Автоматизированная система управления установкой получения материала Визомат

Преобразователь интерфейса АС2-М.

Тахометр ОВЕН ТХ-01 использует аналоговый выход 4…20 мА, в связи с этим необходимо перевести выходной сигнал в интерфейс RS-485. Для этого был подобран соответствующий преобразователь интерфейса АС2-М.

Преобразователь интерфейсов АС2-М предназначен для взаимного преобразования интерфейсов: «токовая петля» и RS-485. Преобразователь позволяет передавать данные от одного прибора, имеющего интерфейс «токовая петля», в сеть RS-485 по запросу мастера сети. Передача данных по интерфейсу RS-485 происходит по протоколу ОВЕН или по протоколу Modbus (RTU, ASCII). Таким образом, все приборы ОВЕН могут быть объединены в единую сеть по интерфейсу RS-485.

Преобразователь интерфейсов АС2-М

Модем MD-HART

Модем MD-HART предназначен для связи персонального компьютера или системных средств АСУТП с устройствами, поддерживающими HART-протокол.

Устройство и работа:

Модем, с одной стороны, обрабатывает поступающий на HART-вход частотно-модулированный сигнал, а с другой - обеспечивает связь с ПК по интерфейсам RS-232 или RS-485. В обрабатываемом частотно-модулированном HART-сигнале частоте 1200 Гц соответствует логическая единица, а 2200 Гц - логическому нулю. Амплитуда тока HART-сигнала равна примерно 0,5 мА, скорость передачи по HART-каналу составляет 1,2 кбит/с.

Электронная часть модема смонтирована на плате, помещенной в пластмассовый корпус. На лицевой стороне корпуса расположены шесть винтовых клемм, три переключателя режимов работы и разъем DB9. К разъему DB9 подключаются интерфейсные сигналы RS-232, к клеммам - интерфейсные сигналы RS-485, HART сигнал и внешний источник питания. Переключатели определяют выбор интерфейса связи с ПК (RS-232 или RS-485), режим управления передачей (автоматический или по сигналу RTS), подключение согласующей нагрузки на линии RS-485.

Питание модема может осуществляться как от ПК по линии связи RS-232, так и от внешнего источника, поставляемого по дополнительному заказу.

Модем MD-HART

Таким образом, выходные сигналы всех датчиков конвертированы в интерфейс RS-485, используемого в промышленных АСУТП для соединения контроллеров и другого оборудования.

Частотный преобразователь

Для создания необходимой скорости движения шнека, нужно задать двигателю, который его вращает, нужное количество оборотов в минуту. Итак, шаг винтового шнека равен 11 см, т.е. за один оборот происходит перемещение сыпучих материалов на 0,11 м. Из условия следует, что регулирование контроля скорости движения шнека должно осуществляться в диапазоне от 0 до 10 м/мин., Следовательно, двигатель должен вращать шнек со скоростью не более 90 об/мин. Для выполнения этого условия нам понадобится частотный преобразователь. Выбор был сделан в пользу частотного преобразователя EI-7011.

Частотные преобразователи EI-7011 электронного типа часто применяют для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя или синхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление.

Широко используются в технологическом оборудовании, где применяется управляемый электропривод: смесителях, дозаторах, производственных линиях, системах водоснабжения, вентиляции, дымососах, подъемно-транспортном и т.п. оборудовании.

Технические характеристики:

· Диапазон мощностей 0,75 кВт - 315 кВт

· Полная защита двигателя.

· Встроенный ПИД-регулятор

· Управление по вольт-частотной характеристике U/F

· Язык команд пульта управления - русский

· Аналоговые и цифровые входы / выходы для регулирования и дистанционного управления

· Возможность дистанционного управления и мониторинга по RS-232/RS-485 (протокол MODBUS)

· Питание 380 В, 50 Гц.

3.5 Выбор управляющего оборудования

В качестве управляющего оборудования был выбран программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК73.

Выбор контроллера обусловлен большим числом разнородных факторов. Контроллер должен отвечать основным техническим требованиям. К наиболее важным характеристикам относятся параметры процессорного модуля (тип и быстродействие процессора, объем памяти), время выполнения логической команды, число встроенных и наращиваемых входов-выходов, наличие в контроллере необходимого числа модулей ввода-вывода.

Полноценный программируемый контроллер создан для простых задач автоматизации. Представляет собой удобную базу для создания законченных приборов.

Основные функциональные возможности:

1) надежная среда программирования Codesys поставляется бесплатно, cd с дистрибутивом входит в комплект поставки;

2) двухстрочный знакосинтезирующий дисплей;

3) увеличение количества дискретных выходов путем подключения модуля овен мр1;

4) встроенные интерфейсы rs-485, rs-232;

5) встроенные часы реального времени;

6) поддержка протоколов овен, modbus rtu, modbus ascii, gateway;

7) бесплатная библиотека функциональных блоков:

- разработки овен: пид-регулятор с автонастройкой, блок управления 3-х позиционными задвижками и др.;

- стандартные библиотеки codesys.;

8) возможность расширения путем подключения модулей ввода / вывода

Таблица 3 - Общие сведения ОВЕН ПЛК73:

Центральный процессор	32x 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, кб	280
Объем памяти ввода-вывода, байт	600 для ПЛК73-M 360 для ПЛК73-L
Время работы часов реального времени после пропадания питания	не менее 3 месяцев
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 (частотой 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

Таблица 4 - Элементы человеко-машинного интерфейса

Тип дисплея	Текстовый монохромный ЖКИ с подсветкой
Количество знакомест (символов)	4 x 16
Кнопки управления на лицевой панели	9 тактовых кнопок: «Пуск/стоп», «Выход», «Альт», «Ввод», «Вверх», «Вниз», «F1», «F2», «F3»
Светодиоды на лицевой панели	6 шт.: «K1», «K2», «K3», «K4», «K5», «K6»

Таблица 5 - 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
Поддержанные протоколы	ОBEH, ModBus-ASCII/RTU, GateWay (протокол CoDeSys)



3.6 Выбор исполнительных механизмов системы управления

Винтовой конвейер (шнек)

Транспортировка сыпучих материалов из бункера в смеситель осуществляется при помощи шнека. Т.к. высота смесителя больше высоты бункера, перемещение идет под наклоном. Выбор был сделан в пользу винтового конвейера серии ВК 219.

Винтовые конвейеры (транспортер шнековый) предназначены для транспортировки в горизонтальном или наклонном направлениях сыпучих, пылевидных материалов.

Конвейер винтовой серии ВК 219 представляет стационарное транспортное устройство, рабочим органом которого является винт, сообщающий материалу поступательное движение. Винт расположен в закрытом кожухе, вследствие чего перемещаемый материал изолирован от окружающей среды, что уменьшает потери и предотвращает распространение пыли и запаха.

Таблица 6 - Основные технические характеристики винтовых конвейеров серии «ВК-219»:

№ п/п	Наименование параметра	Ед.изм.	Значение параметра
1	Производительность при 0°, до	мі/ч	76
2	Электрическое питание	В / Гц	380/50
3	Мощность электродвигателя	кВт	от 1,1 до 22
4	Тип редуктора		Цилиндрический
5	Диаметр желоба	мм	219
6	Шаг подающего винта	мм	110
7	Угол наклона конвейера	град.	от 0 до 40
8	Длина конвейера	м	от 1 до 12



Трехфазный асинхронный электродвигатель АИР 80 В2

Многоскоростные асинхронные трехфазные электродвигатели серии 4АМ, АИР имеют высоту оси вращения от 63 до 250 мм и предназначаются для продолжительной работы в режиме S1. Данные устройства работают от сети переменного тока частотой 50 Гц (требуемое напряжение 220, 380, 660 В). Устройства имеют несколько осей вращения (две, три, четыре), которые можно изменять посредством переключения обмотки, и предназначаются для использования в приводах механизмов с регулировкой частоты вращения.

Таблица 7 - Характеристики электродвигателя 4А80В2 У3:

Мощность, кВт	Iп/Iн	Частота вращения, об/мин	КПД, %	Коэф.мощности, cos ц
2,2	6,5	3000	83	0.87

Мешалка

Расплавленный битум и сыпучие материалы поступают в смеситель для дальнейшего перемешивания. Перемешивание осуществляется мешалкой.

Лопастная мешалка более эффективна при процессе перемешивания маловязких сред (до 100 спз). Вязкость расплавленного до 150єС битума составляет до 30 спз, с учетом присутствия в нем сыпучих материалов.

Достоинства:

- простота конструкции и обслуживания

- удовлетворительное смешивание умеренно вязких жидкостей.

Греющий кабель

Для того, что бы битум, текущий по трубопроводу, находился в расплавленном состоянии, его необходимо нагревать. Это достигается путем установки на трубопровод греющего кабеля. Битум необходимо нагревать до температуры не более 157±5°С, исходя и этого был выбран самоограничивающийся греющий кабель Райхем 5VPL2-CT.

Самоограничивающиеся высокотемпературные греющие кабели Райхем 5VPL2-CT предназначены для промышленного электрообогрева трубопроводов и различного оборудования. Греющие кабели Райхем 5VPL2-CT могут применяться для поддержания технологической температуры объектов до 235°С и могут выдерживать пропарку и температуру до 260°С в выключенном состоянии.

Самоограничивающиеся греющие кабели Райхем 5VPL2-CT состоят из спирального греющего элемента, изготовленного из сплава с высоким удельным сопротивлением, намотанного вокруг двух параллельных токоведущих жил. Расстояние между точками контакта токоведущих жил с греющим элементом определяет длину зоны обогрева. Параллельная конструкция позволяет нарезать кабель 5VPL2-CT на отрезки нужной длины и производить оконцевание кабеля их непосредственно при монтаже.

Номинальная мощность греющих кабелей 5VPL2-CT: 15 Вт/м при 10°С.

Тип обогреваемой поверхности:

· Углеродистая сталь

· Нержавеющая сталь

· Окрашенный или неокрашенный металл.

Технические характеристики греющего кабеля Райхем 5VPL2-CT:

· Макс. поддерживаемая или рабочая температура (непрерывная работа): 235°C при 208В, 225°C при 254В и 277В, 230°С при 230В

· Макс. допустимая температура (в выкл. состоянии): 260°C

· Температурный класс: Температурный класс должен быть определен в соответствии с принципами стабилизированного расчета или в соответствии с параметрами ограничителя температуры. Мин. температура для монтажа: -60°C

· Минимальный радиус изгиба: при 20°C - 20 мм, при -60°C - 20 мм



График зависимости мощности обогрева от температуры трубы греющего кабеля Райхем 5VPL2-CT

Номинальные размеры и вес греющего кабеля Райхем 5VPL2-CT:

· Толщина: 7,9 мм

· Ширина: 11,7 мм

· Вес: 200 г./м



4. Составление функциональной схемы автоматизации установки

В схем для измерения температуры расплавленного битума в диапазоне 157±5єС используется Термопреобразователь ДТПКХХ4 К (ХА) фирмы Овен, показывающий. Контроль уровня сыпучих материалов в диапазоне от 0 до 1 м осуществляется при помощи сигнализатора уровня VEGACAL 62. Для измерения скорости движения шнека от 0 до 10 м/мин установлен Тахометр ОВЕН ТХ-01.



5. Составление схемы управления технологическим процессом

Для управления технологическим процессом установкой получения материала Визомат, необходимо наличие трех уровней управления.

Нижний уровень АСУ ТП представляет собой различные датчики (сенсоры) и исполнительные механизмы. На аналоговые входы контроллера подаются команды с датчиков, происходит измерение необходимых показателей технологического процесса.

На среднем уровне происходит реализация локальных управляющих алгоритмов (управление технологическим процессом);

· взаимодействие между технологическими объектами управления;

· информационный обмен с нижним уровнем.

Для реализации перечисленных функций принят универсальный контроллер Овен плк75. Контроллер предназначен для измерения непрерывных сигналов, представленных напряжением постоянного тока, сбора и обработки информации с первичных датчиков, формирования сигналов управления по заданным алгоритмам, приема и передачи информации по последовательным каналам связи в системах измерения, контроля и управления объектами.

Верхний уровень - это уровень визуализации, диспетчеризации (мониторинга) и сбора данных. На этом уровне задействован человек, т.е. оператор (диспетчер). Оператор осуществляет контроль за распределенной системой машин, механизмов и агрегатов, такая система называется SCADA. Верхний уровень АСУ ТП обеспечивает сбор, а также архивацию важнейших данных от ПЛК, их визуализацию, представление на экране параметры происходящего процесса. При получении данных система самостоятельно сравнивает их с граничными параметрами (установками) и при выходе за границы уведомляет оператора с помощью тревог. Оператор запускает технологический процесс, имеет возможность остановить его полностью или частично, может изменить режимы работы агрегатов (изменяя установки) и т.п. При этом система записывает все происходящее, включая действия оператора. Тем самым обеспечивается персональная ответственность управляющего оператора.



6. Разработка принципиальной электрической сети питания электрооборудования системы

В установке по получению материала Визомат используются двигатели АИР 80 В2 в количестве двух штук: первый - вращает шнек, второй - мешалку.

Технические характеристики двигателя:

· Мощность - 2,2 кВт

· Частота вращения - 3000 об/мин

· Ток при 380В - 4.6 А

· КПД - 83%

· Коэффициент мощности - 0,87

· I_п/I_н - 6,5.

Электродвигатель АИР 80 В2

Выбираем кабель марки ВВГ. Он используется для прокладки в сухих и влажных производственных помещениях, на специальных кабельных эстакадах, в блоках, а также для прокладки на открытом воздухе, срок службы не менее 30 лет. Элементы конструкции кабеля дают возможность прокладывать его на вертикальных, наклонных и горизонтальных трассах.

Кабель ВВГ имеет медные жилы, т.к. медь имеет ряд преимуществ по сравнению с алюминием, такие как: высокая проводимость и гибкость. При больших изгибах не придется проверять целостность жил и вероятность пожара при износе будет очень низкой. Рассчитываем ток нагрузки двигателя по номинальной мощности:

(1)

где Iн - ток нагрузки двигателя, А;

Рн - номинальная мощность двигателя, Вт;

Uн - напряжение сети, В;

Cosц - коэффициент мощности двигателя;

з - КПД двигателя.

Т.к. в установке два идентичных двигателя, результат следует удвоить.

По полученному результату Iн = 9,43 А, находим в таблице допустимых длительных токов для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами из правил устройства электроустановок [20] допустимый ток. Для выбора кабеля следует обратиться к ПУЭ раздел 1.3. таблица 8.

Таблица 8 - Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Сечение	Ток, А, для проводов, проложенных
токопроводящей	открыто	в одной трубе
жилы, мм2		двух одно-жильных	трех одно-жильных	четырех одно-жильных	одного двух-жильного	одного трех-жильного
0,5	11	-	-	-	-	-
0,75	15	-	-	-	-	-
1	17	16	15	14	15	14
1,2	20	18	16	15	16	14,5
1,5	23	19	17	16	18	15
2	26	24	22	20	23	19
2,5	30	27	25	25	25	21
3	34	32	28	26	28	24
4	41	38	35	30	32	27
5	46	42	39	34	37	31
6	50	46	42	40	40	34
8	62	54	51	46	48	43
10	80	70	60	50	55	50
16	100	85	80	75	80	70
25	140	115	100	90	100	85
35	170	135	125	115	125	100
50	215	185	170	150	160	135
70	270	225	210	185	195	175
95	330	275	255	225	245	215
120	385	315	290	260	295	250
150	440	360	330	-	-	-
185	510	-	-	-	-	-
240	605	-	-	-	-	-
300	695	-	-	-	-	-
400	830	-	-	-	-	-

Выбираем ближайшее большее значение, Iдоп =17А.

(2)

.

Условие выполняется, сечение токопроводящей жилы 1 мм². Из расчета следует, что кабель состоит из четырех медных жил с сечением 1 мм² - ВВГ-4Ч1.

Для защиты от перегрузок и короткого замыкания необходим автоматический выключатель. АВВ - именно этой компании принадлежит почетное звание «разработчик автоматического выключателя», т.к.:

* диапазон номинальных токов, на которые рассчитаны автоматы ТМ АВВ, позволяет полностью удовлетворить потребность в данных устройствах: компания предлагает автоматические выключатели с номинальным током от 1 Ампера до 6300 Ампер;

* широкий ассортимент представленных на данный момент разновидностей автоматов обеспечит гарантированную и качественную защиту электросетей любых видов.

Для выбора серии автомата, требуется расчет:

(3)

Выбираем серию автомата, чтобы выполнялось условие (3). У автоматического выключателя S203P K16 по техническим характеристикам номинальный ток 16А.

Проверка выбора автомата:

(4)

Где л - кратность пускового тока двигателя, отношение пускового тока к номинальному.

(5)

Где k - кратность автомата. Выбирается из паспорта автомата.

Подставляем данные в формулы (4) и (5):

Условие проверки выбора автомата сходится, ток отсечки больше пускового тока.

Согласование автомата и кабеля:



(6)

Трехполюсный выключатель автоматический 16А 15kA S203P K16 хар. K 2CDS283001R0467.

Этот автоматический модульный выключатель серии System pro M compact применяется для защиты от коротких замыканий, перегрузок. Благодаря небольшим габаритным размерам можно также применять и в существующих НКУ. Характеристики, особенности: - цилиндрические двухнаправленные клеммы с защитой от неправильного монтажа - RAL 7035 - крепление DIN-рейка 35 мм системой быстрого монтажа - корпус из термопласта, устойчивого к механическим повреждениям - лазерное нанесение маркировки - наличие индикации состояния контактов.

Особенности:

- цилиндрические двухнаправленные клеммы с защитой от неправильного монтажа

- крепление DIN-рейка 35 мм системой быстрого монтажа

- корпус из термопласта, устойчивого к механическим повреждениям

- лазерное нанесение маркировки

- наличие индикации состояния контактов



Технические характеристики

Номинальный ток, А:	16
Глубина, мм:	69
Ширина, мм:	17,5
Высота, мм:	88
Тип изделия:	Автоматический выключатель в модульном исполнении
Род тока:	Переменный
Исполнение:	Стационарный
Степень защиты:	IP20
Способ монтажа:	DIN-рейка
Номинальная отключающая способность, кA (AC):	15
Характеристика эл. магнитного расцепителя:	K (10-14In)
Количество модулей DIN:	4
Количество силовых полюсов:	3+N

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора КМ и трех встроенных в него тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а также защиту цепей управления от коротких замыканий (предохранители FU), а электродвигателя от коротких замыканий (автоматический выключатель QF) и перегрузки (тепловые реле КК). Для пуска АД замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска SB1. Получает питание катушка магнитного пускателя КМ и силовыми контактами в цепи статора АД подключает его к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1. Происходит разбег АД по его естественной характеристике. Для отключения АД нажимается кнопка остановки SB2, контактор КМ теряет питание и отключает АД от сети. Начинается процесс торможения АД выбегом под действием момента нагрузки на его валу



Заключение

Таким образом, была разработана АСУ Установкой получения материала Визомат, включающая в себя несколько этапов:

· ознакомление с составными частями установки, принципом работы;

· определение необходимых технологических параметров, величину которых нужно измерять, контролировать и регулировать;

· выбор датчиков, преобразователей, управляющего устройства и исполнительных механизмов;

· выбор кабелей и УЗО для защиты электроснабжения.

В результате создана АСУ установкой, которая способна свести к минимуму труд человека и повысить эффективность продукции.



Список литературы

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.: ил.

2. Втюрин, В.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Основы АСУ ТП./ В.А Втюрин.-Санкт-Петербург, ЛТА, 2006.-154 с.

3. Денисенко, В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009. - 608 с.: ил.

4. Харазов В.Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами - СПб.: Профессия, 2009. - 592 с. ил., табл., сх.

5. Термопреобразователь http://www.owen.ru/catalog/termoelektricheskie_preobrazovateli_tipa_ dtplhk_i_dtpkha_datchiki_temperaturi_termopari/51814574

6. Мешалка http://www.smp-t.ru/lopastnie.html



Приложение 1



Приложение 2



Приложение 3

Размещено на Allbest.ru