Атестаційна робота Автоматизація паливо-повітряного тракту котлоагрегату 09.12.2013 Шендюк / опис елект схеми шендюк

4.Обґрунтування вибору технічних засобів

4.1. Вибір первинних перетворювачів та виконавчих механізмів

Для вимірювання перепаду тиску використаємо універсальний перетворювач SITRANS P DS III з діапазоном вимірювання 2,5…25кПа, класом точності 0,3%, максимальним тиском вимірюваного середовища 1,6МПа, вихідним струмовим уніфікованим сигналом 4-20 мА. У вибухозахищеному виконанні.

Рис.4.1 Гідростатичний рівнемір SITRANS P DS III

Для контролю полум’я використаємо датчик реле контролю полум’я СЛ-90-2 з фотоприймачем МФ-ФР202.

Рис.4.3 Датчик реле контролю полум’я СЛ-90-2 з фотоприймачем МФ-ФР202.

Пускач безконтактний реверсивний ПБР-3М, застосовується для управління виконавчими механізмами типу МЕО. Виконавчий механізм і регулюючий орган – є однією монтажною одиницею. Виконавчий механізм в комплекті з регулюючим органом 25ч939нж (діаметр 250мм),

Рис.4.4 Виконавчий механізм МЕО

Давач положення виконавчого механізму БСПТ-10М.

Блок сигналізації положення струмовий БСПТ-10М встановлюється в електричні механізми виконавчі для перетворення положення у механізму вихідного органу в пропорційний електричний сигнал і сигналізації або блокування в крайніх чи проміжних положеннях вихідного органу. В якості електричного живлення БСПТ-10М використовується однофазна мережа змінного струму 220V, частоти (50 ± 1) Hz або (60 ± 1.2) Hz Від мережі споживається потужність не більше 9 VA. Вхідний сигнал - кут повороту вала блоку в діапазоні: (0-90) ° або (0-225) °.Вихідний сигнал - постійний струм 0-5 mA при опорі навантаження до 2,5 кΩ або 4-20 mA або 0-20 mA при опорі навантаження до 1 кΩ. Амплітудне значення пульсації вихідного сигналу до 1%. У мікровимикача комутаційний струм Д 303 - 2С: при постійній напрузі 24 і 48V - від 5mA до 1А; при змінній напрузі 220V частоти 50 або 60Hz - від 20 до 500 mA. Маса блоку датчика БСПТ-10М і блоку живлення не більше 1 кг і 1,45 кг відповідно.

Для перекриття подачі палива при відсутності полум’я використаємо електромагнітний клапан ВН8М – 6.

Рис.4.5 Електромагнітний клапан ВН8М – 6.

Рис. 4.6.

Для зовнішньго завдання використаємо блок ручного задавача аналогового сигналу.. Максимальна похибка встановлення сигнала завдання 2%. Вихідні аналогові сигнали: 0(4)-20мА, 0-5мА. 0-10В. Живлення- 24В

Для вибору режиму роботи і керування процесом в ручному режимі застосуємо блок ручного управління импульсним ВМ. Вхідні сигнали: 0(4)-20мА, 0-5мА. 0-10В Живлення220В, 50Гц. Комутаційна спроможність контактів по постійній напрузі <30 В, по змінній напрузі < 220 В, по постійному струму < 0,25 А по змінному <0.1А. Вихідна напруга ±24 B

Рис. 4.7.Блок ручного управління импульсним ВМ

4.2 Вибір мікропроцесорних засобів автоматизації

В якості контролера вибрано SIEMENS SIMATIC S7 314 , що задовольняє всі вимоги по продуктивності і надійності для заданого об’єму вимірювальних і керуючих сигналів.

Програмовані логічні контролери (ПЛК) є постійно діючими пристроями з можливістю цифрової обробки даних, призначеними для керування в масштабі реального часу промисловими об’єктами.

ПЛК SIEMENS SIMATIC S7 314 не має фіксованого набіру пристроїв вводу-виводу. Компоненти вводу-виводу вмонтовані в один корпус з центральним процесором.

Поданий нижче малюнок демонструє основні компоненти ПЛК S7-300. ПЛК контролює стан групи пристроїв шляхом зчитування сигналів від них зі своїх входів, далі виконує програму користувача, яка зберігається в CPU, і потім інша група пристроїв формує зворотню дію, посилаючи сигнали керування на виходи ПЛК.

Рис.4. 8 Основні компоненти контролера SIMATIC S7–300

Модуль центрального процесора (CPU 314). Залежно від ступеня складності вирішуваного завдання в контролерах можуть бути використані різні типи центральних процесорів, що відрізняються продуктивністю, об'ємом пам'яті, наявністю або відсутністю вбудованих входів-виходів і спеціальних функцій, кількістю і видом вбудованих комунікаційних інтерфейсів.

Модулі блоків живлення (PS), що забезпечують можливість живлення контролера від мережі змінного струму напругою 120/230В або від джерела постійного струму напругою 24/48/60/110В.

Сигнальні модулі (SM), призначені для вводу-виводу дискретних і аналогових сигналів з різними електричними і часовими параметрами.

Комунікаційні процесори (СР) для підключення до мереж PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS-Interface або організації зв'язку через PTP (point to point) інтерфейс.

Функціональні модулі (FM), здатні самостійно вирішувати завдання автоматичного регулювання, позиціювання, обробки сигналів. Функціональні модулі мають вбудований мікропроцесор і здатні виконувати покладені на них функції навіть в разі зупинки центрального процесора програмованого контролера.

Інтерфейсні модулі (IM), що забезпечують можливість підключення до базового блоку (стійка з CPU) стійок розширення вводу-виводу. Контролери SIMATIC S7-300 дозволяють використовувати в своєму складі до 32 сигнальних і функціональних модулів, а також комунікаційних процесорів, розподілених по 4-х монтажних стійках. Всі модулі працюють з природним охолодженням.

Більшість типів центрального процесора модуля (CPU) мають вбудований інтерфейс PROFIBUS DP для побудови системи розподіленого вводу-виводу. У такій системі центральний процесор виконує функції головного пристрою DP. Звернення до входів-виходів пристроїв розподіленого вводу-виводу з програми користувача проводиться тими ж способами, що і до входів-виходів системи локального вводу-виводу.

Мережа PROFIBUS DP підтримує також мультимастерний режим роботи і дозволяє об'єднувати до 128 мережевих пристроїв. Її протяжність з електричними каналами зв’язку може досягати 9.6 км., з оптичними каналами зв'язку - 96 км. Максимальна швидкість передачі даних дорівнює 12 Мбіт/с.

Розподіл пам’яті

Завантажувальна пам'ять використовується, аби зберігати програму користувача без символів і коментарів. Завантажувальна пам'ять може бути виконана у вигляді RAM або FLASH EPROM .

Робоча пам'ять (вбудована RAM) використовується, аби зберігати відповідну частину S7 - програми, необхідну для виконання програми. Програма виконується виключно в робочій пам'яті.

Область вводу - виводу дозволяє прямий доступ до входів і виходів, пов'язаних з нею сигнальних модулів.

Системна пам'ять (RAM) містить області відображення вхідного і вихідного процесів, маркери, таймери і лічильники. Крім того, вона містить локальний стек, стек блоків і стек переривань.

Режими роботи ПЛК

ПЛК SIMATIC S7 – 300 можуть бути сконфігуровані для роботи в одному з трьох режимів:

одиничний режим – працює як автономна програмована система керування, керує своїм власним фіксованим набором модулів вводу-виводу або додатковими модулями А120;

головний – працює як один ПЛК по лінії зв’язку. Його CPU може керувати фіксованими модулями вводу-виводу всіх ПЛК на цій лінії зв’язку;

підлеглий – працює як ПЛК на лінії розширення, дозволяючи головному ПЛК на цій лінії доступ і керування деякими модулями вводу-виводу із свого набору.

Розширення модулями вводу-виводу S7 – 300

Для реалізації даної схеми автоматизації необхідно :

12 вхідних аналогових сигнали;

7 вихідних аналогових сигнали;

тому використаємо такі модулі розширення вхідних/вихідних сигналів :

• Модуль блоку живлення: PS 307 5 A (6ES7307-1EA01-0AA0)

Технічні характеристики:

- напруга живлення – 230 В, частота 50 Гц

- номінальний вхідний струм - 1 А

- пусковий струм - 45 А

- вихідна напруга - 24 В

- вихідний струм - 5 А

Рис.4.9 Модуль блоку живлення 6ES7307-1EA01-0AA0

• Модуль центрального процесора: CPU 314 6ES7 314-1AG14-0AB0

Технічні характеристики:

- робоча пам’ять - 128 КБ

- карта пам’яті - 8 МБ

- вбудовані інтерфейси: MPI + DP

Рис.4.10 Модуль центрального процесора 6ES7 314-1AG14-0AB0

• Сигнальні модулі:

-модуль виводу аналогових сигналів (6ES7 332-5HF00-0AB0)

8 аналогових виходів ±5/±10/1…5В/±20/0…20/4…20мА, 11/12 біт, 40 клем

- модуль вводу аналогових сигналів (6ES7 331-7KF02-0AB0)

8 аналогових входів ±5/±10/1…5В/±20/0…20/4…20мА, 11/12 біт, 20 клем

Рис.4.12 сигнальний модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0

4.4. Опис програми функціонування контролера

У даному дипломному проекті розглядаються наступні контури:

1)Контур регулювання співвідношення паливо-повітря.

2)Контур регулювання розрідження в паливні.

3)Контур регулювання витрати повітря на транспортування пилу.

1. Вхідний сигнал із давача концентрації подамо на вхід PIW260, а сигнали по витраті подамо на входи PIW254, PIW256. Обробку вхідного сигналу завдання подамо на вхід PIW262 після чого, для зручності роботи з сигналами, необхідно провести їх обробку.

Спочатку вхідні сигнали переведемо у формат подвійне слово, за допомогою блоків I_DI і запишемо їх в проміжні регістри MD10, MD22, MD34, MD50. Після цього необхідно перевести сигнали у формат REAL. Для цього використаємо блоки DI_R. Перезапишемо вихідні сигнали із блоків DI_R у регістри MD10, MD22, MD34, MD50 та видобуваємо корінь квадратний SQRT та запишемо значення у проміжні регістри MD22, MD34. Для зручності роботи із вхідними сигналами їх необхідно промасштабувати. Для цього використаємо блоки DIV_R, за допомогою яких поділимо вхідні значення на число 27648 і перезапишемо вихідні сигнали із даного блоку у проміжні регістри MD18, MD30, MD42, MD58.

Подамо на вхід коректую чого аналогового регулятора сигнал з обробленого значення концентрації MD18. Значення завдання для регулятора подамо на вхід SP_INT, тобто присвоїмо даному входу значення MD62. На виході отримаємо проміжнимй регістр MD66. Для безударного переходу з виходу LMN подається сигнал з проміжного регістру MD66 на вхід блоку MOVE який перетворює вихідний сигнал і записує його в проміжний регістр MD70 та подає його на вхід ручного керування MAN, тим самим забезпечуючи безударний перехід.

Для визначення різниць двох витрат використаємо блок SUB_R, на вхід якого запишемо проміжні регістри MD30, MD42 і на виході отримаємо проміжний регістр MD46.

На вхід основного імпульсного регулятора подамо сигнал різниці витрат MD46, як регульована величина.

Значення завдання для регулятора подамо на вхід SP_INT з виходу допоміжного каналового сигналу, тобто присвоїмо даному входу значення MD66.

Блок алгоритму імпульсного регулятора буде реалізувати відповідний закон регулювання, який формується відповідно до параметрів його настроювання, які задає оператор.

Вихід імпульсного регулятора запишемо в регістр дискретних виходів Q125.0 та Q125.1, які будуть подаватись на виконавчий механізм.

Для ручного керування на вхід LMNS_ON імпульсного регулятора подамо оброблене значення задавача MD58.

Рис.4.13. Програма контуру регулювання співвідношення паливо-повітря

2. Вхідний сигнал із давача тиску подамо на вхід PIW752. Обробку вхідного сигналу завдання подамо на вхід PIW262 після чого, для зручності роботи з сигналом, необхідно провести його обробку.

Спочатку вхідні сигнали переведемо у формат подвійне слово, за допомогою блоку I_DI і запишемо його в проміжному регістрі MD74, MD86. Після цього необхідно перевести сигнали у формат REAL. Для цього використаємо блок DI_R. Перезапишемо вихідні сигнали із блоку DI_R у регістри MD74, MD86. Для зручності роботи із вхідними сигналами його необхідно промасштабувати. Для цього використаємо блок DIV_R, за допомогою якого поділимо вхідні значення на число 27648 і перезапишемо вихідні сигнали із даного блоку у проміжні регістри MD82, MD90.

Після проведення вище наведених процедур ми можемо завести оброблений сигнал значення тиску із проміжного регістру MD82 на вхід алгоритму імпульсного регулятора, як регульована величина.

Значення завдання для регулятора подамо на вхід SP_INT, тобто присвоїмо даному входу значення MD94.

Блок алгоритму імпульсного регулятора буде реалізувати відповідний закон регулювання, який формується відповідно до параметрів його настроювання, які задає оператор.

Вихід імпульсного регулятора запишемо в регістр дискретних виходів Q125.2 та Q125.3, які будуть подаватись на виконавчі механізми.

Для ручного керування на вхід LMNS_ON імпульсного регулятора подамо оброблене значення задавача MD90.

3. Вхідний сигнал із давача витрати подамо на вхід PIW756. Обробку вхідного сигналу завдання подамо на вхід PIW258 після чого, для зручності роботи з сигналом, необхідно провести його обробку.

Спочатку вхідні сигнали переведемо у формат подвійне слово, за допомогою блоку I_DI і запишемо його в проміжному регістрі MD98, MD114. Після цього необхідно перевести сигнали у формат REAL. Для цього використаємо блок DI_R. Перезапишемо вихідні сигнали із блоку DI_R у регістри MD98, MD114 та видобуваємо корінь квадратний SQRT та запишемо значення у проміжний регістр MD98. Для зручності роботи із вхідними сигналами його необхідно промасштабувати. Для цього використаємо блок DIV_R, за допомогою якого поділимо вхідні значення на число 27648 і перезапишемо вихідні сигнали із даного блоку у проміжні регістри MD106, MD122.

Після проведення вище наведених процедур ми можемо завести оброблений сигнал значення витрати із проміжного регістру MD106 на вхід алгоритму імпульсного регулятора, як регульована величина.

Значення завдання для регулятора подамо на вхід SP_INT, тобто присвоїмо даному входу значення MD110.

Блок алгоритму імпульсного регулятора буде реалізувати відповідний закон регулювання, який формується відповідно до параметрів його настроювання, які задає оператор.

Вихід імпульсного регулятора запишемо в регістр дискретних виходів Q125.2 та Q125.3, які будуть подаватись на виконавчі механізми.

Для ручного керування на вхід LMNS_ON імпульсного регулятора подамо оброблене значення задавача MD122.