Глава 2
2.1 Выбор оборудования
Выбор оборудования является одной из важнейших задач при разработке проекта. Для осуществления поставленных задач перед проектом необходимо выбрать качественное и проверенное оборудование, от этого будет зависеть успех выполнения проекта, его правильная работоспособность. В основном, выбор сводится к оценке ряда показателей, характеризующих конкретные условия эксплуатации, и сопоставлению их с параметрами электрооборудования. В современных условиях это выполняется с помощью современного электрооборудования таких как ПЛК, операторская панель и др.
2.1.1 Операторская панель
Для управления насосной станцией требуется операторская панель. Она служит для запуска и останова оборудования, выбора режимов работы, введения новых рецептур, наблюдения за ходом процесса, отображения сообщений о неполадках и авариях, архивации и протоколирования данных технологического процесса.
По степени возрастания сложности, панели можно условно расположить в следующем виде:
- Кнопочная панель — управление осуществляется при помощи физических кнопок, а отображение информации в виде индикаторов, либо ЖК дисплея;
- Текстовый дисплей — операторская панель с отображением информации в виде текста или мнемосхем. В зависимости от типа и сложности устройства, программа может храниться и выполняться как в самой панели оператора, так и в промышленном контроллере;
- Графическая панель — операторская панель с графическим дисплеем;
- Сенсорная панель — операторская панель с сенсорным (чувствительным к нажатию) дисплеем. Обычно не имеет кнопок. Может быть, как текстовой, так и графической;
- Панельный промышленный компьютер (Панельный ПК, англ. Panel PC) — по своему внутреннему устройству и производительности максимально приближен к современным персональным компьютерам, но часто обладает специальными интерфейсами для подключения промышленных сетей, а также высокую степень защиты от неблагоприятных условий (влажности, ударов, вибрации и т.д.).
Проекту подходит сенсорная панель. Для испытаний потребуется ввод данных в операторскую панель, которая позволяет это сделать. Панель оператора исключает необходимость установки большого количества кнопок, индикаторов, переключателей, табло, и занимает при этом очень мало места, получается своего рода многофункциональный операторский пульт. Для стенда понадобится сенсорная панель, наличие интерфейса передачи данныхRS-485 или Ethernet для подключения к ПЛК, поддержка Modbus, стабильная работа системы и недорогая цена. Ниже приведены характеристики нескольких операторских панелей Таблица 1
Таблица 1 – сравнение технических характеристик операторских панелей
| Модель | ОВЕН СП307-Р | Weintek MT8071iP
| Delta TP70P-RM0
|
| Процессор | AT91SAM9G35-CU | Cortex A8 | ARM Cortex-M4 MCU |
| Диагональ | 7″ | 7″ | 7″ |
Продолжение таблица 1.
| COM-порты | COM1 RS-232/RS-485COM3 RS-232/RS-485 | COM1 (RS232), COM3 (RS4852W) | COM1 1×RS-232, 1×RS-485 |
| Ethernet (LAN) | Есть | Есть | Нет |
| Напряжение питания | 24 В | 11~28 В | 24 В |
| Flash/RAM | 128/128 | 128/128 | 64/32 |
| Степень защиты корпуса | IP65 | IP65 | IP65 |
Из представленных выше операторских панелей, по соотношению характеристик, качества и ценовой категории, для данного проекта наиболее подходящей является ОВЕН СП307-Р.
Рисунок 4. Внешний вид операторской панели ОВЕН СП307-Р
В таблице 2 представлены технические характеристики операторской панели ОВЕН СП307-Р[6]
Таблица 2 — Технические характеристики Операторская панель ОВЕН СП307
| Процессор | AT91SAM9G35-CU |
| Частота, МГц | 400 |
| Объем Flash-памяти, Мб | Объем Flash-памяти, Мб |
| Допустимое число циклов перезаписи Flash-памяти на блок данных | 75 000 |
| Оперативная память, Мб | 128 |
| Часы реального времени (RTC) | Есть, энергонезависимые |
| Звук | Пьезоизлучатель, с возможностью управления из программы |
| DIP-переключатели | 4 шт. (два – свободно программируемые) |
| Тип дисплея | TFT LCD |
| Тип подсветки | 400 |
| Объем Flash-памяти, Мб | 128 |
| Кол-во цветов | 16,7 млн (TrueColor) |
| Диагональ, дюймы | 7 |
| Разрешение, пиксель | 800×480 |
| Рабочая зона, мм | 154,1×85,9 |
| Яркость, кд/м2 | 200 |
| Контрастность | 500:1 |
| Время наработки на отказ подсветки, часов | Не менее 50 000 при температуре 25 °C |
| COM-порты | 1 × RS-232/RS-485 (Download-порт/DB9M) – 1 × RS-232/RS-485 (PLC-порт/DB9M) – для |
Продолжение работы 2.
| USB Device | 1 × USB 2.0 B — для загрузки проектов |
| Ethernet | 1 × 10/100 Мбит/c (RJ45) – для подключения устройств Поддерживаемые протоколы: Modbus TCP (Master/Slave) |
| USB Host | 1 × USB 2.0 A — для архивов, импорта файлов, загрузки проектов Поддерживаемые файловые системы: FAT16/FAT32 Поддерживаемый размер накопителей: до 32 Гб |
| Тип питающего напряжения | Постоянное |
| Диапазон питающего напряжения, В | 23…27 |
| Номинальное напряжение питания, В | 24 |
| Макс. потребляемый ток, А | 0,25 |
| Макс. потребляемая мощность, Вт | 8 |
Была выбрана операторская панель ОВЕН СП307-Р. У нее 7-ми дюймовый экран, что обеспечит комфортную работу оператору. Есть последовательный интерфейс передачи данных RS-485, при помощи которого будет установлена связь с ПЛК. Поддержка Modbus (RTU, ASCII, Master, Slave). Панель оператора представляет собой устройство класса «человеко-машинный интерфейс», предназначенное для загрузки управляющей программы (проекта) функционирования ПЛК или др. приборов, к которым подключается панель мониторинга функционирования и редактирования значений параметров функционирования. Она позволяет отображать на экране ход выполнения технологического процесса и редактировать значения параметров, отвечающих за функционирование системы. Используется ПО «Конфигуратор СП300» для разработки программы совершенно не обязательно обладать знаниями в области программирования.
2.1.2 Программируемый логический контроллер
Контроллер — это мозг машины. Чем сложнее машина, тем функциональнее контроллер. Технически, реализация мозга может быть разной – механика, пневматика (либо гидравлика), релейные или электронные системы.
Если в конструкции используются реле или решения с «жесткой» логикой, то машина может выполнять только определенные действия, научить машину другим операциям нельзя без вмешательства в ее техническую часть. Такие функции имеют только программируемые логические контроллеры или ПЛК.
Контроллер ПЛК — управляющее устройство на основе микропроцессоров, которое приспособлено к работе на производстве. Устройство программируется на упрощенных языках, доступных пользователю без серьезной подготовки.
Для стенда понадобится ПЛК с небольшим количеством входов и выходов. Понадобятся дискретные и аналоговые входа и выходы. Наличие интерфейса передачи данных RS-485, для подключения другого оборудования, удобная и понятная среда программирования, открытый коммуникационный протокол Modbus и недорогая цена.
Ниже приведены характеристики нескольких программируемых логических контроллеров. (Таблица 3
Таблица 3 — Сравнение технических характеристик ПЛК
| Модель | ОВЕН ПЛК150 | LOGO! 24o | ALPHA 2
|
| Интерфейс связи | Ethernet;RS-232;RS-485 | — | RS-485 |
| Дискретный вход | 6 | 8 | 6 |
| Дискретный выход | 4 | 4 | 4 |
| Аналоговый вход | 4 | 4 | 6 |
| Аналоговый выход | 2 | — | — |
| Напряжение питания | 220 В | 24 В | 24 В |
| Язык программирования | FBD, CFC,IL, ST, LD | FBD | FBD |
Из представленных выше программируемых логических контроллеров, по соотношению характеристик, качества и ценовой категории, для данного проекта наиболее подходящей является ОВЕН ПЛК150. Легко подключается к выбранной операторской панели той же фирмы ОВЕН
Рисунок 5. Внешний вид программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК150-220
Технические характеристики ОВЕН ПЛК150-220[7]
- кол-во входов/выходов – 16,
- количество дискретных входов – 6,
- количество дискретных выходов — 4,
- количество аналоговых входов – 4,
- количество аналоговых выходов – 2,
- интерфейсы связи — Ethernet;RS-232;RS-485,
- протоколы — Modbus-RTU, Modbus-ASCII, Modbus-TCP,
- номинальное напряжение питания — 90…264 V пер. ток.
Прибор является моноблочным контроллером Российской фирмы ОВЕН. Оснащен, аналоговыми и дискретными входами/выходами (AI/DI/DO/AO). Предназначен, для регулирования температуры и других физических параметров. Используется для автоматизированного управления малыми и средними объектами, а также для создания систем диспетчеризации.
Данный ПЛК будет хорошо смотреться с операторской панелью той же фирмы ОВЕН и не составит большого труда установить связь между ними. Большое количество интерфейсов, работающих независимо друг от друга: Ethernet, последовательные порты (RS-485, RS-232). 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.
2.1.3 Расходомер
Расходомер — прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени.
Рисунок 6.Внешний вид расходомераUS800
Ультразвуковой расходомер-счетчик предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема жидкостей, протекающих в одном или двух напорных трубопроводов. US800 измеряет расход на основе измерения времени распространения импульсов ультразвукового колебания через двигающуюся жидкость. Разность между временем распространения ультразвуковых импульсов в прямом и обратном направлениях, относительно движения жидкости, пропорциональна скорости ее потока. В таблице 4 представлены технические характеристики расходомера US800. [8]
Таблица 4 — Технические характеристики расходомера US800
| Температура жидкости, °С | 0…+120 (+150) | ||
| Давление жидкости в трубопроводе, МПа | до 1.6 | ||
| Температура окр.среды в месте установки УПР, °С | -40…+60 | ||
| Температура окр.среды в месте установки Эл.блока, °С | +5…+50 | ||
| Степень защиты Эл.блока / УПР | IP65 / IP65 | ||
| Длина соединительных кабелей, м | до 200 | ||
| Длина прямолинейных участков (Ду 15-2000 мм, однолучевые УПР) | до 10 / после 3 | ||
| Длина прямолинейных участков (Ду50-2000 мм, двухлучевые УПР) | до 5 / после 1 | ||
| Число знакомест для индикации | 9 | ||
| Напряжение питания прибора | 187…242 V AC | ||
| Максимальная потребляемая мощность, Вт | не более 5 | ||
| Полный средний срок службы, лет | 25 | ||
| Межповерочный интервал, год | 4 | ||
| Гарантийный срок, мес. | 18 | ||
2.1.4 Преобразователь частоты
Преобразователь частоты — электротехническое оборудование для регулирования частоты переменного напряжения. Основная сфера применения таких устройств – крутящийся момент электрических машин и изменение частоты вращения. Принцип управления и регулирования основан на зависимости скорости вращения магнитного поля от частоты питающего напряжения. Асинхронные электродвигатели широко используются в качестве приводов промышленного оборудования, регулирующей арматуры, насосных агрегатов и других устройств. Основными недостатками этих электрических машин являются — постоянная скорость вращения и большие пусковые токи. При помощи частотных преобразователей, возможно, устранить эти недостатки и существенно расширить сферу применения электродвигателей переменного тока. Для этого нам понадобится ПЧ мощностью 15 кВт, наличие интерфейса передачи данныхRS-485 для подключения к ПЛК и с точной регулировкой скорости. В качестве преобразователя частоты, для решения поставленной задачи, можно использовать фактически любую модель, представленную на рынке. Все они могут обеспечить работу с разными скоростями. Был выбран Преобразователь частоты фирмы Danfossмодели VLTMicroDriveFC 51
Рисунок 7. Внешний вид преобразователя частоты VLT Micro Drive FC 51
Частотные преобразователи VLT MicroDrive FC51 — компактные, универсальные, высокопроизводительные и надежные преобразователи частоты. Частотные преобразователи VLT MicroDrive FC51 превосходно подходят для комплексной автоматизации, повышают энергоэффективность и производительность. Серия FC-051 широко нашла свое применение в системах водоснабжения, вентиляции, конвейерах и др. Несмотря на свои малые размеры и простоту ввода в эксплуатацию, серия VLT MicroDrive может быть настроена на выполнение сложных задач.В таблице 5 представлены технические характеристики VLT MicroDrive FC 51. [9]
Таблица 5 — Технические характеристики Преобразователь частоты VLT Micro Drive FC 51
| Технические характеристики FC-051P15KT4E20H3BXCXXXSXXX | |
| Производитель | Danfoss |
| Серия | FC-051 |
| Применение | общепром |
| Мощность, кВт | 15 |
| Номинальный ток, А | 31 |
| Напряжение питания, В | Входное: 3ф х 380-480 Выходное: 3ф х 380-480 |
| Фазность (количество фаз): | 3 |
| Выходная частота, Гц | 0-200 (VVC+); 0-400 (U/f) |
| Степень защиты | IP20 |
| Перегрузка, % в течение 1 минуты | 150 |
| Время разгона, с | 0.05-3600 |
| Время торможения, с | 0.05-3600 |
| ЭМС фильтр | + |
| Тормозной блок | — |
| Аналоговый вход, количество | 2 |
Продолжение таблицы 5.
| Дискретный вход, количество | 5 цифровых; 1 импульсный |
| Аналоговый выход, количество | 1 |
| Дискретный выход, количество | — |
| Релейный выход, количество | 1 |
| Интерфейс RS485 (Modbus RTU) | Modbus RTU, FC Protocol |
| Регулятор | ПИД — регулирование |
| Управление по ВЧХ | + |
| Векторное управление с обратной связью | + |
| Бессенсорное векторное управление | + |
| Рабочая температура, °С | -10…+50 |
| Температура хранения, °С | -25…+65 |
| Габариты (ШхВхГ), мм | 125х292х241 |
| Вес, кг | 6 |
2.1.5 Блок питания
Блок питания предназначен для питания напряжением 24 В ПЛК, датчика давления и операторской панели. Был выбран блок питания фирмы MEANWELL модели EDR-120-24. В таблице 6 представлены технические характеристикиMEANWELLEDR-120-24 [10]
Рисунок 8.Внешний вид блока питания MEANWELLEDR-120-24
Таблица 6 – Технические характеристики Блока питанияMEANWELLEDR-120-24.
| Технические параметры | |
| Выходное напряжение, В | 24 |
| Выходной ток, А | 5 |
| Мощность, Вт | 120 |
| Размеры, мм | 40×125.2×113.5 |
| Вес, г | 610 |
2.1.6 Датчик давления
Преобразователь избыточного давления ПД-Р предназначен для пропорционального преобразования избыточного давления жидкостей, паров и газов в стандартный выходной сигнал постоянного тока.
Рисунок 9. Внешний вид датчика давления ПД-Р
В таблице 7 представлены технические характеристики ПД-Р[11]
Таблица 7 — технические характеристики датчика давления ПД-Р
| Наименование параметра | Значение |
| Измеряемая среда | Вода, масла, воздух и другие некристаллизующиеся жидкости и газы |
| Верхние пределы измерений, МПа | 0,6; 1,0; 1,6 |
| Выходной сигнал, мА | 4 — 20 |
| Напряжение питания, В | 9 — 30 |
| Степень защиты корпуса | IP65 |
Заказчиком было предоставлено следующие оборудование:
- панель оператора Weintek MT8050iE,
- ПЛК Pixel 1211,
- преобразователь частоты VLT Micro Drive FC 51,
- расходомер US800,
- блок питания mean well model — Dr-100-24(2 шт.)
- датчика давления ПД-Р