Схема автоматизації та сигналізації для чотирьохкорпусної випарної установки на основі контролера TSX Micro 3721 фірми Shneider Electric
Зміст
Вступ
1. Аналіз технологічного об’єкту управління
1.1 Відділення фільтрації соку другої сатурації
1.2 Згущення соку випарюванням
1.3 Принцип багаторазового використання пари при випарюванні соку
1.4 Принцип дії випарного апарату
1.5 Випарювання соку в чотирьохступінчастій випарній установці
2. Опис структурних схем основних контурів управління
2.1 Контур регулювання рівня соку в корпусах випарної установки
2.2 Контур регулювання температури соку в корпусах випарної
установки
2.3 Контур регулювання подачі аміачної води у збірник
відфільтрованого соку
2.4 Контроль витрати відфільтрованого соку
3. Перелік і технічна характеристика засобів автоматизації контурів
управління
4. Опис схеми з’єднань комплексу зв’язку ТОУ з МПК
Висновок
Джерела інформації
Вступ
Автоматизація виробництва
завжди була однією з основних Складових прискорення науково-технічного прогресу
в агропромисловому комплексі. У 70-80 роки вона набула нових рис у зв'язку з
бурхливим розвитком технічних засобів - мікропроцесорної техніки і персональних
електронно-обчислювальних машин (ЕОМ), функціональні можливості яких дають
змогу використовувати найдосконаліші методи в рамках сучасних складних систем
управління. Мікропроцесорні пристрої та ЕОМ, пов'язані між собою
обчислювальними й керуючими мережами з використанням загальних баз даних,
дозволяють впроваджувати комп'ютерні технології у нетрадиційні сфери діяльності
підприємства, що проявляється в інтеграції виробничих процесів та управління
ними.
Таким чином, головним
напрямом автоматизації в агропромисловому комплексі на сучасному етапі є
створення комп'ютерно-інтегрованих виробництв. За рубежем ця концепція одержала
назву СІМ (Computer Integrated Manufactoring System). Основою систем
автоматизації нині стали функціональні можливості мікропроцесорних систем
управління, при створенні яких вирішальну ролі" відіграють такі фактори,
як використання принципів інтеграції, розподіленого управління, програмних
комплексів. Слід додати, що при автоматизації виробництва об'єктом є не окремий
технологічний процес чи агрегат, а технологічний комплекс (ТК) із складними
взаємозв'язками між його підсистемами. Сучасні системи автоматизації на базі
мікропроцесорних пристроїв та ЕОМ мають широкі функціональні можливості й
досконалі технічні характеристики, які забезпечують підвищення надійності та
живучості, швидкодію, оперативність управління, збільшення кількості
входів-виходів, поліпшення комфортності праці оператора.
Розширення функціональних можливостей сучасних
мікропроцесорних систем управління пов'язане із значно зрослою кількістю видів
і систем відображення технологічної інформації: використанням динамічних
мнемосхем; одержанням графіків зміни технологічних параметрів за будь-який
відрізок часу; формуванням передісторії розвитку процесу, архівуванням за допомогою
таблиць, звітних документів тощо. Все це дає змогу підвищити оперативність
управління, максимально враховувати виробничу ситуацію, що, зрештою, зумовлює
зростання показників ефективності функціонування ТК. При створенні систем
автоматизації використовують багатоконтурні системи, в яких реалізуються
принципи компенсації збурень, адаптації, досконалі структури типу каскадних
систем, з додатковими сигналами та ін.
Спеціалісти будь-якого профілю працюють у новому
інформаційному просторі, що вимагає від них знань, потрібних при роботі на
автоматизованому обладнанні, автоматизованих технологічних комплексах,
застосування комп'ютерних технологій.
1.
Аналіз технологічного об’єкту управління
1.1
Відділення фільтрації соку другої сатурації
Фільтрація - це розділення суспензії за допомогою
пористої перегородки на чисту рідину (фільтрат) та вологий осад (фільтраційний
осад). По типовій технологічній схемі, передбачені фільтрація соку першої
сатурації (основна та контрольна), соку другої сатурації, суміші сиропу з
клеровкой.
Для розділення соку першої сатурації
використовують гравітаційні відстійники або фільтри-згущувачі ФіЛС, а для
фільтрації згущеної суспензії - барабанні камерні вакуум-фільтри. Деканат із
відстійників, сік другої сатурації та сироп з клеровкою фільтрують в дискових
фільтрах ФД.
Рисунок 2.1 - Будова фільтра ФД-150
Принцип дії фільтра ФД-150.
Фільтр складається з циліндричного горизонтального корпусу
3, всередині якого в підшипниках 6 обертається полий вал 5 (частота обертання
0,5 об/хв) з закріпленими на ньому 24 фільтруючими дисками 4. кожен диск
зібраний з восьми секторів. Сектор являє собою пустотілу рамку, з’єднану з
колекторною трубою. Рамка заповнена об’ємною сіткою і на неї натягнутий мішок з
фільтруючої капронової або лавсанової тканини.
Один кінець колекторної труби відкритий і виведений до
приймача 2, другий кінець заглушений. Приймач має зорове скло і патрубки для
відводу соку із фільтра і підводу фільтрованого соку першої сатурації.
Знизу до корпусу фільтра приварений жолоб зі шнеком 7,
призначений для відводу фільтраційного осаду. Через жолоб шнеку подають також
сік на фільтрацію.
При запуску фільтра в роботу вмикають приводи дисків і
шнека і відкривають вентилі на трубах для подачі соку, відводу фільтрату і
випуску повітря. Нефільтрований сік через жолоб шнека поступає в простір між
дисками під невеликим тиском, витісняючи повітря. Коли сік з’являється в
повітрявивідній трубці, повітряний вентиль закривають і піднімають тиск до 0,15
- 0,20 МПа. Сік проходить через тканину всередину секторів і виводиться через
трубки в приймач. Перші порції мутного фільтрату повертаються в збірник
нефільтрованого соку. На поверхні тканини поступово відкладається осад. При
досягненні деякої товщини слою осаду або перевищенні тиску у випадку поганої
фільтрації подачу не фільтрованого соку зупиняють и сік, що залишився між
дисками, спускають в збірник нефільтрованого соку.
Фільтраційний осад змивають фільтрованим соком першої
сатурації, подаючи його в простір між дисками через сопловий апарат і
протитоком через приймач соку всередину дисків. Осад, розбавлений соком,
сповзає в жолоб шнеку через поперечні розрізи в корпусі фільтру і виводиться в
збірник не фільтрованого соку.
Соки першої та другої сатурації в сахарному виробництві
являються суспензіями з низкою в’язкістю і значним вмістом твердої фази, яка по
хімічному складу являє собою майже чистий кристалічний карбонат кальцію, що
утворює нестискаємий осад.
При збільшення тиску суспензії в фільтрі швидкість
фільтрації збільшується не пропорційно, а слабше і при деякому значенні тиску
може навіть знижуватись.
Тиск при якому досягається максимальна швидкість
фільтрації, називається критичним. Для соків першої та другої сатурації він
складає приблизно 0,3 - 0,4 МПа. При високих температурах в’язкість сахарних
розчинів знижується і вони швидше фільтруються. Тому перед фільтрацією соки і
сироп підігрівають до 80 - 90 ºС.
В відділі фільтрації другої сатурації вимірюється рівень
соку в збірниках до (12а) і після фільтрації (9а). Крім того, регулюється
подача аміачної води до збірника відфільтрованого соку, при зниженні його рівня
нижче норми (13а).
Також відбувається контроль та сигналізація зміни тиску в
фільтрі ФД-150 (10а). При підвищенні його до значення 0,6 МПа відбувається
сигналізація, що фільтр забитий фільтратом і потребує очищення (проводиться
вручну).
1.2
Згущення соку випарюванням
Після хімічної та фізико-хімічної очистки
отримують сік з вмістом сухих речовин 12-15 % і чистотою 89-93 %. Якщо цей сік,
який є ненасиченим розчином сахарози, згустити до перенасиченого стану
випарюванням води, можна виділити чисту сахарозу шляхом кристалізації.
Випарювання соку здійснюють в два етапи: сік
згущують у випарній установці до вмісту сухих речовин 60 - 65 %, а потім в
вакуум-апаратах - до 92,5 - 93,5 %, викристалізовуючи при цьому частину
сахарози и у підсумку отримують суміш кристалів сахарози та між кристальної
рідини (утфіль). Всього із соку випарюється 110 - 115 % води до маси буряка.
1.3
Принцип багаторазового використання пари при випарюванні соку
Сік випарюється в випарних апаратах, які являють
собою трубчасті теплообмінники, що підігріваються водяною парою з більш високою
температурою, ніж киплячий сік, тому тепло пари через поверхню нагріву
передається соку. Гріюча пара віддає приховану теплоту пароутворення і
конденсується у воду. Отримавши теплоту від пари, сік нагрівається до кипіння і
при випарюванні утворює вторинну, або сокову, пару. Відбувається ніби обмін
прихованою теплотою пароутворення: гріюча пара віддає свою приховану теплоту
пароутворення і забирається у вигляді конденсатної води, а вода з соку,
отримавши цю теплоту, виводиться як пара.
Цей принцип полягає в тому, що випарювання
здійснюється в установці, що складається з кількох (3 - 5) послідовно з’єднаних
випарних апаратів і концентратора. Сік поступає в перший корпус, що
обігрівається ретурною парою, де із нього випарюється частина води і
утворюється сокова пара. Згущений трохи сік перетікає у другий корпус, де із
нього також випарюється частина води, і так до останнього корпусу, звідки
виходить вже сироп. Утворена в першому корпусі сокова пара направляється на
обігрів другого корпусу, сокова пара із другого - на обігрів третього, із нього
- на обігрів четвертого корпусу.
Рух соку і сокових парів здійснюється в
результаті зменшення тиску від першого до останнього корпусу, яке підтримується
за допомогою вакуум-насосу і барометричного конденсатора. Конденсат із гріючих
камер випарних апаратів виводиться в конденсатні колонки, встановлені по одній
на кожен корпус. Концентратор соковою парою не обігрівається, в ньому в
результаті перепаду тисків відбувається само випарювання сиропу.
управління випарна установка сік
1.4
Принцип дії випарного апарату
Випарні установки компонують із вертикальних
трубчастих теплообмінників - випарних апаратів.
Рисунок 2.2 - Будова випарного апарату
В нижній частині вертикального циліндричного корпусу 5
розташована гріюча (парова) камера, що складається із двох трубних решіток 9 і
системи кип’ятильних труб 1 діаметром 33х1,5 мм (корисною висотою 3400 - 4300
мм в залежності від поверхні нагріву апарату), кінці яких розвальцьовані в
отворах трубних решіток. В міжтрубний простір, обмежений циліндричними стінками
корпуса, підводять гріючу пару, знизу відводять конденсат граючої пари, а
зверху - неконденсуючі гази, які поступили разом з гріючою парою. Нижня частина
апарату 10 зроблена з’ємною, ввігнутою, що зменшує об’єм, а відповідно, і
середній час перебування соку в апараті.
Сік, що випарюється, поступає через патрубок 11 під нижню
трубну решітку і заповнює кип’ятильні труби приблизно на одну третину висоти.
При кипінні в результаті утворення бульбашок пари об’єм соку збільшується, сік
заповнює кип’ятильні труби і виплескується над вищою трубною решіткою.
Бульбашки лопаються, пара вивільнюється і накопичується в надсоковому просторі,
а сік по похилій поверхні трубної решітки стікає в циркуляційні труби. Частина
згущеного соку разом зі свіжим соком знову поступає в кип’ятильні труби знизу,
а частина виводиться із апарату через патрубки, які розташовані в нижній
частині циркуляційних труб. Природня циркуляція соку відбувається внаслідок
різниці густини стовпа паро-сокової суміші в кип’ятильних трубах і стовпа соку
в циркуляційних трубах. Густина паросокової суміші менше густини соку і
залежить від паровмісту в ньому.
Висота рівня соку в кип’ятильних трубах має важливе
значення для роботи випарних апаратів. Рівень підтримують таким, щоб найвища
трубна решітка тільки омивалась кип’ячим соком. Оптимальний рівень некиплячого
соку, що спостерігається по рівнемірам в корпусах багатоступінчастої випарної
установки, повинен бути (в % до загальної висоти кип’ятильних труб): у I - 30-35, у II - 35-40, у III -
40-45, у IV - 45-50, у концентраторі - 50-55.
При меншому рівні верхня частина поверхні нагріву не буде омиватися соком, що
приведе до зниження К. К.Д. апаратів і пригоранню сахарози на стінках, що
обігріваються. Якщо рівень соку в трубах занадто великий, то знижується
інтенсивність теплопередачі і циркуляції соку і стає можливе перекидання
продукту в гріючу камеру наступного корпусу.
Вторинна пара заповнює надсоковий об’єм і відводиться через
виносний сепаратор 7 (пастку), що затримує краплі соку. Вловлений сепаратором
сік повертається в нижню частину випарного апарату, в вторинну пару направляють
на обігрів наступної корпусу випарної установки і використовують на
технологічні потреби.
Випарні апарати працюють безперервно, тобто до них
безперервно подається сік на випарювання, а також безперервно відводиться сироп.
Для контролю та регулювання режиму роботи випарні апарати
мають запобіжні клапани 4, термометри 3, оглядові скельця 6, покажчик і
регулятор рівня соку, манометр 8. На четвертому корпусі випарної станції і
концентраторі встановлені мановакууметри. Щоб знизити втрати тепла, зовнішню
поверхню випарних апаратів покривають шаром теплоізоляції.
1.5
Випарювання соку в чотирьохступінчастій випарній установці
Перед подачею в випарну установку сік нагрівають
в багатоходових підігрівачах під тиском до кипіння і направляють в перший
корпус, де випарюється частина води і утворюється сокова пара. Звідси сік
послідовно проходить всі корпуси і концентратор, згущуючись до визначеної
густини.
Ретурну (свіжу) пару подають тільки в парову
камеру першого корпусу, а кожен наступний корпус обігрівається соковою парою
попереднього, вивільнюючись у виносних сепараторах від бризків соку.
Концентратор не обігрівається, в ньому відбувається тільки само випарювання
(випарювання за рахунок перепаду тисків). При наявності залишкової сокової пари
в четвертому корпусі, передбачена можливість подачі його в камеру
концентратора.
Таким чином, внаслідок багаторазового використання теплоти
в чотирьохступінчастій випарній установці 1 кг пари можна випарити майже 4 кг
води. Але на практиці частина сокової пари відбирають на інші технологічні
потреби і випарюють 2,4 - 3,0 кг води. Сокові пари, що відбираються із окремих
корпусів випарної установки на технологічні потреби, називають екстра-парами і
позначають буквою 
з відповідними індексами.
Принцип багаторазового використання теплоти пари можна
здійснити тільки при умові, що температура кипіння соку, а відповідно, і тиску
в корпусах випарної установки будуть знижуватись від першого до останнього. Для
створення різниці тисків, перший корпус обігрівають свіжою парою з надлишковим
тиском близько 0,3 МПа і температурою 133 ºС, останній корпус (концентратор)
через каскадні барометричні конденсатори та каплевловлювач з’єднують з
повітряним вакуум-компресором. Внаслідок конденсації вторинної пари в
барометричних конденсаторах створюється залишковий тиск 0,011 МПа (розрідження
650 - 680 мм. рт. ст.), що і забезпечує кипіння соку в останньому корпусі
випарної установки і в концентраторі при температурі 89 та 68,4 ºС.
Температуру і тиск в проміжних корпусах випарної установки
не регулюють, вони встановлюються самі собою на деякому рівні в залежності від
співвідношення розмірів поверхонь нагріву цих корпусів і паровідбору на
технологічні потреби.
Приблизний розподіл надлишкового тиску гріючих і вторинних
пар по корпусам випарної установки та рекомендований температурний режим
наведений в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 - Приблизний розподіл основних
параметрів випарної установки
|
Параметри
|
Корпуса
випарної установки
|
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
|
Температура,
ºС:
|
|
|
|
|
|
гріючої
пари
|
133,0
|
124,5
|
115,0
|
101,0
|
126,0
|
117,0
|
104,5
|
89,0
|
|
сокової
пари
|
125,5
|
116,0
|
102,0
|
85,0
|
|
конденсату
|
130,0
|
122,5
|
113,0
|
99,0
|
|
Корисна
різниця температур, ºС
|
7,0
|
7,5
|
10,5
|
12,0
|
|
Температурна
депресія, ºС
|
0,5
|
1,0
|
2,5
|
4,0
|
|
Тиск
пари, МПа:
|
|
|
|
|
|
гріючої
|
0,300
|
0,232
|
0,173
|
0,110
|
|
сокової
|
0,244
|
0,180
|
0,113
|
0,060
|
В чотирьохступінчастій випарній відбувається
контроль та регулювання температури (1а, 2а, 3а, 4а) та рівня (5а, 6а, 7а, 8а)
соку в корпусах випарної установки. Регулювання здійснюється по подачі граючої
пари (14а) та по подачі соку (15а). Додатково контролюється витрата соку, що
поступає до випарної установки (11а) - перед підігрівачем.
2.
Опис структурних схем основних контурів управління
Виділені такі контури управління:
- контур регулювання рівня
соку в корпусах випарної установки;
- контур регулювання
температури соку в корпусах випарної установки;
- контур регулювання подачі
аміачної води у збірник відфільтрованого соку;
- контроль та сигналізація
різниці тиску в фільтрі ФД-150;
- контроль та сигналізація
рівня соку в збірнику не фільтрованого соку;
- контроль витрати
відфільтрованого соку.
2.1
Контур регулювання рівня соку в корпусах випарної установки
Рівень соку в I - IV корпусах випарної
установки вимірюється відповідно датчиками гідростатичного тиску 1а, 2а, 3а, 4а
типу Rosemount 3051S для вимірювання рівня у закритих ємностях,
вихідний сигнал 4…20 мА.
Датчики підключаються по двопровідній схемі
(рисунок 5.1) до пасивних входів блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (1). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА від датчиків перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В,
підсилюється і за допомогою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП)
перетворюється в двійковий код (0…4095).
Далі, перетворений сигнал у вигляді двійкового
коду проходить через оптичну гальванічну розв’язку (ГР) і поступає на шинний
формувач (ШФ), який відповідає за обмін інформацією між підключеним модулем і
шиною контролера. Отримана інформація поступає на центральний процесорний
пристрій (ЦПП), який оброблює її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення від
до 
), який через ШФ, гальванічну розв’язку (ГР) поступає на
цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) блоку аналогових входів TSX AEZ
802. Перетворений у аналогову форму сигнал (0…10 В) підсилюється і поступає на
управляючий вхід пневмоелектричного позиціонера типу Sipart PS2 6DR52, який в свою чергу керує пневматичним виконавчим механізмом.
Виконавчий механізм регулює подачу відфільтрованого соку у
перший корпус випарної установки, впливаючи тим самим на рівень соку в усіх
корпусах установки.
2.2
Контур регулювання температури соку в корпусах випарної установки
Температура соку в I - IV корпусах
випарної установки вимірюється за допомогою термоперетворювачів опору
відповідно 5а, 6а, 7а, 8а типу 1дТС 105 - Pt100. С 3, які підключені
до нормуючих перетворювачів 5б, 6б, 7б, 8б типу ATL / Pt100/0-100 C з вихідним
сигналом 4…20 мА.
Нормуючі перетворювачі підключаються по
двопровідній схемі до пасивних входів блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (1). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В, підсилюється і
за допомогою АЦП перетворюється в двійковий код (0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду
проходить через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між
підключеним модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП,
який оброблює її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення від до ), який через ШФ, ГР поступає на ЦАП блоку аналогових входів TSX AEZ
802. Перетворений у аналогову форму сигнал (0…10 В) підсилюється і поступає на
управляючий вхід пневмоелектричного позиціонера типу Sipart PS2 6DR52, який в свою чергу керує пневматичним виконавчим
механізмом.
Виконавчий механізм регулює подачу гріючої пари у перший
корпус випарної установки, впливаючи тим самим на температурний режим всієї
установки.
2.3
Контур регулювання подачі аміачної води у збірник відфільтрованого соку
Рівень соку в збірнику відфільтрованого соку
вимірюється за допомогою гідростатичного датчика рівня 9а типу Rosemount 3051S для вимірювання
рівня у відкритих ємностях, вихідний сигнал 4…20 мА.
Датчик підключається по двопровідній схемі до
пасивного входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА від датчиків перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В,
підсилюється і за допомогою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП)
перетворюється в двійковий код (0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду
проходить через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між
підключеним модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП,
який оброблює її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення від до ), який через ШФ, ГР поступає на ЦАП блоку аналогових входів TSX AEZ
802. Перетворений у аналогову форму сигнал (0…10 В) підсилюється і поступає на
управляючий вхід пневмоелектричного позиціонера типу Sipart PS2 6DR52, який в свою чергу керує пневматичним виконавчим
механізмом.
Виконавчий механізм регулює подачу аміачної води в збірник
відфільтрованого соку при недостатньому рівні в ємності.
Контроль та сигналізація різниці тиску в фільтрі ФД-150.
Різниця тисків в фільтрі ФД-150 вимірюється за допомогою
дифманометра 10а типу APLISENS APR 2000 AL з вихідним сигналом 4…20 мА.
Датчик підключається по двопровідній схемі до пасивного
входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний сигнал 4…20 мА від датчиків
перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В, підсилюється і за допомогою
аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) перетворюється в двійковий код
(0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду проходить
через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між підключеним
модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП, який оброблює
її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення 0 або 1),
який через ШФ, ГР поступає на електронний ключ К (блок дискретних
входів-виходів TSX DMZ 28DT).
Електронний ключ К комутує котушку реле К1, контакти якого
включені в схему сигналізації відхилення технологічних параметрів.
Контроль та сигналізація рівня соку в збірнику не
фільтрованого соку.
Рівень соку в збірнику відфільтрованого соку вимірюється за
допомогою гідростатичного датчика рівня 12а типу Rosemount 3051S для вимірювання рівня у відкритих ємностях, вихідний
сигнал 4…20 мА.
Датчик підключається по двопровідній схемі до пасивного
входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний сигнал 4…20 мА від датчиків
перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В, підсилюється і за допомогою
аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) перетворюється в двійковий код
(0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду проходить через
ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між підключеним
модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП, який оброблює
її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення 0 або 1),
який через ШФ, ГР поступає на електронний ключ К (блок дискретних
входів-виходів TSX DMZ 28DT).
Електронний ключ К комутує котушку реле К2, контакти якого
включені в схему сигналізації відхилення технологічних параметрів.
Датчик підключається по двопровідній схемі до
пасивного входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА від датчиків перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В,
підсилюється і за допомогою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП)
перетворюється в двійковий код (0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду
проходить через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між
підключеним модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП,
який оброблює її у відповідності до записаної програми.
3.
Перелік і технічна характеристика засобів автоматизації контурів управління
В якості керуючого був вибраний контролер TSX Micro 3721 фірми Shneider Electric.
Контролери TSX Micro (ПЛК) являють
собою проектно-компоновані вироби, для яких кількість і склад модулів
вибирається залежно від розв’язуваної задачі керування і необхідних
характеристик вхідних і вихідних характеристик вхідних і вихідних сигналів.
Конструктивно різні моделі ПЛК TSX Micro будуються з використанням одного з двох базових
шасі, в які інтегровані мікропроцесорний модуль і слоти для встановлення
модулів. Базові шасі відрізняються функціональними можливостями процесорного
модуля, напругою живлення ПЛК, кількістю вільних слотів (2 або 3), а також
можливістю під’єднання до нього міні-шасі розширення із двома додатковими слотами.
До кожного базового шасі контролера входять: блок
живлення на 24 В постійного струму (VDC) чи 110…240 В змінного струму (VAC), процесорний модуль з
енергонезалежною оперативною пам’яттю RAM і системою резервного збереження
інформації на базі Flash EEPROM, дисплейний блок, термінальний порт і кнопка
перезавантаження.
Рисунок 4.1 - Зовнішній вигляд контролера TSX Micro
В загальній комплектації контролер TSX 3721 має такий склад
(рисунок 4.1).
Базове шасі, яке містить вбудоване джерело
живлення, модуль процесора з пам’яттю. На ньому ж розташований дисплейний блок,
роз’єм термінального порту (TER), роз’єм для під’єднання людинно-машинного
інтерфейсу (AUX) та роз’єм міні-шасі розширення (наприклад, типу TSX RKZ 02), що дозволяє
підключати до ПЛК додатково ще два модулі. Крім цього, на передній панелі
знаходится кнопка перезапску (Reset), кришки для доступу до батареї резервного
живлення, слоти для підключення карти розширення пам’яті та комунікаційної
карти.
Дисплейний блок відображає інформацію, необхідну
для діагностики працездатності ПЛК, його модулів та окремих каналів. Він
складається з:
– п’яти світлодіодних індикаторів (RUN, TER, I/O, ERR, BAT) для
відображення стану ПЛК;
– трьох блоків по 32 індикатори, за допомогою
яких відображається стан усіх входів-виходів у базовому шасі, шасі розширення,
а також стан віддалених входів-виходів; діагностика модулів і окремих каналів
на них; стан констант, внутрішніх і системних слів чи бітів у BIN - чи HEX-форматах;
– кнопок та індикаторів зміни режимів
відображення інформації на дисплейному блоці (BASE, EXT, R I/O, WRD, DIAG, "64”,
"16”).
Комплектація TSX 3721 101 - живлення 24 В
постійного струму.
Встановлені модулі (в роз’єми базового шасі):
– напівформатний модуль дискретних виходів TSX DSZ 08T2, який містить 8
виходів (транзисторні, 0,5 А), розрахованих на постійну напругу 24 В,
під’єднання здійснюється "під гвинт";
– два модулі аналогових входів TSX AEZ 802, які містять
по 8 аналогових входів 0…20 мА або 4…20 мА (вибирається при конфігуруванні
модуля);
Додатково до базового шасі підключається
міні-шасі розширення TSX RKZ 02, в якому встановлений модуль аналогових
виходів TSX ASZ 401. Він має чотири аналогових виходи з загальною точкою,
вихідний сигнал ±10 В при опорі лінії до 2 кОм. При цьому міні-шасі додатково
підключають до напруги живлення 24 В постійного струму.
Функціональна схема модуля аналогових входів TSX AEZ 802 зображена на рисунку 4.2
Він виконує такі функції:
– сканування вхідних каналів за допомогою
безконтактного мультиплексування і збір даних;
– аналогово-цифрове перетворення вхідного
сигналу з розрядністю 12 біт.
Крім цього, процесор ПЛК виконує таку обробку
даних від блоку:
– вхідний контроль перевищення рівня
сигналу;
– фільтрація сигналів;
– перетворення даних від АЦП у формат
користувача.
Рисунок 4.2 - Функціональна схема модуля аналогових входів TSX AEZ 802
Час опитування всіх каналів модуля може складати стандартне
значення (32 мс), або залежати від кількості каналів, що використовуються (4 мс
на канал).
Для будь-якого вибраного діапазону контролюється вихід за
його межі. система діагностики сигналізує про перевищення діапазону, якщо
сигнал вийде за його межі на величину, що становить 5 % від повного діапазону
шкали.
Функціональна схема модуля аналогових виходів TSX ASZ
401 зображена на рисунку 4.3 Він виконує такі функції:
– обробка цифрових значення, які обчислює
ПЛК у результаті виконання програми користувача;
– цифро-аналогове перетворення;
– виявлення і обробка несправностей, що
виникають у роботі модуля і ПЛК, та встановлення значень виходів у стан, що
відповідає аварійному режиму.
Прикладна програма користувача повинна забезпечити зміну
значення аналогового сигналу в діапазоні від до . У цьому разі на виході модуля сигнал
буде змінюватись від 
до 
В. Якщо значення, які розраховуються ПЛК будуть менші або більші,
фізичний сигнал на виході модуля буде встановлений на рівні відповідного
межового значення. Виходу модуля модифікуються парами в кінці кожного циклу
задачі, з якого вони пов’язані. Час опитування модуля складає 400 мс.
Рисунок 4.3 - Функціональна схема модуля аналогових виходів
TSX ASZ 401
В таблиці 4.1 наведена специфікація приладів, які
використані в даній роботі.
Таблиця 4.1 - Специфікація приладів
|
Позиція
|
Параметр
|
Оптимальне
значення параметра
|
Місце
встановлення
|
Найменування
і коротка технічна характеристика
|
Тип,
модель
|
К-сть
|
Завод-виробник
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
10а
|
Різниця
тисків
|
0,06
МПа
|
Фільтр
ФД-150
|
Інтелектуальний
датчик різниці тисків APLISENS,
приєднувач типу C, вих. сигнал 4…20 мА
|
APR 2000 AL
|
1
|
APLISENS
|
|
9а, 12а
|
Рівень
|
3 м
|
Збірники
соку
|
Датчик
гідростатичного тиску Rosemount, вимірювання рівня у відкритих ємностях, вих. сигнал 4…20 мА
|
3051S 2 LG 2A A 1A
|
2
|
НПО
"Метран”
|
Витрата
|
160 м3/год
|
Трубопровід
соку
|
Електромагнітний
витратомір Rosemount, вихідний сигнал 4…20 мА
|
Датчик
8705 T SA 040 C6 W3 NA з інтегрованим перетворювачем 8732C T 03 NA
|
1
|
НПО
"Метран”
|
|
1а-4а
|
Рівень
|
30; 35;
40; 45 %
|
Корпуси
випарної установки
|
Датчик
гідростатичного тиску Rosemount, вимірювання рівня у закритих ємностях, вих. сигнал 4…20 мА
|
3051S
2 LD 3A A 1A
|
4
|
НПО
"Метран”
|
|
5а-8а
|
Темпера-тура
|
126;
117; 104,5; 89 ºС
|
Корпуси
випарної установки
|
Термоперетворювач
опору 100Pt, довжина роб. частини 200 мм
|
1дТС
105 - Pt100. С 3
|
4
|
НПО
"ОВЕН”
|
|
5б-8б
|
Температура
|
|
На щиті
|
Нормуючий
перетворювач, вих. сигнал 4…20 мА
|
ATL
/ Pt100/0-100 C / 3,8 mA
|
6
|
APLISENS
|
|
13а, 14а, 15а
|
Витрата
|
|
За
місцем
|
Електропневматичний
позиціонер, вх. сигнал 0…10 В
|
Sipart PS2 6DR52 3211N00
|
3
|
SIEMENS
|
4.
Опис схеми з’єднань комплексу зв’язку ТОУ з МПК
В базове шасі процесорного модуля TSX Micro 3721 101
вмонтовані два модулі аналогових входів типу TSX AEZ 802 та модуль
аналогових виходів TSX ASZ 401.
Крім того, до базового шасі підключене шасі
розширення типу TSX RKZ 02 в якому встановлений напівформатний модуль
дискретних виходів TSX DSZ 08T2. Додатково до шасі розширення підключається напруга живлення
+24 В.
Однією з основних конструктивних особливостей
модулів є спосіб під’єднання до них вхідних та вихідних ланцюгів. Використані в
роботі модулі обладнані спеціальними клемними колодками для під’єднання
"під гвинт".
Їхньою особливістю є те, що клемні колодки є
з’ємними. Це дає змогу при заміні модуля, зняти їх без порушення монтажу
проводів, що до неї приєднуються.
Під’єднання до модулів із клемною колодкою
здійснюється безпосередньо із закріпленням проводів "під гвинт",
якими обладнані всі клеми. До кожної клеми можуть біти під’єднані або
неізольовані кінці проводів перерізом від 0,28 до 1,5 мм2, або
проводи, обладнані спеціальними наконечниками відкритого чи закритого типу.
Для підключення ПЛК до ПЕОМ використовується
термінальний роз’єм TER, розташований на передній панелі процесорного модуля. Обмін
даних відбувається по протоколу RS 485, що дозволяє відразу передавати дані на великі
відстані, використавши перетворювач інтерфейсу тільки на стороні ПЕОМ.
Підключення датчиків до модулів аналогових входів
відбувається по двопровідній схемі, як показано на рисунку 5.1.
На рисунку 5.2 показане розключення клемної
колодки модуля аналогових входів TSX AEZ 802, а в таблицях 5.1 та 5.2 містяться описи
підключення датчиків до клем відповідно модуля (1) та (2).
Рисунок 5.1 - Двопровідна схема підключення датчиків
Рисунок 5.2 - Розключення клемної колодки модуля AEZ 802
Таблиця 5.1 - Підключення датчиків до модуля AEZ 802 (1)
|
Датчик
|
Номер
контакту
|
|
Вхід
|
Загальна
точка
|
Екран
|
|
1а
|
1
|
2
|
4
|
|
2а
|
3
|
2
|
4
|
|
3а
|
5
|
6
|
4
|
|
4а
|
7
|
6
|
|
5а
|
9
|
10
|
8
|
|
6а
|
11
|
10
|
8
|
|
7а
|
13
|
14
|
12
|
|
8а
|
15
|
14
|
12
|
Таблиця 5.2 - Підключення датчиків до модуля AEZ 802 (2)
|
Датчик
|
Номер
контакту
|
|
Вхід
|
Загальна
точка
|
Екран
|
|
9а
|
1
|
2
|
4
|
|
10а
|
3
|
2
|
4
|
|
11а
|
5
|
6
|
4
|
|
12а
|
7
|
6
|
8
|
Електропневматичний позиціонер підключається по
трьох провідній схемі (рисунок 5.3).
На рисунку 5.4 показане розключення клемної
колодки модуля аналогових входів TSX ASZ 401, а в таблиці 5.3 міститься опис підключення позиціонерів до
клем модуля.
Рисунок 5.3 - Трьохпровідна схема підключення опозиціонера
Рисунок 5.4 - Розключення клемної колодки модуля ASZ 401
Таблиця 5.3 - Підключення позиціонерів до модуля ASZ 401
|
Позиціонер
|
Номер
контакту
|
|
Вихід
|
Загальна
точка
|
Екран
|
|
13а
|
1
|
2
|
3
|
|
14а
|
5
|
6
|
7
|
|
15а
|
9
|
10
|
11
|
На рисунку 5.5 показане розключення клемної
колодки модуля дискретних виходів TSX DSZ 08T2, а в таблиці 5.4
міститься опис підключення котушок реле до клем модуля.
Рисунок 5.5 - Розключення клемної колодки блоку DSZ 08T2
Таблиця 5.4 - Підключення котушок реле до модуля DSZ 08T2
|
Реле
|
Номер
контакту
|
|
Вихід
|
Загальна
точка
|
1
|
14
|
|
К2
|
3
|
14
|
Висновок
В ході виконання курсової роботи, була розроблена
схема автоматизації та сигналізації для чотирьохкорпусної випарної установки на
основі контролера TSX Micro 3721 фірми Shneider Electric, була вибрана
конфігурація модулів, необхідних для виконання поставленого завдання.
На основі складеної схеми автоматизації були
розроблені структурна схема контурів управління та схема зовнішніх підключень
для модулів контролера.
В даній роботі були використані сучасні датчики,
які у поєднанні з контролером дають змогу підвищити точність підтримки
оптимального режиму об’єкту керування. Це значно впливає на зменшення затрат
енергетичних ресурсів підприємства, оскільки випарювання - один з най
енергоємних процесів виробництва.
Джерела
інформації
1. Автоматизація технологічних процесів і виробництв харчової
промисловості: Підручник/Ладанюк А.П., Трегуб В.Г., Ельперін І.В., Цюцюра В.Д.
- К.: Аграрна освіта, 2001. - 224 с.
. Ельперін І.В. Промислові контролери: Навч. посіб. - К.: НУХТ,
2003. - 203 с.
3. Автоматизация производственных
процессов и АСУТП в пищевой промышленности /Под ред. Л.А. Широкова. - М.:
Агропромиздат, 1986. - 311 с.
4. Сапронов А.Р. Общая технология сахара и сахаристых веществ. - М.: Пищевая
пром-сть, 1979. - 464 с.