Автоматизация аэродинамического режима процесса сушки апатито-нефелинового концентрата в сушильном барабане АО «Апатит». Часть 2.

Страницы:   1   2   3

---

Глава 2. Разработка САУ разрежения в сушильном барабане

На рисунке 2.1 приведена техническая схема АСР разрежения в сушильном барабане.

 

На рис. 2.1 обозначены следующие элементы:

• АРМ – автоматизированное рабочее место;
• РУ – регулирующее устройство;
• ПБР – пускатель бесконтактный реверсивный;
• ИМ – исполнительный механизм;
• РО – рабочий орган;
• ОУ – объект управления;
• Д – датчик.

В соответствии с приведенной схемой, контур САУ разрежения получает задание от АРМ. САУ выполнена в виде замкнутого контура с отрицательной обратной связью. Входной сумматор контура проводит сравнение заданного разрежения с измеренного с помощью датчика Д. На выходе сумматора – ошибка регулирования разрежения. По ошибке регулирования разрежения работает регулятор РУ. Данный регулятор может быть реализован на основе программируемого логического контроллера. Выходной сигнал регулятора разрежения поступает на пускатель бесконтактный реверсивный, который воздействует на исполнительный механизм ИМ. Исполнительный механизм приводит в движение рабочий орган, который в свою очередь должен воздействовать на объект управления ОУ для изменения разрежения в сушильном барабане. Воздействие на ОУ в данной САУ заключается в изменении положения шиберной заслонки в дымоходе за разгрузочной камерой.

 

Глава 3. Выбор технических средств разработанной САУ разрежения в сушильном барабане

3.1. Датчики и исполнительные механизмы

Контроль разрежения воздуха в топке сушильного барабана осуществляется при помощи датчика разрежения марки «МЕТРАН»

Интеллектуальные датчики давления серии Метран-100 предназначены для измерения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485 входной величины – разрежения (Метран 100 ДИВ);

Конфигурирование датчика:

• кнопочное со встроенной панели;
• с помощью HART коммуникатора;
• с помощью программы HART Master и компьютера. Доступ к параметрам датчика через ОРС сервер;
• встроенный фильтр радиопомех;
• внешняя кнопка установки «нуля»;
• непрерывная самодиагностика.

Основная техническая характеристика датчика разрежения Метран-100-ДИВ – верхний предел измерений – 0,08 кПа.

В «автоматическом» режиме управление разрежением передается регулятору разрежения. Выходной сигнал регулятора преобразуется, в модуле ЦИП2, в импульсную форму и через усилитель ПБР-2М приводит в движение исполнительный механизм типа МЭО, который изменяет положение шибера в дымоходе. Задание по разрежению устанавливается оператором при помощи кнопок «больше», «меньше». Исполнительным механизмом выполняющим функции регулирования подачи первичного воздуха является МЭО Механизм электрический исполнительный однооборотный.

Исполнительные механизмы постоянной скорости предназначены для преобразования электрического сигнала управляющего устройства в перемещение рабочего органа. Исполнительные механизмы позволяют:

• автоматическое, дистанционное или ручное управление рабочим органом;
• автоматический или дистанционный останов рабочего органа в любом промежуточном положении;
• позиционирование рабочего органа в любом промежуточном положении;
• формирование информационного сигнала о конечных и промежуточных положениях рабочего органа.

Принцип работы данного устройства заключается в преобразовании электрического командного сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройство во вращательное перемещение выходного вала.

Механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Установка: выносные механизмы, устанавливаемые на специальных площадках вблизи арматуры и связанные с ней посредством рычагов и тяги

Основные технические характеристики:

• однооборотный МЭО;
• номинальный крутящий момент (усилие для МЭП) на выходном валу 6.3, 10, 12.5, 16, 25, 32, 40, 100, 250, 630, 1600, 4000, 10000 Н∙м ;
• номинальное время полного хода выходного вала 10, 12.5, 25, 30, 63, 160 сек;
• номинальный полный ход выходного вала 0,25, 0,63 об.

В таблице 3.1 приведен состав технических средств измерительных средств САУ сушильного агрегата.

Таблица 3.1 – Спецификация на технические средства автоматизации САУ разрежения в сушильном барабане

 

3.2. Программируемый логический контроллер ОВЕН

Обоснование выбора оборудования ОВЕН

При разработке системы автоматического управления разрежения, и других САУ сушильного барабана будем ориентироваться на применение оборудования российского производства, что особенно востребовано в последние два года в связи с импортозамещением во всех отраслях российской экономики.

В качестве одного из возможных вариантов программируемого логического контроллера (ПЛК) САУ рассмотрим оборудование российской компании ОВЕН. Продукцией компании ОВЕН являются различные датчики, измерительные преобразователи, измерители-регуляторы, программируемые реле, программируемые логические контроллеры, панели человеко-машинного интерфейса и прочие изделия.

К ПЛК ОВЕН можно подключать как аналоговые, так и цифровые измерительные устройства с унифицированными сигналами. Также данным ПЛК могут быть интегрированы в сети промышленной автоматизации на основе сетей Modbus, Ethernet и других.

За два десятилетия выпуска ПЛК ОВЕН многие специалисты сходятся во мнении, что данные ПЛК удовлетворяют разнообразным требованиям большинства систем автоматического управления и систем автоматизации технологических процессов.

При обосновании использования оборудования ОВЕН для реализации САУ сушильного барабана, рассмотрим краткое сравнение некоторых особенностей, с которыми придется столкнуться при вводе в эксплуатацию и дальнейшем обслуживании технических средств автоматизации, изделий российской компании ОВЕН и немецкой компании Siemens.

Отметим, что оборудование компании Siemens имеет высокое качество изготовления, высокий уровень надежности и отказоустойчивости, но при этом его высокая стоимость значительно удорожает реализацию проектов. Кроме того, реализация проектов автоматизации на оборудовании компании Siemens, в большинстве случаев, требует привлечения иностранных специалистов, что также увеличивает стоимость реализации. При реализации САУ учитываем и то, что оборудование Siemens выпускается за рубежом, а в Российской Федерации может находиться только на складах крупных поставщиков и не всегда в нужном количестве. Поэтому возможны ситуации, когда поставка на объект оборудования Siemens займет около 3-6 недель.

При использовании продукции ОВЕН, наличие русскоязычной технической документации, русскоязычных интерфейсов среды разработки программ, а также русскоязычной технической поддержки и разработчиков вообще исключают расходы на привлечение иностранных специалистов. Наличие производственных мощностей компании ОВЕН и развитой сети партнеров во многих регионах Российской Федерации, сокращает срок поставки оборудования ОВЕН на объект до нескольких дней.

Проведенный анализ технической документации позволяет выбрать контроллер ОВЕН СПК110 для реализации систем автоматического управления сушильным барабаном. Стоит отметить, что в этом случае затраты на аппаратную часть будут не значительны в сравнении с покупкой оборудования зарубежного производства. Предлагаемый контроллер ОВЕН СПК110 стоит 19824 руб.

На основании каталогов производителя [1] выполним выбор оборудования отечественного производства ОВЕН для САУ разрежения в сушильном барабане. Основными элементами САУ являются:

• панельный программируемый логический контроллер СПК110;
• модуль ввода аналоговых сигналов на 8 аналоговых входов МВ110-8А;
• модуль дискретного вывода на 16 выходов-реле МУ110-16Р;
• модуль ввода дискретных сигналов на 16 входов МВ110-224.16Д.

Далее рассмотрим подробней используемые устройства ОВЕН.

Панельный программируемый логический контроллер СПК110

Для реализации САУ разрежения в сушильном барабане выбираем контроллеры ОВЕН СПК110. Данные контроллеры являются устройствами класса «человеко-машинный интерфейс» со встроенными функциями свободно-программируемого контроллера. Сфера применения ОВЕН СПК110 – автоматизированные системы управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, энергетике и ЖКХ.

Панель СПК100 выполнена на основе микропроцессора ARM926EJ с тактовой частотой до 400 МГц и имеет динамическое ОЗУ (RAM) объемом 64 Мб, энергонезависимую память (Flash) объемом 128 Мб. Память, зарезервированная для хранения энергонезависимых данных (Retain) средствами среды программирования CODESYS имеет объем 4 кб.

Основные особенности выбранного контроллера ОВЕН СПК110 по сравнению с другими контроллерами ОВЕН:

• панель оператора и программируемый логический контроллер в одном корпусе;
• графический экран с диагональю 7 дюймов;
• количество цветов 65535 (16 бит);
• сенсорное управление экраном;
• два независимых последовательных интерфейса RS-232/RS-485;
• встроенная операционная система Linux;
• поддержка протоколов Modbus/OWEN.

Панель предназначена для функционирования под управлением среды исполнения CODESYS 3.5. Панель предназначена для выполнения следующих функций:

• управления объектом;
• отображение состояния управляемого объекта в режиме реального времени, с использованием графических пиктограмм (индикаторы, графики, линейки, условные обозначения оборудования и т.д.);
• отображение сенсорных элементов, при помощи которых оператор осуществляет непосредственное управление функционированием объекта;
• управление функционированием других приборов посредством интерфейсов связи;
• запись и чтение значений других приборов, к которым подключается панель.

Панель изготавливается в пластмассовом корпусе, предназначенном для крепления в щит. Внешний вид модификаций панели представлен на Рис. 3.3 – 3.4.

На лицевой стороне СПК100 расположены:

• цветной TFT дисплей с сенсорной панелью;
• индикатор «ПИТАНИЕ», сигнализирующий о наличии напряжения питания панели;
• индикатор «СOM», сигнализирующий о наличии обмена данными по портам СOM1 и СOM2;
• индикатор «Работа», сигнализирует о том, что запущен проект CODESYS; мигание индикатора с интервалом 1 раз в секунду говорит о возникновении исключительного события в проекте (Exception).

На левой грани панели СПК110 расположен слот для карты типоразмера SD.

На задней поверхности панели расположены:

• соединитель интерфейсов USB Host, предназначенный для подключения к панели устройств, оснащенных интерфейсом USB;
• соединитель интерфейса USB Device, предназначенный для подключения панели к интерфейсу USB в качестве периферийного устройства;
• соединители DB9M портов COM1 и COM2, предназначенные для подключения к панели внешних устройств по интерфейсу RS-232/RS-485;
• разъемный клеммный соединитель питания, предназначенный для подключения панели к питающей сети.

Основные функциональные возможности контроллера ОВЕН СПК110:

• объединение функций ПЛК и графической панели оператора позволяют сэкономить пространство в щите управления и стоимость системы управления в целом;
• разработка программ и алгоритмов управления в единой среде программирования позволяет сократить сроки разработки за счет использования одних и тех же переменных системы, тем самым экономит человеческие и финансовые ресурсы исполнителя;
• сенсорный экран управления – позволяет создавать элементы управления технологическим процессом в удобных для пользователя местах, осуществлять необходимые подписи и комментарии к элементам управления;
• программное переключение режимов работы универсальных интерфейсов RS-232/RS-485 – позволяют не оговаривать исполнение панели в момент заказа и сократить количество ЗИП на складе;
• индикация состояния обмена по последовательным интерфейсам на лицевой панели позволяет идентифицировать состояние линий связи с внешними устройствами, не прибегая к вскрытию щита управления;
• операционная система – дает возможность использовать стандартные программные средства для увеличения функциональных возможностей изделия.

В таблице 3.2 приведены основные технические характеристики контроллера ОВЕН СПК110.

В таблице 3.3 приведена информация о поддерживаемых коммуникационных протоколах контроллера ОВЕН СПК110.

Таблица 3.2 – Основные технические характеристики контроллераОВЕН СПК110

 

Таблица 3.3 – Поддерживаемые коммуникационные протоколы контроллера ОВЕН СПК110

 

Модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-8А

В основу модуля ввода аналоговых сигналов МВ110-8А положен широко распространенный стандарт проводной связи RS-485. Все модули используют для коммуникации простые протоколы, основанные на принципе «запрос-ответ».

Модуль расширения МВ110-8А работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON. Тип протокола определяется прибором МВ110-8А автоматически.

Прибор МВ110-8А не является Мастером сети, поэтому сеть RS-485 должна иметь Мастер сети, например, персональный компьютер с запущенной на нем SCADA-системой, контроллер или регулятор. В качестве Мастера сети могут использоваться контроллеры ОВЕН ПЛК и т.п.

К прибору МВ110-8А предоставляется бесплатный ОРС-драйвер и библиотека стандарта WIN DLL, которые рекомендуется использовать при подключении прибора к SCADA-системам и контроллерам других производителей.

Конфигурирование прибора МВ110-8А осуществляется на ПК через адаптер интерфейса RS-485/RS-232 или RS-485/USB (например, ОВЕН АСЗ-М или АС4, соответственно) с помощью программы «Конфигуратор М110», входящей в комплект поставки.

Опрос входов происходит последовательно, т.е. опрос восьми входов займет время, равное сумме опросов входов с 1 по 8.

Прибор МВ110-8А эксплуатируется при следующих условиях:

• закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;
• температура окружающего воздуха от -10 до +55 °С;
• верхний предел относительной влажности воздуха 80 % при 25 °С и более низких температурах без конденсации влаги;
• атмосферное давление от 86 до 106,7 кПа.

По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ Р 52931-2008. По устойчивости к воздействию атмосферного давления прибор относится к группе Р1 по ГОСТ Р 52931-2008. По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения N1 по ГОСТ Р 52931-2008. По электромагнитной совместимости модули относятся к оборудованию класса А по ГОСТ Р 51522-99.

В таблице 3.4 приведены характеристики модуля расширения ОВЕН МВ110-8А.

Таблица 3.4 – Характеристики модуля расширения ОВЕН МВ110-8А

 

В таблице 3.5 приведены характеристики используемых на входе сигналов постоянного тока, напряжения и сопротивления.

Таблица 3.5 – Используемые на входе ОВЕН МВ110-8А сигналы постоянного тока, напряжения и сопротивления

 

На Рис. 3.6 показано обозначение клемм прибора ОВЕН МВ110-8А.

К прибору ОВЕН МВ110-8А можно подключать датчики температуры (термометр сопротивления) как показано на Рис. 3.7.

На Рис.3.8 показана схема подключения датчиков с унифицированным токовым сигналом.

 

 

 

Модуль аналогового вывода МУ110-6У

Прибор МУ110-6У предназначен для преобразования цифровых сигналов, передаваемых по сети RS-485, в аналоговые сигналы диапазоном от 0 до 10 В для управления исполнительными механизмами или для передачи сигналов приборам регистрации и самописцам.

Внешне модуль аналогового вывода МУ110-6У похож на модуль МВ110-8А (Рис. 3.5).

Прибор МУ110-6У работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON.

Прибор МУ110-6У не является Мастером сети, поэтому сеть RS-485 должна иметь Мастер сети, например, ПК с запущенной на нем SCADA-системой, контроллер или регулятор. В качестве мастера сети могут использоваться приборы ОВЕН ТРМ151, ТРМ133, контроллеры ОВЕН ПЛКи т.п.

К МУ110-6У предоставляется бесплатный ОРС-драйвер и библиотека стандарта WIN DLL, которые рекомендуется использовать при подключении прибора к SCADA-системам и контроллерам других производителей.

Конфигурирование МУ110-6У осуществляется с помощью ПК через адаптер интерфейса RS-485/RS-232 или RS-485/USB (например, ОВЕН АСЗ-М или АС4, соответственно) с помощью программы «Конфигуратор М110», входящей в комплект поставки.

Прибор отвечает требованиям по устойчивости к воздействию помех в соответствии ГОСТ Р 51522 для оборудования класса А.

Прибор эксплуатируется при следующих условиях:

• закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;
• температура окружающего воздуха от -10 до +55 °С;
• верхний предел относительной влажности воздуха 80 % при 25 °С и более низких температурах без конденсации влаги;
• атмосферное давление от 86 до 106,7 кПа.

По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ 12997-84.По устойчивости к воздействию атмосферного давления прибор относится к группе Р1 по ГОСТ 12997-84.По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения N1 по ГОСТ 12997-84.

В таблице 3.6 приведены характеристики модуля аналогового вывода МУ110-6У.

На Рис. 3.9 приведен общий чертеж МУ110-6У.

На Рис. 3.10 – схема подключения к ВЭ типа ЦАП 0…10 В.

Таблица 3.6 – Характеристики модуля МУ110-6У

 

 

 

Модуль дискретного вывода МУ110-16Р

Прибор МУ110-16Р предназначен для управления по сигналам из сети RS-485 встроенными дискретными выходными элементами, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным управлением.

Внешне модуль дискретного вывода МУ110-16Р похож на модуль МВ110-8А.

Встроенные выходные элементы могут работать в режиме ШИМ.

Прибор МУ110-16Р работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON. Прибор МУ110 не является Мастером сети, поэтому сеть RS-485 должна иметь Мастер сети, например, ПК с запущенной на нем SCADA-системой, контроллер или регулятор.

К прибору МУ110-16Р предоставляется бесплатный ОРС-драйвер и библиотека стандарта WIN DLL, которые рекомендуется использовать при подключении прибора к SCADA-системам и контроллерам других производителей.

Конфигурирование прибора МУ110-16Р осуществляется на ПК через адаптер интерфейса RS-485/RS-232 или RS-485/USB (например ОВЕН АСЗ-М или АС4) с помощью программы «Конфигуратор М110», входящей в комплект поставки.

Прибор МУ110-16Р отвечает требованиям по устойчивости к воздействию помех в соответствии с ГОСТ Р 51522 для оборудования класса А.

Прибор МУ110-16Р эксплуатируется при следующих условиях:

• закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;
• температура окружающего воздуха от -10 до +55 °С;
• верхний предел относительной влажности воздуха 80 % при 25 °С и более низких температурах без конденсации влаги;
• атмосферное давление от 86 до 106,7 кПа.

По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ 12997-84. По устойчивости к воздействию атмосферного давления прибор относится к группе Р1 по ГОСТ 12997-84. По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения N1 по ГОСТ 12997-84.

Основные особенности модуля дискретного вывода ОВЕН МУ110-16Р:

• 16 каналов дискретного вывода, групповая развязка;
• типы выходных элементов: Р – э/м реле 3 А ~250 В или =30 В;
• возможность выдачи ШИМ-сигнала с любого выхода;
• напряжение питания: ~220 В или =24 В (в зависимости от модификации);
• МУ110 работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON.

В таблице 3.7 приведены основные характеристики прибора МУ110-16Р.

На Рис. 3.11 показана схема подключения клемм прибора МУ110-16Р.

Таблица 3.7 – Основные характеристики прибора МУ110-16Р

 

 

Модуль ввода дискретных сигналов МВ110-16Д

Прибор МВ110-16Д предназначен для сбора данных со встроенных дискретных входов с передачей их в сеть RS-485.

Внешне модуль дискретного ввода МВ110-16Д похож на модуль МВ110-8А .

Встроенные дискретные входы могут работать в режиме счетчиков импульсов частотой до 1 кГц. Прибор МВ110-16Д работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON.

Прибор МВ110-16Д не является Мастером сети, поэтому сеть RS-485 должна иметь Мастер сети, например, ПК с запущенной на нем SCADA-системой, контроллер или регулятор.

К прибору МВ110-16Д предоставляется бесплатный ОРС-драйвер и библиотека стандарта WIN DLL, которые рекомендуется использовать при подключении прибора к SCADA-системам и контроллерам других производителей.

Конфигурирование прибора МВ110-16Д осуществляется на персональном компьютере через адаптер интерфейса RS-485/RS-232 или RS-485/USB (например ОВЕН АСЗ-М или АС4) с помощью программы «Конфигуратор М110», входящей в комплект поставки.

Прибор МВ110-16Д отвечает требованиям по устойчивости к воздействию помех в соответствии с ГОСТ Р 51522 для оборудования класса А.

Прибор эксплуатируется при следующих условиях:

• закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;
• температура окружающего воздуха от -10 до +55 °С;
• верхний предел относительной влажности воздуха 80 % при 25 °С и более низких температурах без конденсации влаги;
• атмосферное давление от 86 до 106,7 кПа.

По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ 12997-84. По устойчивости к воздействию атмосферного давления прибор относится к группе Р1 по ГОСТ 12997-84. По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения N1 по ГОСТ 12997-84.

В таблице 3.8 приведены основные характеристики прибора МВ110-16Д. В таблице 3.9 – основные характеристики дискретных входов прибора МВ110-16Д.

На Рис. 3.12 показана схема подключения схема подключения прибора МВ110-16Д к датчикам с выходом типа «сухой контакт». На Рис. 3.13 – схема подключения прибора МВ110-16Д к датчикам с выходом типа N-P-Nс открытым коллектором.

Таблица 3.8 – Основные характеристики прибора МВ110-16Д

 

 

 

Таблица 3.9 – Основные характеристики дискретных входов прибора МВ110-16Д

 

---

Страницы:   1   2   3