1.Розроблення алгоритмічної структури (схеми керування)
Алгоритмічна структура алгоритму керування складається для кращого розуміння алгоритму управління, систематизації і структурування обробки інформації, а також вироблення необхідної послідовності керуючих дій для забезпечення нормального функціонування об’єкта. Алгоритмічна структура алгоритму керування є універсальним носієм інформації і не залежить від контролера, на якому цей алгоритм буде реалізований.
Оскільки даний технологічний процес є неперервним,тому доцільно провести розробку схеми керування технологічним об’єктом. Як бачимо в схемі АСК тепловим режимом трубчатої печі суміщені дві схеми регулювання температури вихідного продукту за витратою палива, які вибираються при допомозі щитового перемикача ЩП на два положення (контур 1 або контур 2). В першому контурі, сигнал з давача температури виходу (t=450°С )іде на регулятор температури РТ1. Також на цей регулятор поступає сигнал по температурі димових газів (tг=700°С) , що пройшов блок диференціювання Дф. Сигнал з давача температури виходу (t=450°С ) також надходить на коректуючий регулятор РТ1, який в свою чергу формує завдання для регулятора температури РТ2 димових газів. До РТ2 ще надходить сигнал по температурі димових газів (tг=700°С). Виходи обох контурів можуть подаватися на виконавчий механізм регулюючого клапана Кл1 на лінії подачі палива в залежності від положення щитового вимикача ЩП. Подачу повітря(степінь відкриття заслінки) регулюємо ручним за датчиком через контролер.
Схема керування технологічним об’єктом наведена на рис.1.1
Рис.1.1 – Схема керування технологічним об’єктом
2. Вибір конфігурації контролера і схем підключення
2.1 Вибір технічних засобів автоматизації
Вибір технічних засобів будемо здійснювати на основі структурної схеми автоматизації трубчатої печі. Усі регулятори реалізуємо програмно на мікропроцесорному контролері МІК-51.
Мікропроцесорний контролер МІК-51
МІК-51 - це компактний малоканальний багатофункціональний мікропроцесорний контролер, призначений для автоматичного регулювання та логічного управління технологічними процесами. Він призначений для застосування в електротехнічній, енергетичній, хімічній, металургійній, харчовій, цементній, скляній та інших галузях промисловості.
Архітектура контролера забезпечує можливість вручну або автоматично включати, відключати, перемикати і реконфігурувати контури регулювання, причому всі ці операції виконуються безударно незалежно від складності структури управління. У поєднанні з обробкою аналогових сигналів контролер МІК-51 дозволяє виконувати також логічні перетворення сигналів і виробляти не тільки аналогові або імпульсні, але і дискретні команди управління. Логічні функціональні блоки формують логічну програму крокового управління із завданням контрольного часу на кожному кроці. У поєднанні з обробкою дискретних сигналів контролер дозволяє виконувати також різноманітні функціональні перетворення аналогових сигналів і виробляти не тільки дискретні, але і аналогові керуючі сигнали.
МІК-51 містить засоби оперативного управління, розташовані на лицьовій панелі (рис. 1.1) контролера. Ці засоби дозволяють вручну змінювати режими роботи, встановлювати завдання, управляти ходом виконання програми, вручну управляти виконавчими пристроями, контролювати сигнали і показувати помилки.
Стандартні аналогові і дискретні датчики і виконавчі пристрої підключаються до контролера МІК-51 за допомогою індивідуальних кабельних зв'язків. Усередині контролера сигнали обробляються в цифровій формі.
Рис. 2.1 - Загальний вигляд контролера МІК – 51
Всі зовнішні ланцюги, крім ланцюгів електроживлення, підключаються до контролера за допомогою клемно-бл очних з'єднувачів КБЗ. Клемно-блочні з'єднувачі підключаються до контролера через роз'єм розташований на задній стінці приладу. Всі зовнішні ланцюги підключаються до контролера МІК-51 через 3 роз'єми розташованих на задній стінці приладу.
Клемно-блочні з'єднувачі призначені для монтажу на рейку DIN35x7, 5 EN50022.
Схема підключення контролера МІК-51 залежить від модифікації клемно- блочного з'єднувача.
Рис. 2.2 – Клемно-блочний з’єднувач КБЗ – 29 – 01
Контролер МІК-51 являє собою комплекс технічних засобів. До його складу входить центральний мікропроцесорний блок контролера, клемно- блочний з'єднувач та модуль розширення.
Для вибору моделі контролера і його конфігурації необхідно визначитись з переліком технічних засобів автоматизації, які будуть використовуватись для реалізації алгоритму управління. При цьому дуже важливо знати параметри сигналів від датчиків і на виконавчі механізми. На рис. 2.1 наведена спрощена функціональна схема автоматизації на якій показані датчики і виконавчі механізми, а також типи сигналів для їх підключення до мікропроцесорного контролера (МІК-51)
Рис. 2.3 - . Спрощена схема автоматизації трубчастої печі:
ВД – входи дискретні; ДВ – виходи дискретні; ВА – входи аналогові; АВ – аналогові виходи; ВІ – входи імпульсні; ІВ – імпульсні виходи
Вибір технічних засобів для реалізації алгоритму управління:
Для вимірювання температури димових газів tг=700°С (ТЕ) – термометр опору (ТСПУ-9304) з вбудованим нормуючим перетворювачем і вихідним сигналом 0 – 20 мА. Вхідний аналоговий сигнал (01)
Для вимірювання температури виходу продукту t=450°С (ТЕ) – термометр опору (ТСПУ 002-10) з вбудованим нормуючим перетворювачем і вихідним сигналом 0 – 20 мА. Вхідний аналоговий сигнал (02)
Перемикач (контура регулювання) (SА) – два вхідних дискретних сигнали: 01 – при виборі контура №1, 02 - при виборі контура №2
Клапан Кл 1 – пневматичний клапан з аналоговим електропневматичним перетворювачем. Управляючий сигнал 0 – 20мА. Аналоговий вихідний сигнал – 02
Клапан відсікаючий (заслінка) – пневматичний клапан з аналоговим електропневматичним перетворювачем. Управляючий сигнал 0 – 20 мА. Аналоговий вихідний сигнал – 01
Стисла технічна характеристика підібраних технічних засобів автоматизації
Короткі технічні характеристики термоперетворювача опору ТСПУ 002-10:
Область застосування, контрольоване середовище: вихідний сигнал: 4 ... 20 мА; рідкі та газоподібні середовища.
Межі виміру,: -50 ... +500 ° С
Довжина монтажної частини, мм - 80 ... 3150
Клас допуску - А; похибка ± 0,1% від 1вих
Показник теплової інерції, 40 с
Матеріал арматури : ст. 12Х18Н10Т
Живлення: 9 ... 40 В постійного струму
Виконання IP54
Конструкція: без штуцера; арматура d-8; 10; з штуцером М20х1, 5; d-8; 1 0; укомплектований вбудованим вимірювальним перетворювачем ПІ 01.02
Маса, кг
0,6 (монтажна довжина 1м)
Термін служби – 9 років
ГОСТ, ТУ
ТУ 4211-005-02566817-97
№ Держреєстру, сертифіката
16971-97
Рис. 2.4 – ТСПУ 002-10
Короткі технічні характеристики термоперетворювача опору ТСПУ – 9304:
Форма подання інформації : вихідний сигнал: 4 ... 20 мА
Межі виміру : -50 ... +1000 ° С
Довжина монтажної частини: мм - 80 ... 3000
Похибка вимірювання : 0,4 ... 1,5
Живлення:12 ... 36 В
Виконання :ПМ4; кліматичне: У3.1, -50 ... +50 ° С
Термін служби: 9 років
Конструкція: електронний блок вбудовується в головку первинного перетворювача; підключення приладу через роз'єм 2РМ14, або через клемні колодки; напруга живлення з блоку БППТ24
Рис. 2.5 – ТСПУ -9304
Короткі технічні характеристики регулюючого клапана пневматичного РК-07:
призначення: для палива.
Робоче середовище Т -30 ... +100 ° С
Діаметр умовного проходу , Ду 100 ; 150 ; 200 ; 250мм
Умовний тиск , Ру 20…100 кПа
Умовна пропускна здатність , Кv 40 , 80 , 160 , 380м3 / ч
Технічні характеристики max витрата робочого середовища: 12 ... 36Нм3 / год;
Час закриття / відкриття : 40 ... 60с
Живлення 220В ; 50Гц
Виконання загальнопромислове
Умови експлуатації -30 ... +60 ° С
Конструкція тип приводу ПВРОВ-125/60-0 , 75 ;
Герметичність в затворі - клас щільності А
Габаритні розміри , мм 1250х505х588 ( max )
Маса , кг 153 ... 248
Термін служби: 12 років
ГОСТ , ТУ ГОСТ Р ІСО 9001-96
№ Держреєстру , сертифіката № 6300.3100/RU
Рис. 2.6 – Загальний вигляд РК-07
До цього клапана вибираємо аналоговий електропневматичний перетворювач ЕП- 0040 :
призначення: перетворення уніфікованого безперервного сигналу постійного струму в уніфікований пропорційний пневматичний безперервний сигнал
Параметри ЕП- 0040 перетворювачі електропневматичні
Робоче середовище повітря під тиском
Вхідний сигнал: 4 ... 20мА
Вихідний сигнал 20 ... 100кПа (пневматичний аналоговий )
Вхідний опір 610 ± 30 Ом ( 0 ... 5А ) ;
130 ± 15 Ом ( 0 ... 20 , 4 ... 20мА )
Похибка ± 0,25 ; ± 0,5 ; ± 1,0 %
клас точності 0,5
Технічні характеристики параметри вібрації: частота25Гц ; амплітуда 0,1 мм; витрата повітря живлення не більше 2л/мін
Живлення номінальний тиск повітря харчування 140кПа
Споживана потужність -
виконання загальнопромислове
Умови експлуатації +5 ... +60 ° С , вологість до 80 % (до 98 % тр.ісп . )
Габаритні розміри , мм 36х48х130
Маса , кг 0,4
Термін служби 10 років
ГОСТ , ТУ ТУ 25-7304-008-87
№ Держреєстру , сертифіката № Держреєстру 11051-87
Короткі технічні характеристики клапана відсікаючого ОК-30:
призначення: управління газовими потоками в автоматизованих системах управління технологічними процесами хімічних виробництв , у тому числі в установках виділення кисню з атмосферного повітря методом короткоціклоновой безнагревной адсорбції ( КБА )
Параметри ОК- 30 клапан відсікаючий
Робоче середовище Т +10 ... +40 ° С
Діаметр умовного проходу , Ду 30мм
Умовний тиск , Ру 20 ... 100 кПа
Умовна пропускна здатність , Кv 8,1 м3 / ч
Термін служби: 12 років
Живлення постійний струм: 24В ( ОК- 30); 48В ( ОК- 30 -01) ; 100В ( ОК- 30 -02) ; 110В ( ОК- 30 -03) ; 220В ( ОК- 30 -04) ;
змінний струм : 24В ( ОК- 30 -05) ; 100В ( ОК- 30 - 06); 220В ( ОК- 30 -07)
Споживана потужність 7ВА
Конструкція нормально закритий ;
приєднання керуючого тиску здійснюється трубками з матеріалу , стійкого до робочого і навколишнього середовищ;
вид управління - електромагнітний
Габаритні розміри , мм діаметр 124х203
Маса , кг 3,5
ГОСТ , ТУ 5Д2.507.011 ТУ
Рис. 2.7 – Загальний вигляд ОК – 30
До цього клапана вибираємо аналоговий електропневматичний перетворювач ЕП- 0030:
призначення: перетворення уніфікованого безперервного сигналу постійного струму в уніфікований пропорційний пневматичний безперервний сигнал
Параметри ЕП- 0030 перетворювачі електропневматичні
Робоче середовище повітря під тиском
Вхідний сигнал 0 ... 5 , 0 ... 20 , 4 ... 20мА
Вихідний сигнал 20 ... 100кПа (пневматичний аналоговий )
Вхідний опір 610 ± 30 Ом ( 0 ... 5А ) ;
130 ± 15 Ом ( 0 ... 20 , 4 ... 20мА )
Похибка ± 1,0 %
клас точності 1,0
Технічні характеристики параметри вібрації: частота25Гц ; амплітуда 0,35 мм;
витрата повітря живлення не більше 2л/мін
Живлення номінальний тиск повітря живлення 140кПа
Споживана потужність -
Виконання корозійностійке ;
пиловологозахищені : IP54
Умови експлуатації -50 ... +60 ° С , вологість до 95 % (до 100 % тр.ісп . )
Габаритні розміри , мм 55х105х165
Маса , кг 1,2
Термін служби 10 років
ГОСТ , ТУ ТУ 25-7304-008-87
№ Держреєстру 11051-87
Для перемикання контурів регулювання використовуємо тумблер TSM102A1
Конфіг.контактів: SPDT, 3A/250В, виводи плоскі, з отвором
Тип корпусу:
Виробник: NINIGI
Рис. 2.8 – Перемикач (тумблер) TSM102A1