Построение математической модели исследуемой системы
Описание элементов системы
Объект исследования – резервуар в101
Компактная станции фирмы FESTO (рис. 1) предназначена для учебного исследования автоматизации технологических процессов.
Рис. 1 – Компактная станция FESTO
Объект исследования – резервуар В101. Минимальный уровень жидкости в резервуаре B101 обозначен нижним датчиком B113. Нагревательный элемент E104 должен быть полностью погружен в жидкость находящуюся на минимальном уровне. Максимальный уровень жидкости в резервуаре B101 обозначен верхним датчиком B114. В положении сброса системы должны быть активизированы оба датчика.
Бинарный 24 V вход связан с I/O-терминалом XMA1. Сигнал датчика переполнения должен активизировать функцию тревоги в PLC-программе и воздействовать на шаровой клапан V102 и насос P101.
Если изменить подачу электричества, датчик переполнения также может использоваться для выключения насоса или клапана с круговым реле, или для сигнала индикации чрезвычайному реле.
Поплавок контролирует увеличение/уменьшение уровня воды в резервуаре. Это предотвращает продолжение нагревания, и уровень жидкости в резервуаре не достигает критической точки. Нагреватель должен быть полностью окружён жидкостью. Минимальная температура в системе равна 12ºС, максимальная - 90ºС. Кабель выключателя имеет штепсельное соединение и связан непосредственно с нагревателем и с соединительным кабелем I/O- соединительной панелью.
Температура воды в теплообменнике во время процесса должна регулироваться. Жидкость в реакторном резервуаре теплообменника нагревается подогревателем Е104 при одновременном перемешивании с помощью насоса Р101. Системная температура теплообменника измеряется датчиком температуры на базе термопары дТПL 015 в точке измерения TIC104 и это текущее значение должно поддерживаться постоянным даже при наличии помех.
Рис. 2 – Резервуар
Исполнительный механизм (нагревательный элемент е104)
Нагревательный элемент находится под контролем внутренних микроконтроллеров, который активируется через цифровой выход O1. Элемент будет включен, когда полностью будет покрыт водой. По этой причине датчик уровня напрямую связано с нагревательным элементом. Если это не выполняется, элемент не включается. Кроме того, если температура поднимается выше 60°С, он выключается и перезапускается, когда температура для расчета испытаний менее 45°С он включается снова. Эти меры предосторожности были сделаны непосредственно на аппаратном уровне. Их цель состоит в предотвращении ошибок программирования в случае аппаратных сбоев.
Рис. 3 – Нагревательный элемент
Датчик температуры на базе термопары дТпl 015
Рис. 4 – Датчик температуры на базе термопары дТПL015
Номинальная статическая характеристика дТПL015 [7]:
Рабочий диапазон измеряемых температур…………………………………………-40...+400 °С
Показатель тепловой инерции, не более…………………………………................................10 с
Количество чувствительных элементов……………………………………………………...1 шт.
Сопротивление изоляции, не менее……………………………………………………...100 Мом
Материал защитной арматуры………………………………......................сталь 12Х18Н10Т
Термопреобразователи предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т.п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика. Термопара преобразует изменение температуры в термоЭДС. Конструктивно термопара выполняется в виде достаточно массивного стержня, при помещении которого в зону измерения требуется определенное время для его прогрева до температуры окружающей среды. Следовательно, результат будет получен не мгновенно, а с некоторой задержкой. Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в стандартном исполнении с метрической резьбой.