Техническое задание на систему управления насосной станцией
Ёмкость, два насоса с резервированием и автоматическое наполнение.
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.
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.
| Обозначение | Оборудование | Исполнение |
|---|---|---|
| T-01 | Накопительная ёмкость | Уровень 0–100% |
| XV-01 | Клапан наполнения | Одна катушка открытия; без питания закрывается пружиной. Два концевых выключателя |
| P-01, P-02 | Два насоса с ПЧ | В автоматическом режиме: один рабочий, один резервный |
| LT-01 | Датчик уровня | 4–20 мА соответствует 0–100% |
| PT-01 | Датчик давления | 4–20 мА соответствует 0–10 бар |
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.
| № | Вид | Логическое имя | Тип | Назначение | Значение |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | AI | AI_LT01_iValue | INT | LT-01: вход уровня 0..20000 = 0..20 мА | 4–20 мА → 0–100%; Raw 4000–20000. |
| 2 | AI | AI_PT01_iValue | INT | PT-01: вход давления 0..20000 = 0..20 мА | 4–20 мА → 0–10 бар; Raw 4000–20000. |
| 3 | DI | DI_Cabinet_bStart | BOOL | Шкаф: кнопка пуска | 1 — кнопка нажата. |
| 4 | DI | DI_Cabinet_bStopReleased | BOOL | Шкаф: кнопка стоп отпущена | 1 — отпущена; 0 — останов. |
| 5 | DI | DI_Cabinet_bEmergencyHealthy | BOOL | Шкаф: цепь аварийного останова исправна | 1 — цепь исправна; 0 — экстренный останов. |
| 6 | DI | DI_Cabinet_bPowerHealthy | BOOL | Шкаф: питание присутствует | 1 — питание присутствует. |
| 7 | DI | DI_Cabinet_bReset | BOOL | Шкаф: кнопка сброса аварий | 1 — кнопка нажата. |
| 8 | DI | DI_P01_bLocal | BOOL | P-01: местное управление | 1 — выбран местный режим. |
| 9 | DI | DI_P01_bRemote | BOOL | P-01: дистанционное управление | 1 — выбрано дистанционное управление. |
| 10 | DI | DI_P01_bRunning | BOOL | P-01: подтверждение работы | 1 — подтверждение работы. |
| 11 | DI | DI_P01_bHealthy | BOOL | P-01: ПЧ исправен | 1 — ПЧ исправен; 0 — авария ПЧ. |
| 12 | DI | DI_P02_bLocal | BOOL | P-02: местное управление | 1 — выбран местный режим. |
| 13 | DI | DI_P02_bRemote | BOOL | P-02: дистанционное управление | 1 — выбрано дистанционное управление. |
| 14 | DI | DI_P02_bRunning | BOOL | P-02: подтверждение работы | 1 — подтверждение работы. |
| 15 | DI | DI_P02_bHealthy | BOOL | P-02: ПЧ исправен | 1 — ПЧ исправен; 0 — авария ПЧ. |
| 16 | DI | DI_XV01_bLocal | BOOL | XV-01: местное управление | 1 — выбран местный режим. |
| 17 | DI | DI_XV01_bRemote | BOOL | XV-01: дистанционное управление | 1 — выбрано дистанционное управление. |
| 18 | DI | DI_XV01_bOpened | BOOL | XV-01: открытый концевик | 1 — положение подтверждено. |
| 19 | DI | DI_XV01_bClosed | BOOL | XV-01: закрытый концевик | 1 — положение подтверждено. |
| 20 | DO | DQ_P01_bStart | BOOL | P-01: команда пуска | 1 — команда пуска; 0 — останов. |
| 21 | DO | DQ_P02_bStart | BOOL | P-02: команда пуска | 1 — команда пуска; 0 — останов. |
| 22 | DO | DQ_XV01_bOpen | BOOL | XV-01: питание открывающей катушки | 1 — подать питание открытия; 0 — закрыть пружиной. |
| 23 | AO | AQ_P01_iValue | INT | P-01: задание частоты 4..20 мА | 4–20 мА → 0–50 Гц; Raw 4000–20000. |
| 24 | AO | AQ_P02_iValue | INT | P-02: задание частоты 4..20 мА | 4–20 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
| Режим | Требуемое поведение |
|---|---|
| Отключён | Команды управления от системы не выдаются. |
| Местный | Оборудованием управляют по месту; дистанционные команды оператора не действуют. Состояние режима отображается на HMI. |
| Дистанционный ручной | Оператор запускает и останавливает выбранный насос, задаёт частоту, открывает и закрывает клапан. |
| Дистанционный автоматический | Команды 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.
| Параметр | Начальное значение |
|---|---|
| Поддерживаемое давление | 4 бар |
| Диапазон частотного задания | 0–50 Гц |
| Уставка наполнения / гистерезис | 60% / ±10 процентных пунктов |
| Предупреждение низкого / высокого уровня | Ниже 20% / выше 85% |
| Сухой ход / аварийно высокий уровень | Ниже 10% / выше 95% |
| Предупреждение низкого / высокого давления | Ниже 2 бар / выше 6 бар |
| Аварийно высокое давление | Выше 7 бар |
| Ошибка аналогового датчика по измерительному сигналу | Ниже 3 мА или выше 21 мА, выдержка 1 с |
| Выдержка технологических аварий и предупреждений по границам | 1 с |
| Авария ПЧ | Без дополнительной выдержки |
| Задержка пуска / останова насоса | 1 с / 1 с |
| Контроль отсутствия подтверждения работы насоса | 5 с |
| Подтверждение состояния насоса | 1 с |
| Задержка ввода / вывода агрегата насосной группы | 1 с / 1 с |
| Период смены рабочего насоса | 36 ч |
| Пауза смены направления клапана | 1 с |
| Контроль полного хода клапана | 7 с |
| Время хода виртуальной модели клапана при проверке | 5 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
| Условие | Действие системы | Возврат |
|---|---|---|
| Авария ПЧ одного насоса | Остановить и заблокировать этот насос. В AUTO ввести исправный резерв. | Исправность ПЧ восстановлена; выполнен сброс. |
| Нет подтверждения работы после команды пуска | Авария 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-01 | Остановить и заблокировать оба насоса. | Давление восстановлено; выполнен сброс. |
| Уровень выше 95% при исправном LT-01 | Снять питание открытия XV-01; заблокировать наполнение. Насосы этой защитой не останавливать. | Уровень восстановлен; выполнен сброс. |
| Ошибка LT-01 | Остановить и заблокировать оба насоса. В AUTO закрыть и заблокировать XV-01. | Сигнал датчика восстановлен; выполнен сброс защит ИМ. |
| Ошибка PT-01 | В AUTO остановить и заблокировать оба насоса. | Сигнал датчика восстановлен; выполнен сброс защит ИМ. |
| Клапан не достиг требуемого положения за время контроля | Авария клапана; снять питание открытия. | Причина устранена; выполнен сброс. |
| Одновременно активны оба концевых выключателя | Показать недостоверное положение; контролировать аварийное состояние по времени полного хода. | Устранено противоречие; выполнен сброс при возникшей аварии. |
| Экстренный останов | Насосы остановить, XV-01 обесточить, общий пуск снять. | Цепь восстановлена; сброс при необходимости и новая команда пуска. |
| Потеря питания | Снять 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
| Раздел | Что должно быть доступно оператору |
|---|---|
| Общий технологический экран | Ёмкость, клапан, два насоса, трубопроводы; текущие уровень и давление; работа станции; состояния, режимы, аварии и предупреждения. |
| Общее управление | Пуск, останов и сброс аварий с отображением фактического состояния. |
| Управление насосом | Фактический режим, работа и готовность; авария; выбор ручного/автоматического режима при дистанционном управлении; ручные пуск/стоп и частотное задание. |
| Управление клапаном | Режим, открытое/закрытое и промежуточное/неопределённое положение; авария; выбор режима; ручные открыть/закрыть. |
| Настройки | Уставки давления и наполнения, предупредительные и аварийные границы, параметры регулятора и времена контроля согласно ТЗ. |
| Аварии и предупреждения | Обозначение оборудования, причина, активное состояние и возможность квитирования по правилам выбранной среды. Отдельно показывать каждую технологическую причину, а не только общий признак аварии. |
| Тренды | Уровень 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 проверки | Состав автономной наладки |
|---|---|
| Общее управление | Наличие питания; общий пуск и останов; экстренный останов; сброс аварий; разрешение и запрет пуска; индикация общего состояния. |
| LT-01 и PT-01 | Соответствие 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 отдельно | Выбор 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-01 | Переключение 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 защиты | Поочерёдное 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 проверках | Выполнение 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.
| Проверка | Критерий |
|---|---|
| Общий пуск и останов | При пуске работает один доступный насос; при останове насосы остановлены и наполнение прекращено. |
| Авария рабочего насоса | Рабочий остановлен, исправный резерв включён автоматически. После сброса не возникает постоянная совместная работа двух насосов. |
| Понижение и повышение давления | Частотное 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 бар | Соответствующие предупреждения активны; они не останавливают исправную насосную группу. |
| Уровень 5% / давление 8 бар | Соответствующая 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 AUTO | Реакции соответствуют разделу 7; после восстановления и сброса работа возобновляется. |
| Экстренный останов и потеря питания | Выходные команды сняты; восстановление входов не вызывает общего самопуска. |
| Периодическая смена рабочего насоса | Предусмотрена и подтверждена проверкой; отдельно зафиксировать способ проверки длительного интервала. |
| Проверка HMI | На 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
- Экспорт проекта MetaPlatform и перечень использованных компонентов с описанием связей.
- Исходный проект HMI/SCADA и инструкция подключения, запуска и работы оператора.
- Артефакты для Runtime и необходимые библиотечные пакеты либо точные ссылки на их версии.
- Таблица I/O с фактическими именами, типами и шкалами.
- Адаптированные базовые сценарии MetaKit для автономной наладки и разработанный пользователем сценарий комплексной наладки.
- Сценарии инициализации моделей и начальных условий; порядок их запуска и последующих проверок в одной сессии MetaLab с подключённой внешней HMI/SCADA.
- Протоколы автономной и комплексной наладки: ожидаемые и фактические результаты, замечания, журналы Runtime и снимки пользовательской визуализации.
- 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.