Модернизация схемы автоматического управления процесса приготовления затора
Автоматизация процесса приготовления затора в технологии производства пива. Использование контроллера ПЛК 73 фирмы "Овен" в системах регулирования производственного процесса. Анализ технологического объекта управления. Структура системы автоматизации.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 07.11.2017 |
Размер файла | 2,8 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
108
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Техническое задание на создание автоматизированной системы
- 1.1 Назначение и цели создания системы
- 1.2 Характеристики объекта автоматизации
- 1.3 Требования к системе
- 1.3.1 Требования к структуре
- 1.3.2 Требования к надежности
- 1.3.3 Требования к функциям, выполняемым системой
- 1.3.4 Требования к видам обеспечения
- 1.3.4.1 Требования к техническому обеспечению
- 1.3.4.2 Требования к программному обеспечению
- 1.3.4.3 Требования к информационному обеспечению
- 1.3.4.4 Требования к метрологическому обеспечению
- 2. Разработка математического обеспечения АСУ ТП
- 2.1 Предварительный расчет и анализ одноконтурной системы автоматического регулирования
- 2.1.1 Выбор и анализ технологического объекта управления
- 2.1.1.1 Обоснование выбора управляющего канала ТОУ
- 2.1.2 Расчет и анализ одноконтурной САР
- 2.2 Анализ качества регулирования
- 3. Разработка технического обеспечения АСУ ТП
- 3.1 Выбор технических средств на сенсорном уровне АСУ ТП
- 3.2 Выбор технических средств на контроллерном уровне АСУ ТП
- 3.3 Выбор технических средств диспетчерского уровня
- 3.4 Разработка структуры АСУ ТП
- 3.5 Расчет метрологических характеристик информационно-измерительных каналов
- 3.6 Расчет надежности САР
- 4. Разработка информационного обеспечения АСУ ТП
- 4.1 Перечень информационных задач, решаемых на контроллерном и диспетчерском уровнях
- 4.2 Разработка структуры SCADA-проекта
- 4.4 Выбор SCADA-системы и разработка экранных форм
- 5. Разработка программного обеспечения АСУТП
- 5.1 Разработка алгоритмов пуска и останова оборудования процесса приготовления пивного затора
- 5.2 Разработка программы управления процессом варки пивного затора
- 5.3 Разработка программы управления процессом варки затора в специализированной среде CoDeSys на языке LD
- 5.3.1 Конфигурация ПЛК 73
- 5.3.2 Создание блока сравнения GRT
- 5.3.3 Разработка модуля для реализации САР на ПЛК 73 "Овен"
- 5.4 Разработка программы пуска оборудования на языке LD
- Заключение
- Библиографический список
- Приложения
Введение
Задачи автоматизации современных высокотехнологичных процессов решаются посредством распределенных систем управления (РСУ), в качестве узловых станций которых используется микроэлектронная техника широкого спектра действия. Развитие микроэлектроники и микропроцессорных устройств привело к созданию микроконтроллеров различного назначения, специализированных микро - и мини ЭВМ, моноблочных и модульных контроллеров, интеллектуальных терминалов и рабочих станций, в том числе для жестких условий промышленного производства. Также развитие получили сетевые устройства - повторители, концентраторы, коммутаторы и открытые промышленные сети, связывающие все уровни иерархии РСУ.
Развитие систем цифрового управления процессами выдвигает требования надежности, точности и быстродействия. Широкое распространение получили системы резервирования (дублирование и троирование аппаратных и программных средств), высокоточные датчики и преобразователи сигналов, быстродействующие процессоры и сопроцессоры для обработки и передачи данных.
Интеграции средств вычислительной техники для совместного использования в структуре распределенной системы управления способствовала выработка стандартов Международной организацией по стандартизации (ISO) на протоколы передачи данных, способы кодирования информации, техническое и программное обеспечение систем управления.
Применение систем управления с использованием программируемых средств управления на основе микропроцессорной техники обусловлено универсальностью, высокой надежностью в эксплуатации, возможностью изменения программы функционирования.
Разработка и проектирование современных РСУ должны выполняться с учетом следующих требований:
автоматизация пиво контроллер затор
максимальное удовлетворение требований на разработку системы управления, в том числе, функциональных, технических, экологических, требований надежности, безопасности и др.;
использование аппаратно-программных средств, отвечающих общепризнанным стандартам, гарантирующим соблюдение принципа открытых систем;
оптимальный выбор совместимых по различным характеристикам аппаратных и программных комплексов и систем;
экономическая эффективность распределенной системы управления с учетом всего жизненного цикла системы и другие требования, определяемые спецификой и характером технологического процесса.
Объектом автоматизации данного дипломного проекта является процесс приготовления затора на ООО "Кольчугинский пивобезалкогольный завод"
"Кольчугинский пивобезалкогольный завод" находится в южной части города Ленинск-Кузнецкий, в загородной зоне по адресу ул. Лесной городок, 46.
Товарной продукцией завода является пиво, безалкогольные напитки, минеральная вода, которые реализуются через сеть предприятий торговли и общественного питания, оптовые рынки г. Ленинск-Кузнецкий, Кемеровской области, г. Новосибирск, г. Красноярск.
Ассортимент выпускаемой продукции:
по пиву: Жигулевское, Классическое, Кузбасс-Чемпион, Сибирское, Злата, Прага, Светлое, Молодежное, Бархатное, Гурмэ, Золотая сова;
по безалкогольным напиткам: Лимонад, Груша, Крем-сода, Тоник, Колокольчик, Тархун, Апельсиновый аромат, Аромат лимона, Дюшес, Зеленое яблоко;
по минеральной воде: Борисовская, Березово-Ярская.
Процесс приготовления пива включает в себя следующие основные технологические этапы:
дробление солода;
приготовление и фильтрация затора;
варка и охлаждение сусла;
брожение сусла;
пастеризация;
розлив пива.
Одним из важнейших процессов является процесс приготовления затора. При затирании помол и вода перемешиваются (затираются), компоненты солода переходят в раствор и становятся веществами экстракта. Цель затирания состоит в том, чтобы расщепить крахмал, сахара и растворимые декстрины без остатка. Для приготовления затора необходимо соблюдение пропорций затираемых материалов, а также необходим подогрев и поддержание заданной температуры затора определенное время.
В управлении производственным процессом используется контроллер ПЛК 73 фирмы "Овен", который задействован в системах регулирования, т.е. в системах, где технологический параметр только поддерживается на заданном уровне. При этом возможно нарушение продолжительности циклов приготовления затора. Вследствие этого происходит снижение показателей качества (pH, экстрактивность и т.д.), компоненты солода переходят в раствор не полностью, что ведет к дополнительным расходам на сырье.
Необходима реализация дополнительных систем защиты, блокировки и сигнализации на базовом контроллере ПЛК 73, что позволит создать САУ и, как следствие, уменьшить расходы на сырье.
Т.о., предлагаемая модернизация существующей схемы автоматического управления процесса приготовления затора позволит получить предприятию экономический эффект за счет:
снижения себестоимости продукции;
экономии сырья.
1. Техническое задание на создание автоматизированной системы
1.1 Назначение и цели создания системы
Автоматизированная система управления технологическим процессом варки пивного затора предназначена для решения задач контроля, защиты, сигнализации, автоматического управления и регулирования основных и вспомогательных технологических параметров объекта.
Цели создания системы:
повышение уровня автоматизации;
повышение качества пива.
1.2 Характеристики объекта автоматизации
В соответствии с СП 12.13130.2009 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности" помещение относится к категории Д - пониженная пожароопасность (негорючие вещества и материалы в холодном состоянии).
1.3 Требования к системе
1.3.1 Требования к структуре
АСУ ТП предназначена для обработки информации и управления технологическим процессом в реальном режиме времени. Современные АСУ ТП разрабатываются в виде функционально и территориально распределенных систем управления.
АСУ ТП включает следующие уровни (подсистемы):
· сенсорный уровень (уровень первичных преобразователей и исполнительных механизмов);
· контроллерный уровень: программируемые логические контроллеры (ПЛК);
· диспетчерский уровень: два автоматизированных рабочих места (АРМ) - основное и резервное с возможностью передачи данных в заводскую сеть;
· среду передачи данных, в т. ч. коммуникационное оборудование.
1.3.2 Требования к надежности
Требования к показателям надежности устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-86, ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 27.003-90 и РД 153-34.1-35.127-2002 с учетом сложившейся отечественной практики нормирования показателей надежности АСУТП. Приняты следующие показатели:
· показатель суммарного потока повреждений - менее 0,04 (1/час);
· среднее время безотказной работы - более 1 года;
· вероятность безотказной работы за 24 часа - более 0,9;
· коэффициент готовности системы при среднем времени восстановления одного элемента 1 час - не менее 0,98.
1.3.3 Требования к функциям, выполняемым системой
Требования к информационным функциям АСУ представлены в таблицах 1.1-1.3.
Таблица 1.1 - Требования к функциям контроля
Наименование параметра |
Диапазон измерения, абс. ед |
Необходимая точность контроля, аб. ед |
Форма и способ отображения информации |
Примечание |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1) Температура горячей воды перед подачей в заторный котел |
50-54 С |
1 С |
Показание на цифровом индикаторе, регистрация (график) |
||
2) Температура холодной воды перед подачей в теплообменник |
15-25 С |
1 С |
Показание на цифровом индикаторе |
||
3) Температура заторной массы в заторном котле №1 |
0-75 С |
1 С |
Цветовой индикатор с бегунком, регистрация (график) |
||
4) Температура заторной массы в заторном котле №2 |
10-75 С |
1 С |
Цветовой индикатор с бегунком, регистрация график |
||
5) Давление греющего пара подаваемого в паровую рубашку теплообменника |
0,3-0,4 МПа |
0,01 МПа |
Показание на цифровом индикаторе |
||
6) Давление холодной воды перед подачей в теплообменник |
0,2-0,3 МПа |
0,01 МПа |
Показание на цифровом индикаторе |
||
7) Уровень затора в заторном котле №1 |
0-2 м |
0.1 м |
Цветовой индикатор |
||
8) Уровень затора в заторном котле №2 |
0-2 м |
0.1 м |
Цветовой индикатор |
В таблице 1.2 условия срабатывания указаны для аварийной сигнализации. Предупредительная при этом должна срабатывать заблаговременно на 5 % раньше, от указанного значения.
Таблица 1.2 - Требования к технологической сигнализации
Наименование параметра |
Условия срабатывания |
Требуемая точность |
Тип сигнализации |
Вид сигнала |
Примечание |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1) Повышение температуры горячей воды перед подачей в заторный котел |
Т>53С |
± 0.5 С |
предупре-дительная |
световой сигнал (мигание желтого цвета) |
||
Т>55С |
аварийная |
звук, мигание красного |
||||
2) Понижение температуры горячей воды перед подачей в заторный котел |
Т<47С |
± 0.5 С |
предупре-дительная |
речевое сообщение |
||
T<45С |
аварийная |
звук |
||||
3) Повышение температуры заторной массы в заторном котле №1 |
T> 75С |
± 0.5 С |
предупре-дительная |
световой сигнал (мигание красного цвета) |
||
T> 77С |
аварийная |
звук, световой сигал красного цвета |
||||
4) Понижение температуры заторной массы в заторном котле №1 |
T< 53С |
± 0.5 С |
предупре-дительная |
речевое сообщение |
||
T< 51С |
аварийная |
звук |
||||
5) Повышение температуры заторной массы в заторном котле №2 |
T> 101С |
± 0.5 С |
предупре-дительная |
световой сигнал (мигание красного цвета) |
||
T> 103С |
аварийная |
звук |
||||
6) Понижение температуры заторной массы в заторном котле №2 |
T< 25С |
± 0.5 С |
предупре-дительная |
речевое сообщение |
||
T< 23С |
аварийная |
звук |
Таблица 1.3 - Требования к сигнализации состояния оборудования
Наименование Параметра |
Значение параметра, при котором срабатывает система |
Вид сигнала |
Примечание |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1. Положение отсечного клапана КО1 |
Открыт |
Световой, на экране АРМ зелёный свет |
||
Закрыт |
Отсутствие подсветки клапана на экране монитора |
|||
2. Положение отсечного клапана КО2 |
Открыт |
Световой, на экране АРМ зелёный свет |
||
Закрыт |
Отсутствие подсветки клапана на экране монитора |
|||
3. Положение отсечного клапана КО3 |
Открыт |
Световой, на экране АРМ зелёный свет |
||
Закрыт |
Отсутствие подсветки клапана на экране монитора |
|||
4. Положение отсечного клапана КО4 |
Открыт |
Световой, на экране АРМ зелёный свет |
||
Закрыт |
Отсутствие подсветки клапана на экране монитора |
|||
5. Положение отсечного клапана КО5 |
Открыт |
Световой, на экране АРМ зелёный свет |
||
Закрыт |
Отсутствие подсветки |
|||
6. Положение отсечного клапана КО6 |
Открыт |
Световой, на экране АРМ зелёный свет |
||
Закрыт |
Отсутствие подсветки клапана на экране монитора |
|||
7. Двигатель насоса М3 |
двигатель включен |
световой |
Зеленая лампа |
|
двигатель выключен |
световой |
Красная лампа |
||
8. Состояние двигателя мешалки в заторном котле №1 |
двигатель включен |
световой |
Зеленая лампа |
|
двигатель выключен |
световой |
Красная лампа |
||
9. Состояние двигателя мешалки в заторном котле №2 |
двигатель включен |
световой |
Зеленая лампа |
|
двигатель выключен |
световой |
Красная лампа |
||
Требования к управляющим функциям приведены в таблицах 1.4-1.6.
Таблица 1.4 - Требования к функциям автоматической защиты и блокировки
Наименование системы |
Перечень возможных состояний оборудования |
Условия перехода Оборудования из одного состояния в другое. |
Дополнительные требования к системе. |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1. Двигатель М1 мешалки в заторном котле №1 |
включен |
Lзатора>0,3 м |
Величина зоны неоднозначности для исключения "дребезга" - 0,05м. |
|
выключен |
Lзатора<0,3 м |
|||
2. Двигатель М2 мешалки в заторном котле №2 |
включен |
Lзатора>0,3 м |
Величина зоны неоднозначности для исключения "дребезга" - 0,05м. |
|
выключен |
Lзатора<0,3 м |
|||
3. Двигатель насоса М3 |
включен |
Получение сигнала |
Величина зоны неоднозначности для исключения "дребезга" - 0,05м. |
|
выключен |
Lзатора<0,1 м |
Таблица 1.5 - Требования к системам пуска и останова оборудования
Наименование системы |
Режим работы системы |
Место установки органов управления и их тип |
|
1 |
2 |
3 |
|
Двигатель М1 мешалки |
Дистанционный ручной |
АРМ |
|
Дистанционный сблокированный |
Щит контроллера |
||
Местный ручной |
ЩСУ |
||
Двигатель М2 мешалки |
Дистанционный ручной |
АРМ |
|
Дистанционный сблокированный |
Щит контроллера |
||
Местный ручной |
ЩСУ |
||
Двигатель М3 насоса |
Дистанционный ручной |
АРМ |
|
Дистанционный сблокированный |
Щит контроллера |
||
Местный ручной |
ЩСУ |
||
Переключение отсечных клапанов КО1, КО2, КО3, КО4, КО5 |
Дистанционный ручной |
На пульте оператора |
Таблица 1.6 - Требования к системам автоматического регулирования
Наименование регулируемого параметра |
Заданное значение параметра |
Допустимые значения показателей |
Обоснование применения |
||||
Yстдоп |
Yдиндоп |
фРдоп |
шдоп |
||||
1) Температура горячей воды на выходе из теплообменника |
52 С |
2 С |
6 С |
3 мин |
50 % |
||
2) Температура затора в заторном котле №1 |
52 С-при белковой паузе 62С-при мальтозной паузе 72С-при декстринной паузе |
1 С |
3 С |
3 мин |
50 % |
||
3) Температура сусла в заторном котле №2 |
17 С |
1 С |
3 С |
3 мин |
50 % |
1.3.4 Требования к видам обеспечения
1.3.4.1 Требования к техническому обеспечению
Сенсорный уровень АСУ должен быть реализован на базе технических средств отечественных фирм-производителей, применяемые в условиях санитарной гигиены.
Тип привода исполнительных механизмов - электрический. Требования к фирме-производителю не предъявляются.
Контроллерный уровень должен быть реализован на базе технических средств фирмы "Овен". В ПЛК должен быть предусмотрен резерв незадействованных каналов ввода/вывода 5-10%.
Диспетчерский уровень должен быть реализован на базе промышленных компьютеров фирмы "Siemens".
При проектировании информационной сети использовать коммуникационное оборудование фирмы "Овен".
1.3.4.2 Требования к программному обеспечению
На контроллерном уровне программирование ПЛК осуществляется при использовании программного продукта CoDeSys фирмы "Овен".
1.3.4.3 Требования к информационному обеспечению
Разработать структуру SCADA-проекта, которая должна включать общую экранную форму и дополнительные экранные формы, между которыми должен быть предусмотрен переход.
Сформировать перечень переменных, участвующих в процессе обмена информацией между контроллерным и диспетчерским уровнями.
1.3.4.4 Требования к метрологическому обеспечению
Требования к метрологическим характеристикам измерительных каналов приведены в таблице 1.1.
2. Разработка математического обеспечения АСУ ТП
2.1 Предварительный расчет и анализ одноконтурной системы автоматического регулирования
Расчёт системы автоматического регулирования производится на базе полного анализа объекта и после проведения полномоштабного экмперементального исследования.
На стадии проектирования данные об объекте автоматизации являются не полными, а проведение эксперимента не даст нужного эффекта, так как после установки новых средств автоматизации, свойства объекта изменятся в связи с тем, что технические средства входят в состав объекта автоматизации и сильно влиют на его характеристики.
Но, при пуске системы автоматизации оставить регуляторы без настроек невозможно, поэтому предполагается расчёт их параметров опираясь на приближённые, взятые у экспертов на предприятии, данных.
2.1.1 Выбор и анализ технологического объекта управления
Одной из основных задач, решаемых при создании систем автоматического управления, является задача идентификации объекта управления, то есть задача определения структуры и параметров математической модели, обеспечивающих наилучшую близость значений выходных переменных модели и объекта при одних и тех же входных воздействиях.
Существует достаточно много методов идентификации, однако в инженерной практике получили широкое распространение методы, базирующиеся на результатах активного экспериментального исследования объекта управления.
В качестве технологического объекта управления выбран теплообменник, а в качестве регулируемой переменной - температура горячей воды на выходе из теплообменника (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Фрагмент технологической схемы объекта автоматизации.
Выбор управляющего воздействия (канала) производится из условия, что диапазон его изменения должен обеспечить компенсацию всех возмущающих воздействий, вызывающих изменение регулируемой переменной. Кроме этого, данный канал должен обладать хорошими динамическими свойствами и простотой реализации управляющего воздействия. В существующей системе управления присутствует клапан на трубопроводе подачи пара. Поэтому рассмотрим возможность использования канала '' Положение регулирующего клапана на трубопроводе подачи пара в теплообменник - температура воды на выходе из теплообменника”. Примем данный канал управляющим.
Структурная схема ТОУ представлена на рисунке 2.2.
Как видно из рисунка на регулируемую переменную Тг. в действуют переменные, которые делятся на управляющие и возмущающие воздействия. В данном случае к управляющему воздействию относится положение регулирующего клапана на трубопроводе подачи пара в теплообменник U, а к возмущающему воздействию относят TOB - температура окружающего воздуха, Tх - температура холодной воды, Рп - давление пара, Рх. в - давление холодной воды.
Рисунок 2.2 - Структурная схема ТОУ: U - положение регулирующего клапана на трубопроводе подачи пара; TOB - температура окружающего воздуха; Tх - температура холодной воды; Рп - давление пара; Рх. в - давление холодной воды.
U - управляющее воздействие;
Тг. воды - температура горячей воды на выходе из теплообменника (регулируемая переменная);
Возмущающие воздействия:
Рп - давление пара;
То. в - температура окружающего воздуха;
Рх. в - давление холодной воды;
Тх - температура холодной воды;
В результате анализа работы объекта автоматизаци было определено, что передаточную функцию модели объекта по каналу "положение регулирующего клапана на трубопроводе подачи пара в теплообменник (U) - температура воды на выходе из теплообменника Т (Тг. в)" можно представить в виде апериодического звена второго порядка с запаздыванием имеющего структуру, показанную на рисунке 2.3.
При этом математически передаточную функцию можно записать выражением (2.1).
ЗЧЗ АП1 АП1
Рисунок 2.3 - Структурная схема модели
Вид передаточной функции, записанной через коэффициенты T1 и T2, имеет следующий вид:
(2.1)
где kо - коэффициент усиления объекта, оС/%х. р. о.;
Т1, Т2 - постоянные времени объекта, с;
ф - время запаздывания, с.
В результате эксперимента, проведенного на производстве были получены следующие параметры передаточной функции:
Параметры передаточной функции Wu (S);
Ко= 1.3 оС/%х. р. о; Т1=31с; Т2=42с; фо=6с;
Подставим параметры передаточной функции в выражения 2.1:
(2.2)
При наблюдении за работой технологического объекта управления (ТОУ) в нормальном режиме эксплуатации были определены диапазоны изменения возмущающих воздействий и коэффициенты передачи возмущающих каналов.
Диапазоны изменения возмущающих воздействий:
а) температура окружающего воздуха То. в (25-31C);
б) температура холодной воды Т х. в (10-14C);
в) давление холодной воды Рх. в (4-6 кПа);
г) давление пара (180-190 кПа);
Коэффициенты передачи возмущающих каналов объекта:
=0.5; = 0.4; = 2; = 0.5;
Исходные данные:
1) допустимые значения прямых показателей качества регулирования (смотри табл.1.6):
· допустимый запас устойчивости, выраженный через степень затухания процесса ;
· допустимая статическая ошибка (yдст) - ±1С;
· допустимая динамическая ошибка (yддин) - ±3С;
· допустимое время регулирования - 3мин.
2) заданное значение регулируемой переменной yздн = 52 С.
2.1.1.1 Обоснование выбора управляющего канала ТОУ
Для определения влияния возмущающих воздействий на управляемую переменную необходимо знать:
1. Диапазоны изменения возмущающих воздействий;
2. Коэффициент передачи возмущающих каналов.
Коэффициенты передачи каждого возмущающего воздействия были получены на производстве при прохождении технологической практики.
Для определения влияния возмущений на управляемую переменную необходимо умножить коэффициент передачи на максимально возможное изменение данного возмущения:
(2.3)
где: - влияние i-го возмущающего воздействия на управляемую переменную, град.,
- максимальное скачкообразное изменения i-го возмущающего воздействия.
Изменение положения регулирующего органа, при изменении значения управляемой переменной, можно оценить, разделив полученное значение на коэффициент передачи объекта:
(2.4)
где: U - эквивалентное значение i-го возмущающего воздействия, % х. р. о.,
- коэффициент передачи объекта по каналу управления
(Ко = 1.3 С/%х. р. о)
Результаты расчета величины эквивалентных возмущающих воздействий сведены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Расчет эквивалентных возмущающих воздействий
Параметр |
Предел изменения |
, |
U,% х. р. о |
|||
Давление пара |
0,5 |
180.190кПа |
10кПа |
5 |
3.84 |
|
Температура холодной воды |
0,4 |
10.14°С |
4°С |
1,6 |
1.23 |
|
Температура окружающего воздуха |
0,5 |
25.31 0С |
6 0С |
3 |
2.3 |
|
Давление холодной воды |
2 |
4.6кПа |
2 0С |
4 |
3,07 |
В соответствии с данными таблицы 2.1 определим максимальное возмущающее воздействие:
% х. р. о. (2.5)
Диапазон изменения управляющего воздействия, необходимый для компенсации всех возмущений, должен быть меньше 100%. Из полученного результата видно, что управляющий канал выбран правильно и компенсирует все возмущения.
Основное влияние на управляющее воздействие оказывает давление пара.
2.1.2 Расчет и анализ одноконтурной САР
Структурная схема одноконтурной САР в системе IPC CAD имеет вид, который показан на рис.2.4
Рисунок 2.4 - Структурная схема одноконтурной САР
Передаточная функция регулятора, настраиваемого в программе IPC-CAD выглядит следующим образом:
(2.7)
где Kp - коэффициент передачи регулятора;
Tu - время изодрома;
Tпр - время предварения.
Уравнение изменения выходного сигнала регулятора:
(2.8)
Перед расчетом параметров настройки регулятора переведем коэффициент передачи управляющего канала ТОУ в проценты шкалы измерительного преобразователя:
(2.6)
где -диапазон шкалы нормирующего преобразователя. (-50…130°С)
Подставив значения в выражение 2.6, получим:
Введем в систему IPC - CAD следующие исходные данные:
коэффициент передачи объекта - К0 = 0.72;
время запаздывания объекта - TAU0 = 6 с;
порядок полинома знаменателя - n = 2;
постоянная времени объекта - T1 = 31 с;
постоянная времени объекта - T2 = 42 с.
Рисунок 2.5 - Передаточная функция объекта в IPC CAР
Таблица 2.2 - Результаты расчета и моделирования одноконтурных САР с ПИД - регулятором.
Типовой процесс |
Параметры настройки ПИД-регулятора |
Режим моделирования |
Показатели качества регулирования |
|||||
Кр, |
Ти, мин |
Тд, мин |
yд, %шк. у |
ш |
tр, мин |
|||
Апериодический |
5.3 |
43.8 |
10.9 |
Настройка |
0.124 |
0.995 |
110.4 |
|
Проверка на грубость |
0.107 |
0.996 |
100.8 |
|||||
С умеренным затуханием |
7.6 |
35.2 |
8.8 |
Настройка |
0.096 |
0.99 |
81.6 |
|
Проверка на грубость |
0.107 |
0.994 |
72 |
|||||
Колебательный |
14.08 |
29.1 |
7.2 |
Настройка |
0.06 |
0.993 |
48 |
|
Проверка на грубость |
0.07 |
0.964 |
43.2 |
Из данных типовых процессов выбираем процесс с умеренным затуханием, так как он имеет максимальный запас устойчивости системы, что очень важно для нашего объекта, которым является теплообменник.
Рисунок 2.6 - График переходного процесса
2.2 Анализ качества регулирования
Ординаты, показанные на рис.2.6, представлены в процентах шкалы регулируемой переменной (), поэтому их необходимо перевести в абсолютные единицы (градусы Цельсия) путем умножения на коэффициент .
.
В линейных системах форма графика переходного процесса остается неизменной при любой величине ступенчатого воздействия, так как в них соблюдается принцип суперпозиции. Поэтому для получения реакции САР на максимальное возмущающее воздействие () достаточно ординаты графика, выраженные в градусах Цельсия, умножить на величину . Полученные таким образом значения регулируемой переменной можно отложить на ось, которая проходит параллельно исходной оси ординат.
При этом каждое значение графика надо пересчитать по формуле:
yiреальное = уi Ч УUjЭ ЧKп (2.10)
где yi - значение переходной функции в точках квантования (взятой из графика на рисунке 2.6);
Kп - коэффициент перевода из выражения 2.9 Кп=1.8;
УUj max - суммарное эквивалентное возмущающее воздействие;
Так как при анализе САР производится оценка способности системы обеспечивать необходимые показатели качества регулирования при самых неблагоприятных сочетаниях возмущающих воздействий, то полученные значения регулируемой переменной необходимо умножить на максимальное возмущающее воздействие, рассчитанное в выражении 2.5 и равное УUj max = 10,44 %х. р. о.
Подставив определённые значения в выражение (2.11) получим:
yiреальное = уiЧ 10,44Ч1,8 + 52 = уiЧ 18,8 + 52 (2.11)
Пересчитаем по выражению (2.11) значения на оси ординат графика, показанного на рисунке 1.6:
у1реальное = 0Ч 18,8 + 52 = 52 єС
у2реальное = 0.01Ч 18.8 - 52 = 51.8 єС
у3реальное = 0.02Ч 18.8 + 52 = 52,4 єС
у4реальное = 0.04Ч 18,8 + 52 = 52,7 єС
у5реальное = 0.06Ч 18,8 + 52 = 53.1 єС
у6реальное = 0.08Ч 18,8 + 52 = 53,5 єС
у7реальное = 0.1Ч 18,8 + 52 = 53,8 єС
у8реальное = 0.12Ч 18,8 + 52 = 54,3 єС
Полученные графики для одноконтурной САР, в режиме настройки и при проверки на грубость, представлены на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 - Графики переходных процессов в САР при нанесении возмущения "По нагрузке" в режимах "Настройка" (1) и "Проверка на грубость" (2).
В режиме "Настройка" время регулирования составит: , в режиме "Проверка на грубость": (данные из табл.1.8) Динамическая ошибка в режиме "Настройка" , в режиме "Проверка на грубость" .
Динамическую ошибку можно вычислить, используя ее значение, приведенное в таблице 1.8 (с умеренным затуханием).
В режиме "Настройка": .
В режиме "Проверка на грубость": .
Из графика и из приведенных выше результатов видно, что полученные при расчете САР прямые показатели качества регулирования удовлетворяют требованиям технологического регламента.
;
;
;
Из полученной степени затухания можно сделать вывод, что система имеет достаточно большой запас устойчивости ее можно считать малочувствительной к изменению характеристик объекта управления, т. к при проверке САР на "грубость" прямые показатели качества регулирования не вышли за допустимые пределы. Из полученных результатов делаем вывод о целесообразности применения одноконтурной САР, так как данная САР робастна, и прямые показатели качества регулирования (Yдин) не выходят за пределы допустимых значений САР, следовательно одноконтурная САР обеспечивает требуемого качества регулирования.
(2.12)
3. Разработка технического обеспечения АСУ ТП
3.1 Выбор технических средств на сенсорном уровне АСУ ТП
Эффективность системы управления во многом зависит от рационального выбора комплекса технических средств, позволяющего своевременно получать и обрабатывать информацию в АСУ ТП и обеспечивать выполнение задач технологического управления. Выбор технических средств производился с учетом совместимости технических средств, модульности, надежности, максимальной эффективности и системного подхода.
Основу технических средств сенсорного уровня составляют:
· первичные преобразователи (ПП), которые функционируют совместно с нормирующими преобразователями (НП);
· исполнительные устройства (ИУ).
Таблица 3.1 - Первичные и нормирующие преобразователи, их характеристики
"№ |
Наименование ПП и НП, тип и модель |
Пределы измерения |
Допустимая погрешность |
Допустимые условия эксплуатации |
Выходной сигнал |
Примечание |
|
11 |
Термопреобразователь сопротивления Eastemp TMR31 |
-50…130°С |
1.5°С |
Нейтральные |
4ч20мА |
4 шт. |
|
22 |
Преобразователь давления Cerabar T PCM131, |
0-400 МПа |
0,25 |
Нейтральные |
4ч20мА |
2 шт. |
|
23 |
Уровнемер ESY TREK SPA-39N-4 |
0,2-4 м |
0,1% |
Температура рабочей среды до 150С |
4ч20мА |
2шт. |
Таблица 3.1 - Исполнительные устройства и их характеристики
№ |
Наименование ИУ, его тип и модель |
Допустимые условия эксплуатации |
Входной сигнал |
Сигнал состояния ИУ |
Примечание (количество) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
Пускатель ПБР-2М |
0…+50°С |
Импульсный |
3 |
||
2 |
Механизм однооборотный, в комплекте с блоком БСПТ-10 |
0…+50°С |
4-20мА |
4-20мА |
3 |
|
3 |
Клапан регулирующий односедельный 25ч943нж |
0…+50°С |
||||
4 |
Пускатель MCD 3007 21A, 7,5 кВт |
0…+50°С |
Импульсный |
Проведя анализ всех сигналов, было определено общее количество сигналов всех типов, вводимых в контроллер и выводимых с него. Типы сигналов ввода-вывода с указанием их количества представлены в таблице 3.2
Таблица 3.2 - Типы сигналов ввода и вывода АСУТП и их количество
Тип ввода/вывода |
Характеристика сигнала |
Количество |
|
Аналоговый ввод (AI) |
4…20 мА |
10 |
|
Дискретный ввод (DI) |
"1" - 24В, "0" - 0В |
10 |
|
Дискретный вывод (DO) |
"1" - 0,5А, "0" - 5мА |
13 |
3.2 Выбор технических средств на контроллерном уровне АСУ ТП
При выборе программируемого логического контроллера было выбрано контроллер фирмы “Овен”.
Основные функциональные возможности:
Надежная среда программирования CoDeSys поставляется бесплатно, CD c дистрибутивом входит в комплект поставки
Двухстрочный знакосинтезирующий дисплей
Увеличение количество дискретных выходов путем подключения модуля ОВЕН Мр1
Встроенные интерфейсы RS-232 debug для записи программы.
Дополнительная возможность установки интерфейсной платы с набором интерфейсов:
Разъем для подключения модуля МР1 - 1-й интерфейс: RS-485, RS-232 или отсутствует; - 2-й интерфейс: RS-485, RS-232 или отсутствует.
Поддержка протоколов ОВЕН, Modbus RTU, Modbus ASCII, GateWay
Бесплатная библиотека функциональных блоков: разработки ОВЕН: ПИД-регулятор с автонастройкой, блок управления 3-х позиционными задвижками и др., стандартные библиотеки CoDeSys.
Возможность расширения путем подключения модулей ввода/вывода
Таблица 3.3 - Характеристика Контроллера ПЛК 73
Наименование |
Характеристики |
|
1 |
2 |
|
Центральный процессор |
32-х разрядный RISC процессор 50 МГц на базе ядра ARM7 |
|
РазмерRetain-памяти (EEPROM), байт |
448 |
|
Объем оперативной памяти для хранения переменных программ, Кб |
10 |
|
Объем памяти хранения программ, байт |
280 |
|
Объем памяти ввода-вывода, байт |
600 для ПЛК73-М 360 для ПЛК73-L |
|
Конструктивное исполнение |
Корпус щитового крепления. Габаритные размеры (ВxШxГ), мм (168Ч137Ч55) ±1 мм |
|
Степень защиты корпуса со стороны лицевой панели |
IP55 |
|
Напряжение питания |
90.245 В (част. от 47 до 63 Гц) |
|
Потребляемая мощность, не более |
для постоянного тока, 12 Вт для переменного тока, 18 Вт |
|
Параметры встроенного вторичного источника питания |
выходное напряжение 24±3 В, ток не более 180 мА |
|
Элементы человеко-машинного интерфейса |
||
Тип дисплея |
Текстовый монохромный ЖКИ с подсветкой |
|
Количество знакомест (символов) |
4 x 16 |
|
Светодиоды на лицевой панели |
6 шт: "K1", "K2", "K3", "K4", "K5", "K6" |
|
Интерфейсы связи |
||
Интерфейсы |
2 интерфейса опционально: 1-й интерфейс: RS-485, RS-232 или отсутствует; 2-й интерфейс: RS-485, RS-232 или отсутствует. |
|
Режим работы интерфейсов |
Master, Slave |
|
Аналоговые входы |
||
Рабочая температура |
-25°C. +75°C |
|
Количество аналоговых входов |
8 |
|
Типы подключаемых датчиков и характеристики аналоговых входов |
В соответствии с ТУ 4252-003-46526536-2008 контроллера ПЛК63 |
|
Выходы (дискретные и аналоговые) |
||
Количество выходов внутри контроллера |
8, из них 4 с возможностью установки ЦА |
|
Типы выходных элементов и их характеристики |
В соответствии с ТУ 4252-003-46526536-2008 контроллера ПЛК63 |
|
Выходные элементы: |
||
Программирование и обновление встроенного программного обеспечения |
||
Среда программирования |
CoDeSys 2.3 (версия 2.3.8.1 и более старшая) |
Таблица 3.4 - Количество ввода/вывода в контроллере ПЛК 73
Устройство ввода/вывода |
Количество |
|
Аналоговый ввод/вывод |
9/0 |
|
дискретного ввода/вывода |
6/8 |
|
Интерфейс RS485 (232) |
2 |
3.3 Выбор технических средств диспетчерского уровня
Для того, что бы выбрать количество рабочих мест диспетчерского уровня необходимо вначале чётко сформулировать функции, которые будут выполняться.
Выбор технических средств диспетчерского уровня заключается в выборе промышленных компьютеров, которые могут обеспечить бесперебойную обработку данных, не зависать при максимальной загрузке системы. Операционная система должна быть проста в эксплуатации. Монитор должен быть не менее 17 дюймов.
Как говорилось ранее, система управления на каждом участке состоит из одного рабочего места оператора этого участка. Для предотвращения невозможности наблюдения за процессом при выходе из строя основного АРМ, необходимо установить второй компьютер, для реализации резервного АРМ. Так как связь с контроллером ПЛК 73 будет осуществляться через офисную сеть Ethernet, то подключение резервного АРМ произведём через общий концентратор. В качестве рабочей станции для основного и резервного АРМ оператора выбираем одинаковые компьютеры с комплектацией, представленной в таблице 13.
Протокол контроллерного и диспетчерского уровней - Ethernet.
В качестве коммутатора Ethernet взять D-Link DGS-1005D.
Таблица 3.5 - Технические характеристики промышленного компьютера
Наименование |
Характеристики |
|
1 |
2 |
|
Корпус |
ATX MidiTower Foxconn |
|
Блок питания |
350 Вт, FSP Epsilon |
|
Процессор |
Core i5 4460 |
|
L2 кэш |
1 Mb |
|
Чипсет |
IntelH110 |
|
1 |
2 |
|
Частота системной шины |
3200 МГц |
|
Оперативная память |
4096 Мбайт |
|
Жесткий диск |
1 Терабайт, |
|
Видео адаптер |
встроенный |
|
Звуковой адаптер |
встроенный |
|
Сетевой адаптер |
встроенный, GB Lan |
|
Слоты PCI Express X16 |
1 |
|
Слоты PCI Express X1 |
2 |
|
Слоты PCI |
4 |
|
Слоты ISA |
0 |
|
Оптический привод |
DVD+/-RW, SATA |
|
Свободные отсеки 5.25" |
1 |
|
Свободные отсеки 3.5" |
0 |
|
1 |
2 |
|
Порты USB 2.0 |
8 (максимум) |
|
Последовательный порт |
1 |
|
Параллельные порты |
1 |
|
Размеры ВхШхГ |
177х482х450 мм |
|
Форм-фактор |
4U |
|
Температурный режим |
0-40° С (работа), - 20 - 60° С (хранение) |
|
Влажность |
10-90% при 40° С (работа), 10-95% при 40° С (хранение), без образования конденсата |
|
Вибрации |
(5-500 Гц) 1G (работа), 2 (хранение) |
|
Ударостойкость |
10G в течении 11мс (работа), 30G (хранение) |
|
Сертификаты |
РосТест, гигиенический, система "Связь |
|
Дополнительно |
Плата интерфейсов RS-232/422/485/токовая петля PCL-740 фирмы “Advantech” (один порт с перенастраиваемым типом интерфейса) для передачи/приема данных по интерфейсу RS-485 |
В качестве физической среды передачи взят кабель S/UTP (экранированная вита пара).
Коммутатор DGS-1005D от D-Link с пятью портами 10/100/1000BaseT поддерживает технологию энергосбережения Green Ethernet. Он имеет неблокирующую архитектуру коммутации, а производительность его коммутационной матрицы составляет 10 Гбит/с. Коммутатор выпускается в вариантах для настольной и настенной установки. Благодаря применению новой технологии Green Ethernet, он способен автоматически определять статус канала передачи данных и сокращать потребление электроэнергии для неактивных портов
3.4 Разработка структуры АСУ ТП
Структура управления производством ООО "Эпоха" Кольчугинский пивзавод состоит из административное и производственное здание. Производственное здание состоит из 2-х этажей и на первом этаже расположено центральный щит управления (ЦПУ). На 1 этаже также расположен " Участок варки".
Опираясь на указанную архитектуру, предлагается использовать 4-х уровневую структуру АСУ ТП, показанную на рисунке 3.1 При этом 3 нижних уровня располагается в производственном здании, где сенсорный уровень располагается непосредственно на оборудовании, а контроллерный и верхней уровень в отдельном помещении, расположенном на 1 этаже. Данное помещение называется центральным пунктом управления.
Рисунок 3.1 - Структуры АСУ ТП на "Кольчугинском пивзаводе"
3.5 Расчет метрологических характеристик информационно-измерительных каналов
Точность измерения регулируемых переменных оценивается по величине абсолютной погрешности комплекта, в состав которого входят элементы САУ, начиная с первичного преобразователя до микропроцессорного контроллера и сервера, в котором находится оперативная база данных. Для расчета используем формулу (3.1):
(3.1)
Полученная погрешность должна быть меньше допустимой статической ошибки САР. Абсолютные погрешности элементов определяются по формуле (3.2).
, (3.2)
где - класс точности датчика;
D - диапазон измеряемой величины.
Для преобразователя давления Cerabar T PMC131 погрешность измерения при температуре от - 50 до +120 составит 0.25%.
Погрешность датчика:
Абсолютная погрешность термопреобразователя сопротивления ТМR 31 класса допуска В определяется формулой (3.3):
ДДТС = ± (0,30 + 0,005·| t |), (3.3)
где t - измеряемая температура (t = 170єС).
ДTMR31 = ± (0,30 + 0,005·| 170 |) = ±1,2 єС.
Диапазон измерения датчика одинаковый для всех 3-ми измеряемых значений температуры (D = - 50 … +120 оС), и следовательно погрешность АЦП будет одинаковая, и определится по формуле 3.4 Разрядность АЦП ПЛК 73 равна 15, а диапазон определится как 120 - (-50) = 170 оС. Подставив в выражение 1.14, получим:
= оС; (3.4)
Максимальное значение температуры различное:
для температуры затора в котле 1, t = 72 оС:
оС;
для температуры затора в котле 2, t = 100 оС:
оС;
для температуры в трубопроводе при поступлении воды в заторный котел 1; t = 52 оС:
оС;
для температуры в трубопроводе при поступлении воды в теплообменник; t = 20 оС:
оС;
Общая погрешность измерительных комплектов температуры на контроллерном уровне определится по формуле 3.5:
Погрешность перепад давление измеряется с помощью РСМ 131, с диапазоном измерения от 0 до 10 МПа и относительной погрешностью измерения перепада давления ± 0,4 %, определится по формуле 3.6:
МПа; (3.6)
Погрешность АЦП при измерении давление определится по формуле 3.7:
= МПа;
Общая погрешность измерительных комплектов давление на контроллерном уровне определится по формуле 3.8:
Погрешность уровень затора в котле 1,2 измеряется с помощью Уровнемер ESY TREK SPA-39N-4, с диапазоном измерения от 0.2 до 4м и относительной погрешностью измерения расхода ± 0,1 %, определится по формуле 3.9:
м; (3.9)
Погрешность АЦП при измерении расходов определится по формуле 3.10:
= м;
Общая погрешность измерительных комплектов расхода на контроллерном уровне определится по формуле 3.11:
(3.11)
Расчет общей погрешности измерительного комплекта на диспетчерском уровне производится с учётом апертуры:
= 0,6оС;
= 0,6оС;
= 0,6оС;
= 0,6оС;
= 0,65 МПа;
= 0,07 м;
Добавим значение апертур к расчётам проводимым ранее для контроллерного уровня по формуле 3.12:
Следовательно, система контроля на диспетчерском уровне удовлетворяет условию <, где - допустимая статическая ошибка на диспетчерском уровне (таблица 1.1), т.е. т.е. < 0,6 оС; < 0,6 оС; < 0,6 оС; < 0,6 оС; < 0.65 кПа; < 0,07м;
Результаты расчетов метрологических характеристик всех информационно-измерительных каналов представлены в таблице 3.6.
Таблица 3.6 - Результаты расчетов метрологических характеристик
№ |
Наименование ИИК |
Элементы ИИК и их допустимая погрешность |
Допустимая погрешность ИИК |
|||||
Допустимая погрешность датчика |
Допустимая погрешность АЦП |
Допустимая погрешность линеаризации |
Погрешность, вносимая апертурой |
Расчетная погрешность на контроллерном/ диспетчерском уровне |
Допустимая погрешность на контроллерном/ диспетчерском уровне |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
Температура затора в котле 1 |
0,5°C |
0,006°C |
- |
0,6°C |
0,5/ 0,78 ?С |
0,6/0,6 ?С |
|
2 |
Температура затора в котле 2 |
0,6°C |
0,006°C |
- |
0,6°C |
0,6/ 0,84 ?С |
0,6/0,6 ?С |
|
3 |
Температура в трубопроводе при поступлении в котел 1 |
0,52°C |
0,006°C |
- |
0,6°C |
0,52/ 0,79 ?С |
0,6/0,6 ?С |
|
4 |
Температура в трубопроводе при поступлении воды в теплообменник |
0,32°C |
0,006°C |
- |
0,6°C |
0,32/ 0,67 ?С |
0,6/0,6 ?С |
|
5 |
Давление пара подаваемого в теплообменник |
0,04 МПа |
0,0038 МПа |
- |
0,65 МПа |
0,04/ 0,65 МПа |
0,6/0,6 МПа |
|
6 |
Уровень затора в котле 1,2 |
0.004 м |
0,00015 м |
- |
0.07 м |
0,004/ 0,07 м |
0,07/0,07 м |
3.6 Расчет надежности САР
Надежность является одним из основных показателей качества функционирования САР. При этом количественными показателями надежности являются: вероятность безотказной работы системы - ; среднее время безотказной работы - ; интенсивность отказов - ; другие показатели.
Вероятность безотказной работы Р (t) связана с интенсивностью отказов л и среднем временем безотказной работы Тср следующей зависимостью:
(3.13)
Выбор технических средств автоматизации проводится на основании анализа:
1) технических требований к системам автоматизации;
2) выбранной структуры систем автоматизации и алгоритмов функционирования регулирующих и корректирующих устройств;
3) характеристик технологической среды, где будут находиться первичные преобразователи и регулирующие органы, а также характера помещений, где будут эксплуатироваться остальные средства автоматизации;
4) планируемого уровня капитальных затрат на создание систем автоматизации;
5) результатов анализа технических и стоимостных характеристик отечественных и зарубежных технических средств автоматизации и других показателей.
На первом этапе определения надежности САР cформируем структурную схему с выделением отдельных элементов. Функциональная cструктурная схема реализации комбинированной САР представлена на рисунке 8
Вероятность безотказной работы данного контроллера (Р) в комплекте с модулями при 2000 часов работы равна 0,98.
Рисунок 3.2 - Схема функциональной структуры САУ: ПП - первичный преобразователь; БК - блок контроллера; БП - блок питания; ПБР - Пускатель бесконтактный реверсивный; МЭО - механизм электрический однооборотный; ТОУ - технологический объект управления; ПЛК73 - контроллер;
Технические требования:
а) Надежность САУ оценивается по среднему времени безотказной работы - Tср > 3500 часов
Условия эксплуатации САУ:
а) Датчики, исполнительные механизмы, пусковая аппаратура, провода, кабели: - пожаро - и взрывоопасная среда
температура ( - 50 + 50 єС);
влажность (70 95 %);
вибрация небольшая (А<0,1мм; f?20гц).
б) Технические средства, расположенные в помещении технолога - оператора: - не взрыво и не пожароопасная среда;
температура (20 25 є С);
влажность (80 90 %).
Выбор технических и программных средств автоматизации проводился по справочной литературе, также компьютерной базе данных по приборам и средствам автоматизации.
1. Для измерения температуры выбран: Термопреобразователь сопротивления Eastemp TMR 31, класс допуска В. Диапазон шкалы (-50ч120) єС, выход 4-20мА, среднее время наработки на отказ Тср=150000 ч.
2. Для управления исполнительным механизмом выбран: Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, ТУ 25-02.120123-81.
л= 8•10-6;
3. В качестве исполнительного механизма, создающего усилие для изменения положения клапана выбран: Механизм электрический однооборотный МЭО-100/25-0,25-99.
л=1 • 10-5;
4. Для отработки управляющего сигнала выбран: Клапан регулирующий односедельный фланцевый 25ч945нж, интенсивность отказов равна 6·10-6 [1/час] Предназначен для регулирования технологического потока в трубопроводе.
л=1,6 • 10-5
Технические комплексы и приборы, используемые в проекте автоматизации, с и их краткой характеристикой сведены в таблицу 3.7.
Таблица 3.7 - Технические комплексы и приборы
№ |
Наименование и состав комплекта Т |
Основные технические данные |
Показатели надежности |
Условия эксплуатации |
|
1 |
Микропроцессорный контроллер ПЛК73 |
До 512 аналоговых и дискретных сигналов |
л=10·10 [1/час] |
0…+60°С |
|
2 |
ТСМ Eastemp TRM 31 |
Выходной сигнал 4.20 мА |
л=8·10 [1/час] |
0…+50°С |
|
3 |
Пускатель ПБР-2М |
2 входных релейных сигнала |
л=8·10 [1/час] |
0…+140°С |
|
4 |
МЭО-100/25-0,25 |
- |
л=1·10-6 [1/час] |
-10…+70°С |
|
5 |
Клапан регулирующий 25ч945нж |
- |
л=1,6·10-6 [1/час] |
- |
|
6 |
Провод |
120 м |
л=0,01·10 [1/час] |
-10…+150°С |
Логическая схема расчёта надёжности САУ представлена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Логическая схема расчёта надёжности САУ
Так как отказ любого элемента приводит к отказу всей системы, логическая схема расчета надежности САУ (рисунок 3.3) представляет собой последовательное соединение всех элементов. В этом случае вероятность безотказной работы САУ при условии независимости отказов элементов будет определяться из следующего выражения (3.14):
(3.14)
где - количество элементов в логической схеме;
- вероятность безотказной работы -го элемента.
В связи с тем, что длина проводов для монтажа всех линий связи составит около 150 м, то следует пересчитать показатель надежности для соединительных проводов л8:
л (СП) = 150·0,01·10-6=1,5·10-6 [1/час].
Среднее время безотказной работы определяется формулой (3.15).
(3.15)
года.
Полученное среднее время безотказной работы больше допустимого (>2 года), следовательно выбранный комплект приборов и структура САУ удовлетворяет требованиям к надежности.
График изменения вероятности безотказной работы САУ во времени представлен на рисунке 3.4
Рисунок 1.18 - График изменения вероятности безотказной работы САУ
4. Разработка информационного обеспечения АСУ ТП
4.1 Перечень информационных задач, решаемых на контроллерном и диспетчерском уровнях
Для реализации проекта автоматического управления процессом приготовления затора была создана модульная структура системы управления. Система разбивается на модули, каждый из которых соответствует рабочему месту на участке. Модульная структура системы представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Модульная структура системы
В данном проекте мы разрабатываем АРМ операторов "АРМ оператора1".
Функции АРМ операторов "АРМ оператора1":
Получение информации от промышленной сети Ethernet;
Обработка принятой информации;
Временная регистрация значений технологических параметров;
Передача информации о технологических параметров в локальную сеть для АРМ административного уровня;
Визуализация хода протекание технологического процесса в виде мнемосхем, графиков, т.е. графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме
Сигнализация о выходе технологических параметров за допустимые пределы
Сигнализация работы оборудования
Оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях
Прием команд оператора и передач их контроллерам нижних уровней
Супервизорное управление технологическим процессом
Формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации
Ручное управление работой технологического оборудования
Функции "Глобального регистратора":
Выявление и запись в архив событий, связанных с контролируемым технологическим процессом.
Регистрация алармов.
Регистрация действия персонала ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы.
4.2 Разработка структуры SCADA-проекта
Оператор должен получать информацию о всём процессе и о его деталях. Отдельно необходимо иметь информацию о тревогах, о графическом изменении параметров, и о настройке всех САР. Для общего наблюдения за ходом протекания технологического процесса необходима общая схема, на которой схематично будут отражаться основные события, происходящие на каждом из участков.
Подобные документы
Описание схемы контроля и автоматизации регулировки температуры распределенного теплового объекта. Анализ динамических свойств объекта управления, расчет переходного процесса с учетом датчика. Изучение алгоритма управления на базе контроллера ТРМ-32.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.01.2015Идентификация туннельного пастеризатора бутылок фирмы "Enzinger" как объекта управления, его каналов управления и перекрестных каналов. Выделение объекта управления из среды. Анализ технологического процесса, реализуемого агрегатом, условий его ведения.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 14.04.2014Автоматизация управления газоперекачивающим агрегатом компрессорной станции Сургутского месторождения. Характеристика технологического процесса. Выбор конфигурации контроллера и программного обеспечения. Разработка алгоритмов работы объекта автоматизации.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 29.09.2013Организация технологического процесса измельчения зерна. Структурная схема и элементы автоматизации процесса, выбор и обоснование датчиков. Анализ системы автоматического регулирования, определение ее устойчивости. Определение передаточной функции САР.
курсовая работа [944,2 K], добавлен 21.05.2016Автоматизация технологического процесса разваривания на спиртзаводе. Современная платформа автоматизации TSX Momentum. Программное обеспечение логического контроллера. Спецификация приборов, используемых в технологическом процессе пищевого производства.
дипломная работа [8,7 M], добавлен 19.03.2014Основные характеристики технологического объекта управления. Выбор средств автоматизации для подсистемы вывода командной информации. Моделирование системы автоматического регулирования в динамическом режиме. Выбор параметров настройки контроллера.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.03.2014Описание технологического процесса групповой загрузки жестяной консервной банки в картонные коробки. Анализ методов и средств автоматизации процесса сборки и упаковки. Оборудование, компоновка технологического комплекса, разработка системы управления.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 31.05.2013Выбор регулятора для объекта управления с заданной передаточной функцией. Анализ объекта управления и системы автоматического регулирования. Оценка переходной и импульсной функций объекта управления. Принципиальные схемы регулятора и устройства сравнения.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 03.09.2012Разработка функциональной схемы системы автоматического управления дозированием песка. Описание технологического процесса. Построение электрической принципиальной схемы. Выбор и расчёт усилителей. Расчёт мостовой схемы, схемы сигнализации, суммирования.
курсовая работа [154,3 K], добавлен 25.09.2014Требования к системе автоматизации резервуарного парка. Структура микропроцессорной системы автоматизации. Алгоритм автоматического управления объектом. Выбор вибрационного сигнализатора уровня. Функциональная схема автоматизации резервуара РВС-5000.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 22.04.2015