Как считать каналы и сигналы в пусконаладочных работах (ПНР)

Каналы и сигналы АСУ ТП

В автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП) понятия «сигнал» и «канал» имеют разные значения. 

1. Сигналы

Сигнал в АСУ ТП — это материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений (событий).

Некоторые типы сигналов:

• Аналоговые. Непрерывно изменяются в определённом диапазоне, принимая любое значение из числа бесконечно возможных. Например, температура, давление или уровень в технологическом аппарате.
• Дискретные. Принимают только два значения — наличие или отсутствие сигнала (включено-выключено, открыто-закрыто, логические «0» — «1»).
• Импульсные. Принимают два значения, но полезную информацию о процессе несёт не текущее состояние сигнала, а количество импульсов.
• Частотные. Полезную информацию о процессе несёт частота сигналов.

Наиболее распространенное представление сигналов - в электрической форме в виде зависимости напряжения от времени U(t).

Под "анализом" сигналов (analysis) имеется в виду не только их чисто математические преобразования, но и получение на основе этих преобразований выводов о специфических особенностях соответствующих процессов и объектов.

С понятием сигнала неразрывно связан термин регистрации сигналов, использование которого также широко и неоднозначно, как и самого термина сигнал.

В наиболее общем смысле под этим термином можно понимать операцию выделения сигнала и его преобразования в форму, удобную для дальнейшего использования.

А) Аналоговый сигнал (АС)

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал — s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчётами. Δt называется интервалом дискретизации.

Б) Квантованный сигнал

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

В) Цифровой сигнал

Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине, называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

Передача, излучение и прием сообщений по электромагнитным системам называется электросвязью.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными. Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгновенные значения в определенных пределах.

Непрерывный сигнал часто называют аналоговым.

Дискретный сигнал характеризуется конечным числом значений информационного параметра. Часто этот параметр принимает всего два значения. Рассмотрим графическую модель, отображающую принципиальные отличия формирования аналогового и дискретного сигналов.

Аналоговым сигналом в системах передачи называется непрерывный электрический или оптический сигналы F_н(t), параметры которого (амплитуда, частота или фаза) изменяются по закону непрерывной функции времени источника информации, например, речевого сообщения, подвижного или неподвижного изображения и т. д. Непрерывные сигналы могут принимать любые значения (бесконечное множество) в некоторых пределах.

Дискретные сигналы - состоят из отдельных элементов, принимающих конечное число различных значений. Аналоговые дискретные сигналы F_д(t) можно получить из непрерывных F_н(t), используя дискретизацию по времени (через интервал Т_д), квантование по амплитуде, или их одновременно.

Цифровой сигнал F_ц(t) формируется в виде группы импульсов в двоичной системе счисления, соответствующих амплитуде квантованного по уровню и дискретного по времени аналогового сигнала, при этом наличие электрического импульса соответствует "1" в двоичной системе счисления, а отсутствие - "0".

Основным преимуществом цифровых сигналов является высокая помехозащищенность, так как при наличии шумов и искажений при их передаче достаточно зарегистрировать на приеме наличие или отсутствие импульсов.

Таким образом, для получения цифрового сигнала принципиально необходимо произвести три основные операции над непрерывным сигналом: дискретизацию по времени, квантование по уровню и кодирование.

2. Каналы

Канал в АСУ ТП — это совокупность технических средств и линий связи, обеспечивающих преобразование, обработку и передачу информации для использования в системе.

Каналы могут быть:

• Каналы управления. Для передачи управляющих воздействий от контроллера на исполнительные механизмы.
• Информационные каналы (измерительные каналы). Состоят из первичного преобразователя (датчика) и устройства индикации, регистрации или обработки, связанных между собой линиями информационной связи. Их назначение — передать значение измеряемой величины (переменной технологического процесса) с наименьшими потерями. 

Подсчет каналов и сигналов в пусконаладочных работах

Федеральные единичные расценки на пусконаладочные работы. ФЕРп 81-05-02-2001, сборник № 2 «Автоматизированные системы управления» ориентирован на подсчет каналов в соответствие с Приложением 2.4. По каждой группе каналов Приложения 2.4 подсчитывается количество каналов информационных (аналоговых и дискретных) и каналов управления (аналоговых и дискретных), а также общее количество каналов информационных и управления (Кобщ).

1-я группа - каналы управляющие аналоговые и дискретные (К_у^а и К_у^д) передачи управляющих воздействий от комплекса программно-технических средств КПТС (КТС) на технологический объект управления (ТОУ).

Учитывается количество исполнительных механизмов (ИМ): мембранные, поршневые, электрические одно- и многооборотные, бездвигательные (отсечные) и т.п. по принципу: один ИМ - один управляющий канал вне зависимости от:

• конструктивного или иного исполнения ИМ,
• способа воздействия ИМ на регулирующий орган и т.п.,
• количества и номенклатуры компонентов программно-технических средств (ПТС), формирующих канал управления,
• количества постов управления ИМ.

2-я группа - каналы информационные аналоговые и дискретные (К_и^а и К_и^д) преобразования информации, поступающей от технологического объекта управления (ТОУ) на комплекс программно-технических средств (КПТС или КТС).

Число каналов определяется количеством измерительных преобразователей, контактных и бесконтактных сигнализаторов, датчиков положения и состояния оборудования, конечных и путевых выключателей и т.п. по принципу: один преобразователь и т.п.- один информационный канал вне зависимости от:

• конструктивного или иного исполнения преобразователя (датчика),
• способа воздействия с технологическим объектом управления (ТОУ) или регулирующим органом и т.п.,
• количества и номенклатуры используемых дополнительных компонентов КПТС (КТС), формирующих информационный канал.

3-я группа - каналы информационные аналоговые и дискретные (К_и^а и К_и^д), используемые оператором (Оп) для воздействия на комплекса программно-технических средств КПТС (КТС).

Число каналов определяется по количеству органов воздействия, используемых оператором (кнопки, ключи, задатчики управления и т.п.) для реализации функционирования системы в режимах автоматизированного (автоматического) и ручного (дистанционного) управления по принципу: один орган воздействия - один канал вне зависимости от:

• конструктивного или иного исполнения (количества замыкающих и размыкающих контактов, фиксированных и нефиксированных положений и т.д.),

Органы воздействия для настроечных и иных сервисных функций (кроме функций управления) при определении числа каналов АС не учитываются:

• клавиатура терминальных устройств,
• информационно-управляющие табло, кнопки, переключатели и т.п.,
• панели многофункциональных или многоканальных приборов, пульты контроля ПОС и т.д.,
• выключатели напряжения, плавкие предохранители и другие вспомогательные органы воздействия вышеуказанных и других технических средств (ТС).

4-я группа - каналы информационные аналоговые и дискретные (К_и^а и К_и^д), поступающие от комплекса программно-технических средств КПТС (КТС) к оператору (Оп) .

В этой группе учитываются каналы отображения информации только в том случае, когда проектом предусмотрено отображение одних и тех же технологических параметров (состояния оборудования) более чем на одном терминальном устройстве (монитор, принтер, интерфейсная панель, информационное табло и т.п.) по принципу:

• отображаемые параметры (К_и^а и К_и^д) сверх одного учитываются следующим образом: К_и^а с коэффициентом 0,025, а К_и^д с коэффициентом 0,01.

Не учитываются в качестве каналов индикаторы (лампы, светодиоды и т.п.) состояния и положения, встроенные в измерительные преобразователи (датчики), контактные и бесконтактные сигнализаторы, кнопки, ключи управления, переключатели, а также индикаторы наличия напряжения приборов, регистраторов, терминальных устройств щитов, пультов и т,п,

5-я группа - каналы информационные аналоговые и дискретные (К_и^а и К_и^д) связи со смежными системами (например, электротехнических устройств, пожарной сигнализации, автоматического пожаротушения и других систем), выполненных по отдельным проектам.

Пример: управляющее воздействие от АС на катушку магнитного пускателя (МП) смежной электротехнической системы приводит к его срабатыванию. Сигнал от дополнительного контакта МП или реле-повторителя «докладывает» АС о выполнении команды (входной сигнал для АС) учитывается как один информационный дискретный канал (К_и^д). Аналогично поступаем и в том случае, когда АС направляет «информационное сообщение» в смежную систему (выходной сигнал для АС).

Вводы электрического питания (сжатого воздуха) оборудования АСУ ТП (щиты, пульты, исполнительные механизмы, преобразователи информации, терминальные устройства и т,п,) в качестве каналов связи (взаимодействия) со смежными системами не учитываются.

При подготовке исходных данных рекомендуется использовать «Схему автоматизированного технологического комплекса (АТК)», приведенную в приложении 2.5.

Таким образом, согласно схеме АТК количество каналов в каждой группе определяется по количеству конкретных технических средств:

• вне зависимости от количества и номенклатуры компонентов программно-технических средств (КПТС), формирующих канал управления;
• вне зависимости от количества сигналов, которые проходят по данному каналу.

Исключение из общего правила представляет 5-я группа каналов (каналы связи со смежными системами, выполненным по отдельным проектам). В этом случае никакой привязки к конкретному техническому средству нет. Поэтому в расчетах учитывается физический канал связи.

В Институте прикладной автоматизации и программирования Вы можете пройти следующие курсы:

• Особенности составления смет (сметных расчетов) РИМ на монтаж оборудования и пусконаладочные работы
• Ценообразование и контрактная стоимость в Градостроительной деятельности
• Особенности ценообразования и сметного нормирования при капитальном ремонте, монтажных и пусконаладочных работах
• Монтаж оборудования и ПНР
• Ресурсно-индексный метод составления сметной документации (SmetaWIZARD 5, ГРАНД-Смета и Сметно-аналитический Комплекс А0)