Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет Растительных Полимеров.
Кафедра автоматизации теплоэнергетических процессов
Курсовой проект
по дисциплине
«Технические средства автоматизации»
на тему
Техническая реализация САУ концентрации бумажной массы в бассейне оборотного брака РПО ОАО ТБФ.
Студента 5 курса заочного факультета Кудряшова С.А
Специальность: 2102
Шифр: 995-587
Санкт-Петербург 2004г.
Лист замечаний
Содержание пояснительной записки
1. Состав и характеристика объекта автоматизации 4
2. Характеристика КТС объекта автоматизации 8
3. Обоснование требований к разрабатываемой САУ 10
4. Выбор КТС САУ 14
5. Выбор структуры регулятора 18
6. Организация безударных переходов в САУ 21
7. Разработка технической структуры САУ 23
8. Разработка электрической схемы САУ 26
Приложение: спецификация КТС САУ
Графический материал:
1. Техническая структура САУ
2. Электрическая схема САУ
1. Состав и характеристика объекта автоматизации
Производство бумаги на современных предприятиях представляет собой трудоёмкий и сложный процесс с высоким уровнем механизации и подразделяется на несколько этапов начиная от переработки баланса и изготовления целлюлозы до выпуска бумаги и дальнейшей её переработкой. Повышение производительности труда и качества продукции во многом зависит как от профессионализма обслуживающего персонала, так и от степени автоматизации технологического оборудования.
Тема курсового проекта учитывает один из этапов производства бумаги основы для пищевого пергамента на ОАО ТБФ, т.е. этап подготовки композиции бумажной массы в размольном подготовительном участке, поэтому дадим краткое описание технологического процесса подготовки композиции бумажной массы.
Рис. №1
На рисунки №1 приведена упрощённая технологическая схема подготовки композиции бумажной массы РПО. Бумажная масса СФИ, СФА, БРАК соответствующей концентрации поступает в бассейны соответственно хвойного потока, лиственного потока и сгущённого оборотного брака. Составляющая каждого потока в композиции бумажной массы определяется расходом и концентрацией поступления в композиционный бассейн. Расход регулируется угловой скоростью вращения роторов насосов, а концентрация расходом оборотной воды на разбавление.
Для производства бумаги основы играет немаловажную роль, стабильность концентрации оборотного брака в композиции бумажной массы. Рассмотрим состав данного объекта автоматизации.
Рис. №2.
Контроль и автоматическое регулирование концентрации сгущённого оборотного брака осуществляется локальной автоматикой. Объектом регулирования здесь является технологическая установка, включающая в себя бассейн сгущённого оборотного брака, смесительный узел, насос для регулирования расхода суспензии, т.е. весь данный технологический поток рис. №2. Принцип регулирования концентрации сгущённого оборотного брака основан на смешивании (разбавлении) его с оборотной водой. Изменяя степень открытия клапана QV (управляющее воздействие), достигается требуемая составляющая оборотной воды в бумажной массе а, следовательно, и концентрация (управляемая переменная).
Первичный измерительный элемент предназначен для измерения текущего значения концентрации суспензии. Преобразователь QT позиция 1-1 предназначен для получения пневматического сигнала пропорционального текущему значению концентрации суспензии. Основными функциями QIRC позиция 1-2 является автоматическое регулирование, стабилизация, контроль и регистрация управляемой переменной. Регулирование концентрации осуществляется регулятором ПР3.31-М1 по средством формирования управляющего воздействия на исполнительный механизм. Исполнительным механизмом является пневмопривод, а регулирующим органом шаровой клапан. Задание, контроль и регистрация концентрации суспензии осуществляется дистанционно на щиту управления в диспетчерской станции РПО прибором контроля пневматическим ПВ10-19. рис. №3..
Рис. №3 Прибор контроля пневматический ПВ10-19.
Изобразим структурную схему АСР концентрации сгущённого оборотного брака рис.№4.
Рис.№4.
РЗ - регулятор задания концентрации
РУ - регулирующее устройство
ПИМ - пропорциональный исполнительный механизм
ОУ - объект управления
ИП - измерительный прибор
ЭПП - электропневматический преобразователь
Рассмотрим характеристики данного объекта автоматизации:
Максимальный допустимый вмещаемый объём суспензии в бассейне составляет 50м3.
Варьируемый расход суспензии, поступающий в композиционный бассейн, лежит в пределах от 10м3/ч до 50 м3/ч.
Концентрация суспензии в бассейне составляет .
В зависимости от марки выпускаемой продукции заданное значение концентрации варьируется в пределах от 2% до 3,5%.
2. Характеристика КТС объекта автоматизации
4.1 Характеристика средств измерения.
Название технологического параметра Тип системы измерения Класс точности Завод изготовитель Год выпуска
Концентрация.
. Оптико-механический датчик концентрации
ДК-2 00.000.ИЗ 1 Санкт-Петербург
ТОО «ДАТис» 2000г.
Электропневматический преобразователь
ЭП-0010
0,25 «Тизприбор» 1990г.
Прибор контроля пневматический
ПВ10-19 1 «Тизприбор» 1989г.
Основные технические характеристики датчика концентрации
Датчик концентрации ДК-2 00.000.ИЗ
Диапазон измеряемых концентраций % 1,0………5,0
Диапазон изменения выходного тока мА 4……..20
Гистерезис 1
Основные технические характеристики электропневматического преобразователя
Преобразователь ЭП-0010
Диапазон изменения входного тока мА 4…..20
Выходной сигнал пневматический кПа 20……100
Основные технические характеристики прибора контроля пневматического
Прибор пневматический ПВ10-19
Диапазон изменения аналогового сигнала кПа 20………100
Примечание:
Контроль и регистрация концентрации суспензии оборотного брака осуществляется на приборе контроля пневматическом показывающем ПВ10-19 рис. №3.
4.2 Характеристика регулирующих устройств.
Регулирующим устройством в данной системе АСР является непрерывный пневматический регулятор ПР3.31-М1 реализующий ПИ закон регулирования и выполняющий задачи стабилизации концентрации. Заданное значение концентрации определяется оператором технологом дистанционно на главном щиту управления в диспетчерской РПО.
Основные технические характеристики регулирующего устройства
Регулятор ПР.31-М1
Диапазон изменения регулирующей величины, задания и выходного сигнала кПа 20……….100
Диапазон изменения выходного пневматического сигнала кПа 5……….100
Диапазон настройки зоны пропорциональности % 2............3000
Диапазон настройки времени интегрирования мин 0,05………….100
Завод изготовитель «Тизприбор»
Год изготовления 1990г.
4.3 Характеристика исполнительных механизмов и регулирующих органов.
Основные технические характеристики исполнительного механизма
Пневмопривод ПВ-60ПП
Назначение Управление шаровым краном
Момент на выходном валу
60
Полный ход выходного вала
0,25
Давление воздуха управления пневмопозиционера
0,02…….0,1
Завод изготовитель «Автоматика-Инвест» г.Тула
Год изготовления 2002г.
Основные технические характеристики регулирующего органа
Тип крана Шаровой регулирующий КШТВ 16-40 П-нж
Давление рабочей среды
1,6
Температура рабочей среды
-40……..+100
Условный проход DN, мм 40
Завод изготовитель «Автоматика-Инвест» г.Тула
Год изготовления 2002г.
3. Обоснование требований к разрабатываемой САУ
Прежде чем приступить к обоснованию требований к разрабатываемой САУ произведём математическое исследование объекта регулирования на предмет нелинейности.
Рассмотрим схему смесительного узла рис. №5.
Рис. №5
- расход бумажной массы поступающей
из бассейна сгущенного оборотного брака
- расход оборотной воды на разбавление
- расход бумажной массы поступающий
в композиционный бассейн
Из рисунка №5 видно, что расход бумажной массы поступающей в композиционный бассейн зависит от суммы расходов и . Поэтому можно записать:
(1)
Концентрация бумажной массы поступающей в композиционный бассейн:
, (2)
где - концентрация бумажной массы в бассейне сгущённого оборотного брака
Используя уравнении (1) и принимая расход преобразуем уравнение (2) к виду:
(3)
Из рисунка №4 видно, что коэффициент передачи объекта равен отношению приращения концентрации бумажной массы поступающей в композиционный бассейн к приращению расходу оборотной воды на разбавление. Продифференцировав уравнение (3) по найдём коэффициент передачи объекта регулирования .
(4)
Таким образом коэффициент передачи объекта зависит от концентрации и расхода уравнение (4). Знак минус означает, что положительное приращение входного воздействия объекта ведёт к отрицательному приращению управляемой переменной (уменьшение концентрации). Из характеристики объекта автоматизации известно, что расход может варьироваться от 10м3/ч до 50 м3/ч. Изобразим зависимость коэффициента передачи объекта от расхода принимая концентрацию .
График №1.
В результате получаем изменение коэффициента передачи объекта в 5 раз при изменение расхода от 10м3/ч до 50 м3/ч.
Отсюда возникает первое требование к разрабатываемой САУ.
1. Для выполнения требований к качеству регулирования необходимо изменение настроек (параметров) регулятора в функции расхода (адаптивный регулятор).
2. Направление управляющего воздействия должно быть обратным.
Управление и блокировки:
3. Необходим режим работы «автоматический» и «ручной»:
Автоматический - стабилизация концентрации
Ручной - непосредственное управление степенью открытия клапана.
4. С целью предотвращения заполнения бассейна сгущённого оборотного брака оборотной водой, требуется аварийное закрытие клапана, при остановки насоса (отсутствие расхода в композиционный бассейн ).
5. В случаи неисправности измерительного прибора необходимо выдать сообщение или сигнализацию, зафиксировать предаварийное положение регулирующего органа и перевести режим работы на ручное регулирование.
6. Необходима сигнализация крайних положений регулирующего органа.
7. Регулирование, управление и выбор режимов управления выполнить дистанционно в диспетчерской РПО.
Визуализация, регистрация, управление и автоматическое регулирование:
Учитывая тесную взаимосвязанность всего технологического процесса подготовки бумажной массы, а также перспективы дальнейшей автоматизации технологических объектов РПО необходимо:
8. Нижний уровень САУ выполнить на программируемом логическом контроллере фирмы SIMENS.
9. Верхний уровень (визуализация, регистрация, управление) выполнить на операторской станции, на базе промышленного персонального компьютера РС.
Наиболее перспективным вариантом выбора на сегодня системы управления производственными процессами у фирмы SIEMENS является SIMATIC PCS7. Данная система создаёт уникальную открытую платформу для внедрения современных, экономически выгодных, ориентированных на будущее решений в области автоматизации производственных предприятий.
Функциональные возможности системы могут быть представлены следующими примерами:
• Полностью детерминированный запуск и перезапуск предприятия;
• Общая оперативная стратегия технологического обзора всего предприятия;
• Защита доступа/управления с ограничением перечня операций, разрешённых различным категориям обслуживающего персонала;
• Контроль работоспособности и мощная система диагностики;
• Удобные библиотеки с готовыми к применению функциональными блоками.
Основными компонентами SIMATIC PCS7 являются:
• Системы автоматизации SIMATIC S7-400;
• Системы человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI: станции операторов, построенные на базе SCADA системы, SIMATIC WinCC и панели операторов на базе SIMATIC OP/MP;
• Системы распределённого ввода-вывода SIMATIC DP, построенные на основе станции ET 200M с модулями ввода-вывода SIMATIC S7-300;
• Системы промышленной связи SIMATIC NET: PROFIBUS и Industrial Ethernet;
• Промышленное программное обеспечение SIMATIC – инженерные станции с пакетом STEP 7;
• Промышленные компьютеры SIMATIC РС, используемые в качестве платформы для построения станций операторов, инженерных станций и серверов.
4. Выбор КТС САУ
4.1 Выбор исполнительного механизма и регулирующего органа.
Основные технические характеристики регулирующего органа
Тип крана Шаровой регулирующий КШТВ 16-40 П-нж
Давление рабочей среды
1,6
Температура рабочей среды
-40……..+100
Условный проход DN, мм 40
Завод изготовитель «Автоматика-Инвест» г.Тула
Основные технические характеристики исполнительного механизма
Пневмопривод
Пневмопривод ПВ-60ЭПП
Назначение Управление шаровым краном
Момент на выходном валу
60
Полный ход выходного вала
0,25
Ток управления
4…….20
Завод изготовитель «Автоматика-Инвест» г.Тула
Электропневмопозиционер
Тип электропневмопозиционера ЭПП-0202
Угол поворота выходного вала от 0 до 900
Закон изменения угла поворота выходного вала при возрастании командного сигнала линейный
Ток управления командного сигнала
от 4 до 20
Сопротивление
200
Чувствительность к командному сигналу, не менее
0,25
Завод изготовитель «Автоматика-Инвест» г.Тула
Примечание:
При работе пневмопривода с электропневмопозиционером поворот шаровой пробки происходит пропорционально сигналу управления.
4.2 Выбор средств измерения.
Основные технические характеристики прибора для измерения концентрации
Тип датчика SMART-PULP HL
Диапазон измерения концентрации
0,7……16
Выходной сигнал
4…….20
Питание
20…….35
Класс точности 0,5
Степень защиты IP66
Завод изготовитель (Фирма) WALMET
Основные технические характеристики прибора для измерения расхода
Магнитно-индукционный расходомер с переменным электромагнитным полем
Тип датчика MAG-SM 10DS3111
Диапазон измерения расхода
3…….60
Напряжение возбуждения ~ 60 50/60 Гц
Степень защиты IP67
Завод изготовитель ( Фирма) FICHER & PORTER
Измерительный преобразователь
Тип преобразователя 50SM1000
Диапазон измерения расхода Устанавливается по выбору 0…….100% от максимального значения.
Электропитание ~ 230/115/120/110/48/24 50/60 Гц
Воспроизводимость
0,2
Степень защиты IP67
Завод изготовитель ( Фирма) FICHER & PORTER
4.3 Выбор управляемого вычислительного контроллера УВК.
Для решения поставленных задач выбираем управляемый вычислительный контроллер фирмы SIEMENS SIMATIC S7-400.
Отличительные черты:
• Мощные программируемые котроллеры для построения систем управления средней и высокой степени сложности.
• Решение практически любых задач управления.
• Широкий спектр модулей и широкая гамма центральных процессоров для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.
• Высокая гибкость, обеспечиваемая простотой использования систем распределенного ввода-вывода и мощными коммуникационными возможностями.
• Удобство обслуживания, работа с естественным охлаждением.
• Гибкие возможности расширения по мере развития объекта управления.
Состав УВК
Наименование Примечание Количество
SIMATIC S7-400, UR2, универсальная монтажная стойка для базовых блоков, до 9 модулей на стойку. Монтажная стойка для центрального процессора 1 шт.
SIMATIC S7-400, CPU 416-2 Центральный процессор, рабочая память 1,6 Мбайт ( 0,8 Мбайт для программ, 0,8 Мбайт для данных) 1й интерфейс: MPI/DP, до 12 Мбит/с. 2й интерфейс: PROFIBUS-DP. Центральный процессор контроллера 1 шт.
SIMATIC S7-400, Карта памяти RAM, 2Мбайт. Карта памяти 1 шт.
SIMATIC S7-400, PS 407 10A, Блок питания 120/230В постоянного или переменного тока, выход 5В/10А. Источник питания для центрального процессора контроллера. 1 шт.
SIMATIC S7-400, SM421 Модуль ввода дискретных сигналов, оптоэлектронное разделение внешних и внутренних цепей, 32 входа =24В. Модуль ввода дискретных сигналов 24В, 32 канала ввода 1 шт.
SIMATIC S7-400, SM431 Модуль ввода аналоговых сигналов, оптоэлектронное разделение внешних и внутренних цепей, 8 входов U/I/R, 13бит. Модуль ввода аналоговых сигналов тока/напряжения 8 каналов ввода. 1 шт.
SIMATIC S7-400, SM432 Модуль вывода аналоговых сигналов, оптоэлектронное разделение внешних и внутренних цепей, 8 выходов U/I , 13бит. Модуль вывода аналоговых сигналов тока/напряжения 8 каналов вывода. 1 шт.
SIMATIC S7-400, Фронтальный соединитель для сигнальных модулей, 48 полюсной, клеммы с винтовыми зажимами Фронтальный соединитель для модулей ввода-вывода. 3 шт.
SIMATIC S7-400, Шинный соединитель (штекер) для PROFIBUS, 12 Мбит/с. Шинный соединитель для подключения инженерной станции через PROFIBUS. 2 шт.
SIMATIC NET, Стандартный кабель для PROFIBUS 50м. Кабель для связи инженерной станции с SIMATIC S7-400 1 шт.
SITOP POWER 20. Стабилизированный источник питания вход: 120/230В АС. выход: 24В/20А DC . Источник питания для модулей ввода/вывода
1 шт.
4.4 Выбор технических средств для контроля и регистрации.
Станция оператора
Наименование Примечание Количество
SIMATIC PCS7 Рабочая станция: TOWER, P4 1,3 ГГц, 512 RDRAM, графика 32Мбайт, 48Х CDROM, 1,44B FD, 30 Гбайт HD, WINDOWS NT4.0 WS, Английская версия, PCS7 V5.2 на СD, 2 последовательных интерфейса, встроенное аудио, клавиатура, оптическая мышь. Станция оператора (высокая степень надёжности, стандартная РС – архитектура) 1 шт.
SCM 2197, Цветной монитор 21`` 30-96 KHz, 50-160 Hz, 205 MHz, 1600 x 1200 коррекция изображения на дисплее, IP20, управлением питанием. Монитор для станции оператора (экран 21``, высокое разрешение) 1 шт.
SIMATIC NET, коммуникационный процессор СР 5613 PCI – карта для подключения к PROFIBUS, с драйвером для WINDOWS NT4.0, 2000 PRO, DP-RAM интерфейс для DP-мастер, программное обеспечение для конфигурирования NCM PC, руководство на CD. Коммуникационный процессор для связи с контроллером. 1 шт.
Рабочие станции SIMATIC PCS7 спроектированы с учётом специальных требований, предъявляемых к системам управления процессами. Базовым программным обеспечением рабочих станций является WinCC (Windows Control Center). WinCC – это система оперативного управления и визуализации с объектно-ориентированной архитектурой, которая базируется на операционной системе Microsoft Windows NT.
5. Выбор структуры регулятора
Для реализации процесса регулирования с пропорциональным исполнительным механизмом ПИМ необходим регулятор с непрерывным управляющим воздействием. Из библиотеки технологических блоков SIMATIC PCS7 выбираем непрерывный регулятор CTRL_PID. Блок регулятора CTRL_PID является PID непрерывным регулятором и служит для конструирования следующих стандартных схем регулирования:
• автоматическая стабилизация
• каскадное регулирование (одноступенчатые/многоступенчатые каскады)
• регулирование соотношения
• синхронное регулирование
• регулирование состава смеси
Изобразим структурную схему выбранного PID регулятора рис. №6 предназначенного для автоматической стабилизации управляемой переменной.
Рис. №6. Структурная схема PID регулятора.
Сигнал рассогласования образуется из активного заданного значения SP и регулируемой величины PV_IN и доступен на выходе ER после зоны нечувствительности DEADB_W. Управляющее воздействие рассчитывается PID–алгоритмом. Направление действия регулятора можно реверсировать (возрастание рассогласования вызывает уменьшение управляющего воздействия), сделав при параметрировании коэффициент пропорциональности GAIN отрицательным. Направление действия интегратора реверсируется изменением знака параметра TN. Дифференциальная составляющая реализована как дифференцирующее звено с запаздыванием. Направление действия дифференциатора реверсируется изменением знака параметра TV. В автоматическом режиме на выходе PID-алгоритма сигнал ограничивается диапазоном от LMN_LLM до LMN_HLM. В ручном режиме работы управляющее воздействие определяется оператором со станции управления через вход MAN_OP. Ограничение реализуются посредством диапазона MAN_HLM– MAN_LLM. Выходные значения QVHL и QVLL передаются на выходы QLMN_HLM и QLMN_LLM. Переключение между автоматическим - ручным режимом работы происходит путем воздействия на вход AUT_ON_OP или AUT_L. Это переключение возможно через селективный вход LIOP_MAN_SEL.
PID–регулятор работает с запаздывающим воздействием по производной и имеет показанную ниже переходную характеристику рис. №7. Интегратор работает в соответствии с правилами трапеций.
Рис. №7. Переходная характеристика PID регулятора.
Управляющее воздействие формируется в автоматическом режиме в соответствии со следующим алгоритмом:
где LMN – управляющее воздействие,
GAIN – коэффициент усиления,
TN - время интегрирования,
TV - постоянная времени дифференцирования,
TM_LAG - время запаздывания воздействия по производной,
ER - входное воздействие .
Реализация адаптивного регулирования осуществляется использованием технологического блока «рецептов» рис. №8:
Рис. №8.
Р - входная переменная,
Р1-Р4 - уставки порогов,
Х0-Х4 - значения параметра регулятора соответствующие текущему значению порога.
Y - текущее значение параметра передаваемое регулятору.
Алгоритм адаптации имеет следующий вид:
Настройка адаптивного регулирования осуществляется выбором значений уставок порогов Р1-Р4 и соответствующих параметров Х0-Х4.
6. Организация безударных переходов в САУ
Одним из основных требований при разработке САТП является обеспечение требуемой надёжности и эффективности, а также организации безударных переходов. Для организации безударных переходов используются различные режимы отступления к значению регулирующего параметра, управляющего воздействия или значению задания.
Рассмотрим различные ситуации, которые могут возникнуть в САУ концентрацией сгущённого оборотного брака.
• Отказ УВК
• Выключение насоса для перекачки сгущённого оборотного брака
• Обрыв цепи измерительного прибора
• Переход с автоматического режима работы на ручной и наоборот по запросу оператора.
В первом и во втором случае результат может привести к нежелательному заполнению бассейна, оборотной водой. Поэтому необходимо отступление сразу к наперед установленному безопасному значению управляющего воздействия, т. е. к полному закрытию шарового крана. В третьем и четвёртом случае вышеприведённое отступление не желательно т. к. это приведёт к необходимости остановки всего технологического потока подготовки бумажной массы или выпуску некачественной продукции. Поэтому здесь необходимо выдать сообщение оператору, перевести режим работы с автоматического на ручной и отступить к последнему значению управляющего воздействия.
Изобразим структурную схему САУ концентрацией сгущённого оборотного брака рис. №9. Непрерывный сигнал отрицательной обратной связи с измерительного преобразователя концентрации и внутренний сигнал задания концентрации поступает на вход регулирующего блока УВК. Также для реализации адаптивного алгоритма регулирования на вход регулирующего блока через АЦП поступает непрерывный сигнал с измерительного преобразователя расхода. Выходной сигнал (управляющее воздействие) регулирующего блока поступает на вход исполнительного механизма через переключатель П1 (положение 1-3), П2 (положение 2-3), ЦАП и на вход элемента памяти. При отказе УВК или выключения насоса для перекачки сгущённого оборотного брака переключатель П2 автоматически переводится в положение 1-2 обеспечивая тем самым перевод шарового крана в закрытое состояние. Переключатель П2 позволяет безударно переходить с автоматического режима работы на ручной. Элемент памяти сохраняет последнее значение управляющего воздействия, которое в дальнейшем может корректироваться.
Рис. №9. Структурная схема САУ
концентрации сгущенного оборотного брака.
7. Разработка технической структуры САУ
Разработку технической структуры САУ концентрации сгущённого оборотного брака разобьём на три этапа:
• Верхний уровень (дистанционное управление, визуализация, регистрация, архивация и т.д.);
• Нижний уровень (сбор и первичная обработка информации с датчиков, автоматическое регулирование, создание и выполнение алгоритмов взаимодействия устройств управления);
• Полевые устройства управления (исполнительные механизмы, измерительные приборы, устройства сигнализации).
7.1 Полевые устройства управления
Исполнительное устройство представляет собой пропорциональный исполнительный механизм, и характеризуются тем, что выходное состояние его регулирующего органа однозначно соответствует аналоговому управляющему сигналу мА. Кроме этого существуют два бинарных сигнала сигнализирующих о крайних положениях регулирующего органа.
Блокировка об остановки насоса определяющего расход оборотного брака в композиционный бассейн также представлена в виде бинарного сигнала.
Измерительные приборы концентрации и расхода имеют аналоговый выход 4…20мА пропорциональный измеряемым переменным.
Таким образом, сопряжение данных устройств с ПЛК будем осуществлять следующим образом:
1. Для ввода измеряемых переменных используем модуль аналогового ввода сигналов SM431;
2. Для ввода бинарных сигналов используем модуль дискретного ввода сигналов SM421;
3. Для управления пропорциональным исполнительным механизмом модуль аналогового вывода сигналов SM432.
7.2 Нижний уровень
Нижний уровень построен на ПЛК SIMATIC S7-400 и работает в режиме непосредственного цифрового управления. Таким образом, в данном режиме ПЛК выполняет функции цифрового регулятора. Получение инструкций на выполнение различных операций и обмен данными, будем осуществлять через порт PROFIBUS, встроенный в центральный процессор CPU 416-2.
7.3 Верхний уровень
Верхний уровень или операторская станция представляет собой промышленный компьютер с дополнительными коммуникационными устройствами. Задачами данного уровня являются:
• Организация операторского интерфейса;
• Контроль и отображение техпроцесса;
• Архивация данных и формирование отчётов;
• Дистанционное управление оборудованием;
• Координация и оптимизация технологического процесса;
Связь с нижнем уровнем будем осуществлять через интерфейс PROFIBUS. Техническая и организационная структура САУ изображена на чертежах в приложении.
8. Разработка электрической схемы САУ
Определим этапы разработки электрической схемы САУ концентрации сгущённого оборотного брака:
• Организация электропитания устройств автоматизации и защит кабельных линий.
• Организация ввода/вывода аналоговых и ввода дискретных сигналов.
• Организация сетевого соединения между верхним и нижнем уровнем.
8.1 Организация электропитания устройств автоматизации и защит кабельных линий
Для работы выбранных технических средств автоматизации необходимы следующие значения напряжений и частоты электрического тока.
~220В 50Гц - Источник питания контроллера PS407, источник питания 24В SITOP POWER, расходомер 50SM1000, измеритель концентрации SMART-PULP HL, операторская станция SIMATIC PCS7.
- 24В - Модули вывода аналоговых сигналов SM432 и ввода дискретных сигналов SM421.
Таким образом, ввод электропитания ~220В 50Гц осуществим через двухполюсной автоматический выключатель QF1. Фазовую шину обозначим буквой «А», нулевую «N» а заземляющую буквой «PE». Для подключения различных электротехнических устройств необходимых для обслуживания и диагностики РЛК установим розетку XS. Подключение к электропитанию расходомера 50SM1000, измерителя концентрации SMART-PULP HL, операторской станции SIMATIC PCS7 осуществим через клеммник «ХТ1». Для защиты отходящих кабельных линий от короткого замыкания используем автоматический выключатель QF1 и плавкие предохранители FU1, FU2, FU3.
8.2 Организация ввода/вывода аналоговых и ввода дискретных сигналов
Аналоговые сигналы расходомера 50SM1000, измерителя концентрации SMART-PULP HL и модуля SM432 представляют собой унифицированные сигналы постоянного тока 4…20мА. Для снижения наводимых электромагнитных помех на линии связей с источниками и приёмниками данных сигналов используем экранированные кабели и провода. Подключение данных устройств будем осуществлять по двухпроводной схеме через клеммник «ХТ1». Ввод дискретных сигналов осуществляется через сухие контакты, где уровнем единицы является напряжение на шине L1+ (+24В).
8.3 Организация сетевого соединения между верхним и нижнем уровнем.
Операторская станция, как нам уже известно, является промышленным компьютером SIMATIC РС. Приём и передачу информации будем осуществлять по последовательному интерфейсу PROFIBUS MPI. Для этого будем использовать стандартный кабель SIMATIC NET оконцованный шинными соединителями (штекер) 1F1B, 2F1B.
Электрическая схема САУ изображена на чертеже в приложении.