Комплексная автоматизация процесса производства алюминиевых профилей

Даже при равномерном распределении температуры печи . по длине нагреваемого агрегата имеет место, как это видно из (2.15), ярко выраженная экспоненциальная зависимость воздействия по от пространственной координаты.

Если передаточная функция объекта (2.2) при сосредоточенном воздействии по равномерно распределенной температуре печи описывается выражением (2.7), то при воздействии по аналогичным образом будем иметь, используя пространственную композицию (2.16), выражения (2.8) и (2.15):

(2.16)

Как видно из (2.17), объект в данном случае содержит в своей структуре интегрирующее звено вместо апериодического при управлении по в (2.8).

Передаточные функции объекта по управляющему и возмущающему воздействиям определяются в линейном приближении для соответствующих отклонений регулируемой величины и внешних воздействий от некоторого стационарного режима работы агрегата найденными ранее выражениями (2.9) и (2.17) в [19]:

(2.18)

Следовательно, в данном случае объект является конечно-представимым, т.е. представляется в структурном отношении комбинацией конечного числа элементарных динамических звеньев - интегрирующего, апериодического и звена чистого запаздывания. Здесь , и - постоянные во времени температуры печи и скорость движения заготовок в исходном статическом режиме; b - постоянный параметр, определяемый геометрией и теплофизическими характеристиками нагреваемых заготовок [23]; l - длина печи, и запаздывание определяется соотношением.

(2.19)

Таблица 2.1. Свойства параметров для заготовки из сплава Д16

Показатель	Значение
	300 с
	0.02 м/c
l	3 м
b	50
	150 с

Подставляя параметры из таблицы 2.1 получаем передаточные функции объекта по управляющему и возмущающему воздействиям.

(2.20)

(2.21)

3. Синтез систем автоматического управления технологическим процессом

3.1 Расчёт коэффициентов передаточной функции модели

Передаточная функции объекта по управляющему и возмущающему воздействиям имеет вид.

(3.1)

(3.2)

Задача синтеза возникает при проектировании системы автоматического регулирования. Она заключается в таком выборе структурной схемы и технических средств ее реализации, при котором обеспечиваются требуемые динамические и эксплуатационные свойства всей системы в целом.

Синтез - лишь первый этап проектирования и создания системы.

В зависимости от вида исходных данных, принимаемых при проектировании системы, к задачам синтеза можно подходить с различных точек зрения. Если имеется возможность достаточно полной свободы выбора структуры и параметров в пределах физической реализуемости и с учетом наложенных ограничений, то решается задача синтеза оптимальной системы регулирования.

Под оптимальностью, понимаются наилучшие свойства системы в смысле некоторого критерия оптимальности (например, наилучшее быстродействие, минимальная ошибка в переходном процессе и т.п.)

Задачи синтеза систем регулирования можно разбить на две группы. В задачах первой группы задается только объект управления и требуется определить закон функционирования регулятора в целом; при этом обычно предполагается, что полученные при расчетах свойства регулятора могут быть технически реализованы с необходимой точностью. Задачи рассматриваемого типа возникают, например, при синтезе систем регулирования промышленных непрерывно функционирующих объектов (парогенераторов, электростанций, химических реакторов, нагревательных печей и т.п.).

В задачах второй группы в понятие синтеза вкладывается еще более узкий смысл; при этом рассматриваются задачи выбора и расчета параметров специальных корректирующих устройств, обеспечивающих заданные статические и динамические характеристики системы. При этом предполагается, что основные функциональные элементы системы (исполнительные, усилительные и измерительные устройства) уже выбраны в соответствии с техническим заданием и вместе с объектом регулирования представляют собой неизменяемую часть системы. Такая задача чаще всего возникает при проектировании различного рода следящих систем.

Для успешного решения задачи синтеза разработчик обязан хорошо изучить регулируемый объект, условия его эксплуатации и требования к качеству автоматического регулирования.

В процессе синтеза конкретного регулируемого объекта решаются следующие вопросы:

- определение главных (выходных) и вспомогательных (промежуточных) ре гулируемых величин объекта, по состоянию которых осуществляется управление ходом ТП и противоаварийная защита;

- определение регулируемых и нерегулируемых возмущающих воздействий и их влияния на изменение главных и вспомогательных регулируемых величин;

- определение регулирующих воздействий и их влияния на изменение главных и вспомогательных регулируемых величин;

- определение взаимозависимости между отдельными регулируемыми величинами и выяснение возможности независимого регулирования отдельных величин либо регулирования по сложным схемам многосвязанного регулирования;

- определение статических и динамических характеристик регулируемого объекта по различным каналам возмущающих и регулирующих воздействий, их постоянства во времени при различных нагрузках и других условиях эксплуатации регулируемого объекта, влияющих на стабильность указанных характеристик;

- определение требований к качеству регулирования как в установившемся, так и в переходном режиме работы САР; при этом должно учитываться, что завышенные требования к качеству регулирования нежелательны, так же как и заниженные; требования к качеству регулирования должны быть обоснованы;

- выбор методов и аппаратуры для измерения текущих значений главных и вспомогательных регулируемых величин; при этом определяется точность, надежность и инерционность измерительной аппаратуры;

- выбор типов регулирующих органов, определение их расходных характеристик и положения (открытое или закрытое), которое должен занять каждый регулирующий орган при аварийном падении давления питающего воздуха или при исчезновении командного сигнала, поступающего к исполнительному механизму;

- выяснение характера изменения заданного значения каждой регулируемой величины - постоянное, изменяющееся по заранее установленной программе, изменяющееся в соответствии с изменением другой (независимой) регулируемой величины, либо устанавливающееся на оптимальном значении самим регулятором (в том числе на максимально или минимально возможном значении);

- определение длины линий связи регуляторов с регулируемым объектом, т.е. расстояния от места измерения каждой главной и вспомогательной регулируемой величины до датчика, от датчика до пункта (щита) управления и от пункта управления до исполнительного механизма.

В настоящее время разработано большое число в основном приближенных методов синтеза корректирующих устройств. Наибольшее распространение в инженерной практике получили графо-аналитические методы синтеза, основанные на построении инверсных и логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы. При этом широко используются косвенные оценки качества переходного процесса: запас по фазе, запас по модулю, колебательность, частота среза, которые можно непосредственно определить по частотным характеристикам.

К другой группе относятся аналитические методы синтеза. Для них находится выражение, аналитически связывающее качества с параметрами корректирующего устройства, и определяются значения параметров, соответствующих экстремальному значению функции. К этим методам относится синтез по интегральным критериям качества переходного процесса, а также по критерию среднеквадратичной ошибки.

Задача синтеза противоположна задаче анализа. Если при анализе структура и параметры заданы, а ищут поведение системы в заданных условиях, то в данной задаче задание и цель меняются местами.

Существуют методы синтеза, при которых задается кривая переходного процесса. Однако реализация систем с переходным процессом, заданным чрезмерно жёстко, как правило, оказывается весьма трудной: система получается неоправданно сложной и зачастую нереализуемой. Поэтому более распространен метод задания более грубых качественных оценок, таких, как перерегулирование и время регулирования или же показатель колебательности, при которых сохраняется большая свобода в выборе детальной формы кривой переходного процесса.

Динамические характеристики объектов обычно могут быть аппроксимированы некоторыми типовыми зависимостями. Это позволяет все возможное разнообразие требуемых законов регулирования свести к нескольким так называемым типовым законам регулирования, которые в подавляющем большинстве случаев используются на практике. Соответственно проблема синтеза системы регулирования с этой точки зрения сводится лишь к выбору подходящего регулятора с типовым законом регулирования и определению оптимальных значений варьируемых параметров (так называемых параметров настройки) выбранного регулятора.

Выбор значений параметров настройки автоматического регулятор т.е. значений коэффициентов в его алгебраическом или дифференциальном уравнении, должен позволить получить такой характер процесса регулирования, который в наибольшей мере будет соответствовать технологическим условиям работы регулируемого объекта. При этих условиях процесс регулирования принято называть оптимальным. Очевидно, что для различных конкретных процессов регулирования оптимальные условия будут также различными, а следовательно, нужны будут и различные значения параметров настройки регуляторов.

Таким образом, разработка, как было указано выше, состоит из синтеза рациональной структуры, выбора типа и параметров настройки автоматического регулятора или группы регуляторов, обеспечивающих оптимальное регулирование технологическим процессом в конкретном объекте.

3.1.1 Расчет передаточной функции термометра сопротивления

Передаточная функция термометра сопротивления ТСПУ-271 [9] определяется по формуле.

Где коэффициент -- по данным, приведенным в [9] для платинового термометра сопротивления, при этом учитывая что у нас выходной сигнал 4-20мА.

Постоянная времени для ТСПУ-276 равна 20 с.

В общем виде передаточная функция запишется в виде:

3.1.2 Расчет передаточной функции электропневматического преобразователя

Передаточная функция электрогидравлического преобразователя [9] определяется по формуле.

C помощью характеристики (диапазона изменения входного и выходного сигнала) определим коэффициент усиления электропневмопреобразователя МТМ810.

Рисунок 3.1 График зависимости тока от давления.

По графику видно что зависимость входного от выходного сигнала является нелинейное звено. Для того чтобы найти коэффициэнт усиления решим систему из двух уравнений.

(3.6)

Из системы (3.6) находим коэффициэнт усиления электропневмопреобразователя.

3.1.3 Расчет передаточной функции пневматического исполнительного механизма с клапаном регулирующим

Передаточная функция пневматического исполнительного механизма МИМ-П 320 с клапаном регулирующим 25с50нж (НЗ) определяется по формуле.

Постоянная времени открытия и закрытия задвижек и вентилей для МИМ-П320 с клапаном регулирующим 25с50нж 12с.

Коэффициэнт усиления клапана определяется по зависимоти

Рисунок 3.2 График зависимости тока от давления.

По графику видно что зависимость входного от выходного сигнала является нелинейное звено. Для того чтобы найти коэффициэнт усиления решим систему из двух уравнений.

(3.9)

Из системы (3.9) находим коэффициэнт усиления МИМ-П 320 с регулирующим клапаном 25с50нж.

В общем виде передаточная функция запишется в виде:

3.2 Выбор типа регулятора

При автоматизации производственных процессов чаще всего задача синтеза сводится к выбору наиболее подходящего типового регулятора П, ПИ, ПИД законами регулирования и определению его параметров настройки, обеспечивающих требуемый переходный процесс.

Выбор регулятора и определение его параметров настройки для объекта с известными характеристиками ведут в следующем порядке:

- исходя из особенностей технологического процесса, формируют требования к качеству регулирования, т.е. задаются некоторыми типовыми переходными процессами и его показателями;

- выбирают типовой закон регулирования;

- определяют параметры настройки регулятора;

- при вычисленных значениях настроечных параметров регулятора моделируют переходной процесс с целью анализа основных качественных характеристик системы.

Для системы управления будет рассчитан ПИ регулятор.

3.3 Расчёт и моделирование системы управления

В данном пункте будет произведен расчет регулятора, для компенсации возмущения необходимо рассчитать компенсатор по необходимым каналам управления. Структурная состоит из передаточных функций:

- передаточная функция ПИ регулятора;

- передаточная функция исполнительного механизма с регулирующим органом;

- передаточная функция объекта управления;

- передаточная функция датчика температуры.

Структурная схема локальной САР представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 Структура одноконтурной системы регулирования

Передаточные функция объекта управления выглядит следующим образом.

Передаточная функция пневматического исполнительного механизма с регулирующим клапаном приведена: (3.13)

Передаточная функция датчика температуры приведена из справочника [9] (3.14)

Рассчитаем настройки регулятора [3]. Передаточная функция ПИ - регулятора: (3.16)

Рисунок 3.4 Модель системы управления с регулятором в пакете simulink

Настройки регуляторов были найдены методом Циглера-Николса: увеличивается коэффициент усиления пропорционального звена до тех пор, пока не будет обнаружены (путем изменения сигнала обратной связи) незатухающие колебания, т.е. до момента минимальной устойчивости системы. Коэффициент усиления пропорционального звена ПИД-регулятора, который вызывает незатухающие колебания называется критическим коэффициентом . Измеряется период автоколебаний , называемый предельным, когда амплитуда колебаний относительно мала. Таким образом коэффициент усиления ПИ-регулятора равен , постоянная времени интегрирования .

Настройки регуляторов, найденные методом Циглера-Николса:

-- локальной САР:

Синтезированные схемы локальной САР и график переходных процессов изображены на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 Переходной процесс системы с регулятором

Из графика видно, что регулятор справляется с единичным воздействием на систему управления.

Введем в нашу систему возмущение и промоделируем. Структурная схема системы управления с возмущением представлена на рисунке 3.6.



Рисунок 3.6 Структура одноконтурной системы регулирования с возмущением и компенсатором

Передаточная функция возмущения равна:

(3.17)

Модель системы управления с возмущением в пакете simulink представлена на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 Модель системы управления с возмущением в пакете simulink

График переходного процесса системы управления с возмущением представлен на рисунке 3.8.



Рисунок 3.8 График переходного процесса системы управления с возмущением

Из графика видно, что возмущение существенно повлияло на переходной процесс. Для того, чтобы убрать влияние возмущения на систему, рассчитаем передаточную функцию компенсатора.

Структурная схема системы управления с компенсацией возмущения представлена на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 Структура одноконтурной системы регулирования с возмущением и компенсатором

Передаточная функция компенсатора будет равна: (3.18)

Промоделируем систему по возмущающим воздействиям с компенсаторами. Модель системы управления с компенсатором возмущения в пакете simulink представлена на рисунке 3.10.



Рисунок 3.10 Модель системы управления с компенсатором возмущения в пакете simulink

Реакция системы с компенсатором по каналу “скорость прессования- температура заготовки” при возмущающем воздействии скорости передвижения заготовки на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 Реакция системы управления с компенсатором возмущения

На графике видно, что рассчитанный компенсатор возмущения справляется с поставленной задачей.

4 Разработка схем автоматизации технологического процесса

4.1 Разработка функциональной схемы автоматизации

Функциональные схемы автоматизации являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решать следующее:

- получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

- непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

- стабилизация технологических параметров процесса;

- контроль и регистрация технологических параметров процесса и состояния технологического оборудования.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомогательные устройства.

Результатом составления функциональных схем являются:

- выбор методов измерения технологических параметров;

- выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявленным требованиям и условиям работы;

- определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемых автоматически или дистанционно;

- размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т. п., и определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

Базируясь на опыте проектирования систем управления и автоматизации, можно сформировать некоторые общие принципы, которыми следует руководствоваться при разработке функциональных схем автоматизации:

- она должна соответствовать определенному уровню научно-технических разработок, и иметь возможность модернизации и развития;

- должна сохранятся возможность наращивания функций управления;

при разработке функциональных схем автоматизации и выборе технических средств должны учитываться: вид и характер технологического процесса, условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность окружающей среды и т.д.;

- также должны учитываться параметры и физико-химические свойства измеряемой среды;

- должно учитываться расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств, исполнительных механизмов, приводов машин и запорных органов до пунктов управления и контроля; требуемая точность и быстродействие средств автоматизации;

- система автоматизации технологических процессов должна строится, как правило, на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники.

Необходимо стремиться к применению однотипных средств автоматизации и предпочтительно унифицированных систем, характеризуемых простотой сочетания, взаимозаменяемостью и удобством компоновки на щитах управления. Использование однотипной аппаратуры даёт значительные преимущества при монтаже, наладке, эксплуатации, обеспечении запасными частями и т. п.:

- в случаях, когда функциональные схемы автоматизации не могут быть построены на базе только серийной аппаратуры, в процессе проектирования выдаются соответствующие технические задания на разработку новых средств автоматизации;

- выбор средств автоматизации, использующих вспомогательную энергию (электрическую, пневматическую и гидравлическую), определяется условиями пожаро- и взрывоопасности автоматизируемого объекта, агрессивности окружающей среды, требованиями к быстродействию, дальности передачи сигналов информации и управления и т. д.;

- количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливаемой на оперативных щитах и пультах, должно быть ограничено. Избыток аппаратуры усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего персонала от наблюдения за основными приборами, определяющими ход технологического процесса, увеличивает стоимость установки и сроки монтажных и наладочных работ.

Приборы и средства автоматизации вспомогательного назначения целесообразнее размещать на отдельных щитах, располагаемых в производственных помещениях вблизи технологического оборудования.

Функциональные схемы должны разрабатываться в соответствии с [32]

На основании вышеперечисленных требований разработана функциональная схема автоматизации процесса варения фритты, которая приведена в графической части проекта (чертеж №1).

На ней изображено основное технологическое оборудование: фриттовареная печь, трубопроводы для подачи газа и воздуха, а также для отвода дымовых газов.

В нижней части схемы показано расположение приборов по месту, а также линейки входных и выходных модулей микропроцессорного контроллера.

Выбор приборов производится исходя из следующих условий: условий работы аппарата, простоты, надежности, современности [6].

4.2 Разработка принципиальных схем измерения, управления, регулирования

Принципиальные схемы определяют полный состав приборов [28], аппаратов и устройств (а также связей между ними), действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. Принципиальные схемы служат основанием для разработки других документов проекта: монтажных таблиц щитов и пультов, схем внешних соединений и др.

В зависимости от сложности проектируемого объекта различные цепи могут изображаться совмещено на одном чертеже или нескольких, либо для каждой из цепей разрабатываются отдельные схемы, например принципиальные электрические схемы управления, сигнализации и т. п. Схемы, как правило, выполняют для систем (объектов), находящихся в отключенном состоянии. Однако в случаях, когда возникает необходимость, допускается изображать отдельные элементы схем в каком - либо выбранном рабочем положении, оговаривая это на поле чертежа.

При разработке систем автоматизации технологических процессов принципиальные электрические схемы обычно выполняют применительно к отдельным самостоятельным элементам, установкам или участкам автоматизируемой системы. Используя эти схемы, составляют в случае необходимости принципиальные электрические схемы, охватывающие целый комплекс отдельных элементов, установок или агрегатов, которые дают полное представление в связях между всеми элементами управления, блокировки, защиты и сигнализации этих установок или агрегатов. Во всех случаях помимо полного удовлетворения требований, предъявляемых к системе управления, каждая схема должна обеспечивать высокую надёжность, простоту и экономичность, четкость действий при аварийных режимах, удобство оперативной работы, эксплуатации, четкость оформления.

Принципиальные схемы выполняются без соблюдения масштаба, действительное пространственное расположение составных частей системы автоматизации, как правило, не учитываются или, при необходимости, учитываются приближённо.

В соответствии с приведёнными рекомендациями разработана принципиальная схема системы автоматизации процесса прессования, которая приведена в графической части проекта (чертеж №2).

Рассмотрим принципиальную схему.

САР температуры в гидробаке. Для стабилизации температуры в гидробаке установлен датчик температуры ТСМУ Метран 274 (1-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля аналогового вывода) сигнал поступает на электрогидравлический преобразователь Remosa (1-2), далее сигнал поступает на гидравлический исполнительный механизм (1-3), который связан с регулирующим органом (1-4) расхода масла на процесс производства.

САР температуры на подачу. Для стабилизации температуры в трубопроводе установлен датчик температуры ТСМУ Метран 274 (2-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля аналогового вывода) сигнал поступает на электрогидравлический преобразователь Remosa (2-2), далее сигнал поступает на гидравлический исполнительный механизм (2-3), который связан с регулирующим органом (2-4) расхода масла в поршневые насосы.

САР температуры внизу контейнера. Для стабилизации температуры в контейнере установлен датчик температуры ТСПУ Метран 276 (10-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля аналогового вывода) сигнал поступает на электропневматический преобразователь МТМ810 (10-2), далее сигнал поступает на пневматический исполнительный механизм (10-3), который связан с регулирующим органом (10-4) расхода газа на нагрев.

САР температуры вверху контейнера. Для стабилизации температуры в контейнере установлен датчик температуры ТСПУ Метран 276 (9-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля аналогового вывода) сигнал поступает на электропневматический преобразователь МТМ810 (9-2), далее сигнал поступает на пневматический исполнительный механизм (9-3), который связан с регулирующим органом (9-4) расхода газа на нагрев.

САР уровня в гидробаке. Для стабилизации уровня в колонне синтеза установлен датчик уровня Метран -100-ДД (3-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля аналогового вывода) сигнал поступает на электрогидравлический преобразователь Remosa (3-2), далее сигнал поступает на гидравлический исполнительный механизм (3-3), который связан с регулирующим органом (3-4) расхода масла в гидробак.

САР перемещения пресс-штемпеля. Для стабилизации перемещения в гидравлическом прессе установлен датчик перемещения ЛИР-9 (5-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля аналогового вывода) сигнал поступает на электрогидравлический преобразователь Remosa (5-2), далее сигнал поступает на гидравлический исполнительный механизм (9-3), который связан с регулирующим органом (9-4) расхода масла в распределители.

САР прижима контейнера к матрице. Для стабилизации давления в гидравлическом прессе установлен датчик давления [7] Sitrans DSIII (4-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля дискретного вывода) сигнал поступает на электрогидравлический преобразователь Remosa (4-2), далее сигнал поступает на гидравлический исполнительный механизм (4-3), который связан с регулирующим органом (4-4) расхода масла в распределители.

САР отделения пресс-остатка. Для стабилизации давления в гидравлическом прессе установлен датчик давления Sitrans DSIII (7-1), сигнал с которого поступает на модуль аналогового ввода контроллера. C контроллера (модуля дискретного вывода) сигнал поступает на электрогидравлический преобразователь Remosa (7-2), далее сигнал поступает на гидравлический исполнительный механизм (7-3), который связан с регулирующим органом (7-4) расхода масла в распределители.

САР перемещения пуллера пилы. Для стабилизации скорости пермещения в на пуллере пила установлен инкрементальный энкодер DDS36 (12-1), сигнал с которого поступает на преобразователь частоты DanfosVLT208 (12-2) далее сигнал поступает модуль аналогового вывода контроллер и модуль дискретного вывода.Таким образом происходит регулирование скорости пуллера пилы.

САР перемещения пуллера натяжения. Для стабилизации скорости пермещения в на пуллера натяжения установлен инкрементальный энкодер DDS36 (13-1), сигнал с которого поступает на преобразователь частоты [31] DanfosVLT208 (13-2) далее сигнал поступает модуль аналогового вывода контроллер и модуль дискретного вывода. Таким образом происходит регулирование скорости пуллера натяжения.

САР перемещения пуллера натяжения. Для стабилизации скорости пвращения вентиляторов установлен преобразователь частоты [31] DanfosVLT208 (14-2) далее сигнал поступает модуль аналогового вывода контроллер и модуль дискретного вывода. Таким образом происходит регулирование скорости вращения вентиляторов.

САК температуры втулки. Для измерения температуры втулки (8-1) используется датчик температуры ТСПУ Метран 276. Далее сигнал поступает на вход модуля аналогового ввода контроллера.

САК температуры профиля. Для измерения температуры профиля на выходе (11-1) используется пирометр М67П. Далее сигнал поступает на вход модуля аналогового ввода контроллера.

САК наличия пламени в 1-ой горелке. Для измерения наличия пламени в 1-ой горелке (6-1) используется датчик ФДА-0.3. Далее сигнал поступает на вход модуля аналогового ввода контроллера.

САК наличия пламени в 2-ой горелке. Для измерения наличия пламени в 2-ой горелке (15-1) используется датчик ФДА-0.3. Далее сигнал поступает на вход модуля аналогового ввода контроллера.

4.3 Разработка проектной документации на щиты и пульты управления

Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них средств контроля и управления технологическим процессом, контрольно - измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линии связи между ними (трубная и электрическая коммутация) и т. п.

Чертежи общих видов щитов, стативов, пультов разрабатывают на единичные и составные щиты. Под единичным щитом понимается щит, статив, пульт и панель декоративная (с мнемосхемой) по номенклатуре, предусмотренной РМ4-107.

Чертеж общего вида единичного щита должен содержать:

- перечень составных частей; вид спереди;

- вид на внутренние плоскости; фрагменты вида (при необходимости);

- технические требования; таблицу надписей.

На чертежах общих видов, кроме таблицы надписей, при необходимости выполняют другие таблицы, например: условных нетиповых обозначений, применимости общих чертежей, условных обозначений символов мнемосхемы.

Все таблицы на чертеже должны иметь сквозную нумерацию.

Чертеж общего вида составного щита должен содержать: перечень составных частей; вид спереди.

На чертежах общих видов щиты изображают в следующих масштабах:

- 1 : 10 -- для единичного щита;

- 1 : 25 -- для составного щита;

При этом масштабы на чертежах не указывают.

В обоснованных случаях могут применяться другие масштабы по ГОСТ 2.302--68. В этом случае масштаб проставляется над изображением по указаниям ГОСТ 2.316--68. При изготовлении копий чертежей изменение масштаба не допускается.

На чертежах общих видов щиты, приборы, средства автоматизации, аппараты, элементы их крепления и т. п. изображают упрощенно в виде внешних очертаний, сплошными основными линиями по ГОСТ 2.303--68.

Вид спереди. Изображение вида спереди в общем случае выполняют на листе форматом А3 по ГОСТ 2.301-68. На виде спереди единичного щита показывают приборы, средства автоматизации, элементы мнемосхем, изделия для нанесения надписей о назначении того или иного прибора. Перечень элементов на чертеже общего вида щита нумеруется совместно с перечнем элементов на чертеже вида на внутренние плоскости.

Размеры проставляют по ГОСТ 2.307 -- 68 от следующих базовых линий:

1) размеры по вертикали -- от нижнего края фасадной панели щита, столешницы пульта или двери малогабаритного щита;

2) по горизонтали -- от вертикальной оси симметрии фасадной панели, столешницы пульта или двери малогабаритного щита.

На виде спереди единичного щита для приборов, аппаратов и вводов под полкой линии-выноски, на которой проставлен номер позиции, указывают обозначение установочного чертежа (типового или разработанного в проекте).

Для приборов, имеющих глубину, равную или более 300 мм (независимо от массы), или массу более 10 кг (независимо от глубины) в технических требованиях необходимо приводить указания о креплении их на каркасе щита и обозначение типового монтажного чертежа.

Вид на внутренние плоскости щита. Вид на внутренние плоскости щита изображают на формате по ГОСТ 2.301-68. На чертеже вида на внутренние плоскости щита боковые стенки, поворотные конструкции, крышки, находящиеся в разных плоскостях, изображают условно развернутыми в плоскости чертежа. Над изображением помещают заголовок «Вид на внутренние плоскости (развернуто)».

На внутренних плоскостях щитов (передних и боковых стенках), поворотных рамах, дверях малогабаритных щитов показывают:

1) установленные на них приборы, электроаппаратуру и пневмоаппаратуру. Расположение электроаппаратуры должно быть, как правило, систематизировано в зависимости от последовательности буквенно-цифровых позиционных обозначений;

2) изделия для монтажа электропроводок: блоки зажимов, рейки с наборными зажимами, колодки маркировочные, упоры и т. п.;

3) изделия для монтажа трубных проводок: трубопроводная арматура (краны, вентили).

4) элементы для крепления внутрищитовой аппаратуры (рейки, скобы, угольники и тому подобные элементы, которые крепятся непосредственно к стойкам щита). Промежуточные детали для крепления аппаратуры к рейкам и угольникам не изображают;

5) дециметровые шкалы стоек щитов, которые наносятся на стойки условно и служат для координации установленной внутри щитов аппаратуры по вертикали;

6) жгуты электрических и трубных проводок, кроме вертикальных жгутов, прокладываемых в стойках щитов шкафных, панельных с каркасом и стативов (РМ4-107).

При размещении внутри щитов аппаратуры необходимо учитывать ее взаимное расположение на различных плоскостях и поворотных конструкциях относительно друг друга и приборов, установленных на фасаде.

Для приборов, аппаратов и изделий, а также для труб проставляют позиции по перечню составных частей. Допускается не изображать соединители для подключения трубных проводок к приборам и запорной арматуре. Позиции для них проставляются под позициями арматуры. Для всех приборов, электроаппаратуры, пневмоаппаратуры, блоков зажимов, вентилей, соединителей и т. п. на изображениях, над ними или справа от них указывают:

1) для приборов -- позиции по спецификации;

2) для электроаппаратуры и пневмоаппаратуры -- позиционные обозначения по принципиальным электрическим, выполняемым в соответствии с РМ4-106--82 и ГОСТ 2.702--75, и пневматическим схемам.

Для изделий, не указанных в схемах, применяют следующие буквенно-позиционные обозначения:

ХТ -- рейки с наборными зажимами;

П -- сборки переборочных соединителей для командных трубных проводов;

Х -- штепсельные разъемы;

КП -- краны;

В -- вентили запорные;

Р -- стабилизаторы давления воздуха;

Ф -- фильтры воздуха;

М -- манометры.

К буквенным обозначениям должны добавляться порядковые номера, начиная с 1 в пределах каждой группы изделий, обозначаемых одинаковыми буквами.

Наборным зажимам (на рейках зажимов) и переборочным соединителям (в сборках переборочных соединителей) присваивают порядковые номера, начиная с 1.

Надписи на табло и в рамках приведены в приложении А.

4.4 Разработка документации на проектно-компонуемый комплект автоматизации (с применением МП контроллера)

Основными критериями выбора промышленного контроллера являются:

· быстродействие (скорость обработки данных);

· надежность (безотказность работы, бесперебойность питания);

· возможность наращивания системы;

· простота монтажа, наладки и эксплуатации;

· обеспечение связи с ЭВМ верхнего уровня;

· простота загрузки и изменения рабочей программы;

· стоимость.

Наиболее подходящим для обеспечения этих критериев является ПЛК каркасного типа, содержащий: встроенный процессорный модуль, блок питания, интерфейс связи с внешними устройствами.

Контроллер Simatic S7-300, соответствует этим критериям.

SIMATIC S7-300 - это модульные программируемые контроллеры, работающие с естественным охлаждением. Модульная конструкция, возможность построения распределенных структур управления, наличие дружественного пользователю интерфейса позволяет использовать контроллер для экономичного решения широкого круга задач автоматического управления в различных областях промышленного производства. Контроллер SIMATIC S7-300 имеет модульную конструкцию и включает в свой состав:

Модули центральных процессоров (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающиеся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, наличием или отсутствием коммуникационных интерфейсов.

Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

В рамках семейства контроллеров SIMATIC S7-300 предлагаются CPU с различными мощностными характеристиками:

1) CPU 312 IFM - для автоматизации небольших установок с использованием или без использования аналоговых входов/выходов

2) CPU 313 - для автоматизации установок с повышенными требованиями к объему программы управления.

3) CPU 314 - для автоматизации процессов, предъявляющих высокие требования к объему программы управления и скорости ее обработки

4) CPU 314 IFM - компактный центральный процессорный модуль со встроенными входами и выходами для автоматизации процессов, предъявляющих высокие требования к объему программы управления и скорости ее обработки

5) CPU 315/315-2-DP, CPU316, CPU318 - для решения сложных задач автоматизации с большим объемом программы управления и для построения систем управления с децентрализованной структурой на базе PROFIBUS

В составе контроллера использованы модуль блока питания (PS), обеспечивающий возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120 или 230В.

Контроллеры отличаются высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Имеет стандартное исполнение с диапазоном рабочих температур от 0 до 60°С.

Основой конфигурирования ПЛК (выбор типа и количества модулей) является функциональная схема автоматизации. В нашем случае система автоматического управления процесса состоит из следующих контуров:

a) регулирование перемещения прессштемпеля (1 канал аналогового входа и 1 канал аналогового выхода);

б) регулирование температуры в гидробаке (1 канал аналогового входа и 1 канал аналогового выхода);

в) регулирование температуры в трубопроводе (1 канал аналогового входа и 1 канал аналогового выхода);

г) регулирование уровня в гидробаке (1 канал аналогового входа и 1 канал аналогового выхода);

д) регулирование прижима контейнера к матрице (1 канал аналогового входа и 1 канал дискретного выхода);

е) регулирование прижима контейнера к матрице (1 канал аналогового входа и 1 канал дискретного выхода);

ж) регулирование отделение пресс-остатка от матрицы (1 канал аналогового входа и 1 канал дискретного выхода);

з) регулирование прижима контейнера к матрице (1 канал аналогового входа и 1 канал дискретного выхода);

и) регулирование температуры низа контейнера (1 канал аналогового входа и 1 канал аналогового выхода);

к) регулирование температуры верха контейнера (1 канал аналогового входа и 1 канал аналогового выхода);

- контроля:

а) Температуру втулки (1 канал аналогового входа);

б) Температуру профиля на выходе из матрицы(1 канал аналогового входа);

в) наличие пламени в 1-ой вверху контейнера (1 канал аналогового входа);

г) наличие пламени в 2-ой ввнизу контейнера (1 канал аналогового входа);

д) Розжиг горелки 1 (1 канал дискретного выхода);

е) Розжиг горелки 2 (1 канал дискретного выхода);

ж) подключение 4 поршневых насосов (4 канал дискретного входа и 4 канала дискретного выхода);

з) подключение 2 компресоров для подачи природного газа и воздуха (2 канал дискретного входа и 2 канала дискретного выхода);

и) Регулирование перемещения пуллера пилы (1 канал аналогового выхода и 1 канала дискретного выхода);

к) Регулирование перемещения пуллера натяжения (1 канал аналогового выхода и 1 канала дискретного выхода);

л) Регулирование скорости охлаждения с помощью вентиляторов (1 канал аналогового выхода и 1 канала дискретного выхода);

В результате имеем: 12 каналов аналогового ввода, 13 канала дискретного вывода, 9 каналов аналогового выхода, 6 каналов дискретного входа.

Выбор технических средств выбираем ТСА исходя из следующих соображений:

· использовать оборудование без искрозащиты;

· использовать электрогидравлический преобразователь;

Полный список всех ТСА приведен в спецификации оборудования (приложение1).

Комплектация микропроцессорных средств регулирования. Для реализации контроля и регулирования технологических параметров было решено использовать программируемый логический контроллер S7-300. Он обладает рядом преимуществ:

· возможность помодульной комплектации;

· средства программирования на достаточно простом и удобном языке Step-7;

· средства связей между процессорами по сети Profibus DP;

· относительная дешевизна покупки и обслуживания.

Среди центральных процессоров S7-300 был выбраны CPU NET и CPU CPU 315/315-2-DP (Profibus DP - слейв), обладающие следующими техническими характеристиками:

Таблица 4.1 -- Блоки, входящие в состав контроллера

Тип модуля	Характеристика	Описание
1	2	3
315/315-2-DP	Объем памяти 15,2, память данных 6, максима число входов/выходов 1184	Базовая плата со встроенным ЦП на 5 слотов
SM331	8 каналов ввода, вх. ток 4-20мА, 0-20мА; питание от 24 В.	Блок аналогового ввода
SM332	8 каналов вывода, вх. ток 4-20мА, 0-20мА; питание от 24 В.	Блок аналогового вывода
SM321	8 каналов ввода, вх. ток 4-20мА, 0-20мА; питание от 24 В.	Блок дискретного ввода
SM322	8 канала вывода, вых. ток 2А на канал, питание 55мА от 5В	Блок дискретного вывода
LOGO	Выходное напряжение 24 В,	Блок питания

4.5 Разработка схем соединений и подключения внешних электрических проводок

Схема соединений внешних проводок - это комбинированная схема, на которой показаны электрические и трубные связи между приборами и средствами автоматизации, установленными на технологическом оборудовании, вне щитов и на щитах, а также подключения проводок к приборам и щитам. Схеме присваивают наименование: «Схема соединений внешних проводок».

Схемы соединений и подключения внешних проводок выполняют на основании следующих материалов:

-- схем автоматизации технологических процессов;

-- принципиальных, электрических, пневматических, гидравлических схем;

-- эксплуатационной документации на приборы и средства автоматизации, примененные в проекте;

-- таблиц соединений и подключения проводок щитов и пультов, выполняемых в соответствии с указаниями РМ4-107--77;

-- чертежей расположения технологического, сантехнического, энергетического и тому подобного оборудования и трубопроводов с отборными и приемными устройствами, а также строительных чертежей со всеми необходимыми для прокладки внешних проводок закладными и приварными конструкциями, туннелями, каналами, проемами и т. д.

Схемы соединений и подключения выполняют без соблюдения масштаба на одном или нескольких листах формата не более А1 (594х841) по ГОСТ 2.301-68.

Действительное пространственное расположение устройств и элементов схем либо не учитывается вообще, либо учитывается приближенно.

Толщина линий, изображающих устройства и элементы схем в том числе кабели провода, трубы, должна быть от 0,4 до 1 мм по ГОСТ 2.303-68.

На схемах должно быть наименьшее число изломов и пересечений проводок.

5. Спецификация оборудования и материалов

В рабочей документации систем автоматизации и АСУ ТП выполняют спецификацию оборудования (СО1) и спецификацию щитов и пультов (СО2). Обе спецификации выполняются по форме, приведенной в ГОСТ 21.110-82.

Спецификация предназначена для чтения проектной документации, составления на их основе заказной документации, организации изготовления щитовой продукции и подготовки производства работ по монтажу технических средств автоматизации.

Согласно ГОСТ 21.110-82 спецификация оборудования СО1 состоит из разделов, которые располагают в следующей последовательности:

-- оборудование и материалы, поставляемое заказчиком;

-- оборудование, поставляемое подрядчиком;

-- оборудование, имеющееся на предприятии и используемое при расширении, реконструкции или техническом перевооружении предприятия.

Приборы и средства автоматизации записываются в подразделе группами: для измерения и регулирования температуры, давления и разряжения, расхода, количества, уровня, состава и качества веществ, прочие приборы; регуляторы и комплектное оборудование.

Приборы в каждой группе записывают комплектами контроля и контурами автоматического регулирования в следующем порядке: местные приборы (сначала -- показывающие, затем -- регистрирующие);

местные приборы с сигнализирующими устройствами; дистанционные измерительные комплекты; комплекты систем автоматического регулирования.

6. Мероприятия по монтажу, эксплуатации и диагностике

Создание систем автоматизации на предприятиях химической промышленности представляет комплексную проблему, цель которой - материальное воплощение идеи проектировщика сначала в проекте, затем в разработке отдельных устройств, монтаже и, в конечном итоге, в эксплуатации реальной, действующей системы, позволяющей повысить технико-экономические показатели процесса производства.

Таким образом, исходя из принципов системного подхода, в объём работ по проектированию, помимо технических вопросов, созданных непосредственно с разработкой схем автоматизации и контроля, закономерно включить и такие, как диагностика неисправностей, техническое обслуживание систем автоматизации, удобство монтажа, наладки и эксплуатации.

Индустриализация заключается в использовании стандартных и нормализованных изделий изготовляемых серийно или в массовом масштабе. В этом случае монтаж осуществляется крупными блоками и узлами, что позволяет механизировать и сократить объём работ непосредственно на месте монтажа.

Специализация заключается в разделении труда при выполнении различных монтажных работ, создаются специализированные группы и бригады, укомплектованные специалистами соответствующего профиля.

Монтаж приборов контроля, аппаратуры автоматического регулирования и управления является одним из наиболее технически сложных разделов монтажных работ. От квалификации слесарей - монтажников, знания ими современной, прогрессивной технологии монтажа, приёмов работы, умения пользоваться технически современными инструментами, приспособлениями и механизмами, во многом зависит качество строительства промышленных объектов и сроки ввода их в эксплуатацию.

6.1 Ведомость физических объемов работ

План производства работ составляется на монтаж системы автоматики строящихся и конструируемых предприятий, при выполнении капитальных ремонтов и модернизации крупных технологических объектов.

План производства работ составляется на основе проектной документации и увязывается со сроками выполнения ремонтных или строительных работ, установкой и монтажом технологического оборудования, ввода объекта в эксплуатацию, что сведено в таблицу 6.1.

План составляют в следующей последовательности:

1. Выделяют заготовительные работы, выполняемые вне строительной площадки.

2. Выделяют монтажные работы, выполняемые непосредственно на автоматизируемом объекте.

3. Определяется объем работ в физическом и денежном выражении, а также фонд заработной платы.

4. Определяются сроки выполнения каждого вида работ, потребность в рабочей силе, профессиональный состав и квалификацию рабочих.

5. Составляют график выполнения работ с указанием передвижения монтажных бригад.

6. Определяется расход материалов и инструментов на весь объем работ.

7. Определяют потребность в механизмах, станках и другом оборудовании.

Составим ведомость физических объемов работ для нашего проекта.

Объем трудозатрат определяют по ценам и тарифным ставкам, взятым из тарифно-квалификационного справочника на монтажные работы.

Затраты на изготовление необходимых узлов определяются на основании смет, составленных по рабочим чертежам.

Данные о материалах и оборудовании определяют по спецификациям. В графе 10 указывается общая сумма каждого вида работ.

Затем подводят итоги отдельно по заготовительно-монтажным работам и суммируют их. Данные десятой графы определяют общий объем работ в денежном эквиваленте, а данные седьмой графы определяют общий объем работ в человеке днях.

Зная общие затраты труда, нормативы и производительность при выполнении монтажных работ определяем число работников и их квалификацию для данных работ. Продолжительность работ должна быть связана с директивными сроками ввода объекта в эксплуатацию. По графам 5,6,7 определяют число работников по профессиям.

6.2 График монтажных работ

Календарные планы строительно-монтажного производства, составление в укрупненном виде этих планов по отдельным объектам, являются основными документами в составе ППР, определяющими последовательность и длительность монтажа.

После решения вопросов по обеспечению объекта монтажа оборудованием, приборами, средствами автоматизации и материалами, согласовав график их поставки, а также выяснив их готовность к монтажу основных технологических агрегатов и установок, монтажное управление вместе с генеральным подрядчиком или заказчиком составляет календарный план или сетевой график производства работ и согласовывает его с заказчиком.

Указанный план или график определяют начало и окончание заготовительных и монтажных работ, наименование их видов и комплексов, объемы (единицы измерения, количество и состав работ), состав звена рабочих, на которых возложены предмонтажные графики работы.

Основная часть, предусмотренная календарным графиком или сетевым графиком заготовительных работ производится в монтажно-заготовительных мастерских (МЗМ) монтажного управления.

Календарные планы монтажных работ разделяют исходя из календарных планов строительства, более подробно детализируют специальные работы. Важным параметром, определяющим состав календарного плана, является период времени, на который рассчитан график.

В календарном плане производства монтажных работ, входящих в ППР, периодом времени всего графика является год, квартал, иногда месяц, декада, неделя или день в зависимости от объема работ и их продолжительности. Исходные данные для составления календарных планов монтажных работ: проектно-сметная документация, нормативные или директивные сроки строительства комплекса либо его части, а также возможности монтажной организации с учетом ее материально-технической и производственной базы.

Перечень объектов, по которым утверждаются календарные планы монтажных работ в текущем году, устанавливаются вышестоящей организацией.

План работы МЗМ составляют производственно-технический и плановый отел монтажного управления. План выпуска продукции МЗМ разрабатывают на основе заявок монтажных участков сборки. Не менее важна рациональная организация работы на рабочих местах монтажников. На монтажной площадке должно быть все необходимое оборудование, приспособления, механизмы, ручные или машинные инструменты. Монтажные участки должны представлять заявки в производственно-технический отдел управления не позднее 23-го числа месяца, предшествующего планируемому.