Глава 3
3.1 Разработка принципиальной электрической схемы
Структурная схема нужна для изображения всех функциональных частей (элементы, устройства и функциональные группы) и основных связей между ними, которые дают представление о последовательности работы применяемой электрической аппаратуры и элементов для достижения поставленных задач. Для разработки принципиальной электрической схемы необходимо составить структурную схему.(Рисунок 10)
Рисунок 10.Структурная схема
В коммутационную аппаратуру входят: вводной разъединитель, автоматические выключатели и блок питания. На разъединитель подается питание 380В из промышленной сети переменного тока.
При включении соответствующих автоматических выключателей, питание должно подаваться на преобразователь частоты, панель оператора, датчик давления, ПЛК, расходомер US800 и блок питания. Между панелью оператора и ПЛК должен осуществляться непрерывный обмен данными. ПЧ может быть подключен к операторской панели при помощи интерфейса связи RS485, а ПЛК связан с операторской панелью при помощи Ethernet. С помощью панели оператора включается преобразователь частоты, устанавливается нужная скорость двигателя и запускается насос. Также на панели оператора отображается текущий ток двигателя, частота и напряжение. Забираемая насосом из резервуара жидкость, подается в напорную сеть, состоящую из участка трубопровода с расходомером, датчиком давления и дроссельной задвижкой, а потом снова возвращается в резервуар. Закрывая и открывая задвижку, изменяем давление с нуля до некоторого максимального значения. После того как по трубопроводу пошла жидкость, ПЛК постоянно считывает данные с датчика давления и расходомера, обрабатывает данные, и выводит на панель оператора напор и расход насоса. После испытания насоса на панели оператора выводятся графики с нужными характеристиками, по которым уже можно сделать выводы о тестируемом насосе. По окончании работы необходимо выключить автомат, тем самым обесточив все электрооборудование испытательного стенда.
Далее приступаем к разработке принципиальной электрической схемы, и подробно опишем её. Схема представлена в приложении А.
Трехфазная сеть переменного тока 380В поступает на вводной разъединитель QS1. После разъединителя трехфазная сеть поступает на автоматический выключатель QF1, а однофазная сеть поступает на автоматический выключательQF2. Трехфазная сеть после автоматического выключателя QF1 поступает на вход преобразователь частоты А1, к выходу преобразователя частоты подключается двигатель М1. Однофазная сеть после автоматического выключателя QF2 поступает на блоки питания: UZ1, UZ2, UZ3. Блок питания UZ1, имеющий выходное напряжение 24 В постоянного тока, питает программируемый логический контроллер Pixel1211 A2, а также панель оператора Weintek MT5080iEA3. Блок питания UZ2, имеющий выходное напряжение 24 В постоянного тока, подключается ко входу питания расходомера US800. Блок питания UZ3,имеющий выходное напряжение 24В постоянного тока, используется для питания датчика давления и подключается через аналоговый вход программируемого контролера А2. Токовый выход расходомера US800 А4, также подключается к аналоговому входу программируемого логического контроллера А2. Программируемый логический контроллер А2 и панель оператора А3 связываются между собой по интерфейсу связи Ethernet. Панель оператора А3 и преобразователь частоты А1 связываются между собой по интерфейсу связи RS– 485.
3.2 Программное обеспечение
3.2.1 Создание программы для ПЛК Pixel 1211
Для программирования ПЛК Pixel 1211 используется программа SMLogix. SMLogix — система программирования, которая является разработкой фирмы «Сегнетикс». Данная система позволяет быстро и удобно реализовывать схемы функционирования промышленных установок в целях повышения степени автоматизации процесса управления. В SMLogix используется язык программирования FBD, понятный и простой в освоении.
FBD — это язык, позволяющий выполнять разработку программы по аналогии с разработкой функциональной схемы устройства управления, создаваемого на основе интегральных логических элементов, счетчиков, таймеров и т.д. Логика функционирования системы представляется в виде взаимодействия элементарных функциональных блоков. Каждый элементарный блок выполняет одну функцию взаимодействия между своими входами и выходами (от элементарных логических И, ИЛИ, НЕ до очень сложных).[12]
Блоки используемые в программе приведены в Таблице 8.
Таблица 8 – Блоки и программы SMLogix
| Блок | Описание блока | |
| Преобразование типа integer в тип long | ||
| Умножения типа long | ||
| Деление типа long | ||
| Преобразование типа long в тип real | ||
| Умножения типа real | ||
| Вычитания типа real | ||
| Преобразование типа real в тип long | ||
| Деление типа real | ||
| Преобразование типа integer в тип real | ||
Продолжение таблицы 8.
| Сложения типа real | |
| Ограничитель сигнала типа real. Входы мax и min задают верхнюю и нижнюю границы ограничителя. Если число на входе in больше верхнего или меньше нижнего пределов, результат «обрезается» соответственно до max или min. |
Создание проекта начинается с выбора нужного программируеммого логического контроллера. После выбора контроллера настраиваются сетевые параметры, такие как адрес сети, скорость передачи данных, IP- адрес и др. После этого можно приступать к созданию проекта.
Рисунок 11. Внешний вид программы SMLogix
Границы диапазонов (разрядность типа данных):
int:-32768…32767
long: -2147483648…2147483647
real: -3.4028235E+38 … 3.4028235E+38
Описание программы. Программа представлена в приложение Б.
К аналоговому входу ПЛК ain5 подключается расходомер. На входе ain5 появляется код который надо перевести в мА, а также для расчетов типа int будет недостаточно перевести его в тип данных long блоком 2. С помощью блока умножения 3(MUL) и блока деления 5(DIV) переводится код на входе ain5 в мА. Дальше нужно сделать расчет с дробными числами, поэтому тип данных longуже не подходит, он переводится в тип данных real блоком 7. 4 мА это минимальный расход, т.е. ноль, а 20 мА это максимальный расход 200 м³/ч. Нужно перевести мА в расход.
, (7)
a и b – неизвестные коэффициенты;
Q – расход.
Имеем прямую, проходящую через две известных точки, а именно: Координата Х=4, координата Q=0 (4 — это ток при нижнем значении расхода, 0 – расхода нет).
Координата X=20, координата Q=200 (20 — это ток при верхнем значении расхода, 200–максимальный расход).
Исходя из этих данных записывается система уравнений этой прямой в виде:
0 = a*4 + b
200 = a*20 + b
Решение такой системы состоит в выражении одного из неизвестных коэффициентов (a или b) из одного равенства и подставленное в другое.
Выражается коэффициент b из первого равенства: b = -4a;
Подставляя его во второе равенство получим: 200 = 20а — 4а; 200 = 16а;а = 200/16=12.5;
Теперь зная численное значение коэффициента а, находится величина коэффициента b: b = -4a = -4*12.5 = -50
Получается уравнение искомой прямой: Q = 12.5*X -50.
Полученные результаты подставляются в соответствующие блоки, блок 8(MUL) и блок 11(SUB). На выходе нужно получить целое число, используя блок 12, переводится тип данных из realв long. На выходе имеем число показывающий расход.
В предоставленном контроллере имеется всего один аналоговый вход измеряющий ток/напряжение, поэтому датчик давления подключается на аналоговый вход ain1,требуется составить для него макрос, который будет рассчитывать ток на этом входе.
Значение на аналоговом входе ain1 преобразуется в другой тип данных с помощью блока 1. После этого рассчитывается минимальное значение на этом входе, это делается в блоках 2 (DIV) и 3 (MUL). Полученное число складывается с измерительным током Pixelв блоке 4 (ADD). Это значения проходит через блок 8 (Filrer), который при резком изменение сигнала сглаживает сигнал. На выходе фильтра получается нужные мА.
В блоке 7 (MINMAX) устанавливается максимальный и минимальный ток (4-20 мА). Переведем ток в давление.
, (8)
a и b – неизвестные коэффициенты;
P – давление.
Координата Х=4, координата P=0 (4 — это ток при нижнем значении давления, 0 –давления нет).
Координата X=20, координата P=10 (20 — это ток при верхнем значении расхода, 10–максимальное давление).
Исходя из этих данных, запишем систему уравнений этой прямой в виде:
0 = a*4 + b
10 = a*20 + b
Решение такой системы состоит в выражении одного из неизвестных коэффициентов (a или b) из одного равенства и подставленное в другое.
Выражается коэффициент b из первого равенства: b = -4a;
Подставляя его во второе равенство получим: 10 = 20а — 4а; 10 = 16а;а = 10/16=0,625
Теперь зная численное значение коэффициента а, находится величина коэффициента b: b = -4a = -4*0,625 = -2,6
Получается уравнение искомой прямой: H = 0,625*X -2,5
Из этих расчетов нам нужно только значение -2,5, а значение 0.625 рассчитывается в самом макросе. Значение -2,5 устанавливается на нужный вход макроса и теперь на его выходе получается необходимое нам давление. При помощи давления нужно найти напор, он рассчитывается по формуле (х)
(9)
Получившиеся значение на выходе макроса нужно разделить на плотность воды и на ускорение свободного падения, на выходе получается напор.
Адреса входов и выходов в SMLogix нужно устанавливать вручную. Эти адреса будут использоваться в программе EasyBuilderPro для отображения рассчитанных параметров.
3.2.2 Создание программы для Weintek MT8050iE
Среда разработки EasyBuilderPro. Программный комплекс состоит из мощного визуального редактора проектов и набора утилит, решающих различные задачи.
При разработке проекта пользователь организует взаимодействие панели оператора с периферийными устройствами, например, с ПЛК, температурными контроллерами, сканерами штрих-кодов, серво-инверторами и многими другими устройствами (более 300 видов). При этом, могут использоваться различные протоколы связи: Ethernet/IP, Modbus TCP, MQTT.
Особенности использования:
Использование ПО EasyBuilderPro полностью бесплатно, вы можете скачивать EBPro и пользоваться им без каких-либо ограничений.
EasybuilderPro полностью русифицирован. Драйвера USB для подключения панелей к ПК устанавливаются автоматически при установке EasyBuilderPro. [13]
Операторская панель в этом проекте выступает в роли master(ведущий), а ПЛК и преобразователь частоты в роли slave(ведомый). Рассмотрим пример подключения преобразователя частоты к операторской панели. В преобразователе частоты необходимо настроить параметры привода следующим образом (Таблица 9).
Таблица 9- Параметры привода
| 8-30 (2) | Протокол | Modbus RTU |
| 8-31 (1…247) | Адрес | Диапазон шины Modbus: 1-247 |
| 8-32 (3) | Cкорость передачи данных порта ПЧ | 19200 бод, Если выбрана шина Modbus в пар. 8-30 |
| 8-33 (2) | Четность порта ПЧ | Контроль четности отсутствует (1 стоповый бит) |
После настройки частотного преобразователя Danfoss VLT MicroDrive, следует приступить к настройке операторской панели weintekс помощью программы EasyBuilderPro.
Создаем новый проект и в нем выбираем название нашей панели Weintek MT8050iE. Далее нужно изменить настройки для связи с частотным преобразователем (смотри рис.12). В пункте «Тип устройсва» выбираем протокол сзязи ModbusRTU, в «интерфейс» устанавливаем RS-485 двухпроводной. Вкладку «параметры устройства» следует настроить с такими же параметрами, с которыми был настроен преобразователь частоты.После настройки связи можно приступить к созданию проекта. Расмотрим создания нескольхих элементов, все остальные делаются по тому же принципу.
Создание кнопки запуска «Пуск» (смотри рис.13). Нужно выбрать в программе элемент «Байтовая кнопка» и ввести следующие параметры: Имя ПЛК: ПЧ; во вкладке адрес выбрать 4x; значение 50000 — регистр командного слова. Во вкладке атрибуты – установить значение 1148, что является адресом регистра частотного преобразователя команды Пуск.
Рисунок 12. Настройки параметров устройства
Для отображения параметров двигателя и частотного преобразователя нужно добавить объект «Числа»(смотри рис.14). Имя ПЛК: ПЧ; во вкладке адрес выбрать: 4х, значение 16130 – считывание частоты; во вкладке формат чисел выбрать — 32-bit Unsigned.
Рисунок 13. Параметры байтовой кнопки «Пуск»
Рисунок 14.Параметры объекта числа
Рисунок 15.Главный экран операторской панели
Рисунок 16. График рабочей характеристика насоса
На главном экране (рисунок 15) можно запускать и останавливать преобразователь частоты, с помощью ползунка задавать частоту, стрелочки служат для точной установки частоты. Так же на экране отображаются показатели: тока, напряжения, скорости, напора и расхода. В окне график строится рабочая характеристика насоса (рисунок 16).
Заключение
Испытания насосов проводятся с целью определения их фактических характеристик, т.е. зависимости развиваемого напора, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия (КПД) насоса и насосного агрегата от объемной подачи воды в эксплуатационных условиях.
В ходе выполнения работы было изучено: принцип действия испытательной станции, определены основные параметры характеризующие основную работу оборудования. Для создания испытательного стенда было рассмотрено несколько вариантов основного оборудования и выбрано наиболее подходящее.
С выбранным оборудованием были разработаны: структурная схема испытательного стенда и электрическая принципиальная схема. Разработана программа для программируемого логического контроллера и операторской панели.
Список используемых источников
- Испытательный стенд: [Электронный ресурс].- URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Испытательный_стенд (дата обращения 01.05.2020).
- Основные параметры работы центробежного насоса [Электронный ресурс].- URL: https://mylektsii-ru.turbopages.org/s/mylektsii.ru/11-53539.html (дата обращения 01.05.2020).
- Характеристика насоса: напорная, гидравлическая, рабочая точка [Электронный ресурс]. — URL: https://nektonnasos-ru.turbopages.org/s/nektonnasos.ru/article/harakteristiki/harakteristika-nasosa/ (дата обращения 03.05.2020).
- Методы испытаний насоса [Электронный ресурс].- URL: https://studbooks.net/2384382/tehnika/vibratsionnyy_metod_ispytaniy (дата обращения 03.05.2020).
- Основные показатели и характеристики насосов [Электронный ресурс].- URL: https://lektsii.org/16-16520.html (дата обращения 04.05.2020).
- СП3хх сенсорные панели оператора [Электронный ресурс].- URL: https://owen.ru/product/sp3xx/specifications (дата обращения 04.05.2020).
- Контроллеры для малых систем [Электронный ресурс].- URL: https://owen.ru/product/plk100_150_154 (дата обращения 04.05.2020).
- Ультразвуковой расходомер US-800. Исполнения 1Х,2Х,3Х. Технические характеристики. [Электронный ресурс].- URL: http://www.us800.ru/tech_har_us800_123.htm (дата обращения 05.05.2020).
- VLT Micro Drive FC 51 [Электронный ресурс].- URL: https://www.danfoss.com/ru-ru/products/ac-drives/dds/vlt-micro-drive-fc-51/ (дата обращения 04.05.2020).
- Технические характеристики DR-120-24 [Электронный ресурс].- URL: http://www.mean-well.ru/store/DR-120-24/ (дата обращения 07.05.2020).
- Датчик давления ПД-Р [Электронный ресурс].- URL: https://pd.packo.ru/ (дата обращения 07.05.2020).
- SMLogix [Электронный ресурс].- URL: https://segnetics.com/smlogix (дата обращения 10.05.2020).
- Easybuilderpro [Электронный ресурс].- URL: https://www.weintek.net/easybuilderpro.html (дата обращения 10.05.2020).