Контроллер KN 2311¶

KN 2311 — это промышленный программируемый логический контроллер (ПЛК) среднего ценового сегмента, выпускавшийся в СССР и странах СНГ для автоматизации технологических процессов. Прибор относится к семейству контроллеров типа «КРУГ» и предназначен для построения распределённых систем управления в энергетике, металлургии, химической и нефтегазовой промышленности. Отличительной особенностью KN 2311 является модульная архитектура, позволяющая наращивать количество каналов ввода-вывода в зависимости от потребностей конкретного объекта.

¶История создания

Разработка контроллера KN 2311 началась в конце 1970-х годов в рамках программы создания общепромышленных средств автоматизации на базе микропроцессорной техники. Первые опытные образцы появились в 1983 году на производственном объединении «Электроприбор» (г. Москва). Серийное производство было развёрнуто в 1986 году на заводах в Москве, Киеве и Тбилиси. Контроллер разрабатывался как замена устаревшим релейно-контактным схемам и аналоговым регуляторам типа «Ремиконт».

В начале 1990-х годов, в связи с распадом СССР и экономическим кризисом, выпуск KN 2311 был существенно сокращён. Окончательно производство прекратилось в 1998 году, однако значительное количество установленных контроллеров продолжает эксплуатироваться на предприятиях постсоветского пространства до настоящего времени. По оценкам отраслевых экспертов, на 2020 год в строю оставалось не менее 15—20 тысяч экземпляров KN 2311.

¶Архитектура и устройство

Контроллер KN 2311 выполнен в виде настенного шкафа с металлическим корпусом и степенью защиты IP54. Основой вычислительной системы служит 16-разрядный микропроцессор К1801ВМ1 (копия PDP-11), работающий на тактовой частоте 4 МГц. Объём оперативной памяти составлял 64 КБ, из которых пользователю доступно до 32 КБ для хранения управляющих программ.

Модульная конструкция включает следующие основные компоненты:

• Блок питания — обеспечивает стабилизированное напряжение 5 В и 24 В для питания модулей ввода-вывода;
• Центральный процессорный модуль — выполняет вычисления, хранит программу и обеспечивает связь с периферией;
• Модули аналогового ввода — принимают сигналы 0–5 мА, 4–20 мА, 0–10 В;
• Модули дискретного ввода — принимают сигналы 24 В постоянного тока;
• Модули аналогового вывода — формируют выходные сигналы для исполнительных механизмов;
• Модули дискретного вывода — коммутируют нагрузку до 220 В переменного тока.

Максимальная конфигурация KN 2311 поддерживает до 256 каналов ввода-вывода. Для связи с верхним уровнем АСУ ТП используются интерфейсы RS-232 и RS-485. Скорость обмена данными составляет 9600 бит/с, что соответствует стандартам того времени.

¶Программирование

Программирование KN 2311 осуществляется на языке технологического программирования «КОНТРОЛ», который представляет собой разновидность языков релейно-контактных схем (RLL) с элементами функциональных блоков. Программа записывается в специальной среде разработки, работающей на персональных компьютерах под управлением MS-DOS. Загрузка программы в контроллер производится через последовательный порт с помощью программатора-пультa.

Время выполнения одной команды составляет 10–15 микросекунд, что обеспечивает полный цикл опроса всех каналов и выдачи управляющих воздействий за 50–100 миллисекунд. Этого достаточно для большинства технологических процессов с постоянными времени более одной секунды.

¶Функциональные возможности

KN 2311 выполняет следующие основные функции:

• сбор и первичная обработка аналоговых и дискретных сигналов с датчиков;
• реализация алгоритмов пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулирования;
• логическое управление исполнительными механизмами по заданным алгоритмам;
• аварийная защита и блокировка оборудования;
• обмен данными с операторскими станциями и другими контроллерами;
• ведение журнала событий и регистрация аварийных ситуаций.

Контроллер поддерживает режим горячего резервирования, при котором два устройства работают параллельно, а при отказе основного происходит автоматическое переключение на резервное без прерывания технологического процесса.

¶Применение

Основными областями применения KN 2311 являются:

• автоматизация котельных установок и тепловых пунктов;
• управление насосными станциями водоснабжения и водоотведения;
• регулирование технологических параметров в химических производствах;
• автоматизация систем вентиляции и кондиционирования;
• управление компрессорными установками.

Типовой пример применения — автоматизация блочной котельной, где KN 2311 обеспечивает поддержание температуры теплоносителя, контроль давления газа, управление горелками и защиту оборудования при аварийных ситуациях. На многих объектах контроллер работает в связке с верхним уровнем на базе SCADA-системы «КРУГ-2000».

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам KN 2311 специалисты относят высокую надёжность (наработка на отказ до 50 000 часов), ремонтопригодность и наличие большого парка установленного оборудования. Контроллер сохраняет работоспособность при температуре окружающей среды от +5 до +50 °C и влажности до 80 %.

Недостатками являются ограниченные вычислительные ресурсы, устаревший интерфейс программирования и сложность интеграции с современными системами автоматизации. Отсутствие поддержки промышленных сетей Ethernet и протоколов Modbus TCP существенно ограничивает возможности модернизации устаревших систем. Для замены KN 2311 на современных объектах обычно применяются контроллеры таких производителей, как Siemens, Schneider Electric или отечественные устройства серии «ТРЕК» и «ОВЕН».

¶Эксплуатация и обслуживание

Обслуживание KN 2311 требует наличия обученного персонала, знакомого с особенностями аппаратной платформы на базе процессора К1801ВМ1. Запасные части для контроллера в настоящее время выпускаются ограниченными партиями либо приобретаются на вторичном рынке. Средний срок службы устройства составляет 20–25 лет при соблюдении регламентных работ: чистка от пыли, проверка контактных соединений, контроль параметров питания.

¶Интересные факты

• Контроллер KN 2311 использовался при автоматизации энергоблоков ряда российских атомных электростанций в качестве вспомогательного оборудования систем безопасности.
• Элементная база контроллера полностью отечественного производства, что делало его приоритетным для использования на стратегических объектах.
• В середине 1990-х годов предпринимались попытки создания экспортной модификации KN 2311 для поставок в Китай и Индию, однако из-за высокой конкуренции со стороны западных производителей эти проекты не получили развития.