Введение
Электропривод является неотъемлемой частью многих агрегатов и комплексов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники. Наряду с тенденцией автоматизации технологических и производственных процессов на базе вычислительной техники, современный электропривод стал наиболее распространённой разновидностью систем автоматического управления техническими объектами. В настоящее время техника развивается такими быстрыми темпами, что каждый год появляются много новых приборов и датчиков, которые могут помочь человеку в обслуживании технологических процессов. Такие темпы развития приводят к тому, что электрооборудование быстро морально стареет и требует модернизации.
Поэтому целью данного курсового проекта является повышение уровня автоматизации процесса подогревания продукта в теплообменнике, путем применения современных средств автоматизации технологического процесса (микропроцессорные программируемые контроллеры, промышленные компьютеры, устройства удаленного сбора и передачи информации и др.).
1. Характеристика технологической установки как объекта управления
1.1 Назначение и принцип работы технологической установки
автоматизация теплообменнику контроллер микропроцессор
Решаются следующие основные вопросы: автоматическое дистанционное управление каскадной автоматической системы уровня регулирования температуры в теплообменнике в сблокированном режиме, автоматическое регулирование подачи горячей воды в теплообменник, автоматическое регулирование заданного значения температуры продукта в теплообменнике , обеспечение противоаварийной автоматической защиты () и автоматической сигнализации (), а так же ручное дистанционное управление технологической установкой.
Функциональная схема технологической установки представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1. Функциональная схема технологической установки
Приведем в таблице 1.1 средства автоматизации имеющиеся на первоначальном этапе проектирования, заданные по заданию.
Таблица 1.1. Средства автоматизации
автоматизация теплообменник контроллер микропроцессор
Дадим описание принципа работы технологической установки.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Первоначально теплообменник состоит из двух емкостей, емкость по которой проходит продукт, находится внутри основной емкости в которую производится подача горячей воды и удалении отработанной(остывшей) воды, горячая вода в свою очередь взаимодействует с емкостью по которой проходит продукт, омывая ее и отдавая тепло, в результате чего и происходит подогревание продукта. Подача готового продукта производится через клапан отсечной 4-11-1 , необходимый для измерения температуры готового продукта, с датчика температуры сигнал подается на вторичный показывающий и регистрирующий прибор контроля температуры 1-2 который формирует сигнал отклонения заданной температуры от необходимой и передает его на регулятор расхода горячей воды 2-3 . На трубопроводе подачи горячей воды стоит датчик расхода горячей воды 2-1 , с датчика расхода горячей воды сигнал подается на вторичный показывающий и регистрирующий прибор контроля расхода горячей воды 2-2 , и подается на регулятор расхода горячей воды 2-3 в котором формируется сигнал разноси, температуры продукта на выходе и расхода горячей воды, формируя сигнал задания и передает его на частотный преобразователь 3-1 , в котором происходит формирование закона управления двигателем насоса 3-3 , то есть изменяет частоту вращения в большую или меньшую сторону, регулируется подача горячей воды. , предназначен для ручного дистанционного управление частотным преобразователем и двигателем. Кнопочный пост 4-2 осуществляет ручное дистанционное управление отсечного клапана.
.2 Определение переменных, подлежащих контролю, регулированию, сигнализации, блокировке с учетом контроля состояния исполнительных механизмов
В данной технологической установке контролю и регулированию подлежит температура продукта на выходе теплообменника со значением . Контроль температуры осуществляется при помощи датчик температуры 1-1 а регулирование, как и описывалась выше осуществляется подачей горячей воды в теплообменник насосом, согласно закону регулирования частотного преобразователя 3-1
Технологическая установка предусматривает наличие автоматической сигнализации (АС), при значениях температуры продукта , а также обеспечение противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ), при значениях температуры продукта .
К данной схеме технологической установки необходимо предусмотреть контроль состояния используемых механизмов (клапанов, двигателей), стабилизацию основной технологической переменной с помощью регулируемого электропривода.
Для контроля двигателя насоса 3-3 М, на вал установим устройство контроля циркуляции с контактным выходом, датчик скорости 3-4 , также на трубопроводе подачи горячей воды, после насоса, установим датчик давления 3-5 и отсечной клапан 3-6, установим конечные выключатели 3-8 и 3-9 , также для ручного дистанционного управления отсечным клапаном 3-6 устанавливаем кнопочный пост 3-7 Для контроля состояния положения отсечного клапана 4-1 установим конечные выключатели 4-3 и 4-4 .
Доработанная функциональная схема технологической установки представлена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2. Доработанная функциональная схема технологической установки
1.3 Разработка алгоритма управления технологической установки
Алгоритм управления — это совокупность правил приложения управляющих воздействий к исполнительным элементам объекта управления, обеспечивающих его функционирование с целью решения поставленной перед объектом задачи.
Для отображения операций и последовательности их выполнения будем использовать стандартные символы:
а) начала (окончания) программы;
б) выполнения определенной операции;
в) цикла с условием;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
г) перехода на другую страницу.
Целью управления является получение высококачественного продукта с необходимыми показателями, обусловленными технологическим процессом.
Для управления установкой в автоматическом режиме необходимо применение микроконтроллера или промышленного компьютера.
При управлении установкой в автоматическом режиме все команды подаются управляющим устройством. На него заводятся сигналы с датчиков, установленных на технологической установке, а с выхода выдаются управляющие сигналы на исполнительные устройства осуществляющие регулирование и контроль всех технологических параметров.
Работа установки начинается с подключением её к электросети, после чего производится опрос состояния отсечного клапана 4-1, который должен быть закрыт. Если он не закрыт, то подается команда на закрытие клапана 4-1 с проверочным опросом состояния концевого выключателя 4-3 , если клапан не закрылся, то срабатывает сигнализация «Установка неисправна». Если клапан 4-1 закрыт, алгоритм ТП продолжается.
Далее отрабатывается подпрограмма пуска двигателя насоса, приведенная на рисунке 1.4. Производится опрос состояния отсечного клапана 3-6, который должен быть закрыт. Если он не закрыт, то подается команда на закрытие клапана 3-6 с проверочным опросом состояния концевого выключателя 3-8 , если клапан не закрылся, то срабатывает сигнализация «Установка неисправна». Если клапан 3-6 закрыт, алгоритм ТП продолжается и на частотный преобразователь 3-1. После запуска двигателя 3-3 М, 3-5 , то алгоритм ТП продолжается, если нет, срабатывает сигнализация «Установка неисправна». Следующая операция заключается в подачи команды на открытие клапана 3-6 с проверочным опросом состояния концевого выключателя 3-9 , если клапан не открылся, то срабатывает сигнализация «Установка неисправна». Если клапан 3-6 открыт, алгоритм ТП продолжается, на этом заканчивается подпрограмма пуска двигателя.
После завершения подпрограммы пуска двигателя насоса, производится опрос датчика скорости 3-4 , если сигнал с датчика скорости 3-4 =1, то алгоритм ТП продолжается, если нет, то выполняется снятие напряжения с двигателя 3-3 М, с проверочным опросом состояния концевого выключателя 3-9 , аналогично процессу описанному выше.
Рисунок 1.3. Алгоритм подпрограммы пуска двигателя
Если сигнал с датчика скорости 3-4 , с проверочным опросом состояния концевого выключателя 4-4 , если клапан не открылся, то срабатывает сигнализация «Установка неисправна». Если клапан 4-1 открыт, алгоритм ТП продолжается.
Дальнейший алгоритм ТП продолжается с опроса датчика температуры 1-1 , в первую очередь производится сравнение установившейся температуры и температуры противоаварийной автоматической защиты (), T=TminПАЗ, если данное условие соблюдается, то отрабатывается подпрограмма отключения установки приведеннаю на рисунке 1.5, если нет, то алгоритм ТП продолжается. Производится сравнение установившейся температуры и температуры автоматической сигнализации (), T=TminАС, если данное условие соблюдается, то срабатывает сигнализация, после чего происходит регулирование температуры продукта, если условие не соблюдается, то процесс регулирования начинается без включения аварийной сигнализации. Далее производится сравнение установившейся температуры и температурой задания (), T=Tзад, если нет, то происходит изменение выходного сигнала управления Ukсравнение установившейся температуры продукта с указанными выше и ее регулирование, повторяется до тех пор пока время t работы ТУ не станет равным времени рабочей смены Tсмен — t=Tсмен. После чего произойдет полный останов технологической установки.
Схема алгоритма управления каскадной автоматической системы уровня регулирования температуры в теплообменнике представлена в графической части курсового проекта.
Рисунок 1.4. Алгоритм подпрограммы отключения установки
2. Структурно-параметрический синтез каскадной автоматической системы регулирования основной технологической переменной
2.1 Составление схемы структурной каскадной АСР, схема функциональная каскадной АСР, реализованной на базе микропроцессорной техники и ЭВМ
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Каскадные автоматические системы регулирования применяют для автоматизации технологических объектов управления, если существует вспомогательная технологическая переменная, однозначно связанная с основным выходом объекта.
В этом случае в систему каскадного регулирования, представленную на рисунке 3.1, включают два регулятора: основной (внешний) регулятор TC(s), служащий для стабилизации основной технологической переменной — температуры T(s), вспомогательный (внутренний) регулятор FC(s), осуществляющий регулирование вспомогательной технологической переменной — расхода F(s). Заданием Fd(s) для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора уровня.
Рисунок 2.1. Структурная схема каскадной автоматической системы регулирования
Где:
Td(s)=84 (±2)˚C — сигнал задания основной технологической переменной (температуры);
Fd(s) — сигнал задания вспомогательной технологической переменной (расход горячей воды);
T(s) — текущее значения температуры;
F(s) — текущее значения расхода;
F(s) — управляющий сигнал на регулятор расхода;
T(s) — управляющий сигнал на регулятор температуры;
(s) — управляющий сигнал на объект управления (теплообменник);
;
— регулятор температуры, .
Функциональная схема каскадной автоматической системы регулирования температуры продукта на выходе печи представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2. Функциональная схема автоматизации каскадной автоматической системы регулирования температуры продукта на выходе теплообменника
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Регулятор температуры 1-3 корректирует задание регулятору расхода 2-3. Регулирование температуры на выходе из теплообменника Твых осуществляется изменением расхода горячей воды с помощью изменения частоты вращения двигателя насоса М 3-3 на который подается питающее напряжение с преобразователя частоты 3-1, и соответственно на который подается управляющее воздействие с внутреннего регулятора расхода. Сигналы текущих значений температуры Твых и расхода горячей воды снимаются с помощью датчика температуры 1-1 и датчика расхода горячей воды 2-1. сигнал управляющего воздействия формируется по сигналу рассогласования текущего значения технологической переменной от его заданного значения в соответствии с законом регулирования.
2.2 Определение оптимальных настроек непрерывных регуляторов, цифровых регуляторов, рекуррентные алгоритмы
Исходные данные:
— время запаздывания, коэффициент усиления и постоянная времени технологического объекта управления с передаточной функцией :
, (2.1)
— время запаздывания, коэффициент усиления и постоянная времени технологического объекта управления с передаточной функцией :
, (2.2)
— степень колебательности;
, (2.3)
— оптимальные настройки внутреннего вспомогательного ПИ-регулятора с передаточной функцией , получены по таблице 2 для апериодического переходного процесса.
Для определения оптимальных настроек основного ПИ — регулятора с передаточной функцией воспользуемся выражением для передаточной функции эквивалентного объекта управления:
, (2.4)
Определение оптимальных настроек и проведем по методу РАФЧХ.
РАФЧХ эквивалентного объекта управления определяем, заменив в передаточной функции :
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
, (2.5)
где , — модуль и аргумент числителя и знаменателя РАФЧХ эквивалентного объекта управления;
— модуль и аргумент РАФЧХ эквивалентного объекта управления;
— действительная и мнимая части РАФЧХ эквивалентного объекта управления.
Для определения РАФЧХ эквивалентного объекта управления найдем РАФЧХ
Определим РАФЧХ :
, (2.6)
, (2.7)
. (2.8)
где , — действительная и мнимая части РАФЧХ технологического объекта управления; , — модуль и аргумент РАФЧХ технологического объекта управления.
Определим РАФЧХ внутреннего вспомогательного регулятора с передаточной функцией (s):
(2.9)
, (2.10)
. (2.11)
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
где — действительная и мнимая части РАФЧХ внутреннего вспомогательного регулятора;
— модуль и аргумент РАФЧХ внутреннего вспомогательного регулятора.
Определим РАФЧХ технологического объекта управления внутреннего вспомогательного контура регулирования технологической переменной FC с передаточной функцией W01 (s):
, (2.12)
(2.13)
(2.14)
где — действительная и мнимая части РАФЧХ технологического объекта управления W01 (s) внутреннего вспомогательного контура регулирования технологической переменной R1 (s);
— модуль и аргумент РАФЧХ технологического объекта управления W01 (s) внутреннего вспомогательного контура регулирования технологической переменной R1 (s).
Определим числитель РАФЧХ эквивалентного объекта управления в показательной форме записи:
, (2.15)
. (2.16)
Определим знаменатель РАФЧХ эквивалентного объекта управления, предварительно рассчитав промежуточные переменные:
, (2.17)
. (2.18)
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Тогда действительная и мнимая части знаменателя РАФЧХ эквивалентного объекта управления соответственно равны:
, (2.19)
. (2.20)
Получим модуль и аргумент знаменателя РАФЧХ эквивалентного объекта управления соответственно:
, (2.21)
. (2.22)
Модуль и аргумент РАФЧХ эквивалентного объекта управления соответственно равны:
, (2.23)
. (2.24)
Действительная и мнимая части РАФЧХ эквивалентного объекта управления соответственно равны:
, (2.25)
. (2.26)
Для получения инверсных значений используем формулы:
, (2.27)
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
. (2.28)
Настройки основного регулятора рассчитываем по формулам:
, (2.29)
. (2.30)
Задавшись значениями , строим график линии равного значения степени колебательности , при этом:
. (2.31)
Изменяя значения при заданном значении , строим по таблице 2.1 расчетных значений, график равного значения степени колебательности (рисунок 3.3).
Все расчеты выполняются с помощью прикладного пакета MathCAD. Пример расчетов приведен в приложении В.
Таблица 2.1. Расчетные значения
Рисунок 2.3. График равного значения степени колебательности m
Из рисунка 3.3 видно, что точка оптимальных параметров настойки регулятора находиться чуть правее максимума графика равного значения степени колебательности и соответствуют значениям:
,
,
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
. (2.32)
Таким образом, передаточные функции регуляторов выглядят следующим образом:
, (2.33)
.
Цифровой регулятор формирует управляющее воздействие на каждом шаге регулирования с помощью рекуррентных алгоритмов:
, (2.34)
где — управляющее воздействие на предыдущим шаге регулирования;
— отклонение регулируемой переменной от заданного значения на данном шаге регулирования, предыдущем шаге регулирования;
— настройки цифрового регулятора.
Управляющее воздействие формируемое регулятором температуры R:
, (2.35)
Управляющее воздействие формируемое регулятором расхода горячей воды R1:
, (2.36)
2.3 Определение динамической характеристики основной технологической переменной
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
На рисунке 2.4 представлена математическая модель для исследования динамической характеристики основной технологической переменной T(t) в среде MATLAB.
Рисунок 2.4. Математическая модель для исследования динамической характеристики Т(t)
На рисунке 2.5 показан график переходного процесса с данными настройками.
Рисунок 2.5. График переходного процесса температуры на выходе теплообменника
Показатели качества регулирования.
При определении перерегулирования будем использовать формулу:
(2.37)
где — установившееся значение управляемой величины после завершения переходного процесса;
— максимальное значение управляемой величины.
Время регулирования определяется как время, протекающее от момента приложения на вход единичного скачка до момента, после которого имеет место неравенство:
(2.38)
где — заданная малая постоянная величина, представляющая собой обычно допустимую ошибку, 5% от величины сигнала на выходе, равная 4,2.
Исходя из этого время регулирования:
.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
3. Выбор комплекта программно-технических средств автоматизации информационно-управляющей системы
.1 Выбор и обоснование контрольно-измерительных приборов, описание принципа действия, технических характеристик
При выборе комплекса технических средств автоматизации необходимо учитывать их стоимость, производительность и надежность.
Выбор датчика температуры 1-1 (Приложение А ст. 45).
Для измерения температуры продукта на выходе теплообменника, выбираем датчик температуры — термоэлектрический преобразователь фирмы Siemens, прямая термопара по DIN 43 733 с соединительной головкой, со следующими техническими характеристиками:
диапазон измеряемых температур от 0 до 1250°С;
сенсор типа К (Ni Cr/Ni) по DIN EN 60 584 (IEC 584);
защитная трубка из высококачественной стали;
соединительная головка: форма А по DIN 43 729, кабельный ввод Pg 16;
степень защиты IP54.
Выбор датчика расхода горячей воды 2-1 (Приложение А ст. 46).
Для измерения расхода горячей воды выбираем датчик расхода горячей воды типа PF2W511, (производитель SMC(Италия)) со следующими техническими характеристиками:
измеряет моментальный и накопленный расходы;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
2 дискретных (PNP/NPN) выхода (при использовании контроллера PF2W300);
аналоговый выход (1 ~ 5 В либо 4 ~ 20 мА);
перенастраиваемые режимы включения-выключения выходного сигнала (окно либо гистерезис);
исполнение для горячей воды до 90°С (по запросу);
напряжение питания 12 ~ 24 V DC (колебания напряжения ± 10%);
потребление тока, 20мА;
степень защиты IP65.
Выбор датчика скорости 3-4 (Приложение А ст. 45).
Для измерения скорости вращения двигателей выбираем датчик скорости — аналоговый тахогенератор типа GMP 1,0, производитель Baumer Hübner GmbH. Тахогенераторы позволяют измерять скорость и направление вращения посредством сигнала выходного напряжения. Величина этого напряжения пропорциональна скорости вращения вала. Тахогенераторы Baumer Hubner имеют следующие характеристики: прочный корпус из легкого сплава, высокая точность сигнала и долгий срок службы благодаря запатентованной технологии LongLife, измерение скорости и направления вращения в реальном времени, высокая точность измерений при малых оборотах, дополнительный источник питания не требуется. Его основные технические характеристики следующие:
напряжение — 40 — 175 (мВ/мин-1);
мощность — 30 Вт;
масса — около 4,5 кг;
момент инерции — 4,5 кг*см2;
класс защиты — IP 55.
Выбор датчика давления 3-5 .
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Для измерения давления в трубопроводе горячей воды нагнетаемой насосом, выбираем датчик давления SITRANS P серии Z, фирмы Siemens. Датчики этой серии могут быть использованы для решения задач, не требующих высокой точности измерения, а также перестройки диапазона измерения в процессе эксплуатации. Они предназначены для измерения относительного и абсолютного давления газов, жидкостей и пара в энергетической и машиностроительной индустрии, системах водоснабжения и т.п. Датчик состоит из тонкоплёночной измерительной ячейки с керамической мембраной и электронной схемы, которые встроены в корпус из нержавеющей стали. Наружная монтажная резьба — G1/2A, внутренняя — G1/8A. Электрическое подсоединение осуществляется через угловое штепсельное соединение типа А в соответствии с DIN 43650, имеющее кабельный сальник Pg9.
Технические характеристики:
диапазон измерения: от 0 до 400 атм;
выходной сигнал: 4_20 мА;
напряжение питания: от 10 до 36 В пост. тока;
максимальная погрешность измерения: не более 0,25% от полной шкалы;
диапазон рабочих температур: -25…+85°С;
температура хранения: -50…+100°С;
температура контролируемой среды: -30…+120°С;
материал измерительного элемента: Al2O3_96%;
материал измерительной камеры: нержавеющая сталь;
масса: около 0,25 кг;
степень защиты корпуса IP65.
В эксплуатации преобразователи не требуют технического обслуживания, кроме периодической проверки нуля диапазона.
Выбор источника для питания датчиков.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Для питания датчиков выбираем промышленный источник питания ACE-540A, (производства компании ICP Electronics Inc) который имеет следующие технические характеристики:
выходная мощность: 48 Вт;
— выходные напряжения: +24 В;
максимальная нагрузка 2 А;
номинальная нагрузка 1.7 А;
входное переменное напряжение 85…264 В, частота 47…62 Гц и ток 0.6 А;
тип преобразования — AC-DC импульсное;
выходные характеристики:
пульсации и шумы 240 мВ;
стабильность от входа -1…+1%;
стабильность от выхода -1…+1%.
3.2 Выбор и обоснование исполнительных механизмов, средств контроля их состояния, описание технических характеристик
Выбор асинхронного электродвигателя 3-3 М.
Выбираем асинхронный электродвигатель для привода насоса АИР280S8, (производитель РУП «Могилёвский завод «Электродвигатель») со следующими техническими характеристиками:
мощностью P=55кВт;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
частота вращения n=740 обр/мин;
ток при напряжении 380В — 106А;
КПД=93,9%;
коэффициент мощности — 0,85;
степень защиты — IP54.
Выбор частотного преобразователя 3-1
Для регулирования скорости вращения двигателя и поддержания её с заданной точностью в ходе технологического процесса выбираем частотный преобразователь MICROMASTER 430, (фирмы Siemens) со следующими техническими характеристиками:
выходная мощность — 55кВт;
выходная частота — 0 Гц … 650 Гц;
сетевое напряжение и 3 AC 380 В… 480 B ± 10%;
законы управления линейная зависимость U/f; квадратичная U/f зависимость; программируемая зависимость U/f; прямое управления потоком (FCC); имеет режим энергосбережения, контроль нагрузки (определение «сухого хода» насоса), каскадный запуск двигателя;
цифровые входы — 6 параметрируемые, потенциально развязанные; переключаемые PNP/NPN;
аналоговые входы — 2 параметрируемых, 0 В… 10 В, 0 мA… 20 мA и -10 В… +10 В Вход 1 (AIN1); 0 В… 10 В и 0 мA… 20 мA Вход 2 (AIN2); могут использоваться как 7и 8 цифровые входа;
релейный выход — 3, параметрируемые, DC 30 В/5 A (омическая нагрузка), AC 250 В/2 A (индуктивная нагрузка);
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
аналоговый выход — 2, параметрируемые (0/4 mA… 20 mA);
последовательный интерфейс — встроенный RS-485, опционально RS-232;
степень защиты IP20.
Выбор клапана отсечного 3-6 и 4-1
Выбираем клапан отсечной одного типа в количестве двух штук — ARI-STEVI 405, (производитель ARI-Armaturen Albert Richter GmbH & Co. KG Германия) со следующими техническими характеристиками:
номинальный диаметр: DN25;
номинальное давление: PN16;
рабочая температура: -60С … +450С;
виды присоединения: фланцевое;
электропривод ARI-AUMA.
Выбор электропривода клапана отсечного 3-6 и 4-1
В комплекте для клапана имеется исполнительный электропривод ARI-PREMIO, (производитель ARI-Armaturen Albert Richter GmbH & Co. KG Германия) со следующими техническими характеристиками:
тяга 5кН;
напряжение питания электродвигателя 3-х фазное 230 В;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
потребляемая мощность 52,9 ВА;
скорость хода 1,0 мм/с;
концевой выключатель: 2 шт., коммутационная способность 10А, 250В;
степень защиты IP65;
наличие маховика ручного управления.
Выбор кнопочного поста 3-2
Для управления двигателем М выбираем кнопочный пост типа K2 с кнопками СТАРТ-СТОП ST22K2 2, (производитель Электро-Cвит ООО) со следующими техническими характеристиками:
максимальное напряжение переменного тока частотой 50 или 60 Гц, 660В;
максимальная сила тока, 10А;
частота включений в час — 1200;
кнопки: 1. с потайным толкателем зеленым (KZ), 2. с потайным толкателем красным (KC).
Выбор кнопочного поста 3-7
Для управления отсечными клапанами 3-6 и 4-1 выбираем кнопочный пост, в количестве двух штук, типа K3 с кнопками СТАРТ I — СТОП — СТАРТ II ST22K3 2, (производитель Электро-Cвит ООО) со следующими техническими характеристиками:
— максимальное напряжение переменного тока частотой 50 или 60 Гц — 660В;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
максимальная сила тока — 10А;
частота включений в час — 1200;
кнопки: 1. с потайным толкателем зеленым (KZ), 2. с потайным толкателем красным (KC), 3. с потайным толкателем зеленым (KZ).
Выбор концевых выключателей 3-8
Выбираем концевые выключатели для контроля состояния отсечных клапанов, в количестве четырех штук. Выбираем концевой выключатель рычажной регулируемый с роликом KP L2 S11, (производитель LOVATO Electric) со следующими техническими характеристиками:
количество и тип контактов: 1HO+1H3 быстрого переключения;
номинальный тепловой ток Ith: 5А.
3.3 Выбор и обоснование контроллера, модулей ввода вывода
Выбор контроллера
Модули серии ADAM-6000 предназначены для построения интеллектуальных распределенных систем сбора данных и управления на основе интерфейса Ethernet. Использование Ethernet позволяет легко интегрировать системы на основе модулей ADAM_6000 в сети Интернет/интранет путем организации Web-доступа в реальном времени к данным модулей с помощью встроенного в каждый модуль сбора данных Web-сервера. Для организации взаимодействия со SCADA-системами верхнего уровня в модулях реализована поддержка протокола ModBus/ТСР и обмен данными происходит через ОРС-сервер. Кроме того, с модулями поставляются соответствующие DLL-драйверы и ActiveX-компоненты, а также утилита для конфигурирования и настройки модулей. Для настройки встроенной в модули Web-страницы предусмотрена возможность удаленной загрузки JAVA-аплетов. Производитель фирма Advantech.
В качестве контроллера выбираем программируемый коммуникационный контроллер со встроенной ОС Windows CE.NET ADAM-6501. Производитель фирма Advantech.:
процессор: Intel XScale 400 МГц;
флэш-диск: 32 Мбайт в ADAM-6501;
ОЗУ: 32 Мбайт;
интерфейс Ethernet: 10/100Base-T;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
последовательные интерфейсы: 1.RS-232, 1.RS-232/485;
гнездо для карты CompactFlash;
строенный WEB сервер.
Выбор модулей. Модуль аналогового ввода для подключения термопар (Приложение А ст. 55). Производитель фирма Advantech.:
эффективное разрешение АЦП: 16 разрядов;
количество каналов: 8 дифференциальных;
типы поддерживаемых термопар: J, K, T, E, R, S, B;
напряжение изоляции: 2000 В;
8 каналов дискретного вывода (30 В/100 мА).. Универсальный модуль ввода-вывода. Производитель фирма Advantech.:
6 дифференциальных каналов аналогового ввода (0/4…20 мА, 0…10 В);
2 канала аналогового вывода (0/4…20 мА, 0…10 В);
2 канала дискретного ввода (поддержка цепей с «сухим» контактом);
2 канала дискретного вывода («открытый коллектор», 30 В/0,1 А).. Модуль дискретного ввода-вывода с мощными выходами (Приложение А ст. 55). Производитель фирма Advantech.:
8 каналов дискретного ввода (поддержка цепей с «сухим» контактом);
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
8 каналов дискретного вывода (до 35 В/1 А);
напряжение изоляции: 2000 В.
Ниже приведена таблица 4.1 аналоговых и дискретных сигналов с символической привязкой этих сигналов к датчикам и исполнительным механизмам
Таблица 3.1. Подключение датчиков исполнительных механизмов к модулям ввода / вывода
Продолжение таблицы 1.1
3.4 Выбор и обоснование компьютера
Выбор компьютера
На верхнем уровне АСУТП выбираем модульный мультимедийный панельный промышленный компьютер IPPC 9150 представляющий собой полнофункциональные промышленные панельные ПК, выполненные на базе процессоров Pentium III (до 850 MГц) или Celeron (до 700 МГц) и 15, дюймового цветного TFT ЖК, дисплея. IPPC, 9120/9150 специально разработан для применения в самых тяжелых промышленных условиях и имеет шасси из нержавеющей стали и герметичную (степень защиты IP65) алюминиевую переднюю панель с закаленным стеклом для защиты ЖК-дисплея. В корпусе панельного ПК имеются два слота расширения для установки плат с шиной ISA/PCI. Наличие специальных монтажных комплектов облегчает интеграцию IPPC 9150 в любое промышленное оборудование. Производитель фирма Advantech. Технические характеристики:
конструкция: шасси из нержавеющей стали, алюминиевая (толщина 10 мм) передняя панель со степенью защиты IP65
дисплей: 12,1» VGA/15» XGA TFT ЖК-дисплей;
1) процессор: до Intel Pentium III 850 МГц, S370;
— память ОЗУ: до 256 Мбайт SDRAM, 1 DIMM;
отсек для дисководов: может вмещать один малогабаритный3,5» НГМД, один 2,5» НЖМД и один малогабаритный CD-ROM (CD-ROM и НЖМД устанавливаются по заказу);
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
контроллер Ethernet 10/100Base, T;
параллельный порт: конфигурируется как LPT1, LPT2, LPT3 или отключенный, поддерживает режимы SPP/EPP/ECP;
последовательные порты: три порта RS-232 и один порт RS-232/422/485 (СОМ2);
шина USB: 2 порта USB;
место для установки 2 плат расширения с шиной PCI или 1 PCI и 1 ISA половинного размера;
сенсорный экран (по заказу);
габаритные размеры: 402х302х127 мм;
масса: 10 кг.
На компьютере данной фирмы установлена операционная система Microsoft Windows NT 4.0 Russian Edition, поэтому они обладают достаточным быстродействием, большим запасом прочности и надежности. Операционная система Windows NT обеспечивает многозадачный режим работы прикладных программ, осуществляет поддержку расширенного управления питанием и работой подключенного к ней источника бесперебойного питания.
Выбор источник бесперебойного питания
Выбираем источник бесперебойного питания (ИБП) семейства Back-UPS Pro ВР420SI, (производитель Schneider Electric), который обеспечит нормальную работу оборудования во время кратковременного отключения электропитания, позволяя сохранить данные без отключения компьютера. В случае длительного отсутствия электропитания Back-UPS Pro использует программу PowerChute plus с функцией WorkSafe™ для сохранения файлов и корректного завершения работы компьютера. Высокопроизводительный сетевой фильтр перенапряжений защищает компьютер от электрических помех и опасных всплесков напряжения. Васk-UPS Pro гарантирует питание для процессора и монитора от 7 до 10 минут, а также необходимую сетевую защиту каналов всех линий передачи данных системы. Кроме того, пользователю предоставляются дополнительные программные инструментальные средства для сохранения данных и управления питанием. Позволяет выключить компьютер, если пользователь отсутствует на рабочем месте и имеет следующие характеристики:
мощность: 420 В·А (260 Вт),
Время автономной работы при половинной /полной нагрузке: 18/5 мин,
Габаритные размеры: 368.168.119 мм.
Выбор клавиатуры
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Клавиатуру PCA-6302. Производитель фирма Advantech:
101 клавиша с тактильным эффектом;
ресурс свыше 20 млн. нажатий;
габаритные размеры: 400.188.40 мм;
возможно покрытие защитной пленкой.
Выбор принтера
Принтер лазерный HP LaserJet1010. Производитель HP:
формат печати А4;
разрешение печати 600х600 dpi;
объем оперативной памяти 8Мb;
скорость печати 12 стр./мин (ч/б А4);
интерфейс для подключения USB.
Выбор шкафа для устанавливается аппаратуры
Промышленный компьютер устанавливается в шкафу серии PROLINE артикул PRL12U45. Производитель Estap:
ширина = 600 мм, глубина = 450 мм;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
степень защиты от воздействий окружающей среды — IP55 (пылевлагозащищенные) и IP22 (коммуникационные);
несущий каркас повышенной прочности;
допустимая статическая нагрузка до 500 кг;
размещение крепежных отверстий с шагом 25 мм по всем трем осям обеспечивает небывалое удобство монтажа, например, возможность установки монтажной панели на произвольной глубине без дополнительных поддерживающих деталей.
3.5 Выбор и обоснование программного обеспечения, интерфейса
Выбираем программное обеспечение GeniDAQ.- программное обеспечение для построения систем сбора, анализа, визуализации данных и управления, работающее под управлением операционных систем Windows 95/98/NT. Специальная оболочка для построения пользовательских приложений значительно сокращает время их разработки и максимально облегчает этот процесс. При этом нет необходимости написания программного кода, и весь процесс разработки сводится к «рисованию» системы на экране с последующей привязкой к физическим каналам ввода-вывода. Для построения комплексных систем и организации сложных алгоритмов обработки данных имеется возможность использования программ на Visual Basic. Открытая архитектура GeniDAQ позволяет легко интегрировать его с другими приложениями через механизмы OLE, DDE, ODBC. GeniDAQ обеспечивает:
легкий для освоения человеко-машинный интерфейс;
объектно-ориентированную графику;
исторические тренды;
возможность генерации отчетов;
возможность встраивания программ на Visual Basic;
многозадачный режим работы;
поддержку механизмов DDE, OLE, ODBC, технологии OPC;
легкую интеграцию с системами программирования МЭК 61131, в том числе с UltraLogik.имеет ряд ключевых отличий от разработанного ранее широко известного программного продукта аналогичного назначения Genie, обеспечивающих решение более широкого круга задач на новом уровне. Высокая производительность и реализация многозадачного режима работы GeniDAQ является 32-разрядным приложением и обеспечивает параллельное сканирование задач для повышения эффективности операций ввода-вывода, обновление графической информации на экране и диалог с оператором. Это приводит к успешному выполнению критичных по времени задач.
Поддержка спецификации OPC. Технология ОРС обеспечивает возможность использования в системах на базе GeniDAQ оборудования других производителей (в частности, любых PLC-контроллеров). Для этого достаточно иметь соответствующие ОРС-серверы. Поддержка протокола TCP/IP. Использование протокола TCP/IP обеспечивает возможность работы с данными технологического процесса в реальном времени с любого узла сети, а также дистанционное управление процессом.
Поддержка различных платформ в рамках одного программного пакета. При использовании GeniDAQ не требуется приобретать каких-либо дополнительных программных пакетов для работы на любых HMI-платформах фирмы Advantech с размером экрана от 5,7 до 15» по диагонали. Имеется также возможность разработки приложений в среде Windows NT или Windows 95/98 и последующего их исполнения в среде Windows NT, Windows СЕ или Windows 95/98.
Выбираем интерфейс OPC (OLE for process control), который является стандартным интерфейсом для связи между программным обеспечением SCADA и различными контроллерами и устройствами ввода-вывода. ОРС-серверы (драйверы) фирмы Advantech полностью соответствуют спецификации ОРС и позволяют подключать контроллеры ADAM-4000/5000/6000/8000 к широкому кругу HMI/SCADA-программ различных производителей. Любое программное обеспечение, соответствующее спецификации ОРС-клиента, может получать данные из ОРС-серверов Advantech.
Характеристики:
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
работа в среде Microsoft Windows 98/2000/NT;
совместимость с любыми приложениями, соответствующими спецификации ОРС-клиента;
соответствие спецификации ОРС v. 2.0a;
конфигурируемый интерфейс;
совместимость с Microsoft Visual C++, Visual Basic, Inprise Delphi и С++.
4. Разработка блок-схемы системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) и автоматической сигнализации (АС), определение их уставок
Для оценки точности каналов управления и защиты необходимо вычислить погрешность канала измерения:
, (4.1)
где Si — погрешность элемента канала;
n — общее число элементов.
Для канала измерения температуры вещества:
погрешность модуля аналогового ввода — 0,05%;
погрешность преобразователя — 0,05%;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
погрешность датчика температуры — 0,0025%.
Тогда:
автоматизация теплообменнику контроллер микропроцессор
,
Отклонение от заданного значения определяется по формуле:
, (4.2)
где N — диапазон шкалы 1250˚С.
,
Расчет уставок ведется следующим образом:
, (4.3)
(4.4)
Таким образом заданная граница срабатывания АС по минимальной температуре 80 ˚С. АС должна сработать при величине большей границы АС на величину абсолютной ошибки канала измерения. Принимаем уставку АС по уровню 81 ˚С.
Заданная граница срабатывания ПАЗ по минимальной температуре 78˚С. Принимаем уставку ПАЗ по минимальной температуре 79 ˚С.
Блок-схема системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) и автоматической сигнализации (АС) приведена на рисунке 5.1. В данной блок-схеме задействованы — датчик температуры TE и 4-1 которые в свою очередь отсекают подачу горячей воды и выходного продукта. Концевые выключатели GS.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Рисунок 4.1. Блок-схема системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) и автоматической сигнализации (АС).
5. Разработка графического интерфейса регулирования основной технологической переменной в SCADA-системе TRACE MODE
Выбираем программное обеспечение SCADA — системы TRACE MODE. TRACE MODE состоит из инструментальной системы и исполнительных (run-time) модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе TRACE MODE.
Разработка графического интерфейса для операторских станций осуществляется в редакторе представления данных. В него загружается структура проекта, созданная в редакторе базы каналов.
Выбрав требуемый узел проекта, можно редактировать его графическую базу. Эта база включает в себя все графические фрагменты, которые выводятся на монитор данной операторской станции.
Первым этапом нужно создать узлы проекта. Были созданы PC-контроллер и операторская станция (АРМ). Затем перешли к авто-построению базы каналов контроллера. Подключили каналы аналогового и дискретного ввода / вывода контроллера.
Нужно, чтобы линии связи, по которым будет осуществляться обмен данными (локальная сеть, последовательный интерфейс или коммутируемые телефонные линии), поддерживались всеми связанными узлами. Для этого перейдем к авто-построению базы каналов для обмена данными с другими узлами проекта. Обмен данными осуществляется по последовательному интерфейсу по протоколу ModBus.
Последовательно была создана FBD-программа, реализующая PI-регулятор. В этой программе вычисляется рассогласование параметра и задания, формируются величины управляющего воздействия по PID-закону и ограничение этой величины заданными границами.программа PID регулятора подключена к каналам узла контроллера.
В редакторе представления данных произведена разработка графического интерфейса для данного проекта. Для создания и редактирования графических экранов необходимо сначала загрузить структуру проекта и загрузить или создать графическую базу любого узла, присутствующего в проекте.
Разработка графического интерфейса заключается в размещении на экранах графической базы статических элементов рисования и динамических форм отображения. Графические элементы выбираются с помощью соответствующих инструментальных панелей. При этом на экран выводится диалог настройки их атрибутов (цвет фона, привязка к каналам и пр.).
Для проверки функционирования размещенных на экранах форм отображения следует перейти в режим эмуляции.
Разработанный графический интерфейс автоматизированной системы теплообменника М представлен на рисунке 6.1, а также в графической части курсового проекта АСРТ 962.00.00.000 Д2.
Рисунок 5.1. Графический интерфейс автоматизированной системы
Заключение
В результате курсового проекта была проведена разработка информационно-управляющей системы автоматизации теплообменника М. Разработанная система позволяет вести автоматическое управление технологическим процессом с помощью микропроцессорного управления. Система позволяет использовать относительно недорогой персональный компьютер и его периферийные устройства для создания комплексной автоматизированной системы управления несколькими различными технологическими процессами, объединёнными месторасположением.
На экране монитора, при соответствующем программном обеспечении, можно наблюдать все стадии технологического процесса, следить за изменением всех параметров системы, делать необходимые поправки и исключать аварийные ситуации. Правильное программирование таких систем делает производство исключающим присутствие в нем человека, что экономически выгодно с точки зрения предприятия, получающего прибыль.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Список литературы
1. Автоматизация типовых технологических установок и комплексов. Методические указания и задания к курсовой работе. Составители: канд. тех. наук, доц. Л.Г. Черная, ст. преподаватель М.П. Слука. Могилев 2012. 31 ст.
. Автоматизация типовых технологических установок и комплексов. Методическое пособие по курсовому проектированию и для проведения практических занятий. Часть 1. Уровень автоматизации технологических установок. Структурная и функциональная схема АСУ ТП. Составители: канд. тех. наук, доц. Черная Л.Г., канд. техн. наук, доц. Леневский Г.С., канд. техн. наук, доц. Слука М.П., ст. преподаватель Янкович А.В. Могилев 2010. 48 ст.
. Автоматизация типовых технологических установок и комплексов. Методические указания к лабораторным работам. Составители: канд. тех. наук, доц. Л.Г. Черная, ст. преподаватель М.П. Слука. Могилев 2011. 47 ст.
. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В.И. Круповиа, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1982. — 416 с., ил.
. Белов, М.П. Автоматизированный электропривод типовых производствен-ных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. — М.: Академия, 2004. — 576 с.
. Рачков, М.Ю. Технические средства автоматизации: учебник для вузов / М.Ю. Рачков. — 2-е изд., стер. — М.: МГИУ, 2009. — 185 с.
. Волчкевич, Л.И. Автоматизация производственных процессов: учеб. пособие для вузов / Л.И. Волчкевич. — 2-е изд., стер. — М.: Машиностроение, 2007. — 380 с.