Глава 3. Учебный комплекс

“ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Нагревательной установкой”

Для практического изучения вопросов автоматизации предлагается рассмотреть учебный комплекс, включающий технологический объект, современные промышленные приборы и средства автоматизации, включая управляющие контроллеры, а также рабочую станцию (ПЭВМ) и персональные компьютеры (ПК), объединенные в сеть [10]. Изучение структуры системы управления, состава решаемых задач, назначения и технических характеристик средств автоматизации позволит получить начальные знания для дальнейшего обучения специальным дисциплинам и прохождения производственных практик.

3.1. Общая характеристика учебного комплекса

Учебный комплекс “Цифровая система управления нагревательной установкой” (рис. 3.1) включает технологический объект (емкость с трубчатым ТЭНом, насосы Wester WP/WCP625 и технологические коммуникации), приборы и средства автоматизации (датчики технологических параметров дТС035, ТП2488, ПД100, АИР20, Эмис Мета 215, Эмис Вихрь 200, устройства ввода/вывода МВА8, МВУ8, МР1, исполнительные устройства (трубчатый тэн и регулирующие клапаны 25ч945п), микропроцессорные контроллеры ТРМ151, СПК270, многоканальный регистратор РМТ 69L, рабочую станцию (ПЭВМ) и шесть персональных компьютеров (ПК)). Контроллеры, регистратор и устройства ввода/вывода объединены в локальную сеть с интерфейсом RS-485. Обмен информацией между контроллерами, устройствами ввода/вывода и рабочей станцией осуществляется по интерфейсу RS-232 с помощью сетевого адаптера АС3. Связь рабочей станции с ПК выполнена на основе технологии Ethernet. Система управления обеспечивает опрос датчиков технологических параметров, представление и регистрацию информации, реализацию различных алгоритмов регулирования в контроллерах и рабочей станции, а также выдачу управляющих воздействий на исполнительные устройства.

3.2. Состав задач контроля, регулирования, блокировки и сигнализации технологических параметров

Для формирования задач автоматизации сначала анализируется технологический регламент процесса нагревания (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Технологическая схема процесса нагревания:

Е – емкость; Т – ТЭН; Н1, Н2 – насосы;

– регулирующие клапаны; – вентили

Техническая вода из водопроводной сети поступает в емкость Е в количестве 3 м³/ч при температуре 10 – 20 ˚С. Давление воды на входе 1±0,5 кг/см². Напор поддерживается с помощью насоса Н1. Вода, проходящая по трубопроводу, заполняет емкость Е общим объемом 45,5 л и высотой 1 м. Основным элементом емкости является ТЭН Т, который обеспечивает нагрев воды до температуры 60 – 80 ˚С (при этом уровень воды в емкости должен находиться в диапазоне 0,2 – 1 м). После нагрева часть воды поступает с помощью насоса Н2 на рецикл (повторно направляется в емкость), а часть воды по трубопроводу сливается в канализацию.

Емкость Е имеет следующую конструкцию (рис. 3.3). Предусмотрены две трубки для входного потока воды из водопроводной сети и для рециклового потока, а также предусмотрен приварной штуцер для установки датчика температуры.

Рис. 3.3. Сборочный чертеж емкости:

1 – емкость; 2 – верхняя крышка; 3 – нижняя крышка; 4 – прокладка; 5 – кольцо приварное; 6 – шпилька; 7 – бобышка; 8 – штуцер приварной

Далее выделяются параметры процесса. Основными управляемыми (регулируемыми) параметрами являются: температура и уровень воды в емкости Е (уровень можно определять по гидростатическому давлению); управляющими воздействиями – мощность на ТЭНе, %-ты хода регулирующих органов на входе и выходе из емкости, напоры воды на входе в емкость и на линии рецикла; промежуточными регулируемыми параметрами – расходы на входе и выходе из емкости, расход рецикла; контролируемым возмущением – температура воды на входе в емкость. Таким образом, структура объекта управления выглядит следующим образом (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Структурная схема объекта управления

На основе анализа процесса как объекта управления сформулированы задачи контроля, регулирования, блокировки и сигнализации технологических параметров.

Задачи контроля:

- контролировать температуру воды на входе в емкость (температура воды из водопроводной сети);

- контролировать температуру воды в емкости;

- контролировать давление воды на выходе из емкости;

- контролировать расход воды в емкость из водопроводной сети;

- контролировать расход воды из емкости в канализацию;

- контролировать расход воды в емкость (рецикловый поток);

- контролировать уровень воды в емкости (по гидростатическому давлению).

Задачи регулирования:

- регулировать температуру воды в емкости изменением мощности на ТЭНе;

- регулировать расход воды в емкость с помощью регулирующего клапана на входе;

- регулировать уровень воды в емкости с помощью регулирующего клапана на выходе.

Задачи блокировки:

- отключение ТЭНа при снижении уровня воды в емкости ниже минимального значения;

- отключение подачи воды в емкость при превышении уровня воды в емкости выше максимального значения;

- включение ТЭНа только при достижении уровня воды в емкости выше минимального значения.

Задачи сигнализации:

- сигнализация снижения уровня воды в емкости ниже минимального значения;

- сигнализация превышения уровня воды в емкости выше максимального значения;

- сигнализация работы ТЭНа.

Также необходимо решить задачи регистрации измеренных технологических параметров и управления работой насосов Н1 и Н2.