3. Определение объема автоматизации, вида ауу и структуры сау
Для правильного функционирования бункера активного вентилирования необходимо предусмотреть следующий объем автоматизации:
Наличие одного датчика температуры (датчик температуры воздуха, датчик);
Наличие двух датчиков влажности воздуха;
Управление приводами нории, вентилятора, лебедки.
Объём автоматизации изображен в графической части.
В нашем случае объектом управления является технологический процесс вентилирования зерна, а цель управления - поддержание или изменение по определённому закону температуры воздуха, поэтому в качестве вида АУУ определяем автомат и регулятор. Данные виды АУУ позволят полностью реализовать контроллер. Контроллер выбираем по количеству входов-выходов, по функциональным характеристикам и стоимости.
Из анализа технологического процесса и объема автоматизации видно, что контроллер должен обладать следующими параметрами:
• 9 входов ( с возможностью обработки аналоговых сигналов (0-10В));
• 6 выходов (8А);
• обладать достаточно высокими быстродействием;
• достаточным количеством функций;
• эффективность и максимальная надежность в работе;
• относительно малая стоимость.
Из всего многообразия микропроцессорных средств, для управления технологическими процессами, выбираем микроконтроллер AL2-14MR-D фирмы Mitsubishi.
Характеристика микроконтроллера AL2-14MR-D 215073 фирмы Mitsubishi:
Контроллер серии Alpha XL.
Напряжение питания: 24В DС.
Кол-во входов: 9 ( с возможностью обработки аналоговых сигналов (0-10В)).
Кол-во выходов: 6 (8А).
Тип выхода: реле.
Возможности Alpha XL: максимальная емкость программы до 200 функциональных блоков, большой ЖК дисплей с подсветкой, функциональный блок ПИД-регулятора с функцией самонастройки, возможность расширения с помощью модулей входов/выходов, арифметические функции, 2-й порт связи (RS-232). Возможность подключения модуля с 2-мя аналоговыми выходами, преобразователя температура/напряжение для прямого подсоединения термопар типа Pt100 и К.
Размеры (ШхВхГ): 124,6 х 90 х 52 мм.
Выбранный контроллер AL2-14MR-D 215073 обладает следующими параметрами:
а) 9 дискретных входов; б) 6 дискретных выходов; в) обладает достаточно высоким быстродействием; г) достаточным количеством функций; д) эффективность и максимальная надежность в работе; е) легкость программирования и перепрограммирования; ж) относительно малая стоимость.
Структура САУ приведена на рисунке 3.1
вентилирование технологический автоматизация реле
Рисунок 3.1 - Структура САУ Активного вентилирования
ИМ1 - исполнительный механизм (подачи воды); ИМ2 - исполнительный механизм (подачи пара); ИМ3 - исполнительный механизм (трехходовой клапан подачи молока); Dt1 - датчик температуры молока; Dt2 - датчик температуры пара; Dt3 - датчик температуры воды; Dt4 - датчик верхнего уровня; Dt5 - датчик нижнего уровня.
4. Разработка алгоритма, структуры и программы управления
Из анализа описания работы линии и технических требований для реализации предложенного варианта автоматизации, необходимо предусмотреть следующий объем технических средств автоматики: Датчики уровня зерна, датчики влажности Концевые выключатели, срабатывающие при крайних положениях поршня-заглушки, для осуществления его возвратно-поступательного движения. Реле времени для отсчетов интервалов работы оборудования. Выбор вышеперечисленных приборов приведен в пункте 3. Для математического описания алгоритма дискретной системы управления воспользуемся законами Булевой алгебры и логическими таблицами. Для формализации алгоритма примем следующие обозначения:1 - магнитный пускатель нории;
Х2 - магнитный пускатель привода лебедки
Х3 - магнитный пускатель вентилятора;
Х4 - магнитный пускатель калорифера;
b1 - датчик верхнего уровня ;
b2 - датчик нижнего уровня;
b3 - датчик влажности на входе в бункер;
b4 - датчик влажности на выходе из бункера;
b5 - конечный выключатель лебедки;
b6 - конечный выключатель лебедки;
На основании словесного описания технологического процесса и с учетом принятых обозначений составляем запись алгоритма управления . Так же произведем проверку алгоритма на реализуемость.
Автоматический режим 1:
Автоматический режим 2:
Проверим алгоритм на реализуемость.
Таблица 4.1 - Проверка алгоритма на реализуемость
-
Такт
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Вес элемента
1 2 4 8 16 8 16 2 4 1
Запись алгоритма
a2↑ - b7↑ - x3↑ - b4↑ - Х4↑ - b4↓ - X4↓ -b7↓- X3↓ - а2↓
Вес состояния
1 3 7 15 31 23 7 5 1 0
Проводим аналогичные операции и расчеты для автоматического режима 1. Алгоритм реализуем, так как в нормальном режиме работы суммарное весовое состояние равно нулю.
В случае аварийного режима - весовое состояние неотрицательно, значит алгоритм реализуем, а не схождение весового состояния в ноль обусловлено ходом технологического процесса. Схема управления реализуема без дополнительных элементов, так как в тактах алгоритма управления нет повторяющихся весовых состояний. Разработку структуры управления начинаем с составления таблицы частных включений для каждого исполнительного механизма. Исходным материалом для составления логических таблиц (частных таблиц включения, таблиц покрытия) служит запись алгоритма работы САУ. В нее входят: само исполнительное устройство, контакты командного аппарата, включающего исполнительный механизм, и контакты аппаратов, срабатывающих и обеспечивающих выполнение всех условий, предъявляемых к данной технологической линии.
Структурная схема исполнительного элемента Х1
Таблица 4.2 - Таблица частных включений ИЭ Х1
Э |
Вес Э |
Такты |
|||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
х1 |
1 |
- |
+ |
+ |
+ |
- |
+ |
- |
- |
b1 |
2 |
- |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
b2 |
4 |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
a1 |
6 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
- |
Весовое состояние |
2 |
8 |
12 |
13 |
7 |
3 |
2 |
0 |
|
Из анализа весового состояния видно, что структуру управления можно реализовать без дополнительных элементов, так как в тактах алгоритма нет повторяющихся весовых состояний.
Из структурной теории релейных устройств известна следующая структурная формула для определения первоначальной структуры элемента:
f(x) = fcp(x) + fomn(x)X(4.1)
где fcp(x) - логическое произведение контактов элементов в такте отпускания, обеспечивающих замкнутую цепь элемента, для которого определяется структурная формула; fomn(х) - логическое произведение контактов элементов в такте отпускания, обеспечивающих замкнутую цепь элемента, для которого определяется структурная формула.
f
(4.2)
Используя закон де Моргана преобразуем полученное выражение.
(4.3)
Для упрощения первоначальных структурных формул элемента воспользуемся таблицей покрытий. Она позволяет исключить из первоначальной структурной формулы лишние слагаемые, которые реализуют с помощью дополнительных слагаемых структурной формул [4].
Таблица 4.3 - Таблица покрытий ИЭ Х1
-
№
Цепь
Такты
3
4
5
1
X
X
-
2
-
-
-
3
-
X
X
4
-
-
+
Проводим аналогичные операции и расчеты для остальных элементов.
Структурные схемы включения для элементов сведем в таблицу 4.4.
Таблица 4.4 - Структурные формулы и схемы включения
Э |
Структурная формула |
Структурная схема |
x1 |
|
|
x2 |
|
|
x2 |
|
|
x3 |
|
|
x4 |
|
|
На основании полученный частных структурных схем всех элементов составим полную структурную схему управления технологическим процессом. При составлении полной структуры управления учитываем следующие особенности:
автоматическую сигнализацию при аварийном отключении компрессора
так как система в целом работает по срабатыванию датчиков температуры и влажности вследствие этого, осуществляется автоматическое управление исполнительными механизмами, включим в цепь соответствующие блокировки и дополнительные контакты.
Рисунок 4.1 - Полная структурная схема
Так как в качестве устройства управления установкой используется программный логический контроллер, то следует разработать программу для его работы. Контроллер α-серии программируется на языке FBD (Function Block Diagrаm). Он предназначен для программирования промышленных логических контроллеров (ПЛК). Программирование на нем представляет собой размещение на поле набора логических блоков И, ИЛИ, НЕ, триггеров, таймеров, блоков обработки сигнала и установления связи между ними. Графическая программа состоит из экземпляров функциональных блоков и соединений между ними. Основание для разработки программы является структурная схема управления (рисунок 4.1). Разработку программы ведем по методике [5].
Приведем пример представления структурной схемы ИЭ Х1 в виде FBD программы для контроллера. В программе используем блок Bolean.
Рисунок 4.2 - Фрагмент программы
Аналогичным образом проводим анализ остальных структурных схем. В полном объеме программа управления для контролера приведена на рисунке 4.3.
Таблица 4.5 - Таблица входов - выходов.
-
Вход
Сигнал
Выход
Сигнал
I 01
Температура воздуха;
O 01
Нория
I 02
Влажность воздуха;
O 02
Лебедка вверх
I 03
Влажность воздуха;
O 03
Лебедка вниз
I 04
датчик верхнего уровня
O 04
Вентилятор
I 05
Конечный выключатель
O 05
Калорифер
I 06
Конечный выключатель
O 06
Звуковая сигнализация
Рисунок 4.3 - FBD программа управления для контроллера