Проектирование шкафа контроллера

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ бюджетное

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУдАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультета Автоматики и Информационных Технологий

кафедра «Автоматика и управление в технических системах»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Технические средства автоматизации и управления»

на тему «Проектирование шкафа контроллера»

Выполнил: студент группы 21

4 курса специальности 220201

Березовский А. С.

Проверил: доцент

Данилушкин И. А.

Самара 2012

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Выбор конфигурации контроллера

2.1 Обзор системы ControlLogix

2.2 Съемные клеммные блоки 1756

2.3 Выбор модулей ввода/вывода

2.3.1 Выбор модуля Аналогового входа

2.3.2 Выбор аналогового модуля измерения температуры

2.3.3 Выбор дискретного модуля ввода

2.3.4 Выбор дискретного модуля вывода переменного тока

2.3.5 Выбор модуля вывода постоянного тока

2.4 Выбор контроллера

2.5 Выбор интерфейса Ethernet

2.6 Выбор источника питания

2.7 Выбор шасси

3. Разработка спецификации шкафа

Список использованных источников

Приложение

Введение

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) уже давно и прочно заняли свою нишу на рынке средств автоматизации. Развитие полупроводниковой элементной базы, разработка новых средств информационного обмена, развитие алгоритмов управления способствует тому, что линейка ПЛК непрерывно расширяется.

Целью данной курсовой работы является выбор конфигурации контроллера фирмы Allen Bradley, платформа ControlLogiх, разработка общего вида шкафа контроллера и его монтажно-коммутационной схемы по функциональной схеме автоматизируемой технологической установки - модульной котельной.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

-изучить номенклатуру предложенной линейки промышленных контроллеров;

-выбрать конфигурацию контроллера для реализации заданной АСУ ТП;

-разработать спецификацию на технические средства на базе контроллеров;

-разработать компоновку щита автоматизации. Разработать чертёж общего вида щита автоматизации;

-осуществить выбор шкафа контроллера;

-разработать монтажно-коммутационную схему подключения датчиков к контроллеру АСУ ТП.

1. Исходные данные

Автоматизируемая технологическая установка - модульная котельная, функциональная схема которой приведена в Приложении А, описание работы - в Приложении Б.

Схемы подключения датчиков и исполнительных механизмов согласно варианту приведены в таблице 1, способы подключения датчиков - в таблице 2.

Таблица 1 - Схемы подключения датчиков и исполнительных механизмов (ИМ)

Датчики температуры	Датчики давления	Датчики расхода	Датчики уровня	Дискретные датчики состояния и сигнализации	Магнитные пускатели насосов	Электромагнитные клапаны и ИМ котла
T2	A2	A3	A3	D2	ИМ2	ИМ3

Таблица 2 - Способы подключения датчиков

№ схемы	Схема подключения	Примечание
T2		Трёхпроводная схема подключения термометра сопротивления
A2		Измерительная цепь 4..20 мА. Разместить источник питания измерительного контура в щите с контроллером.
A3		Измерительная цепь 4..20 мА. Разместить источник питания измерительного контура в щите с контроллером.
D2		Датчик типа «транзисторный ключ». Питание датчика от щита с контроллером.
ИМ2		Исполнительный механизм типа реле. Питание напряжением 220 В переменного тока от щита с контроллером. Ток нагрузки 1А.
ИМ3		Исполнительный механизм с собственным источником питания 24В постоянного тока. Ток нагрузки 0,1А

В результате сформирована таблица в которой все сигналы разбиты на группы по типам и по способам подключения (см. таблицу 3).

Таблица 3 - Типы сигналов

Тип сигнала	Способ подключения	Количество
Аналоговый вход (AI)	Тип Т2	4
	Тип А2	2
	Тип А3	2
Дискретный вход (DI)	Тип D2	38
Дискретный выход (DO)	Тип ИМ2	6
	Тип ИМ3	20

2. Выбор конфигурации контроллера

2.1 Обзор системы ControlLogix

Платформа Logix фирмы Allen Bradley обеспечивает единую интегрированную архитектуру для дискретного управления, управления приводами, сервоприводами и непрерывными процессами. Платформа предоставляет общую модель управления, программную среду и средства коммуникации на нескольких аппаратных платформах. Все контроллеры Logix работают под многозадачной, многопроцессорной операционной системой и поддерживают одинаковый набор инструкций на нескольких языках программирования, программируются одним пакетом программирования RSLogix 5000, используют преимущества общего промышленного протокола (Common Industrial Protocol - CIP) для связи по сетям EtherNet/IP, ControlNet и DeviceNet.

Минимальная система ControlLogix состоит из одного автономного контроллера и модулей ввода/вывода в одиночном шасси.

Каждый модуль ввода/вывода ControlLogix устанавливается в шасси и для подключения внешних цепей ему необходим либо съемный клеммный блок (RTB), либо модуль интерфейса 1492 (IFM) отдельно.

Дискретные модули ввода/вывода 1756 поддерживают:

* широкий диапазон напряжений

* изолированные и неизолированные типы модулей

* управление состоянием каждого выхода при неисправности

* выбор формата связи “прямое подключение” или “оптимизированный рэк”

* диагностику внешних цепей на отдельных модулях

2.2 Съемные клеммные блоки 1756

Съемные клеммные блоки (RTB) 1756 обеспечивают гибкость подключения между оборудованием и модулями ввода/вывода 1756. RTB устанавливается во фронтальную часть модуля ввода/вывода. Тип модуля задает, какой RTB необходим. Стандартный кожух на передней части RTB не предназначен для проводов на 14 AWG.

Рисунок 1 - Съемный блок RTB

Таблица 4 - Типы съемных блоков RTB

Кат. №	Описание	Вес
1756-TBNH	с винтовым зажимом (screw-clamp), на 20 контактов	0.1 kg (0.3 lb)
1756-TBSH	с пружинным зажимом (spring-clamp), на 20 контактов	0.1 kg (0.3 lb)
1756-TBCH	с винтовым зажимом (screw-clamp), на 36 контактов	0.1 kg (0.3 lb)

2.3 Выбор модулей ввода/вывода

2.3.1 Выбор модуля Аналогового входа

Для подключения датчика с унифицированным токовым выходом 4…20mA (10 шт.) был выбран модуль 1756-IF6CIS - модуль аналогового ввода, 0…20mA. В отличие от остальных модулей 1756-IF6CIS работает только по току.



Рисунок 2 - Подключение четырехпроходного датчика типа А2 к модулю1756-IF6CIS

Рисунок 3 - Подключение трехпроходного датчика типа А3 к модулю1756-IF6CIS

Датчик может затем изменять ток в аналоговом входе пропорционально измеряемой переменной процесса. Встроенный внутренний источник тока экономит затраты на внешний источник питания и значительно упрощает подключение полевых устройств.

Таблица 5 - Аналоговый модуль ввода 1756-IF6CIS

Модуль	Число входов	Разрешение	Поддерживаемые датчики	Съемный клеммный блок	Ток задней панели (mA) по 5V	Ток задней панели (mA) по24V	Рассеиваемая мощность, макс.
1756-IF6CIS	6 изолированных, по току, с общим плюсом	16 bits	0...21mA диапазон	1756-TBNH 1756-TBSH	250 mA	275 mA	5.1 W @ 60 °C

2.3.2 Выбор аналогового модуля измерения температуры

Рисунок 4 - Подключение термометра сопротивления типа Т2 к модулю1756-IR6I

2.3.3 Выбор дискретного модуля ввода

Модули дискретного ввода ControlLogix соединяются с устройствами ввода (датчиками) для обнаружения, когда они находятся в состоянии ВКЛ (ON) или ВЫКЛ (OFF). Модули ввода ControlLogix преобразуют сигналы переменного или постоянного тока ВКЛ/ВЫКЛ, приходящие из устройств ввода пользователя в логические уровни, для использования в программе процессора.

Типичные устройства ввода данных включают:

* бесконтактные датчики

* концевики

* селекторные переключатели

* датчики уровня



Рисунок 5 - Подключение Датчика типа «транзисторный ключ» к модулю 1756-IB16

Таблица 6 - Дискретный модуль ввода постоянного тока 1756-IB16

№	Число входов	Номинальное напряжение, вход ВКЛ.	Рабочее напряжение	Макс. ток, вход ВЫКЛ.	Съемный клеммный блок	Ток задней панели (mA) по24V	Рассеиваемая мощность, макс.
1756-IB16	16	12/24V dc с общим минусом	10...31.2V dc	1.5 mA	1756-TBNH 1756-TBSH	2 mA	5.1 W @ 60 °C

2.3.4 Выбор дискретного модуля вывода переменного тока

Для подключения исполнительного механизма 2 типа реле используем модуль1756-OA8, остальные модули нам не подходят по рабочему напряжению и максимальному току на выходе.



Рисунок 6 - Подключение исполнительного механизма типа реле к модулю 1756-OA8

Таблица 7 - Дискретный модуль вывода переменного тока 1756-OA8

№	Число выходов	Категория напряжения	Рабочее напряжение	Ток на 1 выход, макс.	Съемный клеммный блок	Ток задней панели (mA) по24V	Рассеиваемая мощность, макс.
1756-OA8	8	120/240 переменного тока	74...265V ac	2 A @ 60 °C (линейная зависимость)	1756-TBNH 1756-TBSH	2 mA	5.1 W @ 60 °C

2.3.5 Выбор модуля вывода постоянного тока

При выборе модуля вывода для исполнительного механизма 3, используем дискретный релейный модуль 1756 - OW16I, остальные модули устройства нам не подходят, т.к. исходя из условий нам необходима коммутация цепи типа реле. Модуль имеет 16 нормально открытых контактов, для коммутации постоянного 5...150V dc и переменного 10...265V ac напряжений.



Рисунок 7 - Подключение исполнительного механизма 3 к модулю 1756 - OW16I

Таблица8 - Дискретный модуль вывода переменного тока 1756-OW16I

№	Число выходов	Рабочее напряжение	Тип выходного контакта	Съемный клеммный блок	Ток задней панели (mA) по24V	Рассеиваемая мощность, макс.
1756-OW16I	16 индивидуально изолированных	10...265V ac 5...150V dc	16 N.O.	1756-TBCH 1756-TBS6H	150 mA	4.5 W @ 60 °C

2.4 Выбор контроллера

Контроллер ControlLogix обеспечивает масштабируемое решение, способное адресовать большое число точек ввода/вывода (максимально 128 000 дискретных/ 4000 аналоговых).

Контроллер ControlLogix может устанавливаться в любой слот шасси ControlLogix, в одном шасси может устанавливаться несколько контроллеров. Контроллеры, установленные в одном шасси, связываются друг с другом через заднюю панель (так же, как и по сетям), но работают независимо. Контроллеры ControlLogix могут контролировать и управлять вводом/выводом через заднюю панель (backplane) шасси ControlLogix, а также через связь с удаленным вводом/выводом. Контроллеры ControlLogix могут взаимодействовать с компьютерами или другими процессорами через сети RS-232-C (протокол DF1/DH-485), DeviceNet, DH+, ControlNet и EtherNet/IP. Чтобы обеспечить связь контроллеру ControlLogix, установите в шасси соответствующий модуль интерфейса.

Многозадачная операционная система поддерживает 32 конфигурируемые задачи (tasks), которые могут быть расположены по приоритетам. Одна задача может быть непрерывной (continuous). Остальные должны быть периодическими (periodic) или обработчиками событий (event tasks). Каждая задача может иметь до 100 программ (programs), каждая со своими собственными данными и логикой, позволяющими виртуальным машинам работать независимо в одном и том же контроллере.

Рисунок 8 - Контроллер ControlLogix 1756-L61

Таблица 9 - Характеристики Контроллера ControlLogix 1756-L61

№	Память	Рассеиваемая мощность, макс.	Ток от задней панели (mA) по 5V	Ток от задней панели (mA) по 24V
	Доступная память пользователя	Память ввода/ вывода	Энергонезависимая память
1756-L61	2048 Kbytes	478 Kbytes	64 Mbytes CompactFlash	3.5 W	1200 mA	14 mA

2.5 Выбор интерфейса Ethernet

Рисунок 9 - Модуль интерфейса Ethernet 1756-ENBT

Модуль связи EtherNet/IP:

управляет вводом/выводом по сети EtherNet/IP

работает как адаптер для распределенного ввода/вывода в удаленной сети EtherNet/IP

маршрутизирует сообщения (messages) устройствам в других сетях

Таблица 10 - Интерфейс Ethernet

№	Скорость передачи	Поддерживаемые соединения	Рассеиваемая мощность	Ток от задней панели (mA) на 5V	Ток от задней Кат. № панели (mA) на 24V
1756-ENBT	10/100 Mbps	Каждый модуль поддерживает как максимум: 64 TCP/IP соединения 128 соединений Logix (ввод/вывод и информация) 5000 сообщений в сек.	3.65 W	700 mA	3 mA

2.6 Выбор источника питания

Источники питания ControlLogix используются с шасси 1756, выдавая 1.2V, 3.3V, 5V и 24V dc прямо на заднюю панель шасси. Доступны нерезервируемые (1756-PA72, -PB72, -PA75, -PB75, -PC75, -PH75) и резервируемые (1756-PA75R, -PB75R) источники питания.

Стандартный источник питания монтируется на левой стороне шасси, где он подключается непосредственно в заднюю панель.

Таблица 11 - Расчет источника питания

№	Тип	Каталожный номер	Ток задней панели по 24V	Мощность модуля
1	Контроллер	1756-L61	14 mA	3.5 W
2	Ethernet	1756-ENBT	3 mA	3.65 W
3	AI	1756-IF6CIS	275 mA	5.1 W
4	DI	1756-IB16	2 mA	5.1 W
5	DI	1756-IB16	2 mA	5.1 W
6	DI	1756-IB16	2 mA	5.1 W
7	DO	1756-OA8	2 mA	5.1 W
8	DO	1756-OW16I	150 mA	4.5 W
9	DO	1756-OW16I	150 mA	4.5 W
Общее	600 mA	41.65 W

В соответствии с полученными данными производим выбор источника питания.

Таблица 12 - Характеристики ИП 1756 - PA72/C

Источник питания	Ном. входное напряжение	Диапазон рабочего напряжения	Входная мощность, макс.	Диапазон входной частоты	Максимальный ток	Выходная мощность источника
1756 - PA72/C	120V/ 240 V ac	85…265V ac	100 VA / 100 W	47…63 Hz	2.8 A @ 24V dc	75 W @ 60 °C

В данном курсовом проекте необходимо предусмотреть еще один блок питания с выходом 24В с максимальным током нагрузки 10А 1606-XLE представляет собой надежный, высокопроизводительный, сверхкомпактный, однофазный источник питания переменного тока, выходной мощностью - 120 Вт, выходным напряжением +24 В, максимальной нагрузкой 0,46 А. С полной функциональностью стандартных блоков питания серии XL. Блок питания 1606-XLE по размеру не больше обычного защитного автомата, монтирующегося на DIN-рейку. Монтажные размеры ширина32 мм высота 120 мм

Рисунок 10 - Промышленный источник питания переменного тока 1606-XLE В

2.7 Выбор шасси

модульная котельная контроллер шкаф

Система ControlLogix является модульной системой, ей требуется шасси ввода/вывода 1756. Шасси бывают на 4, 7, 10, 13 и 17 слотов. Задняя панель (backplane) обеспечивает высокоскоростной канал связи между модулями. Несколько контроллеров в одном шасси могут обмениваться друг с другом сообщениями по задней панели. Имея несколько модулей связи в одном шасси, можно послать сообщение по линии связи на порт одного модуля, перенаправить его через заднюю панель на порт другого модуля и переслать по другой линии связи конечному адресату. По количеству выбранных модулей равном 8, используем шасси на 10 модулей типа 1756-A10.

Таблица 13 - Характеристики шасси 1756-A10

№	Слотов	Вес	Размеры (ВхШхГ)	Размер шкафа (ВхШхГ)	Ток задней панели (mA)
1756-A10	10	1.45кг	397мм х 169мм х 145мм	761мм х 507мм х 203мм	4.0 A @ 3.3V dc 15.0 A @ 5V dc 2.8 A @ 24V dc

Рисунок 11 - Монтажные размеры 1756-A10 с источником питания

3. Разработка спецификации шкафа

Шкафы управления контролируют распределение питания, защищают оборудование от перегрузок, служат для установки в них контроллеров, дополнительных источников питания, клеммных колодок, и различной коммутационной аппаратуры.

При монтаже шкафа контроллера используются следующий тип клеммных колодок:

AB1 TP 235U - Клеммная колодка с заземлением, для использования многожильного провода площадью поперечного сечения, 0.5 - 1.5 мм2 с наконечником и монтажом на DIN рейку 35 мм

а = 48,6 мм; b = 5,1 мм; H = 56 мм

Рисунок 12 - Общий вид и монтажные размеры клеммной колодки AB1 TP 235U

AB1 VV235U - Клеммная колодка для использования многожильного провода площадью поперечного сечения, 0.5 - 1.5 мм2 с наконечником и монтажом на DIN рейку 35 мм

При монтаже электрического шкафа контроллера, количество клеммных колодок выбираем исходя из общего количества входов/выходов контроллера.



а = 40 мм; b = 5 мм; H = 56 мм

Рисунок 13 - Общий вид и монтажные размеры клеммной колодки AB1 VV235U

Резервные контакты, также подключим к клеммным колодкам т.к при дальнейшей эксплуатации может возникнуть необходимость расширения системы управления данной котельной. Для данного контроллера:

4 клемм - аналоговый вход (AI) + 2 резерв

38 клемм - дискретный вход (DI) + 10 резерв

8 клемм - дискретный выход (DO) переменного тока

20 клемм - дискретный релейный выход (DO) + 12 резерв

С учетом того, что на каждый датчик используется по два канала получим 188 клеммных колодок.

При монтаже шкафа контроллера будут использованы жесткие кабельные каналы с крышкой из ПВХ с боковыми прорезями и имеют отламывающиеся язычки. Ш=25 мм, В=25мм, поставляются длиной по 2м.

Ширина контроллера 483 мм, высотой 137мм. Дополнительный ИП 9 шт., общей шириной 256 мм, высотой 120мм. Компонуя все выбранные устройства получаем монтажную панель размером 1000*600мм, устанавливаем в настенный стальной шкафы Spacial 3D размером ш*в = 1000*800 мм, глубиной 250 мм.

Список использованных источников

http://www.schneider-electric.ru

http://www.allen-bradley.ru/docs.html

http://www.energoserver.ru/

http://www.promkomplect.ru/

Приложение

Модульная котельная служит для подогрева воды системе отопления. Подогрев осуществляется одним из двух газовых котлов К-1 и К-2, один из которых находится в работе, а другой - в резерве. Таким образом обеспечивается непрерывная работа котельной. Для передачи тепла в теплосеть используется теплообменный аппарат, благодаря чему химически очищенная вода котельной циркулирует по замкнутому контуру (котловой контур), что практически исключает потери воды. Тем не менее, для восполнения возможных потерь используется узел подпитки котлового контура. Узел подпитки состоит из бака химически очищенной воды (БХОВ), двух насосов Н_5 и Н-6 с запорной арматурой и заслонки ПК-7, через которую, при повышении давления в котловом контуре часть воды сбрасывается обратно в БХОВ. При понижении давления в котловом контуре включается один из насосов Н-5 или Н-6, который поднимает давление в контуре, закачивая в него воду через обратный клапан ОК-1. Обратный клапан ОК-1 пропускает воду только в одну сторону - от насоса в котловой контур.

Циркуляцию воды по котловому контуру обеспечивают котловые насосы. На каждый котёл приходится два насоса для обеспечения непрерывного режима циркуляции. Когда котёл К-1 находится в работе, вместе с ним работает насос Н-1 или Н-2; при работе котла К-2 циркуляцию воды обеспечивает насос Н-3 или Н-4.

Регулирование температуры осуществляется за счёт изменения расхода газа на горелку котла. Регулирование ведётся по температуре прямой воды котлового контура (ТТ 1в). С помощью дискретных сигналов управления мощностью горелки, интенсивность нагрева может плавно изменяться в диапазоне от 20% до 100% номинальной мощности котла. Время изменения мощности (время полного хода регулирующего органа) от 20% до 100% - 30 секунд.

Включение/выключение установки.

Запуск котельной в штатном режиме осуществляется из состояния: все заслонки закрыты, уровень воды в БХОВ - 0,7 метра, насосы выключены. Оператор выбирает, какой котёл и какие насосы будут включены в работу. Например, для выбранного котла К_1 и насосов Н-1, Н-5 выполняется следующая последовательность действий:

1) подготовка к пуску

- проверяется отсутствие аварийных сигналов

Авария котельной «Пожар»,

Авария котельной «Загазованность»;

- проверяется уровень воды в БХОВ (LE 4а);

- если уровень выше 0,3 метра, то открывается заслонка ПК-5-1;

- через 3 секунды открывается заслонка ПК-5-2;

- в автоматический режим включается регулятор давления в котловом контуре, который по показаниям датчика (PIT 2а) обеспечивает поддержание давления в диапазоне 2±0,2 кг/см².

- через одну минуту открывается заслонка подачи газа ПГ-1;

- если в течение 3 секунд давление газа в трубопроводе после заслонки ПГ-1 не придёт в норму, то заслонка ПГ-1 закрывается. Давление газа контролируется по показаниям датчика (PIT 3а). В штатном режиме давление должно находится в диапазоне 1,5±0,2 кг/см²;

2) пуск котла

- проверяется отсутствие сигналов

Авария горелки котла К-1,

Авария котла К-1 «Pmin»,

Авария котла К-1«Pmax»,

Авария котла К-1 «Перегрев»;

- открывается заслонка ПК-1-1;

- открывается заслонка ПК-1-2;

- через три секунды запускается двигатель насоса Н-1;

- контролируется появление в течение трёх секунд сигнала «Насос в работе»;

- через 10 секунд проверяется отсутствие сигнала «Авария котла К-1 «Нет протока»»;

- подаётся сигнал «Включение горелки котла К-1»;

- если в течение трёх секунд появляется сигнал «Горелка котла К-1 в работе», то подаётся команда на включение регулятора температуры котлового контура посредством котла К-1;

3) останов котла

- подаётся команда на выключение регулятора температуры котлового контура посредством котла К-1;

- снимается сигнал «Включение горелки котла К-1»;

- спустя 1 минуту выключается двигатель насоса Н-1;

- закрывается заслонка ПК-1-2;

- закрывается заслонка ПК-1-1.

4) выключение установки

- закрывается заслонка ПГ-1;

- выключается регулятор давления в котловом контуре;

- закрывается заслонка ПК-5-2;

- закрывается заслонка ПК-5-1.

Котел в работе.

Когда котёл находится в работе, то непрерывно контролируется состояние работающего насоса и отсутствие аварийных сигналов котла.

При пропадании сигнала с работающего насоса «Насос в работе» или при появлении сигнала «Авария насоса» осуществляется переход на резервный насос, для этого (для случая, когда Н-1 в работе, а Н-2 - в резерве):

- открывается заслонка ПК-2-1;

- открывается заслонка ПК-2-2;

- через три секунды запускается двигатель насоса Н-2;

- контролируется появление в течение трёх секунд сигнала «Насос в работе»;

- снимается команда на включение насоса Н-1;

- закрывается заслонка ПК-1-2;

- закрывается заслонка ПК-1-1.

Переход на резервный котёл.

Переход на резервный котёл осуществляется с помощью следующих переключений (на примере перехода с рабочего котла К-1 на резервный К-2):

- выполняется последовательность действий «пуск котла» для котла К-2;

- выполняется последовательность действий «останов котла» для котла К-1.

Переход на резервный котёл выполняется в случае

- команды оператора на смену работающего котла;

- возникновения одной из аварий работающего котла:

1. Авария горелки котла К-1;

2. Авария котла К-1 «Pmin»;

3. Авария котла К-1«Pmax»;

4. Авария котла К-1 «Перегрев»;

5. Авария котла К-1 «Нет протока».

Размещено на Allbest.ru