2 Разработка функциональной схемы системы управления дпкф

Структура АСУ демонстратора патронного керамического фильтра имеет двухуровневую структуру. На нижнем уровне системы находятся электронные устройства – датчики, модуль ввода-вывода и прочая автоматика. На данном уровне выполняется сбор данных и передача управляющих сигналов на устройства модуля. На верхнем уровне (уровень оператора) производится контроль состояния системы в пригодном, для понимания оператора, виде. Здесь используются программные средства, инструменты для получения и представления информации, для оповещения оператора системы здесь реализованы средства визуальной и звуковой индикации.

В качестве верхнего уровня АСУ предлагается использование рабочего места оператора на персональном компьютере с применением SKADA системы. SCADA (аббр. от англ. supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.

В качестве программного обеспечения для системы управления я применяю продукт фирмы  National Instruments (США) – LabVIEW версии 7. Данная версия программного продукта является условно-бесплатной, поэтому приобрести ее не составило труда. Также выбор именно этого программного продукта обоснован тем, что с его функционалом и основными приемами разработки мы познакомились в курсе лекций “Системы автоматизации и управления”. Функциональная схема системы управления представлена в ПРИЛОЖЕНИИ 2. Модульная система сбора данных через интерфейс USB сообщается с персональным компьютером. В качестве модуля ввода/вывода используется USB-устройство сбора данных, которое содержит как аналоговые вводы, так и аналоговые и цифровые выводы. Поэтому данный модуль способен обрабатывать сигналы с датчиков и посылать управляющие сигналы к исполнительным устройствам. Исполнительными устройствам в данной системе являются клапаны и привод насоса. Для сопряжения исполнительных устройств с системой управления, а также для гальванической развязки между управляющей и силовой частью используются реле.

Так как привод насоса является частотно-регулируемым, то для подачи и циркуляции воды в системе ДПКФ используется центробежный насос со встроенным преобразователем частоты. Управляющие сигналы на преобразователь частоты передаются через USB-устройство сбора данных по аналоговому выводу, а управление клапанами осуществляется по цифровым каналам все от того же модуля.

3 Выбор оборудования

3.1 Насос

Насос Grundfos TPE 32-30/4 серии 1000 мощностью 0,12 кВт со встроенным преобразователем частоты.

Grundfos является ведущим мировым производителем насосного оборудования и новатором в области инновационных и комплексных решений в насосостроении. Отличительными особенностями всех насосов Grundfos являются непревзойденная надежность и эффективность, которые и предопределяют выбор большинства профессионалов.

Вертикальные, многорядные насосы Grundfos TP и TPE используются в различных областях применения. Данные насосы являются одноступенчатыми, многорядными, центробежными насосами со стандартными двигателями и торцевыми уплотнениями вала. Данные насосы имеют короткую муфту, т.е. насос и двигатель являются отдельными блоками. Соответственно данные насосы менее чувствительны к загрязнениям перекачиваемой жидкости, чем аналогичные насосы с герметизированным ротором.

Имеется две различные модели вертикальных, многорядных насосов. Необходимо отметить, что существует несколько специальных вариантов исполнения каждой модели.

Основным различием между насосами TP и TPE является двигатель. Двигатели насосов TPE имеют встроенный преобразователь частоты, позволяющий использовать различные методики управления. Насосы TPE имеют преимущества в виде лучшего энергосбережения и повышенного уровня комфорта.

Таблица 3.1 – Технические данные насоса

Количество фаз	1
Вольтаж	200-240 В
Мощность электродвигателя	0,12 кВт
Расход	340 м3/ч
Напор	90 м
Температура жидкости	от -25 до +140 0С
Макс. рабочее давление	16 бар

Рисунок 3.1 – Насос Grundfos TPE 32-30/4

3.2 Датчики давления

Малогабаритные датчики Метран-55 предназначены для работы в различных отраслях промышленности, системах автоматического контроля,

регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин избыточного (ДИ), абсолютного (ДА) давления, разрежения (ДВ), давления-разрежения (ДИВ) нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Простота конструкции, надежность, малые габариты, невысокая стоимость обеспечивают повышенный спрос потребителей.

Основные технические параметры:

- Измеряемые среды: жидкость, пар, газ (в т.ч. газообразный кислород)

- Диапазон измеряемых давлений: минимальный 0-0,06 МПа;

максимальный 0-100 МПа

- Выходной сигнал: 4-20, 0-5 мА

- Температура окружающего воздуха: -40...70°С

- Межповерочный интервал: 3 года

- Степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65

Рисунок 3.2 – Схема внешних электрических соединений датчика

Рисунок 3.3 – Датчик давления Метран-55

В нашей системе используется 2 датчика-преобразователя давления.

Для дополнительного контроля давления оператором будем использовать цифровые манометры ДМ 5001 (2 шт.).

Основные технические характеристики:

- Диапазоны давления: от 0…1 МПа до 0…160 МПа;

- Основная погрешность: не превышает 1%.

Рисунок 3.4 – Манометр ДМ 5001

3.3 Расходомеры электромагнитные

Электромагнитный расходомер Promag 51P

Рисунок 3.5 – Расходомер Promag 51P

Таблица 3.2 – Технические характеристики расходомера

Принцип измерения	Электромагнитные расходомеры
Характеристики	Модуль S-DAT Функция самодиагностики Быстрая настройка с меню "Quick SetUp" ECC 2 сумматора Пулевидные электроды
Диаметр	DN 15...600
Погрешность измерения	±0.5% ±0.2% (опция)
Диапазон измерения	0...9600 м3/ч
Диапазон рабочего давления	PN10...40
Рабочая температура	-40...+150°C
Окружающая температура	-20...+60°C -40...+60°C (optional)
Степень защиты электроники	IP 67 (NEMA 4x) IP 68 (Nema 6P)
Дисплей/Настройка	2х-строчный с подсветкой дисплея Клавиши управления
Выходные сигналы	4...20 мА Импульсно-частотный Сигнал состояния
Входные сигналы	Сигнал состояния
Коммуникация	HART
Сертификаты на взрывозащиту	ATEX

Для нашей системы необходимо 2 расходомера.

3.4 Датчик уровня

Рисунок 3.6 – Датчик уровня LMP 331i

Интеллектуальные датчики серии LMP 331i представляют следующее поколение датчиков давления и являются дальнейшим развитием наших стандартных датчиков для промышленного применения. Датчики предназначены для универсального применения в промышленности и соответствуют высоким требованиям по точности и стабильности характеристик. Механическая конструкция датчика выполнена в соответствии со стандартной схемой исполнения. В датчиках применён принципиально новый цифровой усилитель, основанный на микропроцессорной сборке, а также 16-битный аналого-цифровой преобразователь, что позволяет обойтись без применения дополнительного аналогового усилителя. Блок обработки осуществляет активную компенсацию характеристик чувствительного элемента, таких как эффекты

нелинейности, влияние температуры.

Технические параметры:

Рисунок 3.7 – Схема подключения

3.5 Датчик температуры

Датчик температуры КДТ-200.1

Рисунок 3.8 – Датчик температуры КДТ-200.1

Предназначен для измерения температуры жидкостей в трубах диаметром от 15 мм до 100 мм. Степень защиты IP54.

Технические параметры:

Рисунок 3.9 – Схема подключения

3.6 Система сбора данных

National Instruments (NI) – мировой лидер в области компьютерных систем автоматизации предлагает вниманию потребителей широкий модельный ряд устройств на базе плат сбора данных, работающих на шинах PCI, PCI Express, PXI, CompactFlash, Ethernet, FireWire, USB, и функционирующих на операционных системах Windows, Mac OS X, Linux, Pocket PC/Windows CE, RTX для применения их в настольных, мобильных и распределенных системах.

National Instruments предлагает обширный ряд устройств, отлично подходящих для решения широкого круга задач – от сбора и анализа данных до создания полнофункциональных встроенных OEM-систем. Ассортимент NI включает в себя недорогие, высокоскоростные и специализированные, высокоточные устройства, разработанные для работы с шиной USB, что дает возможность свободно разрабатывать программное обеспечение для настольных компьютеров и ноутбуков, а также под другие платформы, используемые для решения повседневных задач.

Модуль сбора данных

Рисунок 3.10 – USB-устройство сбора данных NI 6008

Таблица 3.3 – Технические характеристики модуля

Особенности	NI 6008	NI 6009
Шина	USB	USB
Аналоговые входы	8 SE (4 DI)	8 SE (4 DI)
Частота оцифровки сигналов	10 кГц	48 кГц
Разрешение АЦП (бит)	12	14
Диапазоны входного напряжения	от ±1 до ±20 В	от ±1 до ±20 В
Аналоговые выходы	2	2
Разрешение ЦАП (бит)	12	12
Частота работы ЦАП	150 Гц	150 Гц
Выходной диапазон	0-5 В	0-5 В
Цифровые каналы ввода/ вывода	12	12
Счетчики	1, 32 бита	1, 32 бита
Синхронизация	цифровая	цифровая

Так как все датчики имеют токовый выход, а на входы USB-устройства нужно подавать напряжение, то в цепь каждого из датчиков ставим резистор.

3.7 Электромагнитные клапаны

Клапаны электромагнитные Muller co-ax типа RSV12.

Коаксиальные электромагнитные клапаны Muller co-ax, в отличие от «классических» типов электромагнитных клапанов, подходят для использования на загрязнённых и вязких рабочих средах. Непревзойдённое Германское качество, большая металлоемкость изделий и полная автоматизация рабочих процессов позволяет эксплуатировать оборудование без обслуживающего персонала. Конструкция клапанов стойкая к вибрации, т.к. соосный привод клапана размещён вокруг трубопровода и его центр совпадает с центром трубопровода, что позволяет эксплуатировать клапаны, к примеру, на газотурбинных установках. Облегающий привод уменьшает габаритные размеры и позволяет компактно размещать клапан относительно технологической установки.

Рисунок 3.11 – Клапан Muller co-ax RSV12

Технические параметры:

3.8 Устройства коммутации

Электромагнитное реле RM85 105⁰ sensitive.

Рисунок 3.12 – Реле RM85 105⁰ sensitive

Технические характеристики:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была разработана система управления демонстратора патронного керамического фильтра. Разработана функциональная схема системы управления, произведен выбор оборудования.

Данная система улучшает технико-экономические характеристики ДПКФ. Применение новейшего оборудования и программного обеспечения позволяет реализовать сложные алгоритмы управления для повышения производительности и обеспечить полностью автоматическое управление модулем.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Водовозов, А.М. Системы автоматизации и управления: Метод. указания к курсовому проектированию/А.М. Водовозов – Вологда: ВоГТУ, 2008. – 46 с. 2. Системы автоматизации и управления: Конспект лекций / А. М. Водовозов – Вологда: ВоГТУ, 2007. – 290 с. 3. Официальный сайт ООО «Промэлектроника» : [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.promelectronika.com/aboutcomp.htm 4. Русскоязычный сайт компании «National Instruments»: [Электронный ресурс] Режим доступа: http://russia.ni.com

5. Русскоязычный сайт компании Grundfos : [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.ru.grundfos.com 6. Электронный каталог продукции фирмы «IEK»: [Электронный ресурс] Режим доступа: http://iek.ru/products/catalog/

26