Вариант 1 (Класс средств автоматизации – программируемый микроконтроллер Описание технологического процесса А) Назначение объекта автоматизации Б) Ц

Вариант 1 (Класс средств автоматизации – программируемый микроконтроллер
Описание технологического процесса
А) Назначение объекта автоматизации
Б) Цели и задачи, решаемые объектом
В) Описание объекта автоматизации
Г) Описание технологического процесса
Д) Формирование требований к системе автоматизации
2. Разработка структурной схемы автоматизации
3. Описание технических средств автоматизации

Описание технологического процесса
А) Назначение объекта автоматизации
Современная конкурентная экономика и открытый рынок, перспективы вступления России в ВТО и снятие в связи с этим ряда ограничений на торговлю ставят перед отечественными предприятиями чрезвычайно сложные задачи. Недостаток опыта конкурентной борьбы на мировом рынке, техническая и технологическая отсталость целого ряда отраслей, ограниченный доступ к ресурсам, в первую очередь, финансовым, несовершенство законодательства и локальные нерыночные факторы, негативно влияющие на производство, требуют неотложных мер по внедрению самых передовых технологий.
Широкое применение средств автоматизации производственных процессов, напрямую влияющее на сокращение издержек и повышение качества продукции, становится главным фактором развития российского промышленного производства. Лучшее доказательство этому — растущее влияние на мировом рынке российских металлургов, нефтяников, предприятий оборонного комплекса. Инвестируя в автоматизацию, модернизацию и развитие производства, сегодня именно эти отрасли становятся локомотивом всей отечественной промышленности.
Современное предприятие наряду с полностью автоматизированными или роботизированными линиями включает в себя и отдельные полуавтономные участки — системы блокировки и аварийной защиты, системы подачи воды и воздуха, очистные сооружения, погрузочно-разгрузочные и складские терминалы и т.п. Функции автоматизированного управления для них выполняют программно-технические комплексы (ПТК). Они строятся с использованием аппаратно-программных средств, к которым относятся средства измерения и контроля и исполнительные механизмы, объединенные в промышленные сети и управляемые промышленными компьютерами с помощью специализированного ПО. При этом, в отличие от компьютерных сетей, центральным звеном ПТК является не главный процессор, а программируемые логические контроллеры, объединенные в сеть.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) объединяют различные объекты и устройства, локальные и удаленные, в единый комплекс и позволяют контролировать и программировать их работу как в целом, так и по отдельности с помощью SCADA или других систем. Этим обеспечивается максимальная эффективность и безопасность производства, возможность оперативной наладки и переналадки, строгий учет и планирование показателей операционной деятельности, оптимизация бизнес-процессов.
 При программировании промышленных программируемых контроллеров используется стандартный язык контактно-релейной логики или функциональных схем.
В настоящее время используются системы автоматизации на базе программируемых контроллеров, связанных с персональным компьютером. Они получают все большее распространение благодаря удобству, доступности, дружественному интерфейсу и низкой стоимости.
Открытые протоколы, стандартизация отдельных компонентов и свершившийся всеобщий переход на контрактное производство стирает различия между категориями программируемых контроллеров и даже между изделиями разных марок. Это позволяет собирать управляющие комплексы на базе микропроцессоров нового поколения из модулей разных производителей. Поэтому определить класс и тип контроллеров, наилучшим образом подходящий для решения конкретных производственных задач, целесообразнее всего исходя из соотношения цена/качество, сроков поставки и условий сервисного обслуживания, а не престижа торговой марки.

Б) Цели и задачи, решаемые объектом
В свое время для этих целей промышленность Советского Союза выпускала серии модулей «Логика-Т» и «Логика-И». Те, кто был связан с проектированием или эксплуатацией оборудования, в котором они применялись, помнят шкафы, плотно набитые модулями и жгуты связывающих их проводов.
В современных ПЛК все это реализовано в одном корпусе в виде программных логических блоков, количество которых может достигать несколько сотен. Поэтому ПЛК в первую очередь заменяет всю серию старых модулей, выполняя при этом многие функции исполнительных внешних устройств.

Применение программируемых логических контроллеров (ПЛК) в системах домашней автоматизации
Но в технике за все необходимо платить. Универсальность контроллеров требует избыточности возможностей, заложенных в них, т.к. заранее невозможно предугадать, какие из функций потребуются потребителю. Попытки использовать возможности отдельного контроллера «по максимуму» приводит к необходимости приобретения модулей расширения, дополнительных блоков питания, коммуникационных модулей и т.д. Подобные системы получаются громоздкими и дорогими.
Использование ПЛК в простейших схемах управления неоправданно в силу их высокой стоимости. Какой смысл использовать ПЛК в качестве обычного промежуточного реле илиреле времени? Хотя некоторые специалисты утверждают, что при числе коммутирующих устройств больше двух уже целесообразно применять контроллер. Но и здесь необходимо разбираться: если необходимости логической обработки сигналов нет, то нет смысла «стрелять из пушки по воробьям».
Нужно учитывать, что даже самые простые и популярные ПЛК, такие как серия LOGO фирмы Siemens, Zelio Logic фирмы Schneider Electric или семейство Pico фирмы Rockwell разрабатывались и выпускаются для промышленного применения. Обладая очень высокой надежностью, они ориентированы на решение самых простых задач автоматизации, в идеале на управление отдельными электроустановками. При этом требуются определенные знания, как в программировании, так и инсталляции.

ПЛК Zelio Logic Schneider Electric

ПЛК LOGO Siemens
ПЛК для домашней автоматизации
К счастью, в последнее время появились наборы интеллектуальных устройств, предназначенных исключительно для домашней автоматизации. Обладая, возможно, меньшей по сравнению с ПЛК надежностью, они больше ориентированы на решение задач управления домашними электроприборами и просты в монтаже.
Поэтому, решив заняться автоматизацией домашних устройств на основе одной из серий ПЛК, нужно быть готовым к решению задачи прокладки линий связи в домашних условиях. Потребуется приобретение датчиков со стандартными выходными сигналами, совместимыми с контроллерами и освоение одного из языков программирования, на котором вы сможете «объяснить» универсальному контроллеру, что вы от него хотите. Если эти задачи не пугают, то успешного вам творчества!
Если Вам интересны ПЛК, то по этой ссылке смотрите  хорошую переводную статью про ПЛК с одного специализированного ангоязычного сайта. В статье подробно разобраны их принцип работы и основы программирования.

В) Описание объекта автоматизации
Объект регулирования, как было сказано выше, является частью автоматической системы регулирования, и поэтому его свойства непосредственно влияют на работу и качество регулирования системы в целом. Для того чтобы правильно построить автоматическую систему регулирования, выбрать ее элементы, подобрать необходимые звенья, требуется знать характеристики объекта регулирования. Изучение объекта и его свойств на практике предшествует построению системы регулирования.Объект регулирования может находиться в состоянии равновесия при условии равенства поступления в объект и выхода из него вещества или энергии. При нарушении материального или теплового баланса в результате любого возмущающего воздействия равновесие в объекте нарушается и регулируемая величина отклоняется от заданного значения. Величина и скорость отклонения зависят от характера возмущающего воздействия и от свойств объекта. Свойства объекта подразделяются на две категории — статические и динамические.Статические свойства определяют способность объекта сохранять состояние равновесия.Динамические свойства обусловливают характер протекания переходного процесса в объекте.Различают объекты одномерные и многомерные. В одномерных одна выходная величина, в многомерных — несколько. Одномерные описываются одним уравнением статики и одним уравнением динамики, в многомерных число уравнений соответствует числу выходных величин.Если изменение входных величин приводит к изменению всех выходных параметров, считается, что в таких многомерных объектах выходные величины взаимозависимы. Если изменение любой из входных величин приводит к изменению только своей выходной величины, такие объекты относятся к многомерным объектам с независимыми выходными величинами. Считается, что в таких объектах отсутствуют каналы перекрестных связей. Примером объекта с перекрестными связями служит сырьевая шаровая барабанная мельница, на вход которой поступает известняк и вода, а на выходе образуется полуфабрикат — сырьевой шлам с заданной тонкостью и влажностью. Изменение подачи известняка на входе мельницы приводит к изменению и того и другого параметра шлама. Увеличение или уменьшение расхода воды, подаваемой в мельницу, также вызывает изменение характеристик этих величин шлама. Таким образом, обе выходные характеристики шлама испытывают влияние всех выходных величин объекта. Прохождение сигналов по каждому каналу может быть выражено своей динамической характеристикой.Объекты бывают с сосредоточенными и распределенными параметрами. В объектах с сосредоточенными параметрами значения регулируемых (выходных) величин в любой момент времени имеют одинаковые численные значения; эти объекты описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициетами. В объектах с распределенными параметрами регулируемые величины имеют разные числовые значения в различных точках объекта в данный момент времени. К таким объектам относятся трубопроводы, в которых давление газа или жидкости неодинаково по длине. Так, в переходном режиме давление в начале трубопровода изменяется быстрее, чем в конце, если возмущение идет со стороны входа транспортируемого вещества.Динамические свойства объектов с распределенными параметрами описываются дифференциальными уравнениями с частными производными, дополненными начальными и граничными условиями. Решение таких уравнений более сложно, чем обыкновенных дифференциальных уравнений. Поэтому при изучении объектов с распределенными параметрами их разбивают на ряд последовательно соединенных объектов с сосредоточенными параметрами, каждый из которых описывается обыкновенным дифференциальным уравнением. Как те, так и другие объекты могут быть линейными и нелинейными и иметь постоянные или переменные параметры. Новостройки комфорт класса в Питере здесь. Объекты подразделяют также на устойчивые и неустойчивые. Устойчивость — это способность объекта сохранять состояние равновесия. Если при отклонении от состояния равновесия объект под действием возникающих в нем внутренних воздействий стремится вернуться в состояние равновесия, такой объект называется устойчивым. Если же в результате нарушения состояния равновесия объект не может самостоятельно вернуться к этому состоянию, такой объект называется неустойчивым.Способность объекта приходить после возмущения в новое устойчивое состояние без помощи регулятора называется с а -мовыравниванием. В этих объектах скачкообразное изменение входной величины приводит к изменению выходной величины со скоростью, постепенно уменьшающейся до нуля, что объясняется наличием внутренней отрицательной обратной связи. Коэффициентом, определяющим степень самовыравнивания, является отношение изменения входной величины объекта к изменению выходной величины при равновесном состоянии объекта. Чем меньше степень самовыравнивания, тем больше отклонение выходной величины от предыдущего положения.Регулируемые объекты можно разделить также на объекты с неизменными параметрами (стационарные) и с параметрами, изменяющимися с течением времени (нестационарные). Объекты называются стационарными, если между входными и выходными величинами объекта существует функциональная связь или связь, меняющаяся с течением времени по определенному известному закону. Если же изменение характеристики невозможно заранее предугадать, то такой объект будет нестационарным. Сложные технологические объекты, такие, как шаровые мельницы, вращающиеся печи, являются объектами нестационарными. Например, с течением времени в шаровой мельнице меняются состояние футеровки, шаровая загрузка, состояние межкамерных перегородок, что сказывается на характеристиках мельницы.Если параметры объекта в процессе работы меняются существенно, то приходится их периодически или непрерывно уточнять и корректировать и изменять при этом настройку системы регулирования такого объекта.Изучение свойств объекта проводится обычно экспериментально, путем снятия его статических и динамических характеристик и нахождения статистических зависимостей. На основании этих данных составляются уравнения, характеризующие объект в равновесном состоянии и переходном режиме.
Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива через поверхности нагрева к воде. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пара из воды, служит топливо.
Объектом автоматизации является паровой котел ДКВР–4/13 ГМ (двухбарабанный котел водотрубный реконструированный паропроизводительностью 4 т/ч, рабочим давлением пара 13 кгс/см², газомазутный), установленный в котельной ФГУП «ЦНИИ ТС». Он разработан ЦКТИ им. И.И.Ползунова и изготовлен на Бийском котельном заводе.
Паровой котел ДКВР–4/13 ГМ (рис. 1.1) предназначен для получения насыщенного пара давлением 1,3 МПа с температурой 194 °С. Котел с естественной циркуляцией. В качестве топлива используется природный газ. Котел имеет П-образную компоновку и представляет собой две вертикальные призматические шахты, соединенные вверху горизонтальным газоходом.
В топочной камере котла по всему периметру и вдоль всей высоты стен располагаются трубные плоские системы – топочные экраны. Они выполнены из свариваемых между собой труб, образующих сплошную (газонепроницаемую) оболочку. Газоплотная экранная система покрыта оболочкой из теплоизоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.
Топка котла имеет четыре экрана: два боковых, фронтовой и задний. Топочная камера в целях предупреждения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потерь с
уходящими дымовыми газами, разделена перегородкой на две части: топку и камеру догорания.
Котел имеет верхний и нижний барабаны внутренним диаметром 1000 мм на давление 1,4 МПа, изготовленные из стали 16ГС с толщиной стенки 13 мм, расположенные в продольной оси котла. Верхний барабан длиннее нижнего и в него введены все трубы экранов, нижние части этих труб присоединены к коллекторам сваркой. Верхние и нижние части труб кипятильного пучка собраны в верхнем и нижнем барабанах котла и развальцованы. Меньшая по размерам длина нижнего барабана позволяет иметь свободное пространство в топке для размещения любого топочного устройства. Нижний барабан является шлакоотстойником и оборудован перфорированной трубой для периодической продувки и штуцером для спуска воды.
Внутри кипятильного пучка имеется чугунная перегородка, которая делит его на первый и второй газоходы.
Для создания циркуляционного контура в экранах, передний конец каждого экранного
коллектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец – перепускной трубой с нижним барабаном. Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам, а из нижнего барабана — по перепускным.
Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы котла при пониженном
уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции. Экранные трубы котла ДКВР-4/13 ГМ изготовлены из стали 51х2,5 мм.

Г) Описание технологического процесса
Паровой котел является сложным объектом автоматического регулирования с большим числом регулируемых параметров и регулирующих воздействий. В топку котла подаются топливо и воздух, а отсасываются дымовые газы; в барабан котла подается питательная вода, а отбирается насыщенный пар.
Регулирование процессов, протекающих в паровом котле, можно разбить на следующие контуры:
1. Регулирование давления пара на выходе котла.
В каждый момент времени в топке котла должно сгорать столько топлива, чтобы количество пара, вырабатываемое котельным агрегатом, соответствовало количеству потреб-ляемого пара, т.е. внешней нагрузке котла. Показателем такого соответствия является давление пара на выходе котла. Если при сгорании топлива выделяется больше тепла, чем это необходимо для производства потребляемого количества пара, то излишнее тепло аккумулируется в котле, что приводит к росту давления. Наоборот, если топливо подается в недостаточном количестве, то потребность в паре покрывается частично за счет тепла, аккумулированного в котловой воде, а давление пара при этом падает. Таким образом, подача топлива должна производиться так, чтобы обеспечить постоянное давление пара на выходе котла. Регулирующее воздействие осуществля-ется за счет изменения положения клапана на линии топливоподачи, снабженного электроприводом.
2. Регулирование подачи воздуха по соотношению «топливо-воздух» (1м3:10 м3).
Подача воздуха в топку обеспечивает наиболее экономичный режим горения топлива. При недостатке воздуха происходит неполное сгорание топлива, а не сгоревший газ выбрасывается в атмосферу, что экономически и экологически недопустимо. При избытке воздуха газ сгорает полностью, но в этом случае остатки воздуха образуют двуокись азота – вредное для человека и окружающей среды соединение. Поэтому необходимо поддерживать соответствие между количеством подаваемого топлива, с одной стороны, и количеством воздуха, необходимого для горения, с другой. Регулирующее воздействие осуществляется подачей сигнала на изменение положения направляющего аппарата вентилятора.
3. Регулирование разрежения в верхней части топочной камеры котла.
Разрежение /или отрицательное давление (ниже атмосферного)/ в различных зонах топочного пространства котла неодинаково: вследствие явления самотяги разрежение в верхней части топки обычно на 0,1 кПа больше, чем в нижней. Поэтому поддерживают необходимое
минимальное разрежение в верхней части топочной камеры. При отсутствии разрежения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелки и нижней части топки, а дымовые газы при этом пойдут в помещение котельной, что сделает невозможным работу обслужи-вающего персонала. С другой стороны, при значительном разрежении в топке возрастают присосы воздуха, снижающие экономичность работы котла за счет потерь с уходящими газами – q2 и увеличения расхода электроэнергии на работу дымососа.
Регулирующее воздействие осуществляется на направляющий аппарат дымососа.
4. Регулирование уровня воды в барабане котла.
Параметром, характеризующим баланс между отводом пара и подачей воды в котел, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котла во многом определяется качеством регулирования уровня. При снижении уровня ниже допустимого предела происходит нарушение циркуляции в экранных трубах, в результате чего повышается температура стенок обогреваемых труб и происходит их пережег. Чрезмерное повышение уровня может привести к снижению эффективности внутрибарабанных сепарационных устройств.
Регулирующее воздействие осуществляется на изменение положения регулирующего клапана питательной воды.

Д) Формирование требований к системе автоматизации
При выборе програмируемого логического контроллера необходимо учитывать следующие основные факторы:
Характер применения (автономно, в качестве станции в распределенной сети, в качестве удаленной станции)
Функциональное назначение (ПИД-регулирование, управление системами тепло- и водоснабжения, измерение и счет данных, терморегулирование, аварийная защита и блокировка и т.д.)
Количество входов/выходов (цифровых и аналоговых)
Требуемая скорость передачи данных
Наличие автономного счетчика времени
Условия регистрации и хранения данных
Возможность самодиагностики
Требования к панели оператора
Язык программирования
Интерфейс
Каналы связи (проводной, беспроводной)
Режим и условия эксплуатации

Разработка структурной схемы автоматизации
Структурные схемы управления и контроля в проектах автоматизации рекомендуется разрабатывать в соответствии с руководящим техническим материалом «Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Структурные схемы управления и контроля. Методика оформления» (РТМ 252.40 — 76 Минприбора).
На структурной схеме отображаются в общем виде основные решения проекта по функциональной, организационной и технической структурам автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) с соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между пунктами контроля и управления, оперативным персоналом и технологическим объектом управления. Принятые при выполнении структурной схемы принципы организации оперативного управления технологическим объектом, состав и обозначения отдельных элементов структурной схемы должны сохраняться во всех проектных документах на АСУ ТП, в которых они конкретизируются и детализируются :
 
функциональных схемах автоматизации, структурной схеме комплекса технических средств (КТС) системы, принципиальных схемах контроля и управления, а также в проектных документах, касающихся организации оперативной связи и организационного обеспечения АСУ ТП.
Исходными материалами для разработки структурных схем являются;
а)   задание на проектирование АСУ ТП;
б)   принципиальные технологические схемы основного и вспомогательного производств технологического объекта;
в)   задание на проектирование оперативной связи подразделений автоматизируемого технологического объекта;
г)   генплан и титульный список технологического объекта.

Описание технических средств автоматизации
Технические средства являются наиболее динамичной частью систем автоматизации и управления, обновляемой несравненно быстрее, чем происходит эволюция, например, принципов организации и состава функциональных типовых задач управления. Развитие микропроцессорной элементной базы и ее значительное удешевление послужили предпосылками для массового использования программируемых логических и регулирующих микроконтроллеров.
Объединение микропроцессорных устройств в локальные сети привело к появлению принципиально новых систем с распределенным управлением, имеющих гибкую структуру и обеспечивающих возможность легкого приспособления к требованиям конкретного производства. Использование микропроцессорных систем (промышленных компьютеров), периферийных устройств с развитыми функциями, современной техники коммуникации, такой, например, как волоконно-оптические каналы связи, в системах супервизор-ного контроля, сбора данных и управления привело к появлению «интеллектуальных» технических систем. Примером такой системы является рассмотренная в данном пособии комплексная многоуровневая система автоматизации и управления полиграфическим производством РЕСОМ, разработанная фирмой Man Roland.
Анализ состояния и перспектив развития современных средств автоматизации показывает основные направления их совершенствования: • интеграция отдельных функций сбора, промежуточная обработка и преобразование информации в единых устройствах, построенных на базе цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), многопроцессорных модулей и модулей удаленного ввода-вывода сигналов; • разработка новых типов различных процессорных плат (полноразмерных, половинных), одноплатных компьютеров (All-in-one) формата 3,5″ и 5,25″, процессорных плат Compact PCI, обеспечивающих полное соответствие открытой архитектуре РС-совместимого компьютера; • развитие быстродействующих сетевого сбора и обработки сетевой информации на основе CAN-интерфейсов, AS-интерфейсов и последовательных протоколов передачи кодированных сигналов RS-482/485.
Важным аспектом совершенствования САиУ является повышение надежности их функционирования и «живучести» входящих в них устройств с реализацией функции диагностики и протоколирования состояния системы управления в рабочих и нештатных условиях ее работы. Эта задача решается как за счет горячего резервирования каналов передачи данных, так и за счет передачи отдельных функций обработки информации исправным микропроцессорным устройствам. Большое внимание уделяется созданию агрегатных комплексов с объектной ориентацией, способных работать в составе локальных управляющих вычислительных сетей.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

20 − двадцать =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector