Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматическое регулирование. Учебное пособие.pdf
Текущая температура целевого продукта воспринимается
интеллектуальным датчиком Метран-281 - Exia НСХ K. Выходной
сигнал (4-20)mA/HART. Цифровой сигнал с датчика поступает на
контроллер РСУ APACS+, где текущее значение температуры
целевого продукта высвечивается, затем сравнивается с введенным
туда заданным значением.
При наличии рассогласования регулирующее воздействие с
контроллера в виде (4-20) мА идет на регулирующий клапан. В
результате изменения подачи хладагента будет изменяться и
температура целевого продукта, пока ее значение не достигнет
заданного значения. Цифровой сигнал с датчика поступает также на
вход ПК, где значение температуры может быть распечатано и
использовано по назначению (например, для построения графика
изменения измеряемой величины во времени). Заданное значение
температуры целевого продукта может быть при необходимости
изменено с клавиатуры ПК. Погрешность канала измерения
составляет 0,5
0
С.
3.4. 4-й этап. АСУТП с использованием беспроводной
передачи информации
В случае значительного удаления датчиков от основных средств
системы автоматизации датчик с помощью отдельных
специальных средств телемеханики может общаться с
контроллером по радиоканалу. В ряде фирм сейчас ведутся
работы по созданию беспроводных датчиков, в которые
встраиваются блоки коротковолновой радиосвязи (аналогичными
блоками оснащаются и контролеры). Предпосылками развития
указанных типов датчиков служат с одной стороны
наблюдающееся снижение стоимости средств коротковолновой
радиосвязи и повышение надежности работы этих средств, а с
другой стороны возникающая экономия затрат на проводную,
упрощение монтажа системы и расширение возможных мест
установки датчиков.
На март 2009 года доступна спецификация версии HART
7.2, поддерживающая технологию беспроводной передачи данных
[7].
41
Рис. 19. САР температуры целевого продукта (1000С) на выходе
из теплообменника Т 1 (интеллектуальная элементная база, контроллеры)
42
САР температуры целевого продукта на выходе из
теплообменника Т1 (использование беспроводной передачи
информации)
Вновь вернёмся к нашей задаче, но уже на новом (4-ом) этапе
развития элементной базы с использованием средств беспроводной
передачи информации (рис. 20).
Рис. 20. САР температуры целевого продукта на выходе из
теплообменника Т1 (использование беспроводной передачи информации)
43
Область применения [8]. Одноканальное передающее
устройство предназначено для беспроводной передачи измеренных
значений от одного датчика НАRТ на принимающее устройство
PL1СSRADIO R61 или R62.
(1-3) - Одноканальное принимающее устройство для беспроводной
связи PL1СSRADIO R61 (рис. 21).
Рис.21. Одноканальное принимающее устройство для
беспроводной связи PL1СSRADIO T61 и PL1СSRADIO R61 [8]
Область применения [8]. Одноканальное принимающее
устройство PL1СSRADIO R61 предназначено для беспроводного
приема измеренных значений от одного датчика НАRТ, передаваемых
через передающее устройство PL1СSRADIO T61. Устройство
принимает сигналы 4-20 mА/НАRТ, которые индицируются и
передаются далее через интегрированный выход 4-20 mА.
(1-4) – Одноканальное передающее устройство для беспроводной
связи PL1СSRADIO Т61.
(1-5) – Одноканальное принимающее устройство для беспроводной
связи PL1СSRADIO R61.
(1-6) – Регулирующий клапан с Камфлекс, серия 35-302324700Е
(8013) с пневмоприводом АТА – 7. Нормально открытый, Dу = 100
мм. Максимальный перепад давления: 0,6 МПа. Вход 4-20 mA. Класс
проточки ANSI: VI Комплект поставки: электропневматический
позиционер с двумя манометрами. Исполнение по взрывозащите
ExiaIICT4. Иcполнительное устройство представляет собой
коструктивную совокупность иcполнительного механизма и
регулирующего органа. Пневматические исполнительные
механизмы могут быть мембранные и поршневые. Регулирующее
воздействие пневмосигнала давлением действует на мембрану или
поршень и позволяет получить поступательное перемещение штока
44
для плавного управления регулирующими клапанами. Если на
пневматический исполнительный механизм от РСУ поступает
сигнал (4-20) мА постоянного тока, то для работы пневмоклапана
необходим электро-пневматический позиционер (преобразователь).
Например, Электро-пневматический позиционер VP200
предназначен для преобразования электрических сигналов 4-20 и
10-50 мА постоянного тока в пневматический сигнал управления
клапанами, цилиндрами и исполнительными механизмами.
Позиционер обладает устройством обратной связи, что
обеспечивает точность позиционирования.
Основные характеристики.
Входные сигналы: (4-20) мА, (10-50) мА;
Требования к температуре окружающей среды: (-10…+80) °С, либо
( - 30…+40) °С;
Совместим с клапанами как одностороннего, так и
двухстороннего действия;
Измеряемый ход: (10-100) мм;
Режим работы: ручной/автоматический;
Перенастройка нуля: -15-85% шкалы;
Перенастройка диапазона сигнала: 300%;
Исполнение: IP53;
Взрывозащита: Exds IIB+H2 T6. Yokogawa Electric, Япония.
Для системы АСР используется контроллер РСУ (распределённая
система управления). Для системы АСЗ используется контроллер
противоаварийной защиты (ПАЗ). В данном проекте использованы
контроллеры фирмы Moore Products Company: контроллер APACS+
(подсистема РСУ), контроллере QUADLOG (подсистема ПАЗ).
Контроллер APACS+ управляет работой отдельных агрегатов
(30-50 контуров регулирования), технологических участков (150
контуров регулирования), цехов с непрерывными и периодическими
процессами. Контроллер QUADLOG имеет также несколько
модулей. Стандартный аналоговый модуль (SAM) входит в
семейство модулей ввода/вывода. Он предназначен для
подключения аналоговых и дискретных сигналов. Модуль SAM
обеспечивает высокую пропускную способность для стандартных
сигналов ввода/вывода (аналоговые входные сигналы (4-20) мА,
аналоговые выходные сигналы (4-20) или (0-20) мА, а также
дискретные входы и выходы). К модулю SAM можно подключить до
45
32 каналов. Каждый канал может быть сконфигурирован для работы
с аналоговым входом (4-20) мА, аналоговым выходом (4-20) мА или
(0-20) мА, дискретным входом или дискретным выходом.
Стандартный дискретный модуль (SDM) имеет 32 канала
ввода/вывода, каждый из них может быть сконфигурирован как
дискретный вход/выход, дискретный импульсный выход. Модуль
позволяет управлять работой электродвигателя, отсечного канала.
Температура целевого продукта на выходе из
теплообменника Т1 поддерживается на уровне 1000С изменением
подачи хладагента [4]. Текущая температура целевого продукта
воспринимается датчиком (1-1) Метран-281 - Exia НСХ K. Выходной
сигнал (4-20)mA/HART. Цифровой сигнал с датчика поступает на (1-
2) – одноканальное передающее устройство для беспроводной связи
PL1СSRADIO Т61, с выхода которого радиосигнал посредством
беспроводной передачи воспринимается (1-3) – одноканальным
принимающим устройством для беспроводной связи PL1СSRADIO
R61. Далее сигнал (4-20)mA по проводу передаётся на контроллер
РСУ APACS+, где текущее значение температуры целевого продукта
высвечивается, затем сравнивается с введенным туда заданным
значением. При наличии рассогласования регулирующее
воздействие с контроллера в виде (4-20) мА через (1-4)
одноканальное передающее устройство для беспроводной связи
PL1СSRADIO Т61 в виде радиосигнала принимается одноканальным
принимающим устройством для беспроводной связи PL1СSRADIO
R61 (1-5). Сигнал (4-20) mA через электро-пневматический
позиционер VP200 (предназначен для преобразования
электрических сигналов 4-20 mA в пневматический сигнал)
поступает на регулирующий клапан (1-6). В результате изменения
подачи хладагента будет изменяться и температура целевого
продукта, пока ее значение не достигнет заданного значения.
Цифровой сигнал с датчика поступает также на вход ПК, где
значение температуры может быть распечатано и использовано по
назначению (например, для построения графика изменения
измеряемой величины во времени). Заданное значение температуры
целевого продукта может быть при необходимости изменено с
клавиатуры ПК. Погрешность канала измерения составляет 0,5
0
С.
Каналы беспроводной передачи информации на рис. 20.
обозначены пунктирной линией.
46
4. ‘ЭЛЕМЕНТЫ САР
К элементам САР относятся: объект регулирования,
интеллектуальный датчик, канал связи, вторичный прибор (ВП,
ПК), регулирующее устройство (контроллер), исполнительное
устройство (исполнительный механизм + регулирующий орган).
4.1. Объект регулирования
Объектом регулирования называют аппарат, механизм или
систему, в которых посредством контроллера (авторегулятора)
поддерживается заданное значение параметра регулирования.
Математическая модель (характеристика объекта регулирования)
представляет собой математическую зависимость между входными и
выходными величинами объекта. В химической промышленности
объекты весьма разнообразны. Объектом может быть вещество,
аппарат или часть аппарата (куб ректификационной колонны).
Объект может быть из нескольких аппаратов, соединенных между
собой.
Объекты, в которых регулируемые величины в равновесном
состоянии имеют одинаковое значение по всему объему объекта,
называются объектами с сосредоточенными параметрами. Объекты,
в которых значения регулируемых величин в различных точках
объекта неодинаковы, как в равновесном, так и в переходном
режиме, называются объектами с распределенными параметрами.
Эти объекты описываются дифференциальными уравнениями в
частных производных. Пример, трубопровод с транспортируемым по
нему газом (давление газа по течению неодинаково из-за потери на
трение и местного сопротивления).
Основными свойствами объектов регулирования являются
емкость, нагрузка, самовыравнивание и запаздывание
1. Емкостью объекта называют то количество вещества или энергии,
которое содержится в объекте в данный момент. Часто и само
устройство, в котором происходит накопление энергии, называют
емкостью. По количеству емкостей объекты подразделяются на
одноемкостные и многоемкостные.
2. Нагрузка – количество энергии или вещества, отбираемое из
объекта регулирования для каких-либо целей в установившемся
режиме.
47
3. Самовыравнивание – способность объекта самостоятельно
восстанавливать нарушенное равновесие между подачей и
потреблением вещества за счет отклонения регулируемого
параметра.
4.2. Интеллектуальные датчики
Сигнал на выходе чувствительного элемента датчика может
быть слабым, передаваемый же им сигнал должен иметь высокий
уровень и по возможности лежать в подходящем диапазоне значений
для того, чтобы дойти до основных устройств в неискаженном виде и
упростить вычисление измеряемой величины. Поэтому в общем
случае сигнал сенсора должен пройти предварительную обработку,
которая позволяет осуществить многие важные задачи, такие как:
специальные меры обеспечения безопасности;
соединение с другими компонентами последовательно,
параллельно или в замкнутом контуре;
усиление сигнала;
масштабирование;
линеаризация;
преобразование сигнала.
Новейшие средства микроэлектроники позволили помимо
измерительных и подстроечных элементов интегрировать в датчики
аналого-цифровые преобразователи и микропроцессоры, по-новому
подойдя к проблеме распределения функций между элементами
систем контроля и управления. В настоящее время вошло в практику
преобразование сигнала датчика в цифровую форму в самом датчике
[9]. В силу возрастающего применения распределенных систем с
шинной архитектурой это становится более необходимым.
Достоинством является и то, что данные измерения могут
передаваться без потери точности независимо от расстояния между
датчиком и устройствами обработки данных более высокою уровня.
Перенос функций обработки сигналов с аппаратуры на программное
обеспечение упрощает повышение точности измерений. Датчики с
встроенными вычислительными средствами принято называть
интеллектуальными, учитывая многообразие их функций,
возможности самоконтроля и двустороннего обмена информацией с
системой управления.
48
Когда в 1983 году был выпущен первый интеллектуальный
преобразователь, потенциальным пользователям необходимо было
лишь снять имеющееся аналоговое устройство, установить
интеллектуальный преобразователь и провести его настройку. Это
связано с тем, что интеллектуальный датчик (ИД) является не просто
датчиком, а представляет собой совокупность аппаратных и
программных средств, обеспечивающих отображение свойств объекта
в виде некоторой структуры данных, формируемых в результате
обработки выходного сигнала первичного чувствительного элемента
по определенному алгоритму. Своим интеллектом датчики обязаны
микропроцессорным технологиям. Микропроцессор – это мозг
датчика, позволяющий устройству «изучать» условия, в которых
оно работает. Являясь самообучающейся микропроцессорной
системой, такой датчик способен обрабатывать большие объемы
информации с высокой скоростью. Интеллектуальные датчики,
объединенные микропроцессорами, позволяют поднять на новый
качественный уровень возможности создаваемых средств измерений.
Именно благодаря микропроцессорам сегодня у пользователя есть
весьма удобные в установке, настройке и применении датчики.
В автоматических системах управления и контроля
интеллектуальные датчики выполняют следующие основные
функциональные задачи:
преобразование входного сигнала в сигнал требуемого вида с
воспроизводимой функциональной связью между ними;
преобразование полученного сигнала в форму,
обеспечивающую помехозащищенную передачу к устройству
обработки данных по каналу связи;
избирательную регистрацию и предварительную обработку
выходного сигнала;
подавление существенных для решения данной задачи помех
(возмущающих воздействий);
реагирование на изменяющиеся условия в точках контроля;
обеспечение и контроль собственного функционирования.
Эти задачи предопределяют те интеллектуальные свойства,
которыми должен обладать датчик, а именно: способность к
самонастройке, т.е. изменению чувствительности и динамических
характеристик в соответствии с диапазоном и скоростью изменения
выходной величины, а также подавлению помех; адаптивность к
условиям окружающей среды; способность датчика или системы
49
датчиков к самодиагностике, включая коррекцию ошибок.
Интеллектуальные датчики могут существенно отличаться от того,
что мы привыкли понимать под понятием датчик. Сегодня это скорее
специализированные контроллеры, которые получая сигнал от
первичного преобразователя (сенсора) тут же занимаются его
обработкой и способны делиться информацией с другими
интеллектуальными узлами системы автоматики по цифровым
каналам. Единственно, что их продолжает «роднить» с обычными
датчиками, да и то не всегда, это небольшие размеры, т. к. они
должны устанавливаться непосредственно на объекте.
Исходя из этого можно дать более точное определение
интеллектуального датчика - это датчик, обладающий способностью
автоматической адаптации к источнику сигнала и окружающей среде,
а также способностью контролировать свои функции, корректировать
ошибки измерений, и представляющий собой электронное устройство,
основанное на объединении чувствительных элементов, схем
преобразования сигналов и средств микропроцессорной техники.
Коммуникационно современные интеллектуальные датчики
поддерживают три стандарта полевых сетей: сеть с HARTпротоколом, сеть Frofibus, Foundation Fieldbus. В настоящее время
датчик связывается с контроллером либо через самостоятельный
проводной канал аналоговых сигналов, либо через общую для
ряда датчиков цифровую проводную сеть. Интеллектуальными
узлами систем управления являются уже не только
промышленные компьютеры и контроллеры, ими становятся
также датчики и исполнительные устройства.
ПГ «Метран» – единственная компания в России,
реализовавшая комплекс интеллектуальных датчиков с
международным (поддерживаемым более чем 150 производителями)
протоколом обмена данными HART и русскоязычные средства
коммуникации для удаленной диагностики и настройки прибора.
ЗАО «Метран» (г. Челябинск) – крупнейший разработчик и
изготовитель современных высокоточных и надежных в
эксплуатации датчиков давления, давления-разрежения, разности
давлений, уровня для измерения газообразных и жидких сред в
различных отраслях промышленности. Семейство датчиков
«Метран» насчитывает сотни моделей и тысячи исполнений,
отличающихся целевым назначением, техническими и
50