МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра АТП

Л А Б О Р А Т О Р Н Ы Й П Р А К Т И К У М

ПО

Под редакцией: Гвоздев И.А. доцент ТГТУ

Лебедев В.В. профессор ТГТУ

Первое издание

Тверь 2009

Двухуровневая система управления

Игорь Алексеевич ГВОЗДЕВ, доцент ТГТУ

Компания ОВЕН развивает программу поддержки высших учебных заведений, проводящих бучение студентов по специальностям, связанным с автоматизацией технологических процессов. В рамках данной программы компания бесплатно предоставляет приборы и датчики для оснащения учебных классов. Лабораторные работы, разработанные преподавательским составом кафедры «Автоматизация технологических процессов» (АТП) Тверского Государственного Технического Университета (ТГТУ), являются частью этой практики. Высококвалифицированные специалисты требуются в любой отрасли промышленности, а для эффективной подготовки инженеров кроме теории нужна и практика – именно она даёт возможность студентам понять суть технологических процессов. Успешное обучение возможно лишь при наличии хорошо оснащённых лабораторий. Для ВУЗов, имеющих весьма скромный бюджет, приобрести современное оборудование не так просто. Большой поддержкой для ТГТУ стало заключение кафедрой АТП договора с компанией ОВЕН на получение контроллеров, блоков питания, усилителей и измерителей. Используя эти приборы, преподаватели кафедры провели реконструкцию лабораторной базы и разработали дополни тельную учебную программу, направленную на приобретение студентами практических навыков по наладке микропроцессорных программно аппаратных комплексов. В процессе выполнения лабораторных работ студенты сами проектируют, производят монтажные работы, налаживают и исследуют изготовленную систему. лабораторных работ, разработанных на базе приборов ОВЕН. Описание лабораторной работы «Двухуровневая система управления» является одной из специальных для решения задач, поставленных перед студентами, был разработан лабораторный стенд, с помощью которого студенты знакомятся с аппаратным исполнением многоуровневой системы управления. В качестве объектов автоматизации в этой лабораторной работе используются электробытовые приборы, имеющие необходимые технологические переменные – аэродинамическую (скорость воздуха) и тепловую (величину тока нагревателя). Схема лабораторного стенда приведена на рис. 1. Нижний уровень управления конструктивно оформлен в виде щита, на лицевой панели которого установлен терморегулятор ТРМ101, элементы системы технологической сигнализации и переключатели режима работы стенда. Регулируемой величиной является температура воздуха, измеряемая датчиком на выходе электронагревателя. Регулятор ТРМ101 соединён с блоком управления симисторами или тиристорами (БУСТ), который в свою очередь соединён с симистором. Блок питания ОВЕН БП30Б обеспечивает двигатель вентилятора питанием постоянным током с напряжением 12 В. Верхний уровень управления реализуется с помощью ПК, специальное программное обеспечение которого представлено программой конфигуратором ТРМ101 и SCADA системами: ОPM, Master SCADA, Trace Mode. При этом исследуется работа установки в заданном режиме и её реакция на возникновение искусственных помех. Студенты выполняют комплекс работ постендовой проверке и настройке локального контура регулирования в режиме штатного функционирования. Занятия на стенде организованы по курсам «Автоматизация технологических процессов» и «Интегрированные системы управления». Благодаря ВУЗовской программе мы получили возможность познакомить студентов с самыми современными средствами автоматизации, выпускаемыми в России.

Содержание

Введение 5

Описание лабораторного стенда 6

Устройство и работа приборов 15

Лабораторная работа №1 21

1 Теоретическая часть 23

Лабораторная работа №2 34

1 Теоретическая часть 34

2 Экспериментальная часть 38

Лабораторная работа №3 43

1 Теоретическая часть 43

2 Экспериментальная часть 46

Лабораторная работа №4 50

1 Теоретическая часть 50

2 Экспериментальная часть 50

Введение

Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для ознакомления обслуживающего персонала с устройством, принципом действия, конструкцией, порядком эксплуатации и обслуживания измерителей_регуляторов типа ТРМ101. Приборы ТРМ101 могут выпускаться в различных модификациях, отличающихся друг от друга типом встроенных выходных устройств.

Модификации прибора соответствует следующее условное обозначение:

Тип встроенного выходного устройства 1 (2):

Р – реле электромагнитное;

К – оптопара транзисторная структуры n–p–n типа;

С – оптопара симисторная;

И – цифроаналоговый преобразователь «параметр–ток 4...20 мА»;

У – цифроаналоговый преобразователь «параметр–напряжение 0...10 В»;

Т – выход для управления внешним твердотельным реле.

Пример записи условного обозначения прибора при заказе и в документации другой продукции, где они могут быть применены:

Прибор ТРМ101_РИ ТУ 4211_005_46526536_03

Это означает, что изготовлению и поставке подлежит измеритель_регулятор ТРМ101, оснащенный в качестве выходных устройств электромагнитным реле и цифроаналоговым преобразователем «параметр – ток 4...20 мА».

Прибор имеет cертификат соответствия № 03.009.0106 и сертификат об утверждении типа средства измерения RU. С. 32. 004. А № 16521.

Описание лабораторного стенда

Внешний вид стенда представлен на рисунке:

Рисунок 2. Внешний вид стенда.

1- Кнопка проверки работы сигнализации;

2- Кнопка съема звуковой сигнализации;

3.- Измеритель-регулятор ТРМ 101

4. - Релейный регулятор ТРМ 501

5- Тумблер вкл./выкл. «ПУСК СТОП»;

6- Тумблер вкл./выкл. «RS»;

7- Тумблер вкл./выкл. «Блок ИМ»;

8-Лампочка аварийной сигнализации.

При помощи данной лабораторной установки студенты смогут снимать статические и динамические характеристики объекта регулирования при различных режимах его работы, осуществлять поверку измерительных каналов при работе с различными преобразователями. Также лабораторный стенд позволяет более подробно ознакомится с используемыми техническими средствами автоматизации и их характеристиками.

В технике довольно широко применяется нагревание электрическим током. С помощью электрического тока нагрев можно производить в широком диапазоне температур, точно поддерживая и регулируя температуру нагрева в соответствии с заданным температурным режимом. Кроме того, электрические нагревательные устройства отличаются простотой, компактностью, удобны для обслуживания. Нагревательные элементы изготавливают главным образом из проволоки или ленты хроможелезоникелевых сплавов, обладающих большим омическим сопротивлением и высокой жаростойкостью (нихром или фехрали). Поэтому в качестве объекта управления для лабораторного стенда выбран электрокалорифер. Измеритель-регулятор ТРМ 101 служит для работы в САР температуры. Регулятор ТРМ 501 введен с целью повышения надёжности системы и исключения выхода её из строя из-за ввода ошибочных значений в регулятор ТРМ 101.

В качестве объекта регулирования используется электрокалорифер фирмы «Polaris». Для связи этой системы с компьютером используется адаптер интерфейса АС3, который преобразует интерфейс RS-485 в RS-232.

Электрический сигнал от термоэлектрических преобразователей (термометров сопротивления) T1 и T2 электрокалорифера поступает на измерители - регуляторы ТРМ 501 и ТРМ101, где действительное значение температуры сравнивается с заданным. Отклонение регулируемого значения от заданного вызывает появление на выходе регулятора ТРМ 101 токового сигнала 4…20мА, значение которого пропорционально этому отклонению. Далее сигнал поступает на блок управления симисторами БУСТ, который в свою очередь с помощью симисторов VD регулирует силу тока в одной из секций электрокалорифера. При превышении температуры, заданной в уставке регулятора ТРМ 501, в нём включается реле, которое замыкает контакты выключателя, блокируя при этом БУСТ

Так как выбран метод обратного управления системой, то по мере роста температуры значение выходного сигнала уменьшается.

Другая секция служит для возмущающих воздействий и включается с помощью ключа SB4. Ключ SB1 и SB2 служат для запуска процесса регулирования и для включения дистанционного управления с помощью компьютера через адаптер интерфейсов RS232-RS485 АС3.

Релейный выход регулятора ТРМ101 включен в схему технологической сигнализации, которая срабатывает, если измеренная величина меньше уставки регулятора. Кнопка SA1 предназначена для проверки сигнализации, SA2 для съема звуковой сигнализации.

Принципиальная электрическая схема:

Схема автоматизации:

Вид на фасадную сторону щита:

Вид на внутренние плоскости щита:

Далее-

Перечень составных частей щита

Перечень оборудования для принципиальной электрической схемы

Перечень оборудования для функциональной схемы

Таблица внутренних соединений: