih i kontroliranih aktivnosti s početkom i krajem, poduzet da postigne cilj u aktivnosti s početkom i krajem, poduzet da postigne cilj u skladu sa specifičnim zahtjevima, uključujući ograničenja u skladu sa specifičnim zahtjevima, uključujući ograničenja u vremenu, trovremenu, trošškovima i resursima.”kovima i resursima.”

•• ISO 10006, ‘Quality in Project Management,’ ISO 10006, ‘Quality in Project Management,’

U ovoj fazi izrađuje se model projekta, kojim se projekt definira dovoljno detaljno, kako bi se mogao jednoznačno izvesti u realnom svijetu.Model projekta radi se grafički, tekstom, brojčano i u digitalnom

Inženjering (definiranje projekta):Inženjering (definiranje projekta):

p j g j gobliku.

1. Proučavanje problematike (obično daje investitor i to u obliku skice idejnog projekta ili u obliku nekakvog investicijskog dokumenta)

2. Nabava baznih tehničko tehnoloških podataka i podloga opreme (snage, položaj...)

Kontinuirana komunikacija s tehničkim osobljem investitora oko:

Inženjering (definiranje projekta):Inženjering (definiranje projekta):

1. Raznih tehničkih detalja koji se odnose na postojeće stanje (trafostanice, kabelske trase napojnih vodova, smještaj opreme u prostoru)

2. Tip opreme koje investitor ugrađuje u svoje postojeće sustave (postojeći upravljački sustav, skladišta rezervnih dijelova)

3. Lokalno upravljanje (kutija s tipkalima, grebenasta preklopka)4. Razmještaj kabelskih trasa po objektu (kabelske ljestve,

kabelske police, cijevi, itd.)5. Eventualna proširenja sustava u budućnosti (dodatni

kapaciteti...)

Izrada tehničke dokumentacije:Izrada tehničke dokumentacije:

Analiziraju se zahtjevi za instalacije i u skladu s tim koncipira se Analiziraju se zahtjevi za instalacije i u skladu s tim koncipira se rješenje u skladu s ustaljenim principima, normama, propisima i rješenje u skladu s ustaljenim principima, normama, propisima i drugim općim i posebnim uvjetima o kojima ovisi ispravnost drugim općim i posebnim uvjetima o kojima ovisi ispravnost rješenja.rješenja.

Proračunavaju se sve potrebne veličine u pogledu ispravnog Proračunavaju se sve potrebne veličine u pogledu ispravnog izbora elemenata, dimenzioniranja vodova, elemenata, aparata izbora elemenata, dimenzioniranja vodova, elemenata, aparata i drugih uređaja u sastavu instalacija, zadovoljavanja uvjeta i drugih uređaja u sastavu instalacija, zadovoljavanja uvjeta sigurnosti, zaštite i dr.sigurnosti, zaštite i dr.

Izradom nacrta odgovarajućeg sadržaja i vrste definira se sve Izradom nacrta odgovarajućeg sadržaja i vrste definira se sve potrebno za ispravnu gradnju instalacijepotrebno za ispravnu gradnju instalacije


1. Izrada Glavnog projekta na temelju Idejnog projekta2. Promjene projektne dokumentacije Glavnog projekta za

dobivanje građevinske dozvole3. Izrada Izvedbenog projektag p j4. Promjene Izvedbenog projekta nakon izrade razvodnih

ormara radi korekcija zbog lošeg projektiranja5. Izvedba elektro projekta na terenu te izrada zapisnika o

uočenim problemima i izmjenama (ručne izmjene u dokumentaciji)

6. Izrada projekta Izvedenog stanja prema realnoj situaciji na terenu

7. Tehnički pregled? Uporabna dozvola?


Izgled tehničke dokumentacije Izgled tehničke dokumentacije -- električke sheme električke sheme -- tehnički tehnički detalji prema dogovoru s investitorom (rasvjeta i priključnice, detalji prema dogovoru s investitorom (rasvjeta i priključnice, itd...)itd...)

Izrada tehničke dokumentacije:Izrada tehničke dokumentacije:Izrada tehničke dokumentacije je po standardu i izvodi se u Izrada tehničke dokumentacije je po standardu i izvodi se u softwareu prema dogovoru s investitoromsoftwareu prema dogovoru s investitoromE-plan, Caddy electrical, AutoCAD, Visio technical ...

Izrada tehničke dokumentacije:Izrada tehničke dokumentacije:Izrada block sheme sustava upravljanjaIzrada block sheme sustava upravljanja

Razvodni i upravljački uređaji:Razvodni i upravljački uređaji:

Izradom specifikacije i troškovnikom prezentira se sav potreban materijal, elementi, uređaji i drugo potrebno za gradnju, dimenzioniraju se radovi i utvrđuju cijene za gradnju projektirane instalacijeinstalacije.

Preciziraju se veličine i postupci ispitivanja kvalitete ugrađenog materijala, opreme, uređaja i drugog u sastavu instalacije, kvalitete obavljenih radova i funkcije izvedene instalacije.

Izrada razvodnih ormara prema izvedbenom projektu.

Razvodni i upravljački uređaji:Razvodni i upravljački uređaji:U današnjim industrijskim sustavima osnovni upravljački U današnjim industrijskim sustavima osnovni upravljački element je programirljivi logički kontroler PLC (eng. element je programirljivi logički kontroler PLC (eng. programmable logic controller)programmable logic controller)

Jednostavan upravljački uređaj koji Jednostavan upravljački uređaj koji u osnovi ima sljedeće elemente:u osnovi ima sljedeće elemente:

1.1. Procesor s memorijom (RAM, EEPROM)Procesor s memorijom (RAM, EEPROM)2.2. Komunikacijska kartica (Ethernet/IP, Profibus, DeviceNet...)Komunikacijska kartica (Ethernet/IP, Profibus, DeviceNet...)3.3. Kartice s digitalnim ulazima i izlazimaKartice s digitalnim ulazima i izlazima4.4. Kartice s analognim ulazima i izlazimaKartice s analognim ulazima i izlazima5.5. Kartice za posebne namjene (HSC, servo sustavi, Kartice za posebne namjene (HSC, servo sustavi,

pozicioneri...)pozicioneri...)

u osnovi ima sljedeće elemente:u osnovi ima sljedeće elemente:

Konfigurira se povezivanjem više različitih modula prema zadanoj namjeni

Razvodni i upravljački uređaji:Razvodni i upravljački uređaji:

Modul napajanja

(PS)

CPU Povezni modul

(IM)

DI DO AI AOKom.

procesor(CP)

Funkcijski modul(FM)

Signalni moduli(SM)(po potrebi)

Razvodni i upravljački uređaji:Razvodni i upravljački uređaji:Programibilni logički kontroleri (PLC) su najviše korišteni mikroprocesorski uređaji u području računalne automatizacije.Projektirani su za rad u industrijskim uvjetima, s velikom hardwerskom i softwerskom fleksibilnošću, uz moćnu komunikaciju, predstavljaju rješenje bez premca u projektima automatizacije proizvodnih procesa.j p p

Najmodernija rješenja automatskog upravljanja su distribuirani sustavi. Sustavima, procesima i proizvodnim linijama direktno upravljaju programibilni kontroleri, koji potrebne podatke razmjenjuju međusobno kao i sa višim hijerarhijskim nivoima, npr. nadzornim (supervision) računalima.

Razvodni i upravljački uređaji:Razvodni i upravljački uređaji:Automatizacija pomoću programibilnih logičkih kontrolera (PLC)može se svesti u par osnovnih točaka:1. Izrada idejnog riješenja upravljačkog sustava prema

specifičnostima projekta2. Izrada sklopovskog riješenja računalnog sustava (odabir

opreme prema idejnom riješenju upravljačkog sustavaopreme prema idejnom riješenju upravljačkog sustava projekta)

3. Ugradnja u razvodne ormare4. Izrada upravljačkog softwera (program za PLC prema kojem

on upravlja procesom)5. Izrada nadzornog softwera (programska podrška za

operatere)6. Puštanje sustava u rad7. Izrada uputa za rad za operatere na sustavu i njihova

izobrazba

Razvodni i upravljački uređaji:Razvodni i upravljački uređaji:Rekonstrukcija postojećih sustava ?

-- IzvedivostIzvedivost-- IsplativostIsplativost-- NadogradnjaNadogradnjaNadogradnjaNadogradnja-- ModernizacijaModernizacija

PLC - uglavnom kao uređaji modularne konfiguracije – velike mogućnosti kombiniranja

Odabir PLCOdabir PLC--a (upravljačkog uređaja):a (upravljačkog uređaja):

Prema idejnom rješenju upravljačkog sustava slaže se konfiguracija svakog pojedinog kontrolera, tj. odabiru se d j ći d liodgovarajući moduli:

- izvora napajanja (snaga),- centralne procesorske jedinice (brzina, ugrađeno sklopovlje i programske funkcije),- digitalnih ulaza i izlaza (vrsta i broj ulaza / izlaza),- analognih ulaza i izlaza (vrsta i broj ulaza / izlaza),- komunikacijskog sučelja.

Razni proizvođači nude serije PLC uređaja različitih razina složenosti - prikladni za industrijsku automatizaciju tehničkih sustava različite složenosti.

Odabir PLCOdabir PLC--a (upravljačkog uređaja):a (upravljačkog uređaja):

Najviše korišteni proizvođači: Siemens, Allen Bradley, Omron, Mitshubishi, Moeller, Schneider itd...

Porodica SIMATIC obuhvaća širok spektar hardwerskih i softwerskih komponentata koje omogućuju potpuno integriranu automatizaciju (TIA – Totally Integrated Automatization) i najsloženijih sustava:

- kontrolera: S7 – 200

Siemens Siemens –– porodica SIMATIC S7porodica SIMATIC S7

kontrolera: S7 200S7 – 300S7 – 400

- distribuiranih U/I- industrijskih softwera na računalima za programiranje- operatorskih panela- računala sa SCADA sustavom

Siemens Siemens –– porodica SIMATIC S7porodica SIMATIC S7

SIMATIC PGSIMATIC PC

SIMATIC kontroler

SIEMENS

SIMATIC

SFRUNSTOP

Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3

Q0.4Q0.5

I0.0I0.1I0.2I0.3

I0.4I0.5

I0.6I0.7

S7-200

CPU 212

AS Interface

FM

SV

SIMATIC DP

SIMATIC NET

PROFIBUS -DP

Industrial Ethernet

PROFIBUS

MPI - Network SIMATIC NET

S7 - 200S7 - 300

S7 - 400

S7 S7 –– 200 200 SIMATIC S7 modularni kontroleri SIMATIC S7 modularni kontroleri

Mali upravljački sustav (tzv. “mikro PLC”)- uglavnom se koristi za automatizaciju jednostavnih sustavaKompaktni modularni dizajn: osnovni uređaj je procesorska jedinica koja sadrži izvor napajanja, CPU i U/I stezaljke – može j j p j j , jse proširiti dodatnim modulimaKomunikacija – ugrađeno RS 485 sučelje – PPI/MPI protokol

S7 S7 –– 200200Na raspolaganju 5 osnovnih uređaja sa različitim svojstvima i mogućnostima proširenja – odabir prema potrebama

-- CPU 221CPU 221

- osnovni uređaj bez mogućnosti proširenja idealan a a tomati acij najjednosta nih s sta a

6 ulaza / 4 izlazabez proširenjamax. 10 U/I

- idealan za automatizaciju najjednostavnih sustava - ekonomično rješenje

-- CPU 222CPU 222

- proširivi osnovni uređaj - za složenija rješenja sustava automatizacije

S7 S7 –– 200200-- CPU 224CPU 224

- u slučajevima kada je potrebna obrade kompleksnijih programa i veća brza komunikacije između uređaja

-- CPU 224XPCPU 224XP

- upravljanje pogonima- 2 pulsno širinska izlaza - 100 kHz - 2 brzo brojačka ulaza - 200 kHz

-- CPU 226CPU 226

- ispunjava sve zahtjeve složenih sustava automatizacije - mogućnost proširenja s velikim brojem U/I

S7 S7 –– 200200Moduli za proširenje:

- Digitalni i analogni U/I moduli (ulazi i/ili izlazi)- Specijalni moduli:

- Mjerenje temperture (RTD, TC...)- Mjerenje težine (SIWAREX MS)- Pozicioniranje (EM 253)

- Komunikacijski moduli- AS interface (CP 243-2)- Profibus DP (EM 277)- Ethernet (CP 243-1)- Modem (EM 241)- GSM/GPRS modem (SINAUT MD720-3)

S7 S7 –– 300300Najprodavaniji kontroler iz porodice SIMATIC Koristi se u najrazličitijim granama industrije: automobilskoj, duhanskoj, prehrambenoj, papirnoj, izradi strojeva itd.

Zamišljen kao univerzalni upravljački sustav – predstavlja optimalno rješenje za automatizaciju centralnih i decentralnih procesa srednjeg stupnja složenosti

st oje a td

Razlozi - dosta niža cijena u odnosu na veliki PLC sustav (kod ovog proizvođača S7 – 400)- iako manji po veličini može ostvariti iste zadaće kao i S7 – 400 (sa smanjenim brojem I/O)

S7 S7 –– 300300

- modul napajanja (PS) : odabire se prema potrebnoj struji (snazi)- procesorski modul (CPU): odabire se prema količini memorije, potrebnom vremenu uzorkovanja, dodatnim funkcijama, vrsti ugrađenih komunikacijskih sučelja itd.- signalni moduli (SM) - odabiru se prema potrebnom broju i vrsti ulaza i izlazai izlaza - komunikacijski procesor (CP): koristi se za povezivanje uređaja preko industrijskih komunikacijskih mreža - odabire se prema vrsti mreže na koju se spaja - Point-to-Point veza, PROFIBUS, Industrial Ethernet itd.- funkcijski moduli (FM): inteligentni moduli koji neovisno o radu CPU-a izvode posebne funkcije: brojanje, pozicioniranje, upravljanje u zatvorenoj petlji itd.- povezni modul (IM) – dodaje se u slučaju potrebe za proširenjem dozvoljenog broja signalnih modula

S7 S7 –– 300300

U ponudi je širok spektar CPU jedinica - različite performanse Prema količini radne memorije, vremenu izvođenja instrukcija, broju U/I signala i programskih blokova dijele se u 6 grupa:

- CPU 312- CPU 313- CPU 314- CPU 315- CPU 316- CPU 317

S7 S7 –– 300 300 -- Prema namjeni postoje 4 verzije CPU jedinica:- Standardne

- Pojačane sigurnosti

- Kompaktne

- Tehnološke

Najmoćniji kontroler iz porodice SIMATIC

S7 S7 –– 400400

Koristi se za automatizaciju decentralnih procesa visokog stupnja složenosti (pojačane komunikacijske mogućnosti)mogućnosti)Kao i kod S7 – 300 konfigurira se povezivanjem više različitih modula prema zadanoj namjeniZa razliku od S7 – 300 procesorske jedinice su brže, sadrže više memorijei ugrađene komunikacijske module. Omogućuju primjenu strategije otporne na kvarove i višeprocesorki rad.

S7 S7 –– 400400CPU jedinice se prema performansama dijele se u 7 grupa:

- CPU 412-1- CPU 412-2- CPU 414-2CPU 414 2- CPU 414-3- CPU 416-2- CPU 416-3- CPU 417-4

Allen Bradley kontroleriAllen Bradley kontroleriMicroLogixMicroLogix serijaserija

Mali po veličini, ali jako dobrih performansi - imaju velike brzine, moćne instrukcije i fleksibilnu komunikaciju za aplikacije koje traže učinkovita rješenja uz prihvatljivu cijenu

Bitne karakteristike su im:- Velike procesorske brzine, sa tipičnim programskim skeniranjem od 1 do 3 ms po 1K korisničkog programa.- Ugrađeni specijalni ulazi i izlazi velikih brzina za:

- ulazi za obradu signala visokih frekvencija (inkrementalni davači)- ulazi za otkrivanje kratkotrajih impulsa, nezavisnih od

ciklusa programa

- I/O prekidi za događaje procesirane u realnom vremenu, PTO (pulse train output) ili PWM (pulse width

modulation).- Podesni filteri za filtriranje signala.

- Niz modula za proširenje (nisu dostupni kod MicroLogix

MicroLogix serijaMicroLogix serija

1000)- Omogućavaju dodatno I/O proširenje kontrolera - Dopuštaju fleksibilnost u miješanju različitih I/O tipova - Dopuštaju kontroleru da adresira I/O module, koji se

nalaze udaljeni od kontrolera.- Ugrađeno RS-232 i/ili Ethernet komunikacijsko sučelje

Na raspolaganju je 5 verzija - MicroLogix 1000, 1100, 1200, 1400, i 1500 - svi dijele zajedničku arhitekturu

MicroLogix serijaMicroLogix serija-- MicroLogix 1000MicroLogix 1000

- malen i jeftin, a velikih mogućnosti (već od 500 kn)- osnovni uređaj bez mogućnosti proširenja - prema broju U/I postoji 17 različitih modela - max. 32 U/I

-- MicroLogix 1100MicroLogix 1100

đ LCD l- ugrađen LCD zaslon- ugrađeno 10/100 Mbps Ethernet/IP kom. sučelje -izmjena poruka između kontrolera te nadzor i programiranje s bilo kojeg mjesta preko Etherneta

- «on-line» editiranje - moguća izmjena programa za vrijeme rada kontrolera –olakšava održavanje sustava- ugrađen web server omogućuje korisnicima da odrede podatke iz kontrolera za koje žele da budu prikazani kao web stranice- zasebno RS-232/RS-485 komunikacijsko sučelje omogućava spajanje kontrolera u komunikacijsku mrežu

MicroLogix serija MicroLogix serija -- MicroLogix 1200MicroLogix 1200

- primjena u širokom sprektru aplikacija- programiranje i spajanje operatorskih panela preko istog komunikacijskog porta - ušteda

-- MicroLogix 1400MicroLogix 1400

-ugrađeno Ethernet/IP kom. sučelje - Web server i Email servis- «on-line» editiranje programa- ugrađen LCD zaslon – prikaz poruka i unos podataka

- ugrađena 2 serijska porta koja podržavaju DF1/DH485/Modbus RTU/DNP3/ASCII komunikacijske protokole- 6 ugrađenih brzo brojačkih ulaza - 100 kHz

MicroLogix serija MicroLogix serija -- MicroLogix 1500MicroLogix 1500

- najmoćniji kontroler iz serije Micrologix s najvećim mogućnostima proširenja - gotovo identičan po funkcionalnosti kao i veliki PLCuređaj (kod ovog proizvođača Control logix) koji je znatno skuplji- modularni uređaj koji se sastoji od zamijenjivog procesora, bazne jedinice j j j j j g jsa ugrađenim U/I i izvorom napajanja, te modula za proširenje

+ +

Procesor Bazna jedinica I/O moduli

Compact LogixCompact Logix serijaserijaCompactLogix je dizajniran za korištenje Logix platforme na manje i srednje aplikacije. To su uglavnom aplikacije na nivou upravljanja strojevima koji čine zatvorenu cjelinu.

Takve samostalne jedinica se sastoje od kontrolera i potrebnog broja I/O kartica, a vrlo lako se integriraju u proizvodni proces preko računalne mreže (npr. stroj za etiketiranje)

Control LogixControl Logix serijaserija

PLC uređaji visokih performansi, za zahtjevne procese, s brzim procesorima, memorije proširive do 8MB, platformom izvedenom za sve vrste upravljanja j j(kontinuirani procesi, sekvencijalno upravljanje, kontrola servo sustava). Širok spektar mogućnosti u pogledu konfigurabilnosti I/O kartica, komunikacije preko raznih vrsta mreža, redundancije procesora, dijeljenja funkcija, itd.

Komunikacije u automatizacijiKomunikacije u automatizaciji- mogućnost komunikacije uređaja i podsustava neophodna je komponenta kako današnjih tako i budućih sustava automatizacije

- pojedini procesi unutar postupka proizvodnje tako se više ne promatraju kao zasebni procesi već kao integralna komponentapromatraju kao zasebni procesi već kao integralna komponenta ukupnog procesa proizvodnje

- komunikacija između svih komponenti (instrumenti, izvršni elementi, PLC uređaji,osobna računala, itd.) koje sačinjavaju sustav upravljanja izvedena je preko industrijskih računalnih mreža

- industrijske računalne mreže - manjak standardizacije

Komunikacije u automatizacijiKomunikacije u automatizaciji- postoji nekoliko dominanatnih komunikacijskih mreža uglavnom razvijenih od strane proizvođača PLC uređaja

- međusobna „borba“ na tržištu i podrška od strane neovisnih organizacija isprofilirala te protokole od kojih je nekoliko t d di i i ć ih ć di 1990 ihstandardizirano i opće prihvaćeno sredinom 1990-ih

- proizvođači mreža ili udruženja koja ih zastupaju daju proizvođačima U/I uređaja specifikacije kako bi razvili otvorenu mrežnu arhitekturu (npr. mreža koja može raditi s više tipova vanjskih uređaja)

- na taj način svaki se proizvođač „teži“ tome da njegov protokol postane industrijski standard

Komunikacije u automatizacijiKomunikacije u automatizaciji- svima zajedničko - pridržavanje ISO/OSI referentnog modela koji daje smjernice za mrežne protokole- protokol je skup pravila koje dva ili više uređaja moraju slijediti da bi mogli međusobno komunicirati. Protokol uključuje sve od značenja podataka pa do nivoa napona u spojnim žicama.

- greškama komunikacijske linije- kontrola toka - pristupom više uređaja- detekcijom pogreške- prijevod podataka- interpretacija poruke

j p p p p jMrežni protokol definira kako će mreža upravljati sljedećim problemima i zadacima:

Komunikacije u automatizacijiKomunikacije u automatizaciji- ovaj model dijeli funkcije koje protokoli moraju izvesti u sedam hijerarhijskih slojeva:

Sloj Ime sloja Funkcija

Sloj 7 Aplikacijski sloj Sloj koji vidi korisnik; korisničko sučelje

Sloj 6 Prezentacijski sloj

Kontrolne funkcije zahtijevane od korisnika; podaci se restrukturiraju od drugi standardnih formata; kodiranje i pretvorba ; j ppodataka

Sloj 5 Sloj sjednice Veza između sistema; uspostavljanje veze i njen prekid; log-in i log-off

Sloj 4 Transportni sloj Pruža pouzdan prijenos podataka između krajnjih uređaja; mrežna konekcija za dani prijenos uspostavlja se protokolom

Sloj 3 Mrežni sloj Odlazne poruke dijele se u pakete; dolazni paketi se sastavljaju u poruke za više nivoe, uspostavljanje konekcije između opreme na mreži

Sloj 2 Podatkovni sloj (Sloj veze)

Odlazne poruke se slažu u okvire i potvrde; detekcija greške; korekcija greške

Sloj 1 Fizički sloj Parametri kao što je mijenjanje voltaže, trajanje bita i električka konekcija uspostavljaju se u ovom sloju

-općenito postoje dvije razine komunikacije:

- na pogonskoj razini – mreže: Profibus (Siemens), DeviceNet (Allen Bradley), SDS (Honeywell), InterBus-S(Phoenix Contact), Seriplex (Square D) te ASI (Actuator

Komunikacije u automatizacijiKomunikacije u automatizaciji

Sensor Interface), itd.

- na upravljačkoj razini – komunikacija se temelji na Industrial Ethernet protokolu - mreže: PROFINET (Siemens), Ethernet/IP (Allen Bradley), Modbus TCP/IP, itd.

Rasprostranjenost mrežnih protokola u automatizaciji Komunikacije u automatizacijiKomunikacije u automatizaciji Pogonska razinaPogonska razina

ProfibusProfibus- Profibus je moćan i otvoren sabirnički sustav za pogonsku razinu kod kojeg uređaji razmjenjuju podatke u skladu sa IEC 61158/EN 50170 standardom kojim su omogućena buduća ulaganja jer se postojeća postrojenja uvijek mogu proširiti uređajima koji su prilagođeni tom standardu - preko Profibusa podatke mogu razmjenjivati razni uređaji za automatizaciju kao PLC, PC, HMI uređaji, senzori, aktuatori, itd.- gledano sa stajališta korisnika na raspolaganju su 3 verzije ovog komunikacijskog protokola:

- Profibus DP- Profibus PA- Profibus FMS

Pogonska razinaPogonska razinaProfibus Profibus

- sve tri varijacije FMS, DP i PA koriste isti protokol sloja veze (sloj 2). DP i PA koriste istu implementaciju fizičkog sloja (sloj 1) EIA RS-485, dok PA koristi njenu varijaciju EIA RS-485 IS da bi udovoljio sigurnosnim zahtjevima.

Pogonska razinaPogonska razinaProfibus DPProfibus DP

- najčešći protokol za automatizaciju industrijskih postrojenja jer koristi RS-485 tehnologiju prijenosa podataka- optimiziran za brzi prijenos podataka i namijenjen prvenstveno za komunikaciju između programirljivih logičkih kontrolera i distribuiranih ulazno izlaznih uređaja na razini polja

Pogonska razinaPogonska razinaProfibus PAProfibus PA

- dizajniran je za brzi prijenos i pouzdanu vezu kod automatiziranih procesa- njime možemo povezati senzore i aktuatore na zajedničku sabirnicu čak i u potencijalno eksplozivnim područjima

/Profibus FMSProfibus FMS

- dizajniran za rad na upravljačkoj razini gdje PLC uređaji i osobna računala primarno komuniciraju međusobno-koristi se kod mnogo aplikacija i nudi veliku fleksibilnost kod rješavanja složenih komunikacijskih zadataka- Profibus DP i Profibus FMS koriste istu tehnologiju prijenosa podataka i pristupa sabirnici - mogu raditi zajedno na istoj mreži

- brzina prijenosa podataka limitirana je na 31.25Kbit/s

Pogonska razinaPogonska razinaProfibus u sustavu automatizacijeProfibus u sustavu automatizacije

Pogonska razinaPogonska razinaDistribuirani I/O Distribuirani I/O –– SIMATIC ET 200SIMATIC ET 200

- distribuirani sustavi su ključan dio modernih sustava automatizacije –omogućuju značajnu uštedu

- SIMATIC ET 200 predstavlja seriju distribuiranih U/I jedinica različitih izvedbi- ET 200 moduli, bili oni kompaktni ili modularni, samo digitalni ili s dodatnim funkcijama, ugrađuju se u razvodne ormare ili direktno u surovo industrijsko okruženje- preko PROFIBUS-a ili PROFINET-a (Industrijski Ethernet) mogu se integrirati u bilo koji sustav automatizacije

Pogonska razinaPogonska razinaNovost Novost –– SIMATIC ET 200S PN CPUSIMATIC ET 200S PN CPU- ponuda ET 200S distribuiranih periferija je sada proširena s modulom sučelja IM151-8 PN/DP koji ima funkcije CPU-a i ugrađeno PROFINET komunikacijsko sučelje te kao opciju nudi proširenje s PROFIBUS-DP Master modulom

- na taj način ET 200S može komunicirati istovremeno i preko Profibus-a i PROFINET-a što daje sve prednosti Ethernet komunikacije- IM151-8 PN/DP CPU temelji se na S7-300 CPU 314

Pogonska razinaPogonska razinaDeviceNet DeviceNet

- jedna od najkorištenijih industrijskih mreža – DeviceNet -otvorena je komunikacijska mreža napravljena da na najjednostavniji način poveže uređaje za automatizaciju na najnižoj industrijskoj razini (pogonskoj razini) te korisniku pruži mogućnost nadzora i kontrole sa viših nivoa SCADA sustava

- topologija mreže je jednostavna: niz uređaja se direktno veže na glavnu komunikacijsku liniju - na jedan kabel može se vezati do 64 uređaja

Pogonska razinaPogonska razinaDeviceNetDeviceNet

- mreža bazirana na CAN (Controller Area Network) protokolu –pomoću nje možemo umrežiti cijelu masu pogonskih uređaja: PLC, I/O distribuirane module, U/f pretvarače, itd.- DeviceNet kabel izrađen je specijalno za pogonske uvjete rada i na sebi nosi kako komunikacijski signal tako i mogućnost napajanja uređaja vezanih na njega - 5 vodiča (+/- 24VDC za napajanje, signalna parica i oklop). - Do udaljenosti od 100 metara - brzina prijenosa podataka 500Kbps, dok je maksimalna udaljenost koju možemo ostvariti 500 metara - brzina od 125Kbps

Pogonska razinaPogonska razinaFlex I/O Flex I/O –– distibuirani U/Idistibuirani U/I

- naziv Flex I/O predstavlja seriju jeftinih, fleksibilnih, modularnih U/I jedinica koje ne zauzimaju puno prostora u razvodnom ormaru, a imaju potpunu funkcionalnost U/I jedinica

- Flex I/O omogućava proširenje PLC sustava s velikim brojem ulazno/izlaznih signalnih kartica u polju

Pogonska razinaPogonska razinaFlex I/O Flex I/O –– distibuirani U/I distibuirani U/I –– mrežni član + 8 I/O modulamrežni član + 8 I/O modula

Upravljačka razinaUpravljačka razinaIndustrijski EthernetIndustrijski Ethernet

Industrijski Ethernet je računalna mreža za povezivanje uređaja na kontrolnoj, ali i na upravljačkoj razini razvijena upravo za industrijsku primjenu u skladu sa standardom IEEE 802.3 (ETHERNET) and 802.11 (wirelesss LAN). Danas je tendencija da industrijski ethernet sve više ulazi i među pogonske uređaje.Prednosti:- brzo ožičenje (raširen standard)- velika dostupnost budući da se postojeće instalacije mogu jednostavno proširiti- umreživanje najrazličitijih područja sve od ureda pa do proizvodnih pogona- isplativa jer se konstantno razvija i unaprijeđuje

Upravljačka razinaUpravljačka razinaPROFINETPROFINET

- PROFINET je inovativan i otvoren standard temeljen naindustrijskom Ethernetu (u skladu s IEC 61158) koji se koristiu industrijskoj automatizacijiS PROFINET-om kao dijelom sustava može se integrirati svaupravljačka oprema od pogonskog nivoa sve do upravljačkogi kontrolnog nivoa. PROFINET dovodi do standarda uindustrijskoj komunikaciji, omogućujući instalaciju cijelogspektra mrežnih uređaja. PROFINET je baziran naIndustrijskom Ethernetu i omogućava korištenje TCP/IPstandarda za parametrizaciju, konfiguraciju i dijagnostikusustava. Komunikacija u realnom vremenu za prijenoskorisničkih i procesnih podataka odvija se kroz isti kabel.

Upravljačka razinaUpravljačka razinaEtherNet/IPEtherNet/IP

Predstavljen 2000 godine, EtherNet/IP je baziran na otvorenoj tehnologiji, koristi isti aplikacijski nivo – Common Industrial Protocol (CIP) kao DeviceNet i ControlNet. Takav pristup nudi mnoge povlastice koje p p g p jprivlače jednako proizvođače opreme i korisnike: niska cijena proizvodnje uređaja, laka uporaba, jednostavni uređaji i mrežna integracija te kompatibilnost s uređajima mnogih drugih proizvođača.

Nadalje, ControlNet International (CI), Industrial Automation Open Networking Alliance (IAONA) i Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) su prepoznali i podržavaju ovaj mrežni standard. Kao rezultat toga EtherNet/IP postaje univerzalni Ethernet proizvod za mnogo korisnika i proizvođača.

Upravljačka razinaUpravljačka razinaEthernet preko optičke mrežeEthernet preko optičke mreže

Već za udaljenosti veće od 80m, žična ethernet komunikacija se ne preporuča jer nije moguće ostvariti stabilnu komunikaciju.Ethernet preko optičke mreže pruža mogućnost veze na kilometarske udaljenosti (Multimode do 3km, Singlemode do 20km), nije podložan smetnjama kao žični, brzine prijenosa Fast ethernet 100 Mbps.j , p j 00 pHirschmann tehnologija Hiper-ring spaja optičke preklopnike u zatvoreni komunikacijski krug i na taj način omogućava redundanciju računalne mreže u slučaju prekida komunikacije između 2 čvora.

Upravljačka razinaUpravljačka razinaWireless IM 154Wireless IM 154--6 PN HF IWLAN6 PN HF IWLAN

S novim sučeljem moguće je bežično povezivanje distribuiranih I/O sustava s PLC-om preko Access-pointa. Moguća je standardna i fail-safe izvedba aplikacija. P d tiPrednosti:

- WLAN-standardiIEEE 802.11 a/b/g/h- Frekventni opseg 2,4 i 5 GHz- Najveća brzina prijenosa 54 MBit/s- Podrška svojstvima industrijskog

WLANa

Snižavanje troškova ugradnje i održavanja u odnosu na ožičena rješenjaVeća fleksibilnost pri povezivanju s mobilnim uređajima

Projektant upravljačkih sustava – integrator sustava

Projektiranje upravljačkih i komunikacijskih sustava u

Projektiranje upravljačkog softwareProjektiranje upravljačkog software--a:a:

komunikacijskih sustava u svrhu integracije električne, strojarske, građevinske i kemijsko-tehnološke opreme i instalacija proizvodnih procesa u industriji i prometu.


Projektiranje sustava:1. Idejno rješenje – priprema projekta

Razjašnjenje projektnog zadatka s korisnikom.Izrada koncepta rješenja sustava,Izrada koncepta rješenja sustava, povezivanje tehnoloških cjelina uzimajući u obzir teren, tehnologiju, ekonomiju i potrebe korisnika

2. Uklapanje u kompletno projektno rješenje Konzultacije s projektantima el. instalacija, sw-nadzornim odjelom i elektromonterima.


Projektiranje sustava:4. Odabir mjerne, upravljačke i komunikacijske opreme prema

projektom rješenju. Predaja tehničkih podloga projektantu el. instalacija za izradu nacrta i opis tehnologije radnog procesa.procesa.

5. Detaljno projektno rješenjePostavljanje koncepta upravljačkog i nadzornog programa. Izrada konfiguracija i komunikacijskih tablica. Predaja tehničkih podloga projektantu nadzornih sustava za izradu sw.


Projektiranje sustava:6. Pregled projektnog rješenja

Pregled nacrta i tehničkih opisa iz projekta el. instalacija. Koordinacija programa nadzora. Verificiranje projekta.

Projektiranje upravljačkog softwareProjektiranje upravljačkog software--a:a:Izrada Programske podrške - software:

1. Izrada i testiranje upravljačkog modula programa - obrada ulaznih analognih i digitalnih signala, algoritam automatskog rada prema zadanoj tehnologiji rada, izdavanje komandi na izvršne uređajeizvršne uređaje.

2. Izrada i testiranje komunikacijskog modula programa -komunikacijski program za specifičnu sklopovsku opremu

3. Izrada i testiranje nadzornog modula programa -HMI – lokalna komunikacija i nadzor sa pogonskim uređajima


Izrada Programske podrške - software:

4. Povezivanje i testiranje programskih modula5. Testiranje kompletne programske podrške i integriranje

kompletnog procesa proizvodnje



Kratke rokove izgradnje upravljačkog softwera moguće je Kratke rokove izgradnje upravljačkog softwera moguće je ostvariti samo njegovom modularnom izgradnjom. Iz procesnih ostvariti samo njegovom modularnom izgradnjom. Iz procesnih dijagrama (P&I) izdvajaju se pojedinačno komponente sustava dijagrama (P&I) izdvajaju se pojedinačno komponente sustava ( tili t i di it l i i l i i PID l t i U/f( tili t i di it l i i l i i PID l t i U/f(ventili, motori, digitalni i analogni senzori, PID regulatori, U/f (ventili, motori, digitalni i analogni senzori, PID regulatori, U/f pretvarači, itd) te se prema oznakama kreiraju liste tih pretvarači, itd) te se prema oznakama kreiraju liste tih komponenti (Component list). komponenti (Component list). Iz liste komponenata i prema Iz liste komponenata i prema njihovim oznakama se dobivaju njihovim oznakama se dobivaju varijable (tagvarijable (tag--ovi) pojedinih ovi) pojedinih procesnih komponenti na temelju procesnih komponenti na temelju kojih programiramo sustav kojih programiramo sustav (BATCH ANSI/ISA S88). (BATCH ANSI/ISA S88).



Nakon izrade liste kompnenti, za svaku od njih postoji Nakon izrade liste kompnenti, za svaku od njih postoji programski modul, odnosno gotov programski kod izrađen u programski modul, odnosno gotov programski kod izrađen u jednom od jezika za programiranje PLCa. Taj kod se ciklički jednom od jezika za programiranje PLCa. Taj kod se ciklički i di k k t k j j ti di k k t k j j tizvodi za svaku komponentu koja je pozvana unutar izvodi za svaku komponentu koja je pozvana unutar upravljačkog softwera. Na taj modularan način, nije potrebno upravljačkog softwera. Na taj modularan način, nije potrebno pisati programsku podršku svaki put za pojedine komponente pisati programsku podršku svaki put za pojedine komponente sustava, nego se programski kod prenosi iz projekta u projekt, sustava, nego se programski kod prenosi iz projekta u projekt, a mijenja se samo tok programa i imena komponenti.a mijenja se samo tok programa i imena komponenti.



Tok programa određuju tehnolozi proizvodnog sustava, a Tok programa određuju tehnolozi proizvodnog sustava, a opisuju ga tekstualno i tablično (FDS opisuju ga tekstualno i tablično (FDS –– functionally description functionally description software). Prema njemu i prema procesu, programeri određuju software). Prema njemu i prema procesu, programeri određuju

j j t l k j lij j t l k j li U it ( k tU it ( k tnajmanje samostalne programske cjeline najmanje samostalne programske cjeline –– Unite (npr. kotao, Unite (npr. kotao, filter i sl.) koje pojedinačno programiraju u potprograme i filter i sl.) koje pojedinačno programiraju u potprograme i pozivaju prema potrebi. Svaki Unit ima svoje faze toka pozivaju prema potrebi. Svaki Unit ima svoje faze toka izvođenja koje programer unosi u kod i prema stanju izvode se izvođenja koje programer unosi u kod i prema stanju izvode se sekvencijalno (provjera sustava, pokretanja, faza rada, sekvencijalno (provjera sustava, pokretanja, faza rada, zaustavljanje, prisilno zaustavljanje).zaustavljanje, prisilno zaustavljanje).


Izrada dokumentacije – prema organizaciji

Puštanje u rad i predaja objekta

1. Pregled i verificiranje ugrađene opreme i instalacija. 2. Podešavanje i parametriranje opreme te instaliranje

programske podrške 3. Testiranje ulaznih i izlaznih signala sustava 4. Testiranje efikasnosti programske podrške i komunikacijskih

veza

Nadzorni sustavi Nadzorni sustavi -- SCADASCADASuvremeni fleksibilni nadzorni sustavi moraju omogućiti trenutni uvid u stanje proizvodnog procesa, promjenu tehnoloških parametara i statističku obradu prikupljenih podataka (tablica, dijagrami i sl.). Nadzorno računalo (PC) komunicira sa mrežom programabilnih kontrolera i služi za:

1. grafičku prezentaciju podataka i parametara procesa u realnom vremenu

2. praćenje procesa kroz više slika, tablica, dijagrama itd.3. upozoravanje, alarmiranje4. statističke proračune i izvještaje na ekranu, štampaču i sl.

Nadzor i upravljanje sustavima Nadzor i upravljanje sustavima –– SCADA sustaviSCADA sustavi

1. Centralni HMI u izoliranoj kontrolnoj prostoriji, nekoliko ekrana i upravljanje

Postoje tri osnovna koncepta upravljanja i nadzora tehnološkim procesima:

p j , p j jprocesima sa jednog mjesta, najčešća situacija u procesnoj industriji (rafinerije, prehrambena i bio-kemijska industrija, pivovare, cementare, željezare), uz eventualno proširenje na distribuirane lokalne kontrolne sobe po procesnim cjelinama u slučaju da su veće pogonske cjeline.



2. Lokalni mali upravljački i nadzorni LCD paneli, smješteni uz strojeve u pogonu, gdje radnik koji nadzire proces može mijenjati neke parametre najčeće na manjim pogonima kaomijenjati neke parametre, najčeće na manjim pogonima kao što su kotlovi, alatni strojevi, šaržni procesi – miješanje komponenti, reaktori za proizvodnju farmacetskih proizvoda i slično. Paneli za upravljanje, kako su smješteni u pogonu i često izloženi uticaju nepovoljne atmosfere (vlaga, dim, prašina), koriste ili membranske tipkovnice otporne na te utjecaje (IP 65) ili imaju ugrađenu detekciju dodira LCD monitora (Touch panel).



3. Kombinacija prva dva načina, lokalni paneli su smješteni po djelovima pogona i na njima pogonski operateri zadaju parametre prema proces koji se tren tno pro odi dokparametre prema procesu koji se trenutno provodi, dok oprateri u kontrolnoj prostoriji samo nadziru tehnološke parametre postrojenja i brinu se o koordinaciji svih cijelina proizvodnje.Komunikacija lokalnih panela s nadređenim SCADA sustavom najčešće je na nivou pogonske računalne mreže (Profibus, DeviceNet, i dr), dok je komunikacija od PLC uređaja prema kotrolnoj prostoriji na Ethernet mreži.

Projektiranje nadzornog softwareProjektiranje nadzornog software--a:a:

Projektant nadzornih sustava – SCADA programerProjektiranje nadzornih i komunikacijskih sustava u svrhu prikupljanja, obrade i prezentacije podataka iz proizvodnih procesa u industriji i prometu.


Projektiranje sustava1. Idejno rješenje – priprema projekta

Razjašnjenje projektnog zadatka s korisnikom iprojektantom sustava. Izrada koncepta rješenja sustava, veze između tehnoloških cjelina uzimajući u obzirveze između tehnoloških cjelina uzimajući u obzirtehnologiju, ekonomiju i potrebe korisnika

2. Odabir računalne i komunikacijske opreme te sistemske programske podrške potrebne za realizaciju projekta

3. Detaljno projektno rješenjePostavljanje koncepta nadzornog programa. Izrada konfiguracija i komunikacijskih tablica.


Izrada Programske podrške – software1. Izrada centralne baze procesnih podataka2. Izrada i izmjena programskih drivera za specifičnu

sklopovsku opremu3. Numerička obrada procesnih podataka u prikladne oblike4. Izrada dinamičkog grafičkog prikaza nadziranih objekata

Vizualni prikaz objekata nadzora na više slika, zoom pogled, prikaz trenutnog stanja putem brojeva, bar-grafova, animacijom.


Izrada Programske podrške – software5. Kreiranje i prikaz prikupljenih podataka putem grafičkih

krivulja6. Događaji, kreiranje dnevnih izvještaja o svim bitnim

d đ ji tdogađajima u sustavu


Izrada Programske podrške – software7. Obrada i prikaz trenutnih alarmnih stanja te zadavanje

alarmnih granica8. Statistička obrada prikupljenih podataka9. Zadavanje i izmjena regulacijskih parametara sustava i

realizacija daljinskog upravljanja10.Testiranje kompletne programske podrške i integriranje

nadzornog sustava u informacijski sustav korisnika putem izvoza filtriranih podataka


Izrada Programske podrške – software

Proizvođači SCADA sustava izrađuju gotove programske koponente za svaki element sustava (ventili, motori, senzori, itd) koji se jednostavno integriraju s komponentama ijednostavno integriraju s komponentama i njihovim varijablama (tag) u upravljačkom softweru, te je moguće bez direktnog programiranja PLC uređaja dobiti tzv. ručni rad SCADA sustava. Da bi kontrolirao se proces postoji grafički elemet unita na SCADA sustavu preko kojega operater može zadavati parametre – recept (npr. količine komponenti ako se radi o miješanju, sl.) te može kontrolirati sekvencijalni tok rada Unita.


Izrada dokumentacije – prema organizaciji

Puštanje u rad i predaja objekta 1. Pregled ugrađene računalne

opreme i sistemskeopreme i sistemske programske podrške.

2. Podešavanje i parametriranje opreme te instaliranje programske podrške

3. Testiranje efikasnosti programske podrške i komunikacijskih veza

ZaključakZaključak

Izrada modernih sustava automatizacije je kompleksno područje koje se grubo može podjeliti u 4 dijela: •Projektiranje odnosno idejno riješenje cijelog sustava•Izrada upravljačkih ormara, povezivanje s procesnom opremomopremom•Izrada upravljačkog i kontrolnog softwera•Puštanje sustava u pogon (commissioning)

Svi ovi dijelovi su jednako važni u procesu izrade sustava i najbolje je da ih izvode inženjeri koji su stručni u pojedinom dijelu. Težnja umrežavanju svih dijelova od senzorske opreme do kontrolnih računalnih sustava, rad s brzim optičkim mrežama, bežične mreže, redundantni sustavi, povećanje sigurnosti su smjerovi u kojima idu današnji sustavi automatizacije.

Hvala na pažnji.Hvala na pažnji.

•• Kontakt adresa:Kontakt adresa:

•• Tehničko veleučilište u ZagrebuTehničko veleučilište u Zagrebu•• Elektrotehnički odjel Elektrotehnički odjel •• Konavoska 2, 10000 Zagreb, HrvatskaKonavoska 2, 10000 Zagreb, Hrvatska

•• Goran MalčićGoran Malčić [email protected]@tvz.hr•• Danijel MaršićDanijel Maršić [email protected]@tvz.hr

Documents

Nove tehnologije elektri čnih postrojenja Projektiranje i ... · automatskog upravljanja su distribuirani sustavi. Sustavima, procesima i proizvodnim linijama direktno upravljaju