Глава 3. Описание технических средств разработанной САУ смазки подшипников
3.1. Датчики и исполнительные механизмы
Термопреобразователи сопротивления медные ТСМ Метран-243
Для измерения температуры подшипников будем использовать термопреобразователь сопротивления ТСМ Метран-243 [5]. Данный термопреобразователь предназначен для измерения температуры малогабаритных подшипников и поверхности твердых тел.
В таблице 3.1 приведены основные характеристики ТСМ Метран-243.
Таблица 3.1 – Основные характеристики ТСМ Метран-243
| Характеристика | Значение |
| Количество чувствительных элементов | 1 |
| НСХ | 50М |
| Класс допуска | С |
| Схема соединений | 4-х проводная |
| Диапазон измеряемых температур | -50 … 120°С |
| Климатическое исполнение | У1.1 по ГОСТ 15150, но для значений температуры окружающего воздуха от -45° до 60°С; Т3 по ГОСТ 15150, но для значений температуры окружающего воздуха от -10° до 60°С с относительной влажностью до 98% при температуре 35°С |
| Периодичность поверки | не реже одного раза в 2 года |
| Методика поверки | в соответствии с ГОСТ 8.461 |
| Масса | не более 0,3 кг |
| Средний срок службы | не менее 5 лет |
| Гарантийный срок эксплуатации | 18 месяцев с момента ввода в эксплуатацию |
Клапан электромагнитный фирмы SMART серии SA5578
Открытие масляной магистрали для подачи смазки к подшипникам будем использовать клапаны электромагнитные серии SA5578 [6]. Данные клапаны могут использоваться с различными типами смазок.
Основные технические характеристики клапана серии SA5578:
- размеры – DN 15-50;
- присоединение: внутренняя резьба – G 3\8″ — 2″;
- корпус – латунь;
- материал уплотнения Teflon – нейтральные жидкости и газы, пар, пароводяная смесь от -30 до +185ºС;
- электромагнитные катушки класс защиты IP65 работают при напряжении переменного тока: AC220В, AC110В; AC24В или постоянного тока: DC24В; DC12В;
- рабочий перепад давления в трубопроводе: 0.5-25 бар;
- максимальный перепад давления на клапане до 25 бар;
- клапан соленоидный нормально-закрытый (без напряжения – закрыт);
- класс защиты: IP65.
Датчик давления Метран-55
Для контроля давления в системе автоматической смазки будем применять малогабаритный датчик Метран-55 [7], который обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин избыточного (ДИ), абсолютного (ДА) давления, разрежения (ДВ), давления-разрежения (ДИВ) нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал.
Основные технические характеристики датчика Метран-55:
- погрешность измерений ±0,15; ±0,25; ±0,5%;
- диапазон перенастройки 10:1;
- измеряемые среды: жидкость, пар, газ (в т.ч. газообразный кислород);
- диапазон измеряемых давлений – минимальный 0-0,06 МПа, максимальный 0-100 МПа;
- выходной сигнал: 4-20, 0-5 мА;
- температура окружающего воздуха: -40…70°С;
- исполнения – кислородное; взрывозащищенное (ЕхiaIICT5X, ЕхibIICT5X, 1ExdsIIBT4/H2X);
- межповерочный интервал – 3 года;
- степень защиты от воздействия пыли и воды – IP65;
- внесены в Госреестр средств измерений под №18375-08, сертификат №32479, ТУ 4212-009-12580824-2002 (МП).
Смазочный насос Quiclub P-203
Смазочный насос Quiclub P-203 [8] применяется в системах от 1-2 до 300 точек смазки. Насос работает циклично (работа-пауза). Подаёт смазку консистенции по классу смазки по NLGI 2 при температурах воздуха от — 40°C до +70° C или минеральных масел с минимальной вязкостью 40 mm²/s (cST).
В таблице 3.2 приведены основные технические характеристики насоса Quiclub P-203.
Таблица 3.2 – Основные технические характеристики насоса P-203
| Характеристика | Значение |
| Насос | |
| Температура окр. воздуха | -40° C до 70° C |
| Количество выпусков | 1,2 или 3 |
| Ёмкость | 2 л, 4 л, 8 л |
| Заполнение | через пресс-маслёнку или сверху |
| Смазочное вещество | консистенция класса NLGI 2, минеральные масла с мин. вязкостью 40mm²/s (cST) при 40° C |
| Степень защиты | IP6K |
| Электроподключение | |
| Входное напряжение | 94 — 265 VAC; 47 — 63 Hz |
| Входной ток | 200 m A при 230 VAC |
| Импульс ток | < 30 A |
| Тип защиты | T 1,25 A/250 внтренний |
| Выходное напряжение | 24 VDC +/- 1 % |
| Ограничение тока | кратковременное |
| Защита от перегрузки | да |
| Защита от холостого хода | да |
| Электродвигатель | |
| Максимальная продолжительность работы | 30 минут |
| Рабочее напряжение | 24VDC |
| Максимальный ток | 3 A |
| Частота вращения | 17 об/мин |
Принцип работы насоса Quiclub 203 изображен на рис.(3.6) и рис.(3.7). Обозначения на рис.(3.6) и рис.(3.7):
1 – эксцентрик;
2 – поршень;
3 – пружина;
4 – обратный клапан.
Электрический двигатель приводит во вращение эксцентрик 1. Во время работы поршень засасывает смазку из ёмкости. Затем поршень подаёт смазку через распределители к подключенным точкам трения.
При диаметре рабочего поршня 5 мм величина подачи – 2 см³/мин, при диаметре рабочего поршня (стандартный) – 6 мм величина подачи 2,8 см³/мин, при диаметре рабочего поршня 7 мм величина подачи 4 см³/мин.
На рис.(3.8) показана принципиальная схема подключения насоса Quiclub P-203.
Обозначения на рис.(3.8):
1 – емкость с мешалкой;
2 – насос;
3 – обратный клапан (предотвращает поступление смазки из магистрали);
4 – предохранительный клапан;
P – магистраль нагнетания;
R – обратная магистраль.
На рис.(3.9) показана схема подключения насоса Quiclub 203 без блока управления.
Спецификация технических средств автоматизации
Спецификация выбранных средств автоматизации приведена в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Спецификация на технические средства автоматизации САУ смазки
| Позиция | Наименование и техническая характеристика оборудования | Тип, марка оборудования | Код оборудования,изделия,материала | Завод-изготовитель | Единица измерения | Кол-во | Масса единицы оборудования,кг | Примечание |
| TT 1-1 TT 1-2 | Термопреобразователи сопротивления медные ТСМ | Метран-243 | ― | ПГ «Метран», Россия, г. Челябинск | шт | 2 | 0,3 | ― |
| TV 1-1 TV 1-2 | Клапан электромагнитный латунный муфтовый двухходовой нормально открытый | SA5578 | ― | Smart Hydrodynamic Systems | шт | 2 | 1,7 | ― |
| NS 1-1 | Смазочный насос | P-203 | ― | Quicklub | шт | 1 | 31 | ― |
| PT 1-1 PT 1-2 | Датчик давления Выход – 4-20 мА | Метран-55 | ― | ПГ «Метран», Россия, г. Челябинск | шт | 2 | 0,6 | ― |
3.2. Программируемый логический контроллер
ОВЕН ПЛК150
Для управления системой смазки подшипников приводного и хвостового барабанов ленточного конвейера будем использовать программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК150 [9].
Данный контроллер представляет из себя моноблочный контроллер с дискретными и аналоговыми входами/выходами на борту для автоматизации малых систем.
Особенностями ОВЕН ПЛК150 являются:
- компактный DIN-реечный корпус;
- дискретные и аналоговые входы/выходы на борту;
- наличие последовательных портов (RS-485, RS-232) и Ethernet;
- расширение количества точек ввода/вывода осуществляется путем подключения внешних модулей ввода/вывода по любому из встроенных интерфейсов.
Конкурентными преимуществами ОВЕН ПЛК150 являются:
- Отсутствие встроенной операционной системы, что повышает надежность работы контроллеров.
- Скорость работы дискретных входов – до 10 КГц при использовании подмодулей счетчика. Большое количество интерфейсов на борту: Ethernet, последовательных порта.
- Расширенный температурный диапазон работы: от –20 до +70 С.
- Встроенный аккумулятор, позволяющий «пережидать» пропадание питания: выполнение программы при пропадании питания и перевод выходных элементов в «безопасное состояние».
- Встроенные часы реального времени.
- Контроллер поддерживает работу с нестандартными протоколами по любому из портов, что позволяет подключать такие устройства как электро-, газо-, водосчетчики, считыватели штрих-кодов и т.п.
На рис. (3.11) показана функциональная схема ОВЕН ПЛК150.
Общие сведения о контроллере ОВЕН ПЛК150 приведены в таблице 3.4.
Таблица 3.4 – Общие сведения о контроллере ОВЕН ПЛК150
| Конструктивное исполнение | Унифицированный корпус для крепления на DIN-рейку (ширина 35 мм), длина 105 мм (6U), шаг клемм 7,5 мм |
| Степень защиты корпуса | IР20 |
| Напряжение питания: ПЛК150-220 | 90… 264 В переменного тока (номинальное напряжение 220 В) частотой 47… 63 Гц |
| Потребляемая мощность | 6 Вт |
| Индикация передней панели | 1 индикатор питания 6 индикаторов состояний дискретных входов 4 индикатора состояний выходов 1 индикатор наличия связи с CODESYS 1 индикатор работы программы пользователя |
В таблице 3.5 приведена информация о ресурсах центрального процессора и памяти ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.5 – Ресурсы ОВЕН ПЛК150
| Центральный процессор | 32-разрядный RISC-процессор 200 МГц на базе ядра АRМ9 |
| Объем оперативной памяти | 8 МВ |
| Объем энергонезависимой памяти хранения ядра CODESYS, программ и архивов | 4 МВ |
| Размер Retain-памяти | 4 кВ |
| Время выполнения цикла ПЛК | Минимальное 250 мкс (нефиксированное), типовое от 1 мс |
В таблице 3.6 приведена информация о дискретных входах ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.6 – Информация о дискретных входах ОВЕН ПЛК150
| Количество дискретных входов | 6 |
| Гальваническая изоляция дискретных входов | есть, групповая |
| Электрическая прочность изоляции дискретных входов | 1,5 кВ |
| Максимальная частота сигнала, подаваемого на дискретный вход: — при программной обработке — при применении аппаратного счетчика — при применении обработчика энкодера | 1 кГц 10 кГ 1 кГц |
В таблице 3.7 приведена информация о характеристиках дискретных входных сигналов ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.7 – Характеристики дискретных входных сигналов ОВЕН ПЛК150
| Модификация контроллера | Сигнал, подаваемый на дискретный вход | Комментарий |
| ПЛК150-220 | С помощью сухого контакта или ключа, коммутирующего общую клемму дискретных входов и клемму конкретного входа | Суммарное сопротивление контакта и линии подключения должно быть не более 100 Ом |
В таблице 3.8 приведена информация о дискретных выходах ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.8 – Информация о дискретных выходах ОВЕН ПЛК150
| Количество дискретных выходов | 4 э/м рел |
| Характеристики дискретных выходов | Ток коммутации до 2 А при напряжении не более 220 В 50 Гц и cos j > 0,4 |
| Гальваническая изоляция дискретных выходов | есть, индивидуальная |
| Электрическая прочность изоляции дискретных выходов | 1,5 кВ |
В таблице 3.9 приведена информация об аналоговых входах ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.9 – Информация об аналоговых входах ОВЕН ПЛК150
| Количество аналоговых входов | 4 |
| Типы поддерживаемых унифицированных входных сигналов | Напряжение 0…1 В, 0…10 В, -50…+50 мВ Ток 0…5 мА, 0(4)…20 мА Сопротивление 0…5 кОм |
| Типы поддерживаемых датчиков | Термосопротивления: ТСМ50М, ТСП50П, ТСМ100М, ТСП100П, ТСН100Н, ТСМ500М, ТСП500П, ТСН500Н, ТСП1000П, ТСН1000Н Термопары: ТХК (L), ТЖК (J), ТНН (N), ТХА (K), ТПП (S), ТПП (R), ТПР (В), ТВР (А-1), ТВР (А-2) |
| Разрядность встроенного АЦП | 16 бит |
| Внутреннее сопротивление аналогового входа: в режиме измерения тока в режиме измерения напряжения 0…10 В |
50 Ом Около 10 кОм |
| Время опроса одного аналогового входа | 0,5 с |
| Предел основной приведенной погрешности измерения аналоговыми входами | 0,5 % |
| Гальваническая изоляция аналоговых входов | отсутствует |
В таблице 3.10 приведена информация об аналоговых входах ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.10 – Информация об аналоговых выходах ОВЕН ПЛК150
| Количество аналоговых выходов | 2 |
| Разрядность ЦАП | 10 бит |
| Тип выходного сигнала ПЛК 150-И ПЛК 150-У ПЛК 150-А | Ток 4…20 мА Напряжение 0…10 В Ток 4…20 мА или напряжение 0…10 В |
| Питание аналоговых выходов | встроенное, общее на все выходы |
| Гальваническая изоляция аналоговых выходов | есть, групповая |
| Электрическая прочность изоляции аналоговых выходов | 1,5 кВ |
В таблице 3.11 приведена информация о характеристиках встроенных выходных аналоговых элементов ОВЕН ПЛК150.
Таблице 3.11 – Информация о характеристиках встроенных выходных аналоговых элементов ОВЕН ПЛК150
| Обозначение на модуле | Наименование | Характеристики |
| И | Цифроаналоговый преобразователь «параметр – ток 4…20 мА» | Сопротивление нагрузки от 0 до 900 Ом |
| У | Цифроаналоговый преобразователь «параметр – напряжение 0…10 В»» | Сопротивление нагрузки от 2 кОм |
| А | Цифроаналоговый преобразователь «параметр – ток 4…20 мА или напряжение 0…10 В» | Сопротивление нагрузки от 150 до 900 Ом для токового сигнала и свыше 10 кОм для сигнала напряжения |
В таблице 3.12 приведена информация об интерфейсах связи ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.12 – Информация об интерфейсах связи ОВЕН ПЛК150
| Интерфейсы | Ethernet 100 Base-T RS-232 RS-485 |
| Скорость обмена по интерфейсам RS | от 4800 до 115200 bps |
| Протоколы | ОВЕН Modbus-RTU, Modbus-ASCII DCON Modbus-TCP GateWay (протокол CODESYS) |
В таблице 3.13 приведена информация о поддерживаемых интерфейсах и протоколах связи ОВЕН ПЛК150.
Таблица 3.13 – Информация об интерфейсах и протоколах связи ОВЕН ПЛК150
| Протокол | Интерфейс | Применение |
| ОВЕН | RS-232 RS-485 | Поддержка модулей ввода/вывода линейки ОВЕН Мх110. Работа в сетях ОВЕН совместно с ТРМ2хх |
| Modbus RTU Modbus ASCII | RS-232 RS-485 | Поддержка модулей ввода/вывода ОВЕН Мх110 и операторских панелей (ОВЕН СП307/СП310), связь со SCADA-системами. |
| Modbus TCP | Ethernet 10/100 Mbps | Передача данных на верхний уровень (в SCADA-системы). |
| DCON | RS-232 RS-485 | Поддержка модулей ввода/вывода ICP DAS I-7ххх, АDAM |
| GateWay (протокол CODESYS) | RS-232 Ethernet 10/100 Mbps | Программирование контроллера, отладка пользовательской программы. |
Программирование ОВЕН ПЛК150 осуществляется в приложении CODESYS 2.3.8.1 (и старше) с помощью интерфейса RS-232 или Ethernet.
Контроллеры ОВЕН ПЛК150 позволяют организовать шлюз между приборами с протоколом ОВЕН (RS-485) и промышленными сетями с протоколами Modbus, Modbus TCP, DCON.
Пользователь имеет возможность реализовать в среде программирования CODESYS собственный протокол, не поддерживаемый ОВЕН ПЛК150. В этом случае он может воспользоваться специальной библиотекой, которая открывает низкоуровневый доступ к последовательным портам ОВЕН ПЛК150 (библиотека входит в комплект поставки контроллера).
Назначение светодиодных индикаторов на лицевой панели контроллера ОВЕН ПЛК150
На рис. (3.12) показана схема подключения входов и выходов контроллера ОВЕН ПЛК150.
При подключении аналоговых выходов ПЛК 150 необходимо учитывать, что нагрузочное сопротивление аналогового выхода:
- R ≤ 900 Ом при выходном сигнале «ток 4…20 мА»,
- R > 2 кОм при выходном сигнале «напряжение 0…10 В».
Подключение внешнего блока питания для аналоговых выходов не требуется, блок питания встроен в контроллер.
На рис.(3.13) приведена схема подключения датчиков к дискретным входам ПЛК150. Датчик с выходом типа «сухой контакт» подключается к клеммам «0» и «х» соответствующего дискретного входа DI.
На рис.(3.14) показана схема подключения к ПЛК150 дискретных датчиков с полупроводниковым выходным каскадом.
На рис.(3.15) приведена схема подключения аналоговых датчиков к аналоговым входам ПЛК150. К клеммам «0» и «х» соответствующего аналогового входа AI могут подключаться датчики с выходом «напряжение» или «ток», также возможно подключение термопары.
Один из вариантов применения контроллера ОВЕН ПЛК 150 в системах автоматизации показан на рис.(3.16).
По сети RS232 контроллер может связываться с персональным компьютером, например, для разработки программ приложений в среде CoDeSys.
По сети Modbus контроллер может связываться с модулями ввода/вывода, различными измерителями, регистраторами и прочими устройствами, имеющими интерфейс Modbus.
По сети Ethernet контроллер может связываться через Switch с компьютером на котором установлена SCADA-система, с графическими панелями операторского интерфейса и другими устройствами, имеющими интерфейс Ethernet.
Модуль ввода дискретных сигналов МВ110-16Д
В случае, кода для реализации системы автоматизации будет недостаточно встроенных дискретных входов контроллера ОВЕН ПЛК150, можно использовать модуль ввода дискретных сигналов МВ110-16Д [10].
Прибор МВ110-16Д предназначен для сбора данных со встроенных дискретных входов с передачей их в сеть RS-485.
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 минус 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 3.15 приведены основные характеристики прибора МВ110-16Д. В таблице 3.16 – основные характеристики дискретных входов прибора МВ110-16Д.
На рис.(3.18) показана схема подключения прибора МВ110-16Д к датчикам с выходом типа «сухой контакт». На рис.(3.19) – схема подключения прибора МВ110-16Д к датчикам с выходом типа N-P-N с открытым коллектором.
Таблица 3.15 – Основные характеристики прибора МВ110-16Д
| Наименование | Значение |
| Потребляемая мощность, ВА, не более | 6 |
| Количество дискретных входов | 16 |
| Интерфейс связи с компьютером | RS-485 |
| Максимальная скорость обмена по интерфейсу RS-485, бит/сек | 115200 |
| Протокол связи, используемый для передачи информации | ОВЕН; ModBus-RTU; ModBus-ASCII; DCON |
| Степень защиты корпуса | IP20 |
| Габаритные размеры прибора, мм | (63х110х73)±1 |
| Масса прибора, кг, не более | 0,5 |
| Средний срок службы, лет | 8 |
Таблица 3.16 – Основные характеристики дискретных входов прибора МВ110-16Д
| Наименование параметра | Дискретный вход (Д) | Дискретный двунаправленный вход (изолированный) (ДН) |
| Гальваническая развязка дискретных входов | — | Групповая |
| Электрическая прочность изоляции дискретных входов, В | — | 1500 |
| Максимальная частота сигнала, подаваемого на дискретный вход, кГц | 1 | |
| Минимальная длительность импульса, воспринимаемого дискретным входом, мс | 0.5 (скважность 2 для частоты 1 кГц) | |
| Напряжение питания дискретных входов, В | — | 24±3 |
| Максимальный входной ток дискретного входа, мА, не более | 7 | 8,5 (при напряжении питания входа 27В) |
| Ток «логической единицы», мА, не менее | — | 4,5 |
| Ток «логического нуля», мА, не более | — | 1,5 |
| Сопротивление контакта (ключа) и соединительных проводов, подключаемых к дискретному входу, Ом, не более | 100 | — |
| Тип датчика дискретного входа | Коммутационные устройства (контакты кнопок, выключателей, герконов, реле и т.п.). Датчики, имеющие на выходе транзисторный ключ n-p-n- типа (открытый коллектор). | Коммутационные устройства (контакты кнопок, выключателей, герконов, реле и т.п.). Датчики, имеющие на выходе транзисторный ключ n-p-n- типа (открытый коллектор) или p-n-p- типа. |