Анализ автоматизированной системы судопропуска

- отражение от рефлектора - в этом методе приемник и передатчик датчика находятся в одном корпусе. Напротив датчика устанавливается рефлектор (отражатель). Датчики с рефлектором устроены так, что благодаря поляризационному фильтру они воспринимают отражение только от рефлектора. Это рефлекторы, которые работают по принципу двойного отражения. Выбор подходящего рефлектора определяется требуемым расстоянием и монтажными возможностями. Посылаемый передатчиком световой сигнал, отражаясь от рефлектора, попадает в приемник датчика. Если световой сигнал прекращается, приемник немедленно реагирует, меняя состояние выхода.

- отражение от объекта - в этом методе приемник и передатчик датчика находятся в одном корпусе. Во время рабочего состояния датчика все объекты, попадающие в его рабочую зону, становятся своеобразными рефлекторами. Как только световой луч, отразившись от объекта, попадает на приемник датчика, тот немедленно реагирует, меняя состояние выхода.

- фиксированное отражение от объекта -принцип действия датчика такой же как и у "отражение от объекта" но более чутко реагирующий на отклонение от настройки на объект. Например, возможно детектирование вздутой пробки на бутылке с кефиром, неполное наполнение вакуумной упаковки с продуктами и т.д.

По своему назначению фотодатчики делятся на две основные группы: датчики общего применения и специальные датчики.

 

1.4.3 Микроволновые датчики

 

На смену кнопочно-релейным пультам приходят микропроцессорные  автоматические системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) высочайшей производительности и надежности, датчики оснащаются цифровыми интерфейсами связи, однако это не всегда приводит к повышению общей надежности системы и достоверности ее работы. Причина заключается в том, что сами принципы действия большинства известных типов датчиков накладывают жесткие ограничения на условия, в которых они могут использоваться.

Радиолокационные датчики  контроля скорости, датчики движения и подпора, работа которых основана на взаимодействии контролируемого объекта с радиосигналом частотой около 1010 Гц [6].

Использование микроволновых методов  контроля  состояния технологического оборудования позволяет полностью избавиться от недостатков датчиков традиционных типов.

Отличительными особенностями этих устройств являются:

- отсутствие механического и  электрического контакта с объектом (средой), расстояние от датчика до объекта может составлять несколько метров;

- непосредственный контроль объекта  (транспортерной ленты, цепи) а  не их приводов, натяжных барабанов и т. д.;

- малое энергопотребление;

- нечувствительность к налипанию  продукта за счет больших рабочих  расстояний;

- высокая помехоустойчивость и  направленность действия;

- разовая настройка на весь  срок службы;

- высокая надежность, безопасность, отсутствие ионизирующих излучений.

Принцип действия датчика  основан на изменении частоты  радиосигнала, отраженного от движущегося  объекта. Это явление ("эффект Допплера") широко используется в радиолокационных системах для дистанционного измерения скорости [6]. Движущийся объект вызывает появление электрического сигнала на выходе микроволнового приемо-передающего модуля.

Так как уровень сигнала  зависит от свойств отражающего  объекта, датчики движения могут использоваться для того, чтобы сигнализировать об обрыве цепи (ленты), наличии на конвейерной ленте каких-либо предметов или материалов. Лента имеет гладкую поверхность и низкий коэффициент отражения. Когда мимо датчика, установленного над рабочей веткой транспортера, начинает двигаться продукт, увеличивая коэффициент отражения, прибор сигнализирует о движении, то есть, фактически о том, что лента не пуста. По длительности выходного импульса можно на значительном расстоянии судить о размере перемещаемых предметов, производить селекцию и т.д.

При необходимости заполнить  какую-либо емкость (от бункера до шахты) можно точно определить момент окончания засыпки - опущенный на определенную глубину датчик будет показывать движение наполнителя до тех пор, пока не будет засыпан.

Конкретные примеры использования микроволновых датчиков движения в различных отраслях промышленности определяются ее спецификой, но в целом они способны решать самые разнообразные задачи безаварийной эксплуатации оборудования и повысить информативность автоматизированных систем управления.

 

1.4.4 Схемы включения датчиков

 

Непосредственное использование  выходного сигнала датчика для  воздействия на последующие элементы автоматической системы (и даже для непосредственного измерения и сравнения) не всегда возможно. Преобразование выходной величины датчика в удобный для последующего использования осуществляется в измерительных схемах [3].

Для датчиков с аналоговым выходом широко используют мостовые, дифференциальные и компенсационные схемы включения датчиков.

Мостовые схемы применяют преимущественно совместно с датчиками, работа которых основана на изменении активного и реактивного сопротивлений [3].

Дифференциальная схема  состоит из двух смежных контуров, в каждом из которых действует  отдельная ЭДС. Измерительный прибор, включаемый в ветвь, общую для обоих контуров, реагирует на разность контурных токов. Когда внешнего воздействия нет, то ЭДС и сопротивления контуров равны, токи равны и ток через прибор равен нулю. Изменение параметров датчика пропорционально показаниям измерительного прибора.

Для измерений малых  ЭДС, например, создаваемых генераторными  датчиками, используется компенсационная схема [3]. Принцип компенсации заключается в том, что измеряемая ЭДС уравновешивается равным и противоположным по знаку падением напряжения, значение которого может быть установлено и определено с высокой точностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 2

 
2 Устройство информационно-управляющей системы  технологической безопасности судопропуска

2.1 Описание элементов системы

2.1.1 Программируемые контроллеры

 

Система управления ИУС ТБС построена на базе программируемых контроллеров серии CS1D, производства компании OMRON (Япония). Контроллеры имеют модульную структуру. Набор модулей включает в себя:

- модули питания;

- модули центрального процессора;

- модули контроля работоспособности центрального процессора;

- модули дискретных входов/выходов;

- модули аналоговых входов/выходов;

- сетевые модули межконтроллерной связи;

- модули связи с устройствами удаленного ввода/вывода;

- модули дублированной связи с дополнительными панелями расширения;

- специализированные модули для решения специфических задач.

Модули контроллера устанавливаются на базовую панель, допускающую устанавливать - 2 модуля питания, 2 модуля центрального процессора и до 5 модулей ввода/вывода,

При необходимости, контроллер расширяется путем подключения дополнительных панелей. На дополнительную панель можно установить - 2 модуля питания и до 9 модулей ввода/вывода.

Базовая панель допускает подключение до 7 дополнительных панелей

расширения через одинарные или дублированные модули связи. Максимальная конфигурация контроллера допускает установку до 52 модулей ввода/вывода.

 

Рисунок 6 - Внешний вид программируемого контроллера.

 

Использование контроллеров серии CS1D позволяет создать систему с полным резервированием процессоров, блоков питания, сетевых модулей, каналов связи с дополнительными панелями, а также с возможностью «горячей» замены модулей входов/выходов.

Основные характеристики контроллеров, собранных на базе процессорных модулей CS1D-CPU65H:

- Время отработки базовой инструкции - 20 ns;

- Среднее время отработки программы, обслуживающей 1000 входов/выходов - 25 ms;

- Максимальный размер программы – 60000 шагов;

- Объем памяти входов/выходов - 5120 точек;

- Размер памяти данных - 128 ООО слов;

- Встроенные порты: 1xRS232+1xPeripherial;

- Встроенная функция диагностики ошибок: выполнения программы, ошибок таблицы входов/выходов, шины входных/выходных модулей, памяти, батареи;

- Поддерживаемая Flash память - Compact Flash;

- Время переключения с основного процессорного модуля на резервный - менее 2 циклов.

 

2.1.2 Модули Smart Slice

 

Сбор сигналов от датчиков и выдача сигналов на аппараты ИУС ТБС осуществляется с использованием модулей распределенной системы SmartSlice. Система сбора сигналов представляет собой сетевую структура с узлами -концентраторами сигналов. В состав узла входят концентраторы сигналов, включенные в cеть Device Net и необходимый набор входных/выходных модулей. К одному концентратору сигналов можно подключить до 64 входных/ выходных модулей.

Система SmartSlice позволяет осуществлять горячую замену вышедших из строя модулей входов/выходов. Для упрощения процесса сборки и обслуживания ИУС ТБС концентраторы сигналов расположены в непосредственной близости от аппаратов, сбор/выдачу сигналов на которые необходимо осуществлять.

 

 

Рисунок 7 – Узел SmartSlice.

 

Концентраторы сигналов SmartSlice имеют встроенную функцию самодиагностики, а конструкция выходных транзисторных модулей GRT1- OD4-G1 обеспечивает защиту их выходных цепей от короткого замыкания.

 

2.1.3 Программируемые терминалы

 

Для вывода оперативной информации, касающейся работы сборок шка-

фов, а также в качестве центрального пульта управления в ИУС ТБС использованы цветные, программируемые, сенсорные, графические терминалы серии NS. В системе используется 2 типа терминалов:

- NS8 - терминал, рабочая диагональ - 8". Эти терминалы устанавливаются на лицевую панель ШУ сборок шкафов.

- NS12 - терминал с диагональю 12". Терминалы этой модели используются в качестве терминалов центрального пульта управления.

Всего в диспетчерской шлюза установлено 2 терминала NS12. Основные технические характеристики терминалов серии NS:

- количество цветов - 256 (32 768 в режиме отображения графики);

- тип матрицы - TFT;   .

- напряжение питания - 24 VDC;

- число экранных форм - 3999;

- емкость памяти экранных данных - 60 Мбайт;

- энергонезависимая память 8192 бита и 8192 слова;

- срок службы подсветки 50000 часов;

- степень защиты лицевой панели терминала - IP65;

- рабочая темЬература - 0 - 55°С.

Для продления срока службы подсветки в терминале предусмотрена функция ее выключения в случае, если в течение предварительно заданного времени не производится никаких действий с экраном терминала.

 

2.1.4 Сети и каналы связи

 

Для организации обмена данными оборудования среднего уровня предусмотрена оптическая сеть Controller Link. В состав каждого контроллера CS1D включено по 2 модуля CS1WCLK52-V1, использование которых позволяет построить оптическую сеть типа «аппаратно устойчивое кольцо» [9]. При выходе из строя одного из сетевых модулей контроллера, автоматически подключается второй, при обрыве оптоволоконного кабеля одного, любого звена кольца сеть автоматически переходит в режим работы - «шина». Таким образом, организовано резервирование сети. Оптоволоконный кабель прокладывается в существующем кабельном канале шлюза по левой стороне и во вновь построенном кабельном канале по правой стороне шлюза.

Основные технические характеристики сети Controller Link:

- Топология сети - шина или аппаратно устойчивое кольцо;

- Скорость передачи данных - 2 Mbit/sec;

- Максимальное расстояние между узлами сети - 1 км;

- Общая длина сети - 30 км;

- Максимальное число узлов сети - 64.

б) Обеспечение обмена данными между контроллерами и удаленными терминалами Smart Slice.

Связь терминалов Smart Slice и управляющих контроллеров осуществляется с использованием промышленной сети Device Net.

В системе ИУС ТБС организовано 4 локальные сети Device Net в каждом устое. Номера присвоены сетям по функциональному признаку. В состав каждого из управляющих контроллеров, установленных в ШУ устоев, включено по 4 модуля CS1W-DRM21. Эти модули являются «мастерами» сетей. Сети №1 и № 2 служат для сбора и выдачи сигналов на устройства и аппараты, установленные внутри сборок шкафов, они имеют одинаковое функциональное назначение и дублируют друг -друга. Сеть № 1 является основной, а сеть № 2 - резервной. Сети № 3 и № 4 служат для сбора и выдачи сигналов на устройства и аппараты, установленные вне сборок шкафов, они имеют одинаковое функциональное назначение и также дублируют друг - друга. Сеть № 3 является основной, а сеть № 4 - резервной.

Основные технические характеристики сети Device Net:

- Топология сети - шина, шина с ответвлениями;

- Скорость передачи данных - 500 kbit/sec;

- Максимальная длина сети - 500 м;

- Максимальное число узлов - 63;

- Среда передачи данных - медный кабель.

2.1.5. Частотные преобразователи

 

Для управления электродвигателями ворот (ПОВ и двустворчатых ворот) в проекте предусмотрено использование частотных преобразователей (приводов) серии G7, производства компании OMRON.

В приводах этой серии, в отличие от приводов других производителей, применена схема выходного каскада с увеличенным числом силовых транзисторов, 12 IGBT. Такое схемотехническое решение позволяет сформировать три уровня силового напряжения и, как следствие, на порядок увеличить процент первой гармоники в напряжении выдаваемом приводом на обмотки электродвигателя, что существенно влияет на эксплуатационные характеристики электродвигателя [7].