Разработка системы управления технологическим процессом на базе контроллера Siemens Logo

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине “Программно-технологические комплексы распределительных систем управления”

Тема: Разработка системы управления технологическим процессом на базе контроллера Siemens Logo

Томск - 2010



Реферат

Ключевые слова: автоматизация, преобразователь частоты, анодная печь, промежуточный ковш, дозировочный ковш, карусельный стол, ПЛК LOGO!, программная среда LOGO! Soft Comfort v6.0, программа управления ТП.

Объектами автоматизации являются анодная печь, промежуточный ковш, дозировочный ковш, карусельный стол.

Цель работы - разработка АСУ ТП изготовления медных анодов.

В процессе проектирования проводились выбор силового, измерительного оборудования, выбор устройства управления, разработка электрической принципиальной схемы, компоновка шкафов электроавтоматики, составление алгоритма управления АСУ ТП и составление программы для ПЛК.



Введение

Медь относится к числу тяжелых цветных металлов. Благодаря своим весьма ценным свойствам она является одним из наиболее широко используемых металлов после железа [1].

На медеплавильном заводе высококачественную катодную медь получают из медного концентрата обогатительной фабрики в четыре этапа: кислородно-факельная печь, конвертер, анодная печь, электролиз.

В ходе конвертерного передела получают черновую медь. Жидкую черновую медь доставляют от конвертеров в анодный передел и заливают в анодные печи для пирометаллургического рафинирования. В процессе рафинирования черновой меди удаляют примеси и из полученной анодной меди отливают аноды. В дальнейшем методом электролиза из медных анодов получают высококачественную катодную медь.

В курсовом проекте будет производиться автоматизация анодной печи, промежуточного и дозировочного ковшей и карусельного стола.

1. Разработка и обоснование функциональной схемы системы автоматического управления технологическим процессом

Для обеспечения высокой надежности программно-аппаратный комплекс должен состоять как минимум из трех уровней. Нижний уровень содержит датчики и исполнительные механизмы. Средний уровень включает в себя управляющий компьютер. Верхний уровень представляет собой автоматизированное рабочее место оператора на базе персонального компьютера.

Технологический процесс изготовления медных анодов требует максимальную точность температуры нагрева меди и максимальную точность ее дозирования. Функциональная схема системы автоматизации процесса изготовления медных анодов приведена на рисунке 1.

На рисунке 1 приняты следующие обозначения:

ПЛК LOGO!;

Модули расширения LOGO!;

ПЧ - преобразователь частоты;

НСУ - нормирующий суммирующий усилитель;

М - асинхронный двигатель;

Д- тензодатчик веса;

Блок питания НСУ;

Блок питания LOGO!;

КВ - концевой выключатель;

QF - автоматический выключатель.



Рисунок 1 - Функциональная схема системы изготовления медных анодов

В печь загружают черновую медь, остатки из цеха электролиза, брак, скраб и изложницы, которые подвергают плавлению. По окончании расплавления шихты проводят в течение 2-3 часов операцию окисления меди для удаления примесей. Окисление производится сжатым воздухом. Восстановление меди осуществляется с помощью природного газа. По готовности металла, устанавливаемой с помощью специального анализа, начинается разлив меди в аноды. Для выпуска рафинированной меди с боковой стороны печи, обращенной к разливочной машине, установлена шпуровая лётка диаметром 50 мм. Первоначально металл из печи вытекал из лётки в жёлоб и затем в промежуточный ковш, выпускной носок которого устанавливается над дозировочным ковшом. Носок дозировочного ковша устанавливается над очередной изложницей карусельной машины [1].

Управление осуществляется с помощью ПЛК LOGO! фирмы Siemens. В ПЛК поступают дискретные сигналы от концевых выключателей КВ, которые выполняют информационно-защитные функции. Дискретные выходы ПЛК подключаются к преобразователям частоты ПЧ и управляют их работой. Ковши установлены на весах, сигналы обратных связей которых поступают в ПЧ, образуя тем самым замкнутые контуры веса. С их помощью осуществляется точное дозирование меди. Дозирование осуществляется в два этапа: расплавленная медь из печи дозируется в промежуточный ковш, а затем, дозируется из промежуточного ковша в дозировочный. Таким образом, осуществляется более точное дозирование меди. Из дозировочного ковша медь выливают в изложницы, которые находятся на карусельном столе. Определение положения изложницы на карусельном столе осуществляется с помощью концевого выключателя КВ. Для определения нулевого положения карусельного стола установлен дополнительный концевой выключатель, который срабатывает один раз за оборот стола. Когда это происходит, процесс дозирования останавливается, так как все изложницы будут заполнены. Медь, которая останется в дозировочных ковшах, будет заново расплавлена в печи вместе со следующей партией черновой меди.

Исходя из функциональной схемы в процессе проектирования нужно выбрать следующее оборудование:

Двигатели М1-М4;

Преобразователи частоты;

Тензо- датчики веса, датчики положения;

Нормирующие суммирующие усилители;

Кабели, автоматические выключатели;

Блоки питания НСУ;

ПЛК LOGO!;

Модули расширения для LOGO!.

2. Расчет мощности и выбор электродвигателей

При обследовании объекта выявлено, что передаточные механизмы (редукторы и винты) находятся в отличном состоянии и не требуют замены. Все электродвигатели должны вращаться со скоростью 1000 оборотов в минуту.

Требуемые мощности электродвигателей определены при обследовании и равны:

М1 - 5 кВт;

М2 - 3 кВт;

М3 - 2 кВт;

М4 - 1 кВт.

Выбранные асинхронные электродвигатели [2]: АИР80В6, АИР100L6, АИР112МА6 и АИР132S6. Основные характеристики сведены в таблицу 1. Внешний вид электродвигателей серии АИР приведен на рисунке 2.

Таблица 1 - Основные характеристики электродвигателей

	М1	М2	М3	М4
Мощность, кВт	5,5	3	2,2	1,1
Частота вращения, об/мин	1000	1000	1000	1000
Масса, кг	62	50,5	25,1	16,2

Рисунок 2 - Внешний вид электродвигателя серии АИР

Модели электродвигателей:

М1 - АИР132S6-У-3-IP54-5,5-1000-IM1081

М2 - АИР112МА6-У-3-IP54-3-1000-IM1081

М3 - АИР100L6-У-3-IP54-2,2-1000-IM1081

М4 - АИР80В6-У-3-IP54-1,1-1000-IM1081, где:

АИР - серия электродвигателя;

80 - габарит электродвигателя;

В - длина сердечника и/или длина станины;

6 - количество полюсов электродвигателя;

У - климатическое исполнение электродвигателя;

3 - категория размещения;

IP54 - степень защиты электродвигателя;

1,1 - мощность электродвигателя;

1000 - частота вращения электродвигателя;

IM1081 - монтажное исполнение электродвигателя.

Выбор преобразователей частоты

Критерии для выбора ПЧ следующие:

ПЧ должен быть рассчитан на мощность электродвигателя;

ПЧ должен иметь опцию, позволяющую реализовать замкнутый контур (аналоговый вход);

ПЧ должен обеспечивать безударное управление механизмами (по S-кривой).

На основании приведенных выше требований, выбираем преобразователи частоты фирмы Invert Electric Systems общепромышленной серии Frenic G11S. Характеристики ПЧ приведены в таблицах 2 и 3. Для электродвигателя М1 выбираем ПЧ Е380-4Т0055, для электродвигателя М2 - Е380-4Т0037, для электродвигателя М3 - Е380-4Т0022 и для электродвигателя М4 - Е380-4Т0015[3].

Внешний вид преобразователей частоты приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Преобразователей частоты серии Е380-4Т



Таблица 2 - основные технические характеристики ПЧ

ПЧ	Номинальная мощность, кВА	Номинальный ток, А	Подаваемая мощность двигателя, кВт
Е380-4Т0055	8,6	13	5,5
Е380-4Т0037	5,6	8,5	3,7
Е380-4Т0022	3,6	5,5	2,2
Е380-4Т0015	2,4	3,7	1,5

Габаритные размеры (ширина-высота-глубина): 169х294х178 мм - для ПЧ1, 134х234х165 мм - для остальных ПЧ.

Таблица 3 - подробные технические характеристики ПЧ

Вход	Число фаз	3
	Напряжение питающей сети, В	(380-10%) - (500+10%)
	Частота питающей сети, Гц	50 (60) ±5%
Выход	Максимальное выходное напряжение равно напряжению сети
Защитные функции	Сверхток, превышение напряжения, низкий ток, низкое напряжение, электронная теплопроводность, перегрев, превышение допустимой температуры, короткое замыкание, фазовые потери выходного сигнала, ошибка внутренней памяти
Входы/выходы	1 аналоговый вход 1 импульсный вход 1 цифровой вход 1 аналоговый выход 2 выхода ОС
Время ускорения/ торможения	0,1 с - 6000 мин для непрерывного режима, линейный режим S-типа по выбору
Счетчик, таймер	Встроенный счетчик и таймер
Исполнение	Стандарт защиты	IP20
	Температура окружающей среды, 0С	При полной нагрузке от -10 до +50

3. Выбор и обоснование датчиков применяемых для управления технологическим процессом

Выбор тензодатчиков для платформ

Для контроля за весом ковшей необходимо установить четыре датчика веса, которые образуют платформу для измерения веса ковшей. Так как максимальный вес промежуточного ковша составляет 100 килограмм, то каждый датчик должен быть рассчитан на 100/4=25 кг, для дозировочного ковша, рассчитанного на 50 кг, необходимо выбрать датчик с пределом измерения 20 кг. Также необходимо учесть вес самих ковшей и прикрепленного к ним оборудования.

Выбираем тензорезисторные датчики балочного типа Т2 фирмы Тензо-М [4] с наибольшим пределом измерения 50 кг и 20 кг. Основные технические характеристики выбранных тензодатчиков приведены в таблице 4. Внешний вид тензодатчиков представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Внешний вид тензодатчика

Таблица 4 - основные технические характеристики тензодатчиков

Наибольший предел измерения (НПИ), кг	50	20
Класс точности по ГОСТ 30129 (МОЗМ Р 60)	С1
Число поверочных интервалов, ед.	1000
Рабочий коэффициент передачи (РКП) мВ/В	2±0.005
Компенсированный диапазон температур, 0С	- 10…+40
Рабочий диапазон температур, 0С	- 30…+50
Допустимая перегрузка, % от НПИ	25
Разрушающая нагрузка, % от НПИ, не менее	300
Входное электрическое сопротивление, Ом	390±15
Выходное электрическое сопротивление, Ом	350±1
*Напряжение питания постоянного тока, не более, В	12,0
Электрическое сопротивление изоляции, ГОм, не менее	5
Степень защиты оболочки по ГОСТ 14254	IP 68

Выбор нормирующего устройства.

Нормирующее устройство должно иметь четыре входа для датчиков и выполнять суммирование входящих сигналов. Исходя из этих условий, выбираем нормирующее устройство фирмы Тензо-М СНУ4-010. Технические характеристики приведены в таблицах 5 и 6. На рисунке 5 представлен внешний вид нормирующего устройства [4].

Рисунок 5 - Внешний вид нормирующего устройства

Таблица 5 - Основные технические характеристики НСУ

Модель	Кол-во каналов	Выход	Питание
СНУ4-010	4, суммирующий	0…10 В	2 х 12 В, 0.2 А

Таблица 6 - Подробные технические характеристики НСУ

Напряжение питания усилителя (постоянное), В	24
Количество подключаемых датчиков (R=350 Ом)	4
Потребляемый ток, мА, не более	200
Рабочий коэффициент передачи (РКП) мВ/В	1
Сопротивление нагрузки, Ом	400
Суммарная погрешность в рабочем диапазоне температур, %	0.05…0.1
Рабочий диапазон температур, 0С	-30…+60
Допустимый температурный диапазон, 0С	-40…+85
Габаритные размеры корпуса (без учета гермовводов), мм	125х78х58
Степень защиты оболочки по ГОСТ 14254	IP65

Нормирующий усилитель может дополнительно поставляться в комплекте с блоком питания. Блок питания выполнен в пластмассовом корпусе с возможностью крепления на DIN-рейку. Выбираем блок питания БП220-24/12х2, обеспечивающий питание НСУ.

Выбор концевых выключателей

Основным критерием для выбора концевых выключателей является их рабочее напряжение. Также необходим металлический корпус.

Выбираем концевой выключатель марки ВПК-2111Б, описание: путевой выключатель для коммутации электрических цепей управления под воздействием управляющих упоров в определенных точках пути контролируемого объекта [5]. Внешний вид концевого выключателя представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Внешний вид концевого выключателя

Контактная группа 1 «з» + 1 «р», номинальное напряжение до 660 В, 50 Гц, номинальный ток до 10 А, степень защиты IP54.

4. Выбор элементов электроавтоматики (пускателей, клемм, гермовводов, шин, кабелей, автоматических выключателей, кнопок)

Выбор автоматов

Автоматические выключатели обычно имеют два расцепителя: электромагнитный и тепловой. Условия выбора автомата:

Выбор автомата QF1.

В данном технологическом процессе одновременной работы электродвигателей нет, поэтому автомат QF1 выбираем исходя из максимальной нагрузки (5.5 кВт). Выбираем автоматический выключатель фирмы ИЭК марки ВА47-29 3Р 25 А х-ка D на номинальный ток IН=25А [6]. Основные технические характеристики автомата приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Технические характеристики автоматов ВА47-29

Номинальное рабочее напряжение, В	~230/400
Номинальный рабочий ток, А	25
Номинальная частота тока сети, Гц	50
Напряжение постоянного тока на один полюс, не более, В	48
Наибольшая отключающая способность, не менее, кА	4.5
Электрическая износостойкость, циклов включения-выключения, не менее	6000
Механическая износостойкость, циклов, не менее	20000
Число полюсов	3
Степень защиты по ГОСТ 14254-96	IP20
Диапазон рабочих температур, 0С	-40…+50

Выбор автомата QF2.

Выбираем автоматический выключатель фирмы ИЭК марки ВА47-29 4Р 2А х-ка В на номинальный ток IН=2 А. Основные технические характеристики приведены в таблице 7.

Выбор автомата QF3.

Выбираем автоматический выключатель фирмы ИЭК марки ВА47-29 3Р 16А х-ка D на номинальный ток IН=16 А. Основные технические характеристики приведены в таблице 7.

Выбор автомата QF4.

Выбираем автоматический выключатель фирмы ИЭК марки ВА47-29 3Р 10А х-ка D на номинальный ток IН=10 А. Основные технические характеристики приведены в таблице 7.

Выбор автомата QF5.

Выбираем автоматический выключатель фирмы ИЭК марки ВА47-29 3Р 6А х-ка В на номинальный ток IН=6 А. Основные технические характеристики приведены в таблице 7.

Выбор автомата QF6.

Выбираем автоматический выключатель фирмы ИЭК марки ВА47-29 3Р 4А х-ка D на номинальный ток IН=4 А. Основные технические характеристики приведены в таблице 7.

Выбор силовых кабелей

Необходимо выбрать экранированный кабель, рассчитанный на ток не менее 25А (ток тепловой уставки автомата).

Выбираем кабель [7] силовой гибкий экранированный КГЭШ (3х10+1х6). Материалы, из которых изготовлен кабель, приведены в таблице 8. Основные технические характеристики приведены в таблице 9.

Таблица 8 - Материалы, используемые для изготовления кабеля КГЭШ

Жилы	Медь
Изоляция	Резина типа РТИ-1
Электропроводящие экраны	Резина типа РЭ-2
Оболочка	Двухслойная, наружный слой - резина типа РШН

Таблица 9 - Технические характеристики кабеля КГЭШ (3х10+1х6)

Число и номинальное сечение жил, мм2	3х10+1х6
Диаметр токопроводящих жил, мм	4.0, 3.3
Электрическое сопротивление токопроводящих жил на 1 км, при 200С, Ом, не более	1.91, 3.3
Толщина изоляции экрана основных жил, мм	1.8, 0.5
Толщина оболочки, мм	внутренней	1.2
	наружной	2.8
Наружный диаметр кабеля, мм	26.49
Масса кабеля, кг/км	1098.17

Остальные соединения выполнены проводом ПВ3 1,5.

Выбор клемм

Для кабеля с сечением жил 10 мм2 выбираем клеммы AVK10, стоимостью 25 р, для жил кабеля с сечение 6 мм2 - AVK6, стоимостью 19 р. Для остальных проводов выбираем клеммы AVK2,5, стоимостью 15 р [8].

Выбор гермовводов

Для силовых кабелей, внешний диаметр которых составляет 26,49 мм, выбираем гермовводы PG 36, которые можно использовать при диаметрах кабеля от 23 до 32 мм [9]. Для остальных проводов - PG 7, диаметр провода до 7 мм. Цена гермоввода - 14 р.

Выбор кнопочного поста

Для запуска и останова технологического процесса необходим кнопочный пост с двумя кнопками: 1 нормально замкнутый контакт и 1 нормально разомкнутый контакт. Выбираем кнопочный пост К9092 24230 фирмы Legrand [5].

5. Выбор и обоснование контроллера из линейки Siemens Logo

Для правильного выбора контроллера необходимо знать количество входов и выходов, которое необходимо для управления процессом. Эти данные приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Назначение входов/выходов контроллера

Дискретные сигналы	Кол-во сигналов
Дискретные входы	SB1,SB2	Пуск/стоп	1
	КВ1 с печи	Крайнее верхнее положение печи	1
	КВ2 с печи	Крайнее нижнее положение печи	1
	КВ3 с промежуточного ковша	Крайнее верхнее положение промежуточного ковша	1
	КВ4 с промежуточного ковша	Крайнее нижнее положение промежуточного ковша	1
	КВ5 с дозировочного ковша	Крайнее верхнее положение дозировочного ковша	1
	КВ6 с дозировочного ковша	Крайнее нижнее положение дозировочного ковша	1
	КВ7 с карусельного стола	Положение изложницы на карусельном столе	1
	КВ8 с карусельного стола	Нулевое положение карусельного стола	1
	ВСЕГО		9
Дискретные выходы	На ПЧ М1	Запуск двигателя М1 в прямом направлении	1
	На ПЧ М1	Запуск двигателя М1 в обратном направлении	1
	На ПЧ М2	Запуск двигателя М2	1
	На ПЧ М2	Запуск двигателя М2 в обратном направлении	1
	На ПЧ М3	Запуск двигателя М3	1
	На ПЧ М3	Запуск двигателя М3 в обратном направлении	1
	На ПЧ М4	Запуск двигателя М4	1
	ВСЕГО		7
Аналоговые входы	С НСУ1	Определение веса в промежуточном ковше	1
	С НСУ2	Определение веса в дозировочном ковше	1
	ВСЕГО		2

Таким образом, для корректного управления процессом изготовления медных анодов необходимо использовать базовую комплектацию контроллера Siemens LOGO! и два модуля расширения.

Выбираем контроллер Siemens LOGO! 24RC, дисплей, напряжение питания/входы/выходы: 24В/24В/реле, 8 дискретных входов/4 дискретных выхода, память на 200 блоков, расширяемый внешними модулями 24В AC/DC. Номер для заказа 6ED1052-1HB00-0BA6 [10].

Основные характеристики:

8 дискретных входов, 4 дискретных выхода;

39 встроенных функции, сгруппированные в библиотеки логических (GF) и специальных (SF) функций;

24 внутренних флага;

Встроенный календарь и часы (кроме LOGO! 24);

Встроенный жидкокристаллический дисплей с поддержкой кириллицы и клавиатура;

Интерфейс для установки модуля памяти/батареи или подключения кабеля ПК для программирования с компьютера;

Интерфейс для подключения панели TD LOGO! или соединительного кабеля для аналогового модема;

Интерфейс расширения: до 24 дискретных входов + 8 аналоговых входов + 16 дискретных выходов+2 аналоговых выхода.

На рисунке 7 представлен внешний вид контроллера Siemens LOGO!

Рисунок 7 - Внешний вид контроллера Siemens LOGO!

Для управления технологическим процессом необходимо 9 дискретных входов, так как базовая комплектация ПЛК обеспечивает только 8 дискретных входов, то необходимо добавить модуль ввода-вывода. Напряжение питания этого модуля должно быть такое же, как и у самого ПЛК, то есть 24 В.

Выбираем модуль ввода-вывода LOGO! DM8 24R, напряжение питания /входы: 24 В пост. или перем. тока, 4 дискретных входа/4 релейных выхода. Номер для заказа: 6ED1055-1HB00-0BA0.

Также для управления технологическим процессом необходимо 2 аналоговых входа, на которые будут поступать сигналы от НСУ (0…10 В), питание модуля такое же, как и у самого ПЛК - 24 В.

Выбираем модуль аналогового ввода LOGO! AM2, питание 12/24 В пост. тока, 2 аналоговых входа 0...10 В или 0...20 мA. Номер для заказа: 6ED1055-1MA00-0BA0. Внешний вид модулей приведен на рисунке 8.

Рисунок 8 - Внешний вид модулей ввода-вывода и аналогового ввода

Для питания ПЛК и модулей расширения выбираем стабилизированный источник питания LOGO!Power, выход 24 В/2,5 A. Внешний вид источника питания приведен на рисунке 9.

Рисунок 9 - Внешний вид источника питания LOGO!Power

6. Разработка схемы электрических соединений

Принципиальная электрическая схема вынесена в графическую часть курсового проекта и выполнена на трех листах формата А4.

На принципиальной электрической схеме приняты обозначения, которые сведены в таблице 11.

Таблица 11 - Перечень блоков принципиальной электрической схемы

Обозначение	Расшифровка
А1-А4	Преобразователи частоты
А5	Блок питания LOGO!Power
А6	ПЛК LOGO!Basic
А7	Модуль ввода-вывода LOGO! DM8 24R
А8	Модуль аналогового ввода LOGO! АМ2
А9-А16	Концевой выключатель
А17, А23	Блок питания НСУ
А18, А24	Нормирующий суммирующий усилитель
А19-А22, А25-А28	Тензодатчик веса

7. Выбор и компоновка шкафа электроавтоматики

Размещение выбранного оборудования будет производиться в шкаф электроавтоматики. Скомпонованные шкафы электроавтоматики вынесены в графическую часть курсового проекта.

Тензодатчики веса крепятся на весоизмерительные платформы. Нормирующие суммирующие усилители крепится возле тензодатчиков.

Выбираем шкаф электроавтоматики фирмы Rillal EL 2255.600 навесной 746х600х415мм с монтажной панелью IP55 [11]. Объём поставки:

1 базовая камера,

2 кабельных фланцевых панелей,

1 смотровая дверь,

1 средняя часть,

2 крепёжных профиля,

дюймовые, монтируемые,

1 монтажная панель,

прилагается,

крепёжный материал.

Внешний вид шкафа представлен на рисунке 10.

Рисунок 10 - Шкаф электроавтоматики Rillal EL 2255.600 навесной



Для безопасности и удобства монтажа используем перфорированные кабель каналы фирмы АВВ размером 25х25 мм и 40х60 мм. Кабель канал изображен на рисунке 11.

Рисунок 11 - Габаритные размеры и внешний вид кабель канала

8. Разработка алгоритма функционирования системы управления

Алгоритм функционирования системы приведен на рисунке 12.

Начальное состояние: печь загружена черновой медью и скрабом, промежуточный ковш и дозировочный ковш чистые, на карусельном столе находятся четыре пустые изложницы.

Процесс запущен, черновая медь начинает плавиться в печи, после того, как медь расплавилась, ее окисляют и затем восстанавливают, получая чистую рафинированную медь. Этот процесс длится в течение времени tпл. После того, как медь готова к розливу, определяется вес промежуточного ковша, после чего проверяется условие Wпк=Wуст. В начале процесса розлива меди это условие не будет выполняться, следовательно, согласно алгоритму, поступит команда на подъем печи. Расплавленная медь через желоб будет наполнять промежуточный ковш до тех пор, пока это условие не будет выполняться. Систему желательно настроить таким образом, чтобы Wуст=2Wан. Далее следует второе условие, которое необходимо на следующих циклах. В начале процесса розлива это условие будет выполняться. Когда промежуточный ковш будет заполнен до требуемого уровня, поступит команда на опускание печи. Потом происходит определение веса дозировочного ковша, а за ним проверяется условие Wдк=Wуст1. В начале процесса розлива оно не будет выполняться, следовательно, поступит команда на подъем промежуточного ковша. Медь будет перетекать в дозировочный ковш из промежуточного ковша до тех пор, пока условие Wдк=Wуст1 не выполнится, как только это условие выполнится, сразу поступит команда на опускание промежуточного ковша. Далее поступает команда на подъем дозировочного ковша. Когда выполнится условие Wотл=Wан, поступит команда на опускание дозировочного ковша. Сразу после того, как дозировочный ковш опустится в исходное положение, поступит команда на поворот карусельного стола, как только очередная изложница будет готова, поступит команда на останов карусельного стола. Далее проверяется условие на наличие пустых изложниц. В начале будет заполнена только первая из них, следовательно, условие «все изложницы заполнены» не будет выполняться.

После того, как вторая изложница готова, цикл повторяется. Идет проверка условия Wпк<Wан. Если оно выполняется, то печь снова поднимается и доливает медь в промежуточный ковш. Как только меди окажется достаточно, происходит повтор остальной части алгоритма как и в первом случае.



Рисунок 12 - Алгоритмы функционирования системы управления

Так как на карусельном столе помещается всего 4 изложницы, цикл будет повторяться 4 раза. Когда цикл будет осуществляться четвертый раз, условие «все изложницы заполнены» будет выполнено и процесс розлива остановится.



9. Разработка и моделирование программного обеспечения в Logo Soft Comfort v6.0

С помощью программного обеспечения Logo!Soft Comfort v6.0 необходимо составить программу, которая будет управлять процессом изготовления медных анодов.

При составлении программы использовались следующие блоки:

цифровой вход;

цифровой выход;

аналоговый вход;

блок инверсии NOT;

блок сложения OR;

аналоговый пороговый выключатель;

таймер «Задержка включения»;

таймер «Задержка отключения»;

таймер «Задержка включения и отключения с сохранением».

На рисунке 13 приведена программа, созданная на базе вышеперечисленных блоков.

Блоки В001, В010, В011, В014, В023, В027 и В032 - RS-триггеры, реализованные в блоке «Задержка включения и отключения с сохранением». Они управляют выходами Q1-7. На вход S триггера приходит логическая единица когда осуществляется нажатие кнопки «Пуск».

Блоки В006, В008, В015, В016, В024, В025, В026 и В031 - логические элементы «ИЛИ», которые подключены к входу R триггеров. Они выполняют функцию сумматоров, если на этот блок приходит хотя бы одна логическая единица, то на выходе блока будет логическая единица, которая обнулит триггер. На эти блоки поступают запрещающие сигналы от других частей программы.

Блоки В009 и В017 - «Аналоговые пороговые выключатели», необходимы для отслеживания уровней входных аналоговых сигналов, поступающих с тензодатчиков веса. Выдают на выход логическую единицу при достижении входного сигнала определенного уровня и выдают логический ноль когда сигнал опускается ниже установленного уровня.

Блоки В004 и В035 - тоже RS-триггеры, которые срабатывают с задержкой времени, которое необходимо для того, чтобы карусельный стол нажал на концевой выключатель и успел съехать с него.

Блоки В018, В019 и В028 выполняют роль «программных датчиков», которые срабатывают при наличии логической единицы на выходах Q1-6. Эти «датчики» необходимы для осуществления необходимых программных блокировок, запрещающих работу тех или иных частей программы.

Блоки В020, В021 и В029 - «Задержка отключения» - создают необходимую задержку времени, которая исключает преждевременную выдачу логической единицы на выход Q7.

Блок В022 - «Задержка отключения» - создает задержку времени, которая необходима для предотвращения повторной выдачи логической единицы на выход Q3.

Блок В002 - «Задержка отключения» - создает задержку времени, необходимую для предотвращения повторной выдачи логической единицы на выход Q5.

Блок В012 - «Задержка включения» - создает задержку времени, необходимую для того, чтобы карусельный стол проехал концевой выключатель и съехал с него.

Блоки В030 и В034 - логические элементы «ИЛИ», которые выдают на выходе логическую единицу при наличии логической единицы хотя бы на одном выходе Q1-6.



Рисунок 13 - Программа для ПЛК LOGO

Представленная программа создана на базе алгоритма управления процессом изготовления медных анодов, которая приведена на рисунке 12.

На рисунке 13 приведена программа для ПЛК и находится в исходном состоянии, концевые выключатели нижнего положения замкнуты, верхнего - разомкнуты. После подачи сигнала высокого уровня на вход I1 происходит запуск процесса, как это показано на рисунке 14.

Сигнал на выходе Q1 будет до тех пор, пока в промежуточный ковш не отдозируется необходимое количество чистой рафинированной меди, для контроля за этим процессом в программе есть аналоговый вход AI1, на который поступает сигнал с НСУ1. Как только на вход AI1 поступит сигнал, равный 10 В, будет считаться что промежуточный ковш заполнен полностью, после чего на выход Q2 поступит сигнал высокого уровня - рисунок 15.



Рисунок 14 - Запуск процесса, наклон печи

С помощью таймера В003 сделана выдержка времени на включение, которая имитирует процессы, протекающие в анодной печи.

На рисунке 15 изображена ситуация, когда в промежуточном ковше находится требуемое количество меди. Тогда на вход AI1 поступает 10 В, которые поступают на аналоговый пороговый элемент, который срабатывает при 10 В на его входе и отключается при напряжении меньше 5 В.

После того как печь вернулась в исходное положение и в промежуточный ковш заполнен, на выход Q3 поступает сигнал высокого уровня с задержкой, которая реализована с помощью задержки на отключение В020. На рисунке 16 показано, что происходит дальше: промежуточный ковш начинает подниматься, значит, концевой выключатель нижнего положения не замкнут и на вход I5 поступает сигнал низкого уровня; так как ковш уже поднят, рафинированная медь переливается в дозировочный ковш, о чем свидетельствует сигнал, поступающий на аналоговый вход AI2.

Рисунок 15 - Возврат печи в исходное положение

На рисунке 17 показано как ведет себя программа при достижении в дозировочном ковше необходимого количества меди. На аналоговый вход AI2 поступает сигнал такого уровня, при котором срабатывает аналоговый пороговый выключатель В017, сразу после чего на выход Q3 поступает сигнал низкого уровня, а на выход Q4 - высокого. На выход Q4 такой сигнал будет поступать до тех пор, пока промежуточный ковш не опустится и не замкнет концевой выключатель (вход I5).



Рисунок 16 - Подъем промежуточного ковша

На рисунке 18 изображена следующая ситуация: промежуточный ковш опустился и нажал на нижний концевой выключатель (вход I5), на выход Q4 поступает сигнал низкого уровня. Через некоторое время (выдержка времени таймерами В020 и В021) поступит сигнал высокого уровня на выход Q5, дозировочный ковш начнет подниматься и разомкнет контакт концевого выключателя I7. Дозировочный ковш будет подниматься до тех пор, пока не замкнет контакт верхнего концевого выключателя I6. Как только верхний концевой выключатель замкнет свой контакт, на выход Q5 поступит сигнал низкого уровня, и подъем дозировочного ковша прекратится. Через некоторое время выдержки, необходимое для того, чтобы отдозированная медь стекла в изложницу, на выход Q6 поступит сигнал высокого уровня и дозировочный ковш начнет опускаться. Задержка времени реализована с помощью блока В027. Дозировочный ковш начинает опускаться вниз, размыкая контакт верхнего концевого выключателя (вход I6) как это показано на рисунке 19.

Рисунок 17 - Возврат промежуточного ковша

Дозировочный ковш будет опускаться до тех пор, пока не замкнет контакт нижнего концевого выключателя (вход I7), как только это происходит, на выход Q6 поступит сигнал низкого уровня и дозировочный ковш прекратит опускаться.

Через некоторое время, выдержка которого реализована блоком В029, на выход Q7 поступит сигнал высокого уровня и карусельный стол начнет поворачиваться, эта ситуация приведена на рисунке 20.



Рисунок 18 - Подъем дозировочного ковша

Карусельный стол будет поворачиваться до тех пор, пока не наедет специальным упором на концевой выключатель, который имитируется в программе входом I8. После того как он сработает, стол его проедет (задержка времени В035) и на выход Q7 поступит сигнал низкого уровня.

Далее программа будет работать в соответствии с сигналами на аналоговых входах AI1 и AI2. Если дозировочный ковш пуст, то на вход AI2 поступает 0 и с порогового выключателя выходит сигнал низкого уровня, тогда программа вернется к управлению промежуточным ковшом, после чего программа будет выполнять все те же операции, что были описаны выше. Но это при условии, что в промежуточном ковше достаточно меди чтобы изготовить еще один анод. В случае если меди не достаточно в промежуточном ковше, то тогда на аналоговый вход AI1 будет поступать сигнал менее 5 В, а пороговый выключатель подаст на выход сигнал низкого уровня и программа вернется к управлению анодной печью. Далее цикл повторится заново.

Рисунок 19 - Возврат дозировочного ковша

Рисунок 20 - Поворот карусельного стола

Цикл будет повторяться до тех пор, пока все изложницы не будут заполнены, после чего процесс остановится. Эта остановка реализована с помощью концевого выключателя нулевого положения карусельного стола, сигнал от которого поступает на выход I9. Как только стол наедет на нулевой концевой выключатель, сигнал поступит в ПЛК и с задержкой времени, необходимой для того, чтобы карусельный стол проехал этот концевой выключатель, и ПЛК остановит весь процесс. Эта задержка времени реализована с помощью блока В004. Работа программы показана на рисунке 21.

Рисунок 21 - Работа программы при срабатывании нулевого концевого выключателя



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта было выбрано основное оборудование, необходимое для автоматизации системы, а именно:

современные электродвигатели;

преобразователи частоты с S-кривой;

тензодатчики веса балочного типа;

ПЛК LOGO!;

модули расширения функций LOGO!;

монтажное оборудование.

Составлена часть технической документации, которая необходима для реальной реализации данного проекта, в частности: принципиальная электрическая схема и схема компоновки шкафа автоматики.

В программной среде LOGO! Soft Comfort v6.0 составлена программа, которая в соответствии с алгоритмом технологического процесса, адекватно управляет им.



Список литературы

1. Никитин А., Халимов А., Трифонов А. Автоматизированная система управления процессом изготовления медных анодов на Алмалыкском ГМК. - СТА, 2008. №3. С. 48-52.

2. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о электродвигателях, концерн "Евромаш"- Режим доступа: http://www.pskk.ru

3. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о преобразователях частоты, компания ООО "ОптимЭлектро"- Режим доступа: http://www.optimele.ru/

4. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о весоизмерительном оборудовании, весоизмерительная компания "ТЕНЗО-М" - Режим доступа: http://www.tenso-m.ru/

5. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о путевых выключателях, компания ЗАО "МПО Электромонтаж"- Режим доступа: http://www.electro-mpo.ru/

6. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о автоматических выключателях, электротехнических шкафах, соединительном и монтажном оборудовании, компания "ИЭК" - Режим доступа: http://www.iek.ru/

7. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о кабельной продукции, компания ЗАО "Сибкабель" - Режим доступа: http://www.sibkabel.ru/

8. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о соединительном и монтажном оборудовании, компания "СКМ Электро" - Режим доступа: http://www.skm-electro.ru/

9. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о соединительном и монтажном оборудовании, компания "Электропродукт" - Режим доступа: http://www.electroprodukt.ru/

10. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о контроллере, компания "PROSOFT" - Режим доступа: http://www.prosoft.ru/

11. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о электромонтажных шкафах, компания "АБН" - Режим доступа: http://www.abn.ru/



Приложение А

Стоимость и поставщики оборудования

Оборудование	Стоимость, руб	Кол-во	Поставщик
Двигатели
АИР80В6	2820	1	http://www.velta-c.ru/catalog/air/ ЗАО «ВЭЛТА-ЦЕНТР»
АИР100L6	4845	1
АИР112МА6	6870	1
АИР132S6	9760	1
Автоматические выключатели
ВА47-29 3Р 25А		1	http://www.iek.ru/products/catalog/part1/sect1/BA47-29/ ООО "ИНТЕРЭЛЕКТРОКОМПЛЕКТ"
ВА47-29 3Р 16А		1
ВА47-29 3Р 10А		1
ВА47-29 3Р 6А		1
ВА47-29 3Р 4А		1
ВА47-29 4Р 2А		1
Преобразователь частоты
Frenic G11S Е380-4Т0015	~9120	1	http://www.optimele.ru/catalog/chastotnye_ preobrazovately/preobrazovately_ promyshlennye.php ООО «ОптимЭлектро»
Frenic G11S Е380-4Т0022	~11050	1
Frenic G11S Е380-4Т0037	15310	1
Frenic G11S Е380-4Т0055	20500	1
Тензодатчики веса
Тензо-М Т2 50 кг	1320	4	http://www.tenso-m.ru/pages/21?id=72 Весоизмерительная компания «Тензо-М»
Тензо-М Т2 20 кг	1320	4
Нормирующий преобразователь
Нормирующий усилитель		2	http://www.tenso-m.ru/pages/21?id=159 Весоизмерительная компания «Тензо-М»
Концевые выключатели
ВПК-2111Б	449,23	8	http://www.electro-mpo.ru/catalog-cgroupe149.html ЗАО «МПО Электромонтаж»
Источник питания
БП220-24/12х2		2	http://www.tenso-m.ru/pages/21?id=159 Весоизмерительная компания «Тензо-М»
ПЛК
Siemens LOGO! 24RC		1	http://www.prosoft.ru/ компания "PROSOFT"
Блок питания
Siemens LOGO!Power		1	http://www.prosoft.ru/ компания "PROSOFT"
Модуль ввода-вывода
Siemens LOGO! DM8 24R		1	http://www.prosoft.ru/ компания "PROSOFT"
Модуль аналогового ввода
Siemens LOGO! АМ2		1	http://www.prosoft.ru/ компания "PROSOFT"
Клеммники
Клемма AVK10	25	12	http://www.skm-electro.ru/ "СКМ Электро"
Клеммы AVK6	19	4
Клеммы AVK2,5	15	32
Гермовводы
гермовводы PG 36	14	4	http://www.electroprodukt.ru/ компания "Электропродукт"
гермовводы PG 7	14	32
Шкаф электромонтажный
Rillal EL 2255.600	9226	1	http://www.abn.ru/ компания "АБН"
Кабель-канал
АВВ 25х25	14,13	1	http://www.abn.ru/ компания "АБН"
АВВ 40х60	38,80	1
Кнопочный пост
К9092 24230	1200	1	http://www.electro-mpo.ru/catalog-cgroupe1188.html ЗАО «МПО Электромонтаж»



Приложение Б

ФЮРА 454131 Э3 Система изготовления медных анодов



Приложение В

автоматический управление технологический процесс

ФЮРА 454131 Э7 Система изготовления медных анодов

Размещено на Allbest.ru