Учебный проект · MetaPlatform

Техническое задание на систему управления насосной станцией

Ёмкость, два насоса с резервированием и автоматическое наполнение.

Редакция 1.1 от 23 октября 2026 года

1. Назначение и результат

Разработать в MetaPlatform систему управления насосной станцией, которая подаёт воду из накопительной ёмкости потребителю и поддерживает давление в напорном трубопроводе. Управляющую программу собрать с использованием стандартных компонентов MetaKit. Состав компонентов и связи между ними определяет исполнитель.

Подготовить проект, интерфейс оператора и имитацию оборудования. Работу программы проверить в MetaPlatform Runtime без физического ПЛК. Для интерфейса использовать выбранную исполнителем HMI/SCADA-среду с подключением к программе управления.

Визуализация — в удобной исполнителю среде по стандарту HMI. MetaView не является обязательной средой выполнения задания.

Если для выполнения требования необходима доработка стандартного компонента или дополнительная прикладная логика, до реализации представить вопрос на согласование. Самостоятельно изменять требования к поведению системы нельзя.

2. Состав и технологическая схема

Вода через клапан XV-01 поступает в ёмкость T-01. Насосы P-01 и P-02 подают воду из ёмкости в общий напорный трубопровод. LT-01 измеряет уровень, PT-01 — давление.

ОбозначениеОборудованиеИсполнение
T-01Накопительная ёмкостьУровень 0–100%
XV-01Клапан наполненияОдна катушка открытия; без питания закрывается пружиной. Два концевых выключателя
P-01, P-02Два насоса с ПЧВ автоматическом режиме: один рабочий, один резервный
LT-01Датчик уровня4–20 мА соответствует 0–100%
PT-01Датчик давления4–20 мА соответствует 0–10 бар
Насосная станция — схема учебного задания Вода через клапан XV-01 поступает в бак T-01 с датчиком уровня LT-01. Два параллельных насоса P-01 и P-02 с частотным управлением подают воду из бака потребителю. Датчик PT-01 измеряет давление в общем напорном трубопроводе. Один насос рабочий, второй резервный. НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ Поддержание давления · один насос рабочий, второй резервный Подача воды XV-01 Клапан наполнения T-01 Накопительный бак LT-01 Уровень P-01 Насос 1 · ПЧ P-02 Насос 2 · ПЧ PT-01 Давление Потребитель Упрощённая схема учебного задания. Ручная и обратная арматура не показана. ПЧ — частотный преобразователь.
Технологическая схема. Обозначения оборудования сохранять в проекте и HMI.

3. Таблица I/O

Всего 24 сигнала: 2 AI, 17 DI, 3 DO, 2 AO. Имена ниже использовать как логические имена каналов. Аппаратные адреса не назначаются этим ТЗ.

№ВидЛогическое имяТипНазначениеЗначение
1AIAI_LT01_iValueINTLT-01: вход уровня 0..20000 = 0..20 мА4–20 мА → 0–100%; Raw 4000–20000.
2AIAI_PT01_iValueINTPT-01: вход давления 0..20000 = 0..20 мА4–20 мА → 0–10 бар; Raw 4000–20000.
3DIDI_Cabinet_bStartBOOLШкаф: кнопка пуска1 — кнопка нажата.
4DIDI_Cabinet_bStopReleasedBOOLШкаф: кнопка стоп отпущена1 — отпущена; 0 — останов.
5DIDI_Cabinet_bEmergencyHealthyBOOLШкаф: цепь аварийного останова исправна1 — цепь исправна; 0 — экстренный останов.
6DIDI_Cabinet_bPowerHealthyBOOLШкаф: питание присутствует1 — питание присутствует.
7DIDI_Cabinet_bResetBOOLШкаф: кнопка сброса аварий1 — кнопка нажата.
8DIDI_P01_bLocalBOOLP-01: местное управление1 — выбран местный режим.
9DIDI_P01_bRemoteBOOLP-01: дистанционное управление1 — выбрано дистанционное управление.
10DIDI_P01_bRunningBOOLP-01: подтверждение работы1 — подтверждение работы.
11DIDI_P01_bHealthyBOOLP-01: ПЧ исправен1 — ПЧ исправен; 0 — авария ПЧ.
12DIDI_P02_bLocalBOOLP-02: местное управление1 — выбран местный режим.
13DIDI_P02_bRemoteBOOLP-02: дистанционное управление1 — выбрано дистанционное управление.
14DIDI_P02_bRunningBOOLP-02: подтверждение работы1 — подтверждение работы.
15DIDI_P02_bHealthyBOOLP-02: ПЧ исправен1 — ПЧ исправен; 0 — авария ПЧ.
16DIDI_XV01_bLocalBOOLXV-01: местное управление1 — выбран местный режим.
17DIDI_XV01_bRemoteBOOLXV-01: дистанционное управление1 — выбрано дистанционное управление.
18DIDI_XV01_bOpenedBOOLXV-01: открытый концевик1 — положение подтверждено.
19DIDI_XV01_bClosedBOOLXV-01: закрытый концевик1 — положение подтверждено.
20DODQ_P01_bStartBOOLP-01: команда пуска1 — команда пуска; 0 — останов.
21DODQ_P02_bStartBOOLP-02: команда пуска1 — команда пуска; 0 — останов.
22DODQ_XV01_bOpenBOOLXV-01: питание открывающей катушки1 — подать питание открытия; 0 — закрыть пружиной.
23AOAQ_P01_iValueINTP-01: задание частоты 4..20 мА4–20 мА → 0–50 Гц; Raw 4000–20000.
24AOAQ_P02_iValueINTP-02: задание частоты 4..20 мА4–20 мА → 0–50 Гц; Raw 4000–20000.

Для имитации аналоговых входов принять Raw 0–20000 соответствующим 0–20 мА; рабочая часть шкалы датчиков — 4–20 мА. Задания частоты 0–50 Гц передаются выходами 4–20 мА. Отдельный сигнал фактической частоты от ПЧ не предусмотрен.

4. Управление и режимы

Общее управление

Предусмотреть общий пуск, останов и сброс аварий. Общий пуск разрешается при наличии питания и исправной цепи экстренного останова. После общего пуска включаются автоматическое наполнение и насосная группа при наличии разрешающих условий.

Общий останов прекращает автоматическую подачу воды и наполнение. Экстренный останов снимает команды насосов и питание катушки клапана независимо от режима. После включения питания, восстановления питания или цепи экстренного останова автоматический самопуск не допускается: требуется новая команда общего пуска.

Управление оборудованием

РежимТребуемое поведение
ОтключёнКоманды управления от системы не выдаются.
МестныйОборудованием управляют по месту; дистанционные команды оператора не действуют. Состояние режима отображается на HMI.
Дистанционный ручнойОператор запускает и останавливает выбранный насос, задаёт частоту, открывает и закрывает клапан.
Дистанционный автоматическийКоманды формируются алгоритмами станции. Работает один насос, второй доступен как резерв; клапан управляется по уровню.

Защиты ПЧ, сухого хода и аварийного давления, защита по неисправности LT-01 и аварийно высокому уровню, а также экстренный останов действуют и при дистанционном ручном управлении. Неисправность PT-01 блокирует насосы при автоматическом регулировании; неисправность LT-01 дополнительно блокирует автоматическое наполнение.

Переход в AUTO передаёт управление технологическому алгоритму: при наличии запроса оборудование может сразу получить команду. На экране всегда показывать фактический режим и фактическое состояние оборудования.

5. Автоматическая работа

Насосная группа и давление

После общего пуска включить один доступный насос. Второй исправный насос оставить в резерве. Доступность определяется выбранным автоматическим режимом и отсутствием аварий и блокировок. При аварии рабочего насоса снять его команду пуска и автоматически запустить резервный. Неисправный насос не выбирать до устранения причины и сброса аварии.

Предусмотреть периодическую смену рабочего насоса для выравнивания использования; начальный период — 36 часов. Нормальная автоматическая работа двух насосов одновременно не предусматривается.

Поддерживать давление 4 бар изменением частотного задания рабочего насоса. При снижении давления увеличивать задание, при повышении — уменьшать. Начальный диапазон задания — 0–50 Гц. Регулятор не должен выдавать команду пуска вместо общего разрешения станции.

Наполнение ёмкости

При уровне ниже 50% открыть XV-01; при уровне выше 70% закрыть. В диапазоне 50–70% сохранять предыдущий запрос наполнения. Начальные параметры: уставка 60%, гистерезис ±10 процентных пунктов.

Клапан имеет одну команду открытия. Для удержания открытого положения катушка должна оставаться под напряжением; при снятии питания клапан закрывается пружиной. Контролировать достижение заданного конечного положения по концевым выключателям.

6. Уставки и выдержки времени

Задать следующие начальные значения. Технологические уставки и эксплуатационные настройки должны быть доступны через HMI в соответствии со стандартом.

ПараметрНачальное значение
Поддерживаемое давление4 бар
Диапазон частотного задания0–50 Гц
Уставка наполнения / гистерезис60% / ±10 процентных пунктов
Предупреждение низкого / высокого уровняНиже 20% / выше 85%
Сухой ход / аварийно высокий уровеньНиже 10% / выше 95%
Предупреждение низкого / высокого давленияНиже 2 бар / выше 6 бар
Аварийно высокое давлениеВыше 7 бар
Ошибка аналогового датчика по измерительному сигналуНиже 3 мА или выше 21 мА, выдержка 1 с
Выдержка технологических аварий и предупреждений по границам1 с
Авария ПЧБез дополнительной выдержки
Задержка пуска / останова насоса1 с / 1 с
Контроль отсутствия подтверждения работы насоса5 с
Подтверждение состояния насоса1 с
Задержка ввода / вывода агрегата насосной группы1 с / 1 с
Период смены рабочего насоса36 ч
Пауза смены направления клапана1 с
Контроль полного хода клапана7 с
Время хода виртуальной модели клапана при проверке5 с

Предварительные параметры регулятора давления: Kp = 8, Ti = 4 с, Td = 0 с, период расчёта 0,1 с, зона нечувствительности 0 бар. Это исходные значения для виртуальной проверки; подтвердить направление реакции и ограничения выхода.

Диагностические задержки и времена имитации различаются. В испытаниях ожидание результата должно превышать соответствующую выдержку с запасом на цикл программы и обмен данными.

7. Защиты, предупреждения и восстановление

УсловиеДействие системыВозврат
Авария ПЧ одного насосаОстановить и заблокировать этот насос. В AUTO ввести исправный резерв.Исправность ПЧ восстановлена; выполнен сброс.
Нет подтверждения работы после команды пускаАвария и блокировка насоса. В AUTO использовать исправный резерв.Причина устранена; выполнен сброс.
Уровень ниже 10%Остановить и заблокировать оба насоса. Наполнение не блокировать этой защитой.Уровень восстановлен; выполнен сброс.
Давление выше 7 бар при исправном PT-01Остановить и заблокировать оба насоса.Давление восстановлено; выполнен сброс.
Уровень выше 95% при исправном LT-01Снять питание открытия XV-01; заблокировать наполнение. Насосы этой защитой не останавливать.Уровень восстановлен; выполнен сброс.
Ошибка LT-01Остановить и заблокировать оба насоса. В AUTO закрыть и заблокировать XV-01.Сигнал датчика восстановлен; выполнен сброс защит ИМ.
Ошибка PT-01В AUTO остановить и заблокировать оба насоса.Сигнал датчика восстановлен; выполнен сброс защит ИМ.
Клапан не достиг требуемого положения за время контроляАвария клапана; снять питание открытия.Причина устранена; выполнен сброс.
Одновременно активны оба концевых выключателяПоказать недостоверное положение; контролировать аварийное состояние по времени полного хода.Устранено противоречие; выполнен сброс при возникшей аварии.
Экстренный остановНасосы остановить, XV-01 обесточить, общий пуск снять.Цепь восстановлена; сброс при необходимости и новая команда пуска.
Потеря питанияСнять выходные команды. При длительном отсутствии питания снять общий пуск.Питание восстановлено; требуется новая команда пуска.

Предупреждения уровня 20/85% и давления 2/6 бар предназначены для оператора и сами по себе не останавливают оборудование. Предупреждение низкого давления выдавать только при работе станции. Пороговые предупреждения не формировать по недостоверному измерению.

После возврата измерения в допустимую область предупреждение снимается автоматически. Защиты исполнительных механизмов сохраняют аварию до устранения причины и сброса. Сброс при сохраняющейся причине не должен разрешать работу. После снятия технологической аварии и сброса, если общий пуск остаётся активным, автоматическая работа может возобновиться.

8. Интерфейс оператора

Среду визуализации выбирает исполнитель. HMI/SCADA должна обмениваться данными с программой управления и соответствовать стандарту HMI проекта MetaHMI. Применимы правила изображений, состояний, цветов, подписей, единиц, экранов управления и настроек. MetaView не требуется.
РазделЧто должно быть доступно оператору
Общий технологический экранЁмкость, клапан, два насоса, трубопроводы; текущие уровень и давление; работа станции; состояния, режимы, аварии и предупреждения.
Общее управлениеПуск, останов и сброс аварий с отображением фактического состояния.
Управление насосомФактический режим, работа и готовность; авария; выбор ручного/автоматического режима при дистанционном управлении; ручные пуск/стоп и частотное задание.
Управление клапаномРежим, открытое/закрытое и промежуточное/неопределённое положение; авария; выбор режима; ручные открыть/закрыть.
НастройкиУставки давления и наполнения, предупредительные и аварийные границы, параметры регулятора и времена контроля согласно ТЗ.
Аварии и предупрежденияОбозначение оборудования, причина, активное состояние и возможность квитирования по правилам выбранной среды. Отдельно показывать каждую технологическую причину, а не только общий признак аварии.
ТрендыУровень LT-01, давление PT-01 и частотное задание рабочего насоса; подписи, единицы и временная шкала.

Различать команду управления и подтверждённое состояние механизма. Для насосов без обратной связи частоты показывать именно задание частоты. При отсутствии связи не отображать старое значение как достоверное. Переходы между технологическим экраном, управлением, настройками, сообщениями и трендами должны быть понятны пользователю.

Передать исходный HMI-проект и инструкцию подключения к Runtime. Зафиксировать использованную редакцию стандарта HMI и показать соответствие экрана стандарту.

9. Наладка, испытания и приёмка

9.1. Среда и порядок проверки

Автономную и комплексную наладку проводить в MetaPlatform Runtime с подключённой визуализацией в выбранной исполнителем HMI/SCADA-среде. Программа управления исполняется в MetaCore, сценарии и имитация оборудования — в MetaLab. Внешняя визуализация должна получать фактические данные этой же программы и передавать ей команды оператора.

Предварительно подготовить имитацию входов, обратных связей насосов и положения клапана. Создание моделей и установку нормальных начальных условий оформить отдельными сценариями инициализации. Инициализацию и последующие проверки выполнять в одной сессии MetaLab, сохраняя модели между запусками. Сначала выполнить автономную наладку, затем — комплексную.

9.2. Автономная наладка — отдельные механизмы и измерения

С компонентами MetaKit поставляются базовые сценарии виртуальной наладки. Использовать их как основу и адаптировать к своему проекту: фактическим сигналам, подключённым защитам, настройкам, выдержкам времени и исполнению оборудования. Проверки ручного управления выполнять дистанционными командами оператора; местные сигналы и отказы подавать средствами имитации.

Для аварийного входа с выражением выбрать воздействие на исходный сигнал или модель, вызывающее требуемое условие. Писать в пересчитываемый выход программы вместо имитации причины нельзя. Неиспользуемые шаги и ожидаемые результаты привести в соответствие с проектом. Если защита действует только в AUTO, проверить её в комплексной наладке и отметить перенос в протоколе автономной проверки.

Объект проверкиСостав автономной наладки
Общее управлениеНаличие питания; общий пуск и останов; экстренный останов; сброс аварий; разрешение и запрет пуска; индикация общего состояния.
LT-01 и PT-01Соответствие нижней, средней и верхней точек шкалы; единицы измерения; реакция на изменение сигнала; диагностика по нижней и верхней аварийным границам; восстановление достоверности измерения.
P-01 и P-02 — каждый отдельноВыбор и отображение отключённого, местного, дистанционного ручного и автоматического режимов; ручной пуск и останов; ручное частотное задание; команда пуска и подтверждение работы; имитация отказа пуска; авария ПЧ; блокировка и сброс.
XV-01Переключение режимов; ручные открытие и закрытие; концевые положения и движение; удержание открывающей катушки; закрытие пружиной при снятии питания; отсутствие достижения положения и авария полного хода; противоречие концевых выключателей; сброс.
Подключённые защитыПоочерёдное срабатывание защит, действующих в ручном режиме, с фактическим воздействием на входы или модели; соответствие индикации и блокировок; сохранение аварии до сброса; запрет сброса при сохраняющейся причине.
HMI при автономных проверкахВыполнение ручных команд, отображение фактических режимов, обратных связей, измерений и причин аварий; запись настроек и отображение их фактических значений.

Результат автономной наладки — протокол по каждому измерению и механизму, адаптированные базовые сценарии и перечень проверок, перенесённых в комплексную наладку.

9.3. Комплексная наладка — работа станции в AUTO

Разработать собственный пользовательский сценарий комплексной наладки в MetaLab. Он должен проверять взаимодействие оборудования в автоматическом режиме. Рабочие команды насосам и клапану формирует программа станции; сценарий задаёт общие команды и имитирует изменение измерений, внешних разрешений и неисправностей. Ручной пуск отдельного насоса не заменяет проверку его автоматического включения.

В сценарий включить следующие ситуации и ожидаемые реакции. Ход испытаний наблюдать также на подключённой пользовательской визуализации.

ПроверкаКритерий
Общий пуск и остановПри пуске работает один доступный насос; при останове насосы остановлены и наполнение прекращено.
Авария рабочего насосаРабочий остановлен, исправный резерв включён автоматически. После сброса не возникает постоянная совместная работа двух насосов.
Понижение и повышение давленияЧастотное задание соответственно увеличивается и уменьшается, не выходя за установленный диапазон.
Уровень 40%, затем 80%, затем 40%Клапан открывается, закрывается и снова открывается.
Уровень 15% и 90%; давление 1,5 и 6,5 барСоответствующие предупреждения активны; они не останавливают исправную насосную группу.
Уровень 5% / давление 8 барСоответствующая авария обоих насосов и их останов; возврат измерения без сброса недостаточен.
Уровень 97%Наполнение заблокировано, клапан закрыт; насосная группа этой защитой не остановлена.
Неисправность LT-01 и PT-01 в AUTOРеакции соответствуют разделу 7; после восстановления и сброса работа возобновляется.
Экстренный останов и потеря питанияВыходные команды сняты; восстановление входов не вызывает общего самопуска.
Периодическая смена рабочего насосаПредусмотрена и подтверждена проверкой; отдельно зафиксировать способ проверки длительного интервала.
Проверка HMIНа всех этапах достоверно отображаются измерения, режимы, состояния, аварии и предупреждения. Проверены общие команды, доступ к настройкам и трендам; оформление соответствует стандарту HMI.

После устранения каждой технологической неисправности проверить восстановление и сброс, а затем продолжение автоматической работы. После экстренного останова и потери питания отдельно подтвердить отсутствие самопуска и восстановление только по новой общей команде пуска. Завершить сценарий штатным общим остановом.

9.4. Протокол и критерии приёмки

Для каждого испытания записать исходные условия, воздействие, ожидаемую реакцию, фактический результат и вывод. К протоколу приложить журналы Runtime и снимки пользовательской визуализации, подтверждающие проверенные состояния. Успешное завершение сценария само по себе не заменяет проверку фактических значений.

Для испытаний в Runtime принять цикл программы 100 мс. Время ожидания результата должно учитывать задержки защит, перемещения и обмен данными. Проверку устойчивости регулирования на физическом объекте не подменять реакцией на заданные имитируемые измерения.

Наладка принимается при подтверждении всех применимых пунктов автономной и комплексной проверки. Пропущенные проверки, перенесённые пункты и расхождения перечислить явно; открытые несоответствия представить на согласование.

10. Состав передаваемых материалов

  1. Экспорт проекта MetaPlatform и перечень использованных компонентов с описанием связей.
  2. Исходный проект HMI/SCADA и инструкция подключения, запуска и работы оператора.
  3. Артефакты для Runtime и необходимые библиотечные пакеты либо точные ссылки на их версии.
  4. Таблица I/O с фактическими именами, типами и шкалами.
  5. Адаптированные базовые сценарии MetaKit для автономной наладки и разработанный пользователем сценарий комплексной наладки.
  6. Сценарии инициализации моделей и начальных условий; порядок их запуска и последующих проверок в одной сессии MetaLab с подключённой внешней HMI/SCADA.
  7. Протоколы автономной и комплексной наладки: ожидаемые и фактические результаты, замечания, журналы Runtime и снимки пользовательской визуализации.
  8. Версии MetaPlatform, MetaKit, MetaLib, Runtime, HMI-среды и редакция стандарта HMI.

Комплект должен позволять повторить проверку на другом рабочем месте по приложенной инструкции. Все несоответствия и непроверенные пункты перечислить явно.