34

5 Разработка схемы функциональной информационно-управляющей системы автоматизации

Функциональная схема – основной технический документ, определяющий функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.

При разработке схемы функциональной системы автоматизации печи поставим следующие цели:

а) получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

б) непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

в) стабилизация технологических параметров процесса;

г) контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.

Указанные задачи будем решать на основе анализа условий работы технологического оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также требований к точности стабилизации, к контролю и регистрации технологических параметров, к качеству регулирования и к надежности системы в целом.

При разработке функциональной схемы АСУТП будем руководствоваться следующими общими принципами:

а) уровень автоматизации технологического процесса в каждый период времени должен определяться не только целесообразностью внедрения определенного комплекса технических средств и достигнутым уровнем научно-технических разработок, но и перспективой модернизации и развития технологических процессов, возможностью наращивания функций управления;

б) необходимо учитывать вид и характер технологического процесса, свойства измеряемой среды, расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств и исполнительных механизмов и приводов машин до пунктов управления и контроля; требуемая точность и быстродействие средств автоматизации;

в) система должна строится на базе серийно выпускаемых средств автоматизации, при том надо стремиться к применению однотипных средств

автоматизации и предпочтительно унифицированных систем, характеризуемых простотой сочетания, взаимозаменяемостью и удобством компоновки на щитах управления;

г) в качестве локальных средств сбора и накопления первичной информации (автоматически датчиков), вторичных приборов, регулирующих и исполнительных устройств следует использовать преимущественно приборы и

средства автоматизации Государственной системы промышленных приборов;

д) в случаях, когда функциональные схемы автоматизации не могут быть построены на базе только серийной аппаратуры, в процессе проектирования выдаются соответствующие технические задания на разработку новых средств автоматизации;

е) количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливаемой на оперативных щитах и пультах, должно быть ограничено. Избыток аппаратуры усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего персонала от наблюдения за основными приборами, определяющими ход технологического процесса, увеличивает стоимость установки и сроки монтажных и наладочных работ.

Функциональная схема автоматизации печи обеспечивает выполнение следующих функций:

1) контроль положения отсечных клапанов;

2) контроль состояния двигателя(вращение);

3) автоматическое регулирование температуры продукта на выходе.

Основная часть системы автоматизации строится на базе микроконтроллера. На него заводятся все сигналы с датчиков и кнопок управления и, после соответствующего преобразования в нужный электрический сигнал и гальванической развязки, заводятся на вход микроконтроллера, где в соответствии с управляющей программой эти сигналы обрабатываются и уже с соответствующих выходов микроконтроллера, также после преобразования, поступают на исполнительные устройства .

5.1 Выбор средств автоматизации

5.1.1 Выбор и обоснование контрольно-измерительных приборов, описание принципа действия, технических характеристик.

В качестве датчиков скорости двигателей используем тахометр фирмы «Инкотес» ДО-03-04 [2, Приложение А, стр.36], со следующими параметрами:

- напряжение питания 2,5-5 В ;

- интерфейс – RS-485;

- температура окружающей среды -25…+85⁰С;

средняя работоспособность – 10000 часов.

Для измерения давления воздуха и мазута в трубопроводе выбираем датчик давления КРТ-5 фирмы Орлэкс [3, Приложение А,стр.36] со следующими параметрами:

- диапазоны давления от 0 до 0,25…100 МПа;

- основная погрешность ±0,5;

- выходные сигналы 4-20 мА; 0-5 мА; 0-5 В; 0-10 В;

- потребляемая мощность не более 1 Вт;

- напряжение питания 16-42В

- габариты не более Ø 38х176 мм;

- масса не более 0,15 кг;

- защита корпуса P65;

- температура измеряемой среды — от -45 до +110 °С;

- температура окружающего воздуха — от -45 до +80 °С.

Для измерения расхода мазута в трубопроводе выбираем датчик расхода Digital YEWFLO фирмы “YOKOGAWO” [ 7, Приложение А, стр.38] со следующими параметрами:

- выходной сигнал 4÷20 мА;

- рабочая температура -30 ÷ +85 °C;

- напряжение питания 16-42 В.

Для измерения температуры продукта на выходе выбираем погружной датчик температуры Pt100 фирмы “SIEMENS” [ 7, Приложение А, стр.39] со следующими параметрами:

- выходной сигнал 4÷20 мА;

- рабочая температура -30 ÷ +140 °C;

- напряжение питания 16-42 В;

- глубина погружения 10 мм.

Для контроля за положением клапанов выбираем концевой выключатель КВД610 фирмы “Руст” [ 7, Приложение А, стр.39] со следующими параметрами:

- выходной сигнал до 250 В;

- рабочая температура -20 ÷ +70 °C;

- угол поворота 90˚;

- защита IP65.

5.1.2 Выбор и обоснование исполнительных механизмов, средств контроля их состояния, описание технических характеристик.

Выбираем отсечной клапан S49 фирмы “GSR” [8, Приложение А, стр.40] со следующими параметрами:

• рабочая среда жидкая и газообразная;

• температура рабочей среды -40...+80С;

• напряжение питания 220В;

В качестве приводного двигателя насоса выбираем электродвигатели серии M3АА-200-MLC 3GAA фирмы “ABB”[9, Приложение А, стр.40], со следующими параметрами:

• номинальная мощность 30 кВт;

• номинальная скорость вращения 980 об/мин;

• КПД при полной нагрузке 91,7%;

• коэффициент мощности 0,81;

• номинальное напряжение 380 В;

• номинальный ток 56 А.

В качестве приводного двигателя вентилятора выбираем электродвигатели серии M2АА-180-L 3GGA фирмы “ABB”[9,Приложение А, стр.41] , со следующими параметрами:

• номинальная мощность 22 кВт;

• номинальная скорость вращения 1460 об/мин;

• КПД при полной нагрузке 91,1%;

• коэффициент мощности 0,82;

• номинальное напряжение 380 В;

• номинальный ток 42 А.

Выбираем частотный преобразователь ACS550-01-072A-4 фирмы “ABB”[10, Приложение А, стр.41] , со следующими параметрами:

• номинальное напряжение 380-480 В;

• номинальный ток 72 А;

• мощность в нормальном режиме 37 кВт;

• степень защиты IP21.

Для защиты двигателей от перегрузок и токов короткого замыкания, используем автоматические выключатели серии АЕ 2063 [11, Приложение А, стр.42] , со следующими параметрами:

• номинальное напряжение 380В;

• номинальный ток 160 А;

• уставка электромагнитного расцепителя 12Iн;

• уставка теплового расцепителя 1,25Iн.

Данные выключатели имеют электромагнитный и тепловой расцепители. Ток уставки теплового расцепителя регулируется, а максимального равен 12 крат номинального тока выключателя.

Для подключения контакторов в ручном режиме выбираем кнопочные посты ПКУ 1521-121 54 У2 [12, Приложение А, стр.42] , со следующими параметрами:

• номинальное напряжение 220 В;

• номинальный ток 10 А.

В качестве контактора выбираем LC1-D65 фирмы “ Schneider Electric”[14, Приложение А, стр.42], со следующими параметрами:

• номинальное напряжение 380-440 В;

• номинальный ток 65 А;

• мощность в нормальном режиме 37 кВт;

• доп. контакты – 1р., 1 з..

5.1.3 Выбор и обоснование контроллера, модулей ввода/вывода.

Микроконтроллер выбирается с учетом следующих требований:

- надежность и долговечность;

- возможность организации в единую сеть предприятия;

- достаточный объем оперативной памяти для контроля за состоянием технологического оборудования;

- достаточный объем памяти для программ пользователя (управляющие и др. программы);

- достаточное количество необходимых входов/выходов.

Выбираем PC-совместимый модульный промышленный контроллер ПЛК150-220 фирмы “ОВЕН” [15, Приложение А, стр.43], со следующими характеристиками:

• процессор АRM9 c RISC архитектурой;

• частота 200 МГц;

• память Flesh 4 МБ;

• оперативная память 8 МБ;

• Ethernet 100 Base - 1 канал;

• RS-485 – 1 канал;

• 6 дискретных входов;

• 5 дискретных (релейных) выходов;

• 2 аналоговых выхода;

• 4 аналоговых входа.

5.1.4 Выбор и обоснование компьютера, программного обеспечения, интерфейса.

При выборе комплекса технических средств автоматизации необходимо учитывать их стоимость, производительность и надежность.

На верхнем уровне АСУТП выбираем панельный полнофункциональный ПК марки ТPC-1260Т фирмы “Advantech” [15, Приложение А, стр.43].

На компьютере данной фирмы установлена операционная система Microsoft Windows CE 3.0, поэтому они обладают достаточным быстродействием, большим запасом прочности и надежности. Операционная система Windows CE 3.0 обеспечивает многозадачный режим работы прикладных программ, осуществляет поддержку расширенного управления питанием и работой подключенного к ней источника бесперебойного питания.

Выбираем программное обеспечение SCADA – системы Trace Mode. TRACE MODE состоит из инструментальной системы и исполнительных (run-time) модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе TRACE MODE.