257

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РФ

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Технические средства автоматизации

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Пермь 2012

Содержание

I. Типовые технические средства автоматизации АСУ ТП 7

1.1. Требования к техническому обеспечению АСУ 8

1.1.2. Исполнения технических средств автоматизации по степени защите от внешних воздействий 10

1.2. Классификация средств автоматизации 11

1.3. Этапы развития средств автоматизации 12

1.3.1. Режимы работы двухуровневой системы автоматизации 13

1.4. Классификация технических средств автоматизации по элементной базе 14

2. Особенности систем управления технологическими процессами 15

2.1. Основные принципы построения локальных систем автоматического регулирования 15

2.2. Основные структуры систем автоматизации 16

2.3. Автоматизированные системы управления технологическими процессами 20

2.4. Типовые структуры систем управления 21

3. Электромеханические средства автоматизации 26

3.1. Классификация электрических аппаратов 26

3.1.1. Классификация электрических аппаратов по функциональному признаку 26

3.1.2. Классификация электрических аппаратов по устройству коммутирующего органа 26

3.1.3. Классификация электрических аппаратов по номинальному напряжению 27

3.1.4. Классификация электрических аппаратов низкого напряжения 27

3.2. Общие технические характеристики электрических аппаратов 27

3.3. Физические процессы в электрических аппаратах 29

3.3.1. Нагрев токоведущих частей электрического аппарата 29

3.3.2 Режимы работы электрических аппаратов 29

3.3.3. Эффекты в проводнике вызываемые переменным током 32

3.4. Отключение электрической цепи 34

3.4.1. Общий вид уравнений отключения электрической цепи 35

3.4.2. Процесс отключения постоянного тока 36

3.4.3. Процесс отключения переменного тока. 38

3.5. Электромагниты 40

3.5.1. Основные положения теории магнитных цепей 40

3.5.2. Тяговые силы в электромагнитах 44

3.5.3. Особенности электромагнитов переменного тока 46

3.5.4. Изменение скорости срабатывания электромагнитов постоянного тока 49

3.6. Электромеханические реле автоматики 54

3.6.1. Классификация реле по выполняемой функции 55

3.6.2. Классификация реле по техническим параметрам 56

3.6.3. Электромагнитные реле. 56

3.6.4. Герметичный магнитоуправляемый контакт 58

3.6.5. Поляризованные реле 59

3.6.6. Реле времени с электромагнитным замедлением 62

3.6.7. Тепловые реле 64

3.6.8. Бесконтактное промежуточное реле 67

3.6.9. Твердотельное реле 67

3.6.10. Схемы гашения искры на контактах реле 69

3.7. Аппараты управления 71

3.7.1. Дугогасительные устройства аппаратов управления 72

3.7.2. Контакторы и пускатели 73

3.7.2. Автоматический воздушный выключатель 78

3.7.2.1 Примеры автоматических выключателей 81

3.7.3. Устройство защитного отключения 81

3.7.3.1 Классификация типов УЗО по условиям функционирования 84

3.7.3.2 Классификация УЗО по способу технической реализации 84

3.7.6. Командоаппараты и неавтоматические выключатели 87

3.8. Бесконтактные аппараты 88

3.8.1. Особенности бесконтактных аппаратов 88

3.8.2 Выключатели тиристорные 89

4. Исполнительные устройства 91

4.1. Общие характеристики исполнительных устройств 91

4.2. Регулирующие органы 94

4.2.1. Технические характеристики дроссельных регулирующих органов 95

4.2.2. Требования к регулирующим органам 95

4.2.3. Краткая характеристика дроссельных регулирующих органов 96

4.2.3.1. Шиберы 96

4.2.3.2. Поворотные заслонки 96

4.2.3.3. Регулирующие клапаны 98

4.2.3.4. Диафрагмовые и шланговые регулирующие органы 100

4.2.3.5 Краны 101

4.3. Исполнительные механизмы 101

4.3.1. Механизм исполнительный электрический однооборотный 101

4.3.2. Механизм исполнительный электрический многооборотный МЭМ 102

4.3.3. Механизмы исполнительные электрические прямоходные МЭП 103

4.4. Блоки управления электродвигателем реверсивные 104

4.4.1. Обмен информацией по каналу полевой сети 108

5. Промышленные сети 109

3. Промышленные сети 109

3.1. Структура промышленных сетей 112

3.1.1. Топология промышленных сетей 114

3.2. Аппаратные интерфейсы ПК 116

3.2.1. Стандарт RS-232C 116

3.2.2. Последовательная шина USB 118

3.3. Универсальный асинхронный приемопередатчик 123

3.4. Физические интерфейсы 127

3.4.1. Интерфейс RS-485 127

3.4.1.1. Автоматический преобразователь интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4 130

3.4.2. Интерфейс «Токовая петля» 131

3.4.2.1. Адаптер интерфейса ОВЕН АС 2 133

3.5. Протоколы промышленных сетей 135

3.5.1. Протокол MODBUS 135

3.5.2. HART-протокол 146

3.5.3. AS – интерфейс 149

3.5.4. Сеть PROFIBUS 150

3.5.5. Описание шины CAN 152

2.8.1.1. Организация сети CAN 153

2.8.1.2. Физический уровень канала CAN. 154

2.8.1.3. Арбитраж шины CAN. 155

2.8.1.4. Структура формата передачи данных. 155

2.8.1.1. Форматы кадра 155

Механизм обработки ошибок. 157

Адресация и протоколы высокого уровня 158

CAL/CANopen 159

CAN Kingdom 160

DeviceNet 161

SDS (Smart Distributed System) 162

5.8. Универсальная сеть Foundation Fieldbus 162

5.9. Физическая среда передачи данных 163

6. Языки программирования логических контроллеров 166

3. Языки программирования логических контроллеров 166

3.1 Объекты адресации языков программирования ПЛК 166

3.2 Язык Ladder Diagram (LD) 168

3.3 Язык Functional Block Diagrams (FBD) 172

3.4 Язык Instruction List (IL) 174

3.5. Язык структурированного текста 179

3.5.1. Применение управляющих структур 184

Условное действие IF...END_IF 184

Условное итеративное действие WHILE...END_WHILE 184

Условное итеративное действие REPEAT...END_REPEAT 185

Повторяющееся действие FOR...END_FOR 185

Выход из цикла посредством инструкции EXIT 186

3.6. Язык последовательных функциональных схем 186

5.4. Пример 195

7. Микропроцессорные реле автоматики 198

5. Мини-контроллеры 198

5.1. Мини-контроллеры серии Alpha 200

5.2. Миниатюрные программируемые устройства Easy 202

5.2.1. Управляющее реле Easy 500 203

5.2.2. Управляющее реле Easy 700 204

5.2.3. Управляющее реле Easy 800 204

5.2.4. Модули расширения Easy 206

5.2.5. Средства коммуникации устройств Easy 206

5.3. Интеллектуальные реле Zelio Logic 207

5.3.1. Компактные и модульные интеллектуальные реле 207

5.3.2. Общие технические характеристики реле Zelio Logic 209

5.3.3. Преобразователи Zelio Analog 215

5.3.4. Средства коммуникации интеллектуальных реле Zelio Logic 217

5.3.4.1. Коммуникационный модемный интерфейс 218

5.3.4.2. Протокол связи Modbus slave 219

5.3.4.3. Протокол связи Ethernet server 221

5.3.5. Программное обеспечение интеллектуального реле 223

5.4. Универсальный логический модуль Logo! 223

5.4.1. Типы базовых модулей LOGO! Basic 224

5.4.2. Модули расширения ввода/вывода сигналов Logo! 225

5.4.3. Коммуникационные модули LOGO! 226

5.4.4. Функции Logo! 227

5.4.4.1. Константы и соединительные элементы 227

5.4.4.1.1. Цифровые входы 227

5.4.4.1.2. Аналоговые входы 228

5.4.4.1.3. Цифровые выходы 228

5.4.4.1.4. Аналоговые выходы 228

5.4.4.1.5. Блоки флагов 228

5.4.4.1.6. Биты регистра сдвига 229

5.4.4.1.7. Клавиши управления курсором 229

5.4.4.1.8. Постоянные уровни 229

5.4.4.2. Группа базовых функций 229

5.4.4.3. Специальные функции 230

5.4.4.3.1. Список специальных функций 230

5.4.4.3.2. Примеры специальных функций 231

5.4.5. Объем памяти и размер коммутационной программы 236

8 Программируемые логические контроллеры 238

6.1. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-22x 238

6.1.1. Модули расширения вводов-выводов 240

6.1.2. Коммуникационные модули 240

6.1.3. Человеко-машинный интерфейс 241

6.2. Программируемый логический контроллер SIMATIC S7-224XP 241

6.2.1. Основы функционирования ПЛК 242

6.2.1.1. Порядок чтения входов 243

6.2.1.2. Исполнение программы 243

6.2.1.3. Запись значений в выходы 243

6.2.2. Доступ к данным S7-200 244

6.2.3. Адресация встроенных входов/выходов и входов/выходов модулей расширения 246

6.2.4. Обмен данными в сети 247

6.3. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 249

6.3.1. Области применения 249

6.3.2. Состав 250

6.3.3. Сертификаты 250

6.4. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-400 251

6.4.1. Области применения 251

6.4.2. Состав 252

6.4.3. Сертификаты 253

Список литературы 254