Техническая реализация системы управления температурой макулатурной массы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский Государственный Технологический

Университет Растительных Полимеров

Факультет АСУТП

Кафедра АТПиП

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:

Технические средства автоматизации

На тему:

«Техническая реализация системы управления температурой макулатурной массы»



Оглавление

Введение

Реферат

Ведомость проекта

1. Описание объекта управления

2. Описание и анализ существующей САУ

3. Разработка требований к САУ.

4. Разработка структурной схемы САУ

5. Разработка технической структуры САУ

6. Выбор структуры регулятора

7. Разработка функциональной схемы регулятора

8. Организация безударных переходов

9. Организация внешних соединений САУ

Вывод

Список литературы

Приложение: спецификация ТСА



Введение

Выбор того или иного способа управления технологическим процессом во многом зависит от типа производственного процесса и структуры промышленного предприятия. Производственный процесс - совокупность процессов труда и естественных процессов, направленных на создание материальной продукции.

Производственный процесс может состоять из технологических операций различных типов: непрерывных, дискретных и др. Тот или иной тип технологического процесса определяет способ управления как основными, так и вспомогательными операциями и процессами объекта управления. Таким образом, целесообразность создания АСУ, глубину охвата производства средствами автоматизации, выбора структуры системы управления, алгоритмов ее функционирования и комплекс технических средств определяется в первую очередь типом классификации производства.

Улучшение динамических и энергетических показателей можно достигнуть, благодаря использованию микропроцессорных средств, позволяющих реализовать алгоритмы управления практически любой сложности. Наряду с этим, применение микропроцессорных средств упрощает выполнение функций диагностики и защиты, позволяет снизить габариты устройств управления, повысить их экономичность и технологичность.



Реферат

Автор: Котова А.А., студентка 541 группы.

Тема курсового проекта - техническая реализация системы управления температурой макулатурной массы.

В данном курсовом проекте будут рассматриваться основные этапы проектирования: описание объекта управления и анализ существующей САУ. Кроме этого, необходима разработка требований к САУ, структурной схемы САУ, технической структуры САУ и функциональной схемы регулятора, также будет произведена организации безударных переходов в САУ, организация внешних соединений САУ и выбрана структура регулятора.

Санкт-Петербург, СПбГТУРП, ф-т АСУТП, каф. АТПиП 2012г.



Ведомость проекта

№	Наименование	Формат	Колич. листов	№ экземпляра	Примечание
1	Пояснительная записка	А4	1	1
2	Спецификация	А4	1	1
3	Техническая структура САУ	А3	1	1
4	Функциональная схема регулятора	А3	1	1
5	Организация внешних соединений	А3	1	1



1. Описание объекта управления

Для получения макулатурной массы с требуемыми конечными свойствами необходимо решить проблему повышения эффективности процесса, проходящего в паровом шнеке термодисперсионной установки. Одним из способов решения такой проблемы является разработка автоматизированной системы управления температурой макулатурной массы в паровом шнеке.

Цель управления температурой макулатурной массы заключается в удалении из массы неблагоприятных веществ, таких как битум, парафин, латекс, различных смол и кусочков пленки, наличие которых затрудняет работу картоноделательной машины. Даже незначительные количества этих добавок приводят к загрязнению очистного оборудования, сеток, сукон, прессовых валов и сушильных цилиндров и вызывают обрывы картонного полотна или образования на нем различного рода пятен, дыр и других дефектов. Выбор той или иной системы зависит от состава макулатуры, точки плавления содержащихся в ней компонентов и требований, предъявляемых к качеству конечного продукта.

Существует два способа термомеханической обработки- холодный и горячий. При холодном способе диспергирование проводится при атмосферном давлении и температуре до 95 °С, а при горячем- при повышенном давлении до 0,3-0,5 Мпа и температуре 130-150 °С.

Для получения макулатурной массы оптически гомогенного состава при холодном способе термомеханической обработки (нагреве до 95 °С) фирма «Escher-Wiss» реокмендуеттермодисперсионную установку включающую:

-сеточный пресс;

-разрывающий шнек;

-наклонный шнек;

-паровой шнек;

-подающий шнек;

-диспергатор.

Предварительно распущенная и очищенная масса накапливается в бассейне перед ТДУ, откуда она подается в установку.

Из бассейна после сгустителей волокнистая суспензия перекачивается насосом в напорный ящик с регулируемым уровнем, откуда она самотеком поступает в обезвоживающую зону пресса сеточного цилиндра.

Из напорного ящика масса через сеточный пресс поступает непосредственно в приемник разрывного шнека. Измельченная масса из разрывного шнека непосредственно попадает в подъемный шнек, который подает ее в расположенный выше обогреваемый шнек.

В нагревательном шнеке масса нагревается до 95°С с целью размягчения пластифицирующихся посторонних включений. Шнек оборудован системой патрубков для подачи в него насыщенного пара. Температура массы в шнеке регулируется.

Для подачи массы в дисковый диспергатор служит транспортирующей шнек. Измельченная масса подается в центральную рабочую зону диспергатора и под действием центробежных сил попадает в межножевое пространство зубчатой многоступенчатой гарнитуры диспергатора, расположенной концентрическими кругами. Засчет очень больших сил трения и гидродинамических ударов масса диспергируется, а затем поступает в бассейн готовой массы вместимостью 25 м3.

На потоках воды установлены шаровые клапаны с пневмоприводами и электропневматическими позиционерами. На паре, задвижка запорная с пневмоприводом и электропневмопозиционером. На потоках- шиберные задвижки, регулирующие с пневмоприводом и электропневматическим позиционером.

На исполнительных устройствах установлены конечные выключатели.



2. Описание и анализ существующей САУ

Существующая система организована следующим образом:

Управление технологическим процессом на термодисперсионной установке производится системой АСУТП фирмы АВВ (США). АСУТП состоит из аппаратуры и программного обеспечения, которое помогает оператору управлять технологическим процессом.

Аппаратура:

Аппаратура АСУТП АВВ состоит из следующих основных устройств:

-технологический контроллер AdvantController 410;

-операторских станций AS-500;

-станции инжирингаAES-500;

-системной шины MasterBus 300;

-полевой шины MasterFieldbus;

-сетевой шины TCP/IP;

-принтера.

Технологический контроллер AdvantController 410.

Технологический контроллер предназначен для получения информации о состоянии технологического процесса от различных датчиков, обработке полученной информации в соответствии с заложенной программой, выдаче управляющих воздействий на процесс. К технологическому контроллеру AdvantController 410 подключены датчики и исполнительные механизмы, расположенные на оборудовании термодисперсионной установки.

Контроллер AdvantController 410 является конфигурируемой станцией обработки, входящего в состав минимального комплекта аппаратных средств. Он может использоваться как в составе системы управления процессом ABBMaster, так и отдельно- как автономная станция обработки данных.

Состав контроллера AdvantController 410.

Станция обработки AdvantController 410 состоит из корзины, содержащей центральный процессор CPU, до 4 блоков интерфейса связи и до 15 блоков ввода/вывода серии S 100, обеспечивающих 480 входов/выходов. В комплект блоков ввода/вывода, блоки ввода сигналов термопар и импульсных сигналов, а также специальные приборы для цифрового позиционирования, для техники взвешивания и для подключения приводов с автоматичсеким регулированием скорости вращения.

По шине MasterFieldbus могут также подключаться децентрализованные блоки ввода/вывода серии S 400. В данной конфигурации возможна обработка до 2500 сигналов параметров процесса.

Программное обеспечение.

Прикладные программы выполняются в языке AMPL. Язык программирования AMPL (ABB PieceLanguage) представляет собой функционально ориентированный язык высокого уровня с графическими элементами, которые разработаны специально для использования в технике управления процессом.

Все операции по вводу программы, поверке, поиску ошибок и документированию поддерживаются станциями AdvantEngineering.

Операторские станции.

Операторские станции предназначены для отображения информации о технологическом процессе, задании режимов управления процессом и ввода заданий параметров процесса.

СтанцияинжирингаAdvant Engineering Station 500.

Станция инжирингаAdvant серии 500 является рабочей станцией с оболочкой Unix и работает в среде XWindows , а также OSF/Motif, использует в качестве аппаратной платформы рабочую станцию Hewlett-Packard 9000/700. Станция инжиринга оказывает поддержку при решении инжиринговых задач, возникающих при проектировании и запуске системы управления процессом, включая конфигурирование, прикладное программирование и документирование.

Станция управления процессом AdvantStation серии 500.

Станция управления процессом AdvantStation серии 500 является мощным компонентом системы управления процессом ABBMaster для взаимодействия человека с машиной.

Станция управления процессом выполнена на базе рабочих станций Hewlett-Packard 9000/700

и известных стандартов типа Unix, X Windows. Она обеспечивает широкий набор управленческих функций и интерфейсов для взаимодействия человека с машиной.

Основными функциями этой станции являются:

-отображение информации на экранах цветных мониторов в полной графике;

-доступ к внешним системам;

-возможности коррекции и вмешательства в вход процесса со стороны оператора;

-обработка событий и аварийных сообщений, а также их визуализация;

-построение графиков за длительный период времени;

-текущие данные о состоянии и аварийных сообщений.

Станция оснащена работающей платой-ускорителем для работы в реальном масштабе времени.

В состав станции включены:

-цветной монитор;

-цветной струйный принтер;

-клавиатура;

-трекбол.

Системная шина.

Информация от технологического контроллера на станцию оператора и обратно передается по системной шине MasterBus 300. Сетевая организация системы позволяет выводить на операторскую станцию информацию с любого технологического контроллера, подключенного к

? Полевая шина

? Информация от датчиков и исполнительных механизмов, расположенных на оборудовании термодисперсионной установки, на технологический контроллер и обратно передается по полевой шине MasterFieldbus. По полевой шине к контроллеру могут также подключаться децентрализованные блоки ввода/вывода серии S 400.

? Сетевая шина

? Сетевая шина TCP/IP предназначена для подключения сетевого принтера и обеспечения возможности подключения к другим системам управления, учета и так далее.

? Принтер

? В АСУТП ABB используется струйный цветной принтер Hewlett-Packard 2600, который предназначен для печати временных трендов, а также для печати копий кадров отраженных на дисплее операторских станций.

? Программное обеспечение

? Программная часть АСУТП ABB имеет следующие основные программы управления:

? - управление температурой в пропарочном шнеке;

? - управление концентрацией массы перед ТДУ;

? - регулирование уровня в напорном ящике;

? - система управления подачи массы на ТДУ;

? - управление концентрацией массы после ТДУ.

? Управление температурой в паровом шнеке

? Управление температурой в пропарочном шнеке предназначено для нагрева массы, с целью размягчения способных пластифицироваться посторонних частиц (пластмассы, латекса, битумов и пр.), получение полноценной массы однородного состава и подготовки оптимального диспергирующего эффекта. По измеренному значению температуры в шнеке задается управляющее воздействие, в виде задания степени открытия клапана регулятора температуры на подачу пара в нагревательный шнек.

? Электропневматический позиционер NE 724

? Область применения позиционеров - система автоматического регулирования или дистанционного управления технологическими процессами различных отраслей промышленности. Предназначены для уменьшения рассогласования хода и повышения быстройдействия пневматических поршневых исполнительных механизмов путем введения обратной связи по положению выходного штока исполнительных механизмов.

? В основу работы позиционера положен принцип компенсации сил.

? Электропневматический позиционер серии NE 724 фирмы «Metro-Automation» (Финляндия) обеспечивает пропорциональную зависимость выходного давления воздуха по отношению к входному сигналу в миллиамперах (постоянный ток). Он также обладает высокоточным управлением пневмоприводом в диапазоне 0-100%. Электропневматический позиционер управляется электрическим токовым сигналом, поступающем от контроллера.

? Максимальная надежность:

? Прочная конструкция, небольшое число частей, небольшая подвижная масса, также жесткая установка делают этот позиционер очень устойчивым к вибрациям. Материалы для всех частей выбираются с тем расчетом, чтобы противостоять суровым условиям службы.

? Основными материалами являются нержавеющая сталь и анодированный алюминиевый сплав.

? Легкие и быстрые регулировки:

? Используя только отвертку, можно выполнять тонкую настройку нуля и регулировку диапазона, не затрагивая заданные точки. Также можно легко реверсировать действие позиционера в полевых условиях.

? Устойчивая работа:

? Измерение в давлении питания и нагрузки клапана оказывают на работу клапана минимальное влияние, т.к. максимально допустимое давление питания является очень высоким - 8кгс/см2.

? Легкая установка:

? Позиционер устанавливается на центральной линии оси цилиндрового привода, действует точно и надежно защищен от вибрации и ударов в трубопроводе.

Рис. Регулирование пневмоприводом

Технические характеристики NE 724

Стандартный командный сигнал - 4-20мА

Давление питания - 1,48кгс/см2

Входное сопротивление максимум - 190 Ом

Угол поворота оси обратной связи максимум - 90°

Соотношение между углом поворота и сигналом - линейное

Температура окружающей среды - -25°+85°С

Влияние температуры менее - 0,05%/°С

Эксплуатационные характеристики, измеренные с приводом при 12% нагрузке трения:

- полоса нечувствительности - менее 0,3%

- гистерезис - менее 0,7%

- линейность - менее 2%

- повторяемость - менее 0,2%

Влияние вибрации (5-100Гц) - менее 1%

Погрешность полного хода - менее 1%

Класс защиты - IP 54

Масса - 2,2кг

Пневматический поршневой привод

Опыт применения пневматического поршневого привода типа BJ фирмы «Metro-Automation» (Финляндия) в целлюлозно-бумажной промышленности показал надежную работу в трудных условиях:

- минимальное воздействие внешних сил на положение поршня;

- исполнение с нержавеющим штоком.

привода типа BJ сконструирован для регулирующих и отсечных клапанов с поворотом на четверть оборота. Поршневой привод с возвратной пружиной управляется пневматически, пружина закрывает.

Технические характеристики пневматического поршневого привода BJ

Привод - BJ8

Внутренний диаметр - 125мм

Рабочий объем - 0,9л

Диаметр оси - 35мм

Номинальный момент пружины - 70Нм

Момент пружины (клапан закрыт) -150Нм

Температура окружающей среды - -20°+70°С

Максимально допустимое давление питания -8,5 кгс/см2

Вес - 25кг

Регулирующий фланцевый клапан R21

От регулирующих клапанов требуется скорость и точность выполнения команд системы контроля над процессом.

Сегментный регулирующий фланцевый клапан серии R21 фирмы «Metro-Automation» (Финляндия) с V-образной прорезью обеспечивает равнопроцентную пропускную характеристику. Широкий диапазон регулирования и исключительно стабильные характеристики.

Клапан имеет оптимально разработанное регулирующее отверстие для одноступенчатого регулирования высокой производительности.

Максимальная надежность:

- прочный цельный корпус, отсутствие утечек по соединениям корпуса;

- подпружиненное уплотнение;

- двухцапфовая подвеска сегмента для обеспечения высокой надежности;

- шпоночное соединение оси/сегмента обеспечивает безлюфтовую работу.

Отличные характеристики регулирования:Клапан имеет равнопроцентную расходную характеристику, которая оптимальна для линеаризации всего управления системы при процессах с переменным перепадом давления. Даже при небольших углах открытия обеспечивается чрезвычайно точное регулирование. Также клапан обладает высокой пропускной способностью С, благодаря обтекаемому исполнению и полному четверть оборотному действию. Ниже на рисунке приведена характеристика степень открытия - пропускная способность.

Рис. Пропускная способность клапана



Рис. Герметичность регулирующего клапана в зависимости от срока эксплуатации

Технические характеристики сегментного клапана R21

Рабочее давление -4кгс/см2

Рабочая зона - 4-20мА

Материал - 316 SS, углеродистая сталь

Тип привода - BJ8

Внутренний диаметр - 80мм

Температура окружающей среды --20°+70°С

Вес - 11 кг

Датчик температуры TR 11-L фирмы «Sensycon»

Предназначен для измерения температуры различных сред, путем преобразования сигнала первичного преобразователя температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока

Технические характеристики датчика температуры TR 11-L

Предел измерения - 0-120°С

Выходной сигнал - 4-20мА

Основная погрешность 0,35%

Ниже на рисунке 2.1.6 представлена структурная схема КТС существующей системы автоматического управления.

Информация от датчиков и исполнительных механизмов, расположенных на оборудовании термодисперсионной установки по полевой шине MasterFieldbus поступает на технологический контроллер АС 410 и обратно.

Сигнал с контроллера по шине Masterbus 300 (МВ300) поступает на операторскую станцию AS 520 и станцию инжиниринга AES 500. С операторской станции данные выводятся на принтер. В случае исправления оператором информации, данные поступают в контроллер, где происходит изменение информации в соответствии с введенным оператором.

Рис 2.1 Структурная схема

3. Разработка требований к САУ

Для стабильного высокого качества, неубыточности производства и обеспечения должной безопасности разрабатываемая САУ отбелки целлюлозы должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Поддержание расхода перекиси в пределах 2,7м3/ч.

2. Работа в автоматическом и ручном режимах.

3. Реализация ПИ-закона регулирования.

4. Ввод задания с панели контроллера.

5. Отображение процесса регулирования на пульте оператора

6. Надёжность (40 тысяч часов - наработка на отказ).

7. Использование стандартных сигналов и протоколов связи.

8. Световая и звуковая сигнализации.

4. Разработка структурной схемы САУ

Операторская станция

Преобразователь

ИМ

РО

ОУ

Датчик

Контроллер

Сигнал с операторской станции поступает на контроллер, который обрабатывает информацию, полученную со станции и датчика, и формирует управляющий сигнал. Далее сигнал поступает напреобразователь, после преобразования сигнал поступает на исполнительный механизм (ИМ), который управляет задвижкой, которая оказывает влияние на объект управления (ОУ).



5. Разработка технической структуры САУ

Рис.5 Структурная схема САУ

1. Выбор ПЛК

По заданию преподавателя был выбран микроконтроллер “Ремиконт”- Р-130.

Рис. 5.1

Назначение

Контроллер микропроцессорный Ремиконт Р-130 (рис.5.1) предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логикопрограммное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий.

Технологическое программирование контроллера микропроцессорного Ремиконт Р-130 выполняется без программистов специалистами, знакомыми с традиционными средствами контроля и управления в АСУ ТП. Запрограммированная информация сохраняется при отключении питания с помощью встроенной батареи.

Контроллер микропроцессорный Ремиконт Р-130 имеет проектную компоновку, которая позволяет пользователю выбрать нужный набор модулей и блоков, согласно числу и виду входных - выходных сигналов. В контроллер встроены развитые средства самодиагностики, сигнализации и идентификации неисправностей, в том числе при отказе комплектующих изделий, выходе сигналов за допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по кольцевой сети и т.п. Для дистанционной сигнализации об отказе предусмотрены специальные дискретные выходы.

По интерфейсному входу-выходу контроллеры микропроцессорные Ремиконт Р-130 могут объединяться в локальную управляющую сеть «Транзит» кольцевой конфигурации, которая с помощью блока «Шлюз БШ-1» может взаимодействовать с любым внешним абонентом (например, ЭВМ).

Входные - выходные сигналы.

В процессе сбора и обработки информации от измерительных преобразователей пользователь может выполнять необходимую коррекцию входных сигналов, их линеаризацию, фильтрацию, а также любую арифметическую операцию, в том числе извлечение квадратного корня. В контроллер устанавливаются 2 любых сменных модуля входа - выхода УСО (устройства связи с объектом), выбираемых заказчиком из (табл. 1).



Таблица 1- Модули входных и выходных сигналов.

Наименование и код модуля УСО	Количество входных - выходных сигналов
	аналоговых	дискретных
Наименование модуля	код	вход	выход	вход	выход*
МАС (аналоговых сигналов)	1	8	2	-	-
МДА (дискретно-аналоговый)	2	8	-	-	4
МСД (сигналов дискретных)	3	-	-	-	16
МСД (сигналов дискретных)	4	-	-	4	12
МСД (сигналов дискретных)	5	-	-	8	8
МСД (сигналов дискретных)	6	-	-	12	4
МСД (сигналов дискретных)	7	-	-	16	-

* Каждая пара дискретных выходов может выполнять функции одного импульсного выхода с цепями «больше» - «меньше», общее количество импульсных выходов Ремиконта - 4.

2. Электропневматический позиционер

В качестве электропневматического позиционера используем SIPART PS2 (Рис.5.2)

Электропневматические позиционеры SIPART PS2 применяются для регулировки позиции вентилей и клапанов на пневматических поступательных и поворотных приводах. Электропневматический позиционер устанавливает на приводе позицию вентиля, соответствующую заданной величине. Через дополнительные функциональные входы можно запустить блокировку или позицию безопасности клапана. Для этого в основном приборе имеется стандартный двоичный вход.

Особенности:

1. простое управление:

- управление на месте (ручной режим) и конфигурирование прибора через три клавиши управления и удобный, двухстрочный ЖК-дисплей

-программирование через SIMATIC PDM; очень высокое качество регулирования благодаря адаптации Online

2.пренебрежительно малый расход воздуха в стационарном режиме

3.функция "герметизации" (обеспечивает макс. перестановочное усилие на седле вентиля)

4.множество функций может быть активировано простым конфигурированием ( например, характеристики и ограничения)

5.обширные функции диагностики для вентиля или привода

6.только один вариант прибора для поступательных и поворотных приводов

7.не чувствительны к вибрациям благодаря малой подвижной массе

Угол поворота (поворотный привод)	30 ... 100°
Входной сигнал	4 ... 20 мA
Выходной сигнал	1,4 ... 7 бар
Рабочая температура	\ \-30 ... +80 °C

3. Датчик

В качестве датчика используется термометр сопротивления МЕТРАН-2000(Рис.5.3)

Назначение: преобразователи термоэлектрические (далее ТП) Метран-2000 предназначены для измерения температуры различных сред во многих отраслях промышленности, а также в сфере ЖКХ и энергосбережения. Использование ТП допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материалы, контактирующие с измеряемой средой, являются коррозионностойкими.

Количество чувствительных элементов: 1.

Тип ТП (буквенное обозначение НСХ): ТХА (К), ТНН (N), ТПП(S), ТПР(B).

Класс допуска: 2 (по ГОСТ 6616).

Диапазон измеряемых температур: в зависимости от НСХ К и конструктивного исполнения.

Исполнения:

? общепромышленное;

? взрывозащищенное с видом взрывозащиты - "взрывонепроницаемая оболочка d", маркировка взрывозащиты 1ЕхdIIСТ6 Х или 1ЕхdIIСТ5 Х по ГОСТ Р 51330.0

Рабочий спай: изолированный, неизолированный.

Степень защиты от воздействия пыли и воды (по ГОСТ 14254): IP65 (для исполнений с соединительной головкой); IP5Х (для исполнений без соединительной головки).

Климатическое исполнение:

? У1, У1.1 по ГОСТ 15150, но для работы при температуре окружающего воздуха в диапазоне:

? от -55 до 85°С;

? от -40 до 60°С - для исполнения Ехd температурного класса Т6;

? от -40 до 75°С - для исполнения Ехd температурного класса Т5;

ТЗ, ТС1 по ГОСТ 15150, но для работы при температуре окружающего воздуха в диапазоне:

? от -10 до 85°С;

? от -10 до 60°С - для исполнения Ехd температурного класса Т6;

? от -10 до 75°С - для исполнения Ехd температурного класса Т5;

ТВ1, ТМ1 по ГОСТ 15150, но для работы при температуре окружающего воздуха в диапазоне:

? от 1 до 85°С;

? от 1 до 60°С - для исполнения Ехd температурного класса Т6;

? от 1 до 75°С - для исполнения Ехd температурного класса Т5.

Межповерочный интервал:

? Метран-2000 с НСХ К, S, В - 1 год;

? Метран-2000 с НСХ N - 2 года;

? методика поверки - в соответствии с ГОСТ 8.338.

Средний срок службы: Метран-2000 с НСХ К - не менее 3 лет; Метран-2000 с НСХ N - не менее 4 лет.

Средний ресурс при номинальной температуре применения: Метран-2000 с НСХ S, B - не менее 6000 ч.

Гарантийный срок эксплуатации: 18 месяцев со дня ввода в эксплуатацию.

4.Клапан регулировки подачи пара

Используется клапан регулировки подачи пара (Рис.5.3)

Диапазон давлений 1-2 МПа,

Диапазон диаметров 700-1050 мм,

Диапазон температур ? 425єС,

Применяется в системе муниципального отопления, в системах отбора пара на ТЭС, в турбинных системах.

Среда:

- пар низкого давления.

Характеристики:

- однокамерный рукав с небольшими отверстиями для регулировки давления и потока,

- прямопроходная конструкция без завихрений транспортируемой среды, низкий уровень шума,

- дросселирующие компоненты изготавливаются из легированной стали с высокой абразивной стойкостью,

- пригоден для длительного ис-пользования,

- низкий уровень вибрации и шума, износостойкость и долговечность.

Спецификация:

- материал - углеродистая сталь.

5. Исполнительный механизм

В качестве исполнительного механизма используется поворотный пневматический привод типа SAF-03 фирмы AMG-Pesch (рис.5.4).

Основные конструктивные элементы - зубчатая рейка и шестерня - преобразуют прямолинейное движение двух поршней, действующих в противоположных направлениях, во вращательное движение. Зубчатые рейки обоих поршней находятся в контакте с шестерней, которая передает вращательное движение на арматуру. Поршни движутся за счет воздействия на их поверхность сжатого воздуха.

Поперечные усилия, возникающие при перемещении поршней, гасятся направляющими стойками. За счет этого обеспечивается безупречное осевое положение поршней, что в свою очередь благоприятно сказывается на работу поршневых уплотнений и их сроки службы. За счет постоянного рабочего расстояния между рейками и шестерней принцип "зубчатая рейка/шестерня" позволяет достичь равномерную характеристику момента вращения во время переключения.

Пневмоприводы АМG типа SAF 03 работают за счет воздействия сжатого воздуха и пружин. В приводах однократного действия сжатый воздух подается только во внутреннюю камеру. Создаваемое при этом усилие не только двигает арматуру в заданном направлении, но и одновременно натягивает предохранительные пружины для последующего возврата. Правильно рассчитанная пружина в состоянии перевести арматуру в безопасное положение "закрыто" или "открыто" в случае отказа подачи воздуха.

Технические характеристики:

- принцип "зубчатая рейка-шестерня"

- стойки в качестве направляющих поршня

- угол поворота 90°

- управляющее давление от мин. 2 до 10 бар, фильтрованный, сушеный воздух или неагрессивные газы:

- рабочее положение - любое

- устойчиво в промышленной атмосфере

- смазывание постоянное с пластичной смазкой по DIN 51852-K2K-30

- температура окружающей среды от -25°C до +100°C / Opt. -60°C +100°C

- вращающий момент от 3,5 Нм до 7051 Нм

Техническое обслуживание и проверка: Приводы AMG не требуют обслуживания при выполнении следующих условий: привод установлен по инструкции эксплуатации, управляющая среда правильно подготовлена и условия окружающей среды соответствуют указанным.

6. Блок ручного управления (БРУ)

Рис5.6. Блок ручного управления

термомеханический автоматический управление регулятор

Блок ручного управления (Рис.5.5) предназначен для использования в системах промышленной автоматизации производственных процессов в качестве:

- Блока ручного задатчика импульсных сигналов "больше"-"меньше"

- Блока ручного управления импульсным исполнительным механизмом

Блоки БРУ-5К1 выполнены в корпусе с передней панелью 48х96.

Область применения:

- Блок управления для ручного переключения управляющих цепей регулятора с автоматического режима управления на ручное и обратно при помощи клавиши на передней панели

- Блок управления для дистанционного переключения режима управления ручной/автомат, при помощи внешних сигналов, подаваемых на клеммно-блочный соединитель

- Цифровой индикатор технологического параметра, сигнала положения ИМ, в пределах от 0,0 до 100,0 %

Функциональные возможности:

- Цифровая калибровка измерительного канала

- Масштабирование шкал измеряемых параметров в произвольных технологических единицах

- Цифровая фильтрация

- Извлечение квадратного корня

- Линеаризация входного сигнала по 16 точкам

- Технологическая сигнализация на передней панели отклонения от установок минимум и максимум

- Коммутация цепей ручного управления кнопками ">" и "<" с самовозвратом и встроенной электрической блокировкой от одновременного включения

- Два светодиодных индикатора на передней панели для индикации состояния ключей ">" и "<"

- Светодиодная индикация режима управления ручной/автомат

- Сохранение параметров при отключении питания

- Защита от несанкционированного изменения параметров

- Гальванически разделенный интерфейс RS-485, протокол ModBus RTU (сбор информации, конфигурация)

Технические характеристики:

- Входной аналоговый сигнал: 0-5мА (Rвх=400 Ом), 0(4)-20 мА (Rвх=100 Ом), 0-10В (Rвх=25кОм)

- Основная приведенная погрешность измерения: ±0,2%

- Количество разрядов цифрового индикатора: 4

- Высота цифр светодиодных индикаторов: 14 мм

- Коммутационная способность контактов реле с магнитной блокировкой:

- постоянный ток … <34 В, <0,25 А

- переменный ток … <220 В, <0,25 А

- Температура окружающей среды: от -40°С до +70°С

- Напряжение питания: 24(±4)Впостоянного тока

- Ток потребления: не более 150 мА.

- Корпус (ВхШхГ): щитовой 48х96х170 мм DIN43700, IP30. Монтажная глубина: 170 мм.

- Масса блока: не более 0,33 кг.

6. Выбор структуры регулятора

На рис.6. показан пример стандартного аналогового регулятора с ручнымзадатчиком и средствами оперативного ручного управления.

Для решения задач регулирования используется регулирующаямодельконтроллера. В каждом контроллере можно реализовать до четырех независимых или взаимосвязанных контуров регулирования. В каждом контуре регуляторы могут быть одного или разных типов, никаких ограничений на сочетание видов регулятора не накладывается.

Использую аналоговый стандартный регулятор

Рис 6.Аналоговый стандартный регулятор

Сигнал задания поступает на вход алгоритма РАН, на второй вход этого алгоритма поступает сигнал от датчика (через алгоритм ВАА). Выходной сигнал алгоритма РАН через алгоритм РУЧ и алгоритм АВА поступает на аналоговый выход контроллера.

С помощью алгоритма ОКО организуется оперативное управление.

Функции, выполняемые при оперативном управлении, задаются путем

конфигурирования входов алгоритма ОКО. Вход “вх” подключается к сигналу, представляющему регулируемый параметр. В остальном алгоритм РАН не отличается от алгоритма РИМ.

При построении регуляторов чаще всего используются следующие алгоритмы:

РАН - регулирование аналоговое;

ЗДН - задание;

РУЧ - ручное управление;

ОКО - оперативный контроль контура регулирования;

ВАА, ВАБ - ввод аналоговый группы А и (или) Б;

АВА, АВБ - аналоговый вывод группы А и (или) Б;

РАН - это “ядро” аналогового регулятора, формирующее ПИД-закон регулирования.

ЗДН - алгоритм, формирующий сигнал задания. Этот алгоритм снабжен также переключателем вида задания, с помощью которого можно выбирать один из трех видов задания: ручное, программное или внешнее. При ручном задании сигнал задания устанавливается оператором вручную; при программном задании изменяется во времени по заданной программе (при этом дополнительно используются алгоритмы программного задания ПРЗ); при внешнем задании сигнал задания либо формируется внутри контроллера с помощью других алгоритмов, либо поступает извне через цепи аналогового входа, либо поступает, извне по сети Транзит.

РУЧ - алгоритм, с помощью которого регулятор из автоматического режима можно перевести на режим ручного или дистанционного управления. В ручном режиме алгоритм РУЧ позволяет управлять исполнительным механизмом вручную, при дистанционном управлении сигнал, управляющий исполнительным механизмом, может либо формироваться какими-либо алгоритмами (помимо основного ПИД) внутри контроллера, либо поступать извне через аналоговые входы контроллера, либо поступать извне по сети Транзит.

Для того чтобы алгоритмы оперативного управления - ЗДН, РУЧ - выполняли свои функции, в комплекте с ними необходимо задействовать еще один алгоритм - ОКО. Алгоритм ОКО выполняет двойную функцию. С одной стороны, он позволяет всю оперативную информацию вывести на индикаторы, расположенные, на лицевой панели контроллера, и, с другой,- передать команды, поступающие от клавиш лицевой панели, алгоритмам оперативного управления.

С помощью специальной группы алгоритмов ввода-вывода организуется связь регулятора с внешними цепями контроллера - датчиками и исполнительными механизмами.

Аналоговые сигналы вводятся в контроллер с помощью АЦП, однако, для того, чтобы “подключиться” к этим сигналам, необходимо задействовать алгоритмы ввода аналогового: ВАА для группы А и (или) ВАБ для группы Б. В этих алгоритмах аналоговый сигнал калибруется. При калибровке путем смещения корректируется “нуль”, а путем масштабирования - диапазон изменения входного сигнала. Выходные сигналы алгоритма ВАА (ВАВ) “представляют” аналоговые сигналы, поступающие на вход контроллера.

Аналогично формируются сигналы на аналоговом выходе контроллера. Для этого используются алгоритмы аналогового вывода АВА (группа А) и (или) АВБ (группа Б). В этих алгоритмах также корректируется “нуль” и диапазон изменения выходного сигнала.

7. Разработка функциональной схемы регулятора

При построении регулятора использовались следующие алгоритмы:

ОГР (ограничение), предназначенный для установки пределов вводимого задания. При вводе запредельного значения алгоритм устанавливает предельное;

ЗДН (задание), формирующий сигнал задания. Этот алгоритм снабжён также переключателем вида задания, с помощью которого можно выбирать один из трёх видов задания: ручное, программное или внешнее. При ручном задании сигнал задания устанавливается оператором вручную; при программном задании - изменяется во времени по заданной программе (дополнительно используются алгоритмы программного задания ПРЗ); при внешнем задании сигнал задания либо формируется внутри контроллера с помощью других алгоритмов, либо поступает извне через цепи аналогового входа, либо поступает, извне по сети "Транзит".

РАН (регулирование аналоговое) - это “ядро” аналогового регулятора, используемое при построении ПИД регулятора. Помимо формирования закона регулирования, в алгоритме вычисляется сигнал рассогласования, который фильтруется, вводится зона нечувствительности. Алгоритм, как правило, применяется в сочетании с алгоритмом аналогового вывода АВА (АВБ), который преобразует выходной аналоговый сигнал алгоритма РАН в последовательность импульсов; управляющих исполнительным механизмом. Алгоритм содержит узел настройки, позволяющий автоматизировать процесс настройки регулятора.

РУЧ (ручное управление), позволяющий перевести регулятор из автоматического режима управления в ручной или дистанционный. В ручном режиме алгоритм РУЧ позволяет управлять исполнительным механизмом вручную, при дистанционном управлении сигнал, управляющий исполнительным механизмом, может либо формироваться внутри контроллера с помощью других алгоритмов, либо поступать извне через аналоговые входы контроллера, либо поступать извне по сети Транзит.

ОКО (оперативный контроль контура регулирования), предназначенный для вывода оперативной информации на индикаторы, расположенные на лицевой панели контроллера, и передачи команд от клавиш лицевой панели алгоритмам оперативного управления. Его необходимо задействовать для функционирования алгоритмов оперативного управления - ЗДН и РУЧ.

С помощью специальной группы алгоритмов ввода / вывода организуется связь регулятора с внешними цепями контроллера - датчиками и исполнительными механизмами.

Аналоговые сигналы вводятся в контроллер с помощью АЦП, однако, для того, чтобы “подключиться” к этим сигналам, необходимо задействовать алгоритмы ввода аналогового сигнала: ВАА для группы А и / или ВАБ для группы Б. В этих алгоритмах производиться калибровка аналогового сигнала, при которой, путём смещения корректируется “нуль”, а путём масштабирования - диапазон изменения входного сигнала. Выходные сигналы алгоритма ВАА представляют собой аналоговые сигналы, поступающие на вход контроллера.

Сигналы на аналоговом выходе контроллера формируются аналогично. Для этого используются алгоритмы аналогового вывода АВА (группа А) и / или АВБ (Б). В этих алгоритмах также корректируется “нуль” и диапазон изменения выходного сигнала.

Сигнал задания поступает на вход алгоритма РАН, на второй вход этого алгоритма поступает сигнал от датчика (через алгоритм ВАА). Выходной сигнал алгоритма РАН, через алгоритмы РУЧ и ABA, поступает на аналоговый выход контроллера.

С помощью алгоритма ОКО организуется оперативное управление. Функции, выполняемые при оперативном управлении, задаются путём конфигурирования входов алгоритма ОКО.

Сигнал, поступающий на вход "здн" этого алгоритма, всегда выводится на верхний цифровой индикатор "задание" лицевой панели контроллера независимо от того, к выходу какого алгоблока подключается вход "здн". Однако, если сигнал задания нужно не только контролировать, но и изменять вручную, вход "здн" должен обязательно подключаться к первому выходу алгоритма ЗДН.

На нижний цифровой индикатор избирательного контроля в положении "вх", "е", и "вых" поступают сигналы, приходящие на входы соответственно "вх", "е" и "вр" алгоритма ОКО. Вход "вх" подключается к сигналу, представляющему регулируемый параметр. Вход "е" обычно связывается с выходом "Уе" алгоритма РАН, на котором формируется сигнал рассогласования. Вход "вр" (выход регулятора) подключается к выходу алгоблока, характеризующего выходной сигнал регулятора. Сигнал на этом входе поступает не только на нижний цифровой индикатор в положении "вых", но также на шкальный индикатор. По шкальному индикатору ориентировочно (с разрешающей способностью 5%) контролируется выходной сигнал регулятора независимо от того, какой сигнал в данный момент выводится на цифровой индикатор избирательного контроля. Для регулятора выходным сигналом считается сигнал на выходе датчика положения исполнительного механизма, который заведён на второй вход алгоритма ВАА, однако, это может быть какой-либо другой сигнал.

Если вход "вр" алгоритма ОКО может подключаться к выходу разных алгоблоков (в зависимости от того, какой сигнал считается выходным), то вход "руч" алгоритма ОКО обязательно должен подключаться к первому выходу алгоритма РУЧ. Только в этом случае с помощью клавиш лицевой панели можно менять режим управления и управлять исполнительным механизмом вручную.

Алгоритм ОКО имеет два настроечных входа W0 и W100. На этих входах обычно задаются константы, определяющие технические единицы, в которых контролируются сигналы задания, входа и рассогласования (для всех трёх сигналов технические единицы одинаковы). Каждая из констант на входах W0 и W100 может задаваться в диапазоне от -1999 до 9999 с шагом 1, Константа на входе W0 определяет число, соответствующее 0 % сигнала задания, входа и рассогласования, а константа на входе W100 число, соответствующее 100 % этих сигналов.

На выходе алгоритма РАН формируется сигнал рассогласования Уе = Хздн - Хвх. Если регулируемый параметр Хвх меньше сигнала задания Хздн, то сигнал Уе - положителен, в противном случае - отрицателен. При контроле сигнала рассогласования, обычно, принято знаку этого сигнала приписывать противоположный смысл. Поэтому сигнал на входе "е" алгоритма ОКО инвертируется.

8. Организация безударных переходов

Безударный переход - отсутствие резких скачков при переходе от одного значения сигнала управляющего воздействия к другому.

Организация безударного перехода при выходе из строя системы управления является одной из важнейших задач при управлении технологическими процессами.

Рассмотрим автоматическую систему регулирования давления в НЯ. В качестве регулирующего устройства используется контроллер Ремиконт Р-130.

Существует несколько способов организации безударного перехода:

? применение резервного контроллера Ремиконт Р-130;

? применение ручного управления.

По заданию преподавателя необходимо осуществить безударный переход в случае отказа внешнего регулятора.

Для того чтобы система даже после отказа контроллера Р-130 оставалась в автоматическом режиме управления используется резервный контроллер той же модели и модификации, связь между которыми осуществляется с помощью сети «Транзит», предусмотренной разработчиками Ремиконта Р-130.Сетевое взаимодействие осуществляется посредствам библиотечных алгоритмов интерфейсного вывода ИНВ и ввода интерфейсного ВИН.

При отказе контроллера или отключении питания срабатывает специальное реле, шунтирующее контроллер и сохраняющее целостность сети «Транзит». Отказавший контроллер при этом выпадает из обмена информацией. Реле, шунтирующее интерфейсную цепь, расположено в блоке питания БП-1. Поэтому для сохранения целостности сети «Транзит» кабель этой сети не должен отключатся от блока питания (однако само питание от этого блока может быть отключено).

Каждому контроллеру, подключенному к сети «Транзит», присваивается логический (системный) номер. Есть ряд особенностей относительно номеров контроллера, основным из которых является то, что в одной сети «Транзит» не должно быть двух или более контроллеров, имеющих одинаковый системный номер. В алгоритме ВИН устанавливается системный номер контроллера - источника. Кроме того, для каждого входа алгоритма ВИН устанавливается номер сигнала, передаваемого выбранным контроллером-источником. Именно этот сигнал будет сформирован на данном выходе алгоритма ВИН и затем поступит на вход других алгоритмов, соединенных по конфигурации с данным выходом алгоритма ВИН. ИНВ- передает в сеть сигналы поступающие на вход алгоритма ИНВ. ПОР- пороговый контроль. Контроль за выходом сигнала или разности двух сигналов из ограниченной справа области допустимых значений.

Таким образом, между алгоблоками равных контроллеров с помощью сети «Транзит» и алгоритмов интерфейсного ввода-вывода устанавливается виртуальный (кажущийся) канал связи. Работают контроллеры при этом так, как будто этот канал в действительности существует.

Для перевода системы из автоматического режима в ручной используется блок ручного управления БРУ.

Система функционирует в обычном автоматизированном режиме (ключ замкнут на «А»). Как только происходит сбой, оператор переводит систему в режим ручного управления, для этого он на БРУ нажимает соответствующую кнопку, что переводит ключ в положение «Р» (означает ручной режим управления). При отказе в системе реализуется режим отступления к последнему значению сигнала задания. И затем благодаря ручномузадатчику имеет возможность самостоятельно регулировать системой, не давая ей выйти из строя, пока обслуживающий персонал будет устранять неполадку.

При переводе системы с автоматического в ручное управление, заводами изготовителями блока БРУ, преобразователя и ИМ схемно обеспечивается безударный переход.

Общая схема обеспечения безударного перехода показана на рис.8. и 8.1.



Рис 8. Обеспечение безударного перехода.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 8.1 Простейшая схема обеспечения безударного перехода.



9. Организация внешних соединений САУ

Рис.9.Техническая схема САУ

МАС - модуль аналогового сигнала;

МДС - модуль дискретного сигнала;

КБС-3 - клеммно-блочное соединение для аналоговых сигналов;

КБС-2 - клеммно-блочное соединение для дискретных сигналов;

БК - блок контроллеров;

ПЛК - программируемый логический контроллер Ремиконт Р-130;

БП - блок питания.

ИП - измерительный преобразователь температуры смеси

БРУ - блок ручного управления

ЭПП - электропневматический позиционер

ПИМ- пневматический исполнительный механизм



Вывод

Целью проекта была техническая реализация системы управления температурой макулатурной массы.

В ходе разработки курсового проекта было проведено ознакомление с системой управления давления в напорном ящике на БДМ и выяснен ряд задач, которые стоят на производстве. Произведена организация безударного перехода, при отказе РУ, которым был выбран контроллер Ремиконт Р-130. Все выбранные ТС обеспечивают достаточные точность, быстродействие и надёжность. С помощью выбранного контроллера реализуется индикация параметров процесса на операторской станции, а также возможность изменения, с неё, настроек регулятора и задания системы. Ремиконт позволяет осуществлять сигнализацию предельного положения РО на трубопроводе с водой.

Так же были разработаны техническая структура системы автоматизации .Была разработана спецификация средств автоматизации.



Список литературы

1. Суриков В.Н., Яковлев В.Б. Проектирование систем автоматизации технологических процессов ЦБП (Курсовое проектирование): Учебное пособие - Л.:ЛТА, 1983-85с. (Подготовлено к публикации кафедрой автоматизации производственных процессов ЛТИ ЦБП)

2. Дятлова Е.П., Сафонова М.Р. Проектирование автоматизированных систем автоматического управления технологическими процессами ЦБП: Учебное пособие. СПбГТУ РП. СПб., 1999-51с.

3. Доронин В.А., Суриков В.Н, Яковлев В.Б. Технические средства автоматизации технологических процессов целлюлозно-бумажного производства: Учебное пособие/ЛТА. Л., 1988,83с.; ил.32.

4. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник /Под редакцией В.В, Черенкова. Л.: Машиностроение, 1987

5. И.Я. Эйдлин. Бумаго-делательные и отделочные машины

6. Г.А. Кондрашкова, В.Н. Леонтьев, О.М. Шапоров. Автоматизация технологических процессов производства бумаги



Приложение: Спецификация ТСА

Позиция	Наименование и технологическая характеристика	Тип, марка	Завод-изготовитель	Количество
1	2	3	4	5
1	“Метран-2000”	2000	Г. Москва	1
	Выходной сигнал 4-20мА Предел измерения 0-100?С		“Emerson”
2	Контроллер Р-130	Р-130	З-д изг.	1
	Компактный малоканальный многофункциональный микропроцессора контроллер		“Промприбор” Г. Чебоксары
3	Блок ручного управления	БРУ-32	З-д изг.	1
	Мощность потребляемая из блоков, не превышает 2,5 Вт; Средний срок службы 10 лет		“Промприбор” Г. Чебоксары
4	SAF-03	ПИМ-03	AMG-Pesch	1
	Потребляемая мощность 430 Вт; Ном. Пол. Ход выходного вала любой; Напряжение 380 В
5	Электропневматический позиционер SIPART PS2	ЭПП-3А	Siemens	1
	Вых.сигн. 4-20мА.. Угол поворота 100(град). Рабочая температура -30….+80. Вход сопротивления 750Ом; Напряжение источника питания цепей управления 22-26В
6	Клапан регулировки подачи пара		ChinaValvesTechnologyInc
	Диапазон давлений 1-2 МПа , Диапазон диаметров 700-1050 мм, Диапазон температур ? 425єС

Размещено на Allbest.ru