Система автоматического управления температурой воды

Система автоматического управления температурой воды

Введение

Управление современными агрегатами тепло-энергетической промышленности требует непрерывного сопоставления текущего хода технологического процесса с заданным и уточнения управляющих воздействий (управлений), прикладываемых к агрегату, в соответствии с изменением условий его работы.

Последнее объясняется тем, что сложность технологических процессов, высокие и разнообразные требования, предъявляемые к управляемым технологическим параметрам, делают особенно актуальным использование микропроцессоров и микроЭВМ, которые благодаря малым размерам, высокой надёжности, развитым математическим возможностям позволяют создать высокоэффективные, функционально развитые АСУ ТП.

Основой автоматизации производства является создание автоматизированных и автоматических систем управления сложными технологическими процессами, агрегатами и производствами с применением электронных управляющих вычислительных машин и средств автоматизации. Применение АСУ ТП повышает уровень организации производства и оперативности взаимодействия персонала с техническим агрегатом. Это существенно сокращает цикл производства. Появляется возможность перехода к оптимизированным режимам технологических процессов, что увеличивает производительность агрегатов, повышает эффективность использования сырья и материалов, а также предотвращает аварийные ситуации. Качество готового продукта улучшается, а его характеристики стабилизируются.

В данной работе приведена техническая реализация системы автоматического управления температурой воды на выходе из котла ПТВМ-50.

1. Описание объекта управления

Объектом управления является водогрейный отопительный котел ПТВМ-50. Он имеет башенную компоновку и выполнен в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится полностью экранированная камерная топка 3.

Рис. 1 Водогрейный отопительный котел ПТВМ-50: 1 - дымовая труба; 2 - конвективные поверхности нагрева; 3 - камерная топка; 4 - газомазутная горелка; 5 - вентилятор

Топка отопительного котла ПТВМ-50 оборудована двенадцатью газомазутными горелками 4 с индивидуальными дутьевыми вентиляторами 5. Горелки расположены на боковых стенах (по шесть штук на каждой стороне) в два яруса по высоте. Газ в котельную подается, от распределительного пункта, находящегося в отдельном помещении.

Вода в отопительном котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы отопительного котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму, а в летний - двухходовая по пиковому режиму.

Четырехходовая схема (теплофикационный режим):

)        1-й ход - обратная сетевая вода с температурой 70°С сетевым насосом подается в нижний коллектор переднего (фронтового) экрана, откуда поднимается по трубам до промежуточного коллектора, и далее, пройдя стояки и конвективные U-образные пакеты секций, поступает в верхний коллектор переднего экрана.

)        2-й ход - из крайних точек верхнего коллектора двумя потоками по перепускным трубам вода переходит в верхние коллекторы левого и правого боковых экранов, распределяется по коллекторам до заглушек, откуда по ближней (относительно фронта котла) части экранных труб опускается в нижние коллекторы.

)        3-й ход - из нижних коллекторов левого и правого боковых экранов, вода поднимается по дальней части труб в верхние коллекторы боковых экранов и распределяется по коллекторам после заглушек.

)        4-й ход - из верхних коллекторов боковых экранов, двумя потоками по перепускным трубам, вода переходит в верхние коллекторы заднего экрана, проходит промежуточный коллектор, и далее, пройдя стояки и конвективные U-образные пакеты секций, опускается в нижний коллектор заднего экрана, откуда нагретая до 150°С вода идет в теплосеть.

Двухходовая схема движения воды (пиковый режим):

)        1-й ход - обратная сетевая вода с температурой 105°С сетевым насосом, двумя параллельными потоками подается в нижние коллекторы переднего и заднего экранов, откуда по трубам экранов поднимается в промежуточные коллекторы, а затем проходит по стоякам и конвективным U-образным пакетам секций, после чего попадает в верхние коллекторы переднего и заднего экранов.

)        2-й ход - из двух верхних коллекторов переднего и заднего экранов параллельными потоками по перепускным трубам вода переходит в верхние коллекторы левого и правого боковых экранов, по экранным трубам опускается в нижние коллекторы левого и правого боковых экранов, откуда нагретая до 150°С вода идет в теплосеть.

Рис. 2 Схема рециркуляции воды с индивидуальными рециркуляционными насосами и перемычками перепуска в ячейке каждого котла

котел температура отопительный рециркуляционный

Таблица 1. Технические характеристики котла ПТВМ-50

2. Описание и анализ существующей САУ

Описание САУ.

Изменение температуры воды на выходе из котла происходит вследствие изменения подачи топлива на горелки, поэтому регулирующей величиной является расход топлива.

Система постоянно сравнивает температуры воды на выходе, получаемую датчиком, с заданным значением температуры.

При разнице величин больше 1˚С производится вычисление регулятором новой позиции газовых заслонок и отработка этой позиции с помощью исполнительного механизма. Далее система ожидает время к моменту, когда результат измерения позиции газовых заслонок будет виден, как измерение температуры на воды на выходе. Далее вся операция повторяется. Если же разница между температурой воды на выходе и заданным значением температуры меньше 1˚С, то никаких манипуляций с заслонками не производится, и система просто наблюдает за температурой воды на выходе.

Описание принципа действия и технических характеристик ТСА.

Для технологического контроля температуры воды на выходе из котла, отображения результатов измерения и формирования сообщений об измерениях используется ряд датчиков.

Термопреобразователь ТСПУ-9304. Термопреобразователь предназначен для измерения и непрерывного преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4÷20 мА. Он обеспечивают измерение температуры как нейтральных, так и агрессивных сред.

Термопреобразователи применяются в различных технологических процессах в промышленности и энергетике.

Термопреобразователь состоит из первичного преобразователя (ПП) температуры и измерительного преобразователя (ИП). В качестве первичных преобразователей температуры используются термопреобразователи сопротивления (ТС) 50М, 100М и 50П, 100П, Pt100.

ТС преобразуют температуру в электрическое сопротивление. ИП преобразуют сигнал, поступающий от первичного преобразователя в унифицированный токовый сигнал 4÷20 мА. Он выполнен в виде единого конструктивного узла, который устанавливается в головку первичного преобразователя.

В термопреобразователе предусмотрена возможность перенастройки верхних и нижних пределов измерений температуры с помощью соответствующих переключателей, расположенных на верхней (передней) панели ИП.

Полученные данные с термопреобразователя дают основания для изменения положения газовых заслонок. Управление газовыми заслонками происходит с помощью ПИМ.

Описание работы и анализ качества действия управления существующей САУ.

Структурная схема САУ

Весь процесс регулирования температуры можно описать следующей последовательностью действий:

·        Оценка рассогласования (ошибки регулирования), т.е. разности между заданным значением температуры и измеренным;

·        Вычисление величины воздействия на регулятор пропорциональное величине рассогласования;

·        Ожидание времени, равное транспортному запаздыванию;

·        Повторение цикла регулирования сначала.

Регулирование температуры воды на выходе из котла в системе регулирования описывается ПИД - законом.

Пропорциональная часть - величина воздействия пропорциональна ошибке рассогласования между заданным значением и измеренным.

Интегральная часть - величина воздействия накапливается с учётом прошлых воздействий, т.е. учитывается история, так называемая интегральная сумма воздействий. И в зависимости от того, если предыдущее воздействие не привело к желаемому результату, то следующее воздействие будет больше предыдущего даже при том же значении ошибки рассогласования. Интегральные коэффициенты 0-4 определяют величину интегральной составляющей для получения усиления или ослабления предыдущих воздействий на регулирующий орган. Определяются эмпирическим путём.

Дифференциальная часть - величина воздействия пропорциональна скорости изменения измеренного значения, т.е. она предназначена для гашения быстрых скачков температуры воды и практически не имеет влияния при медленном изменении температуры. Дифференциальные коэффициенты определяют скорость воздействия на регулирующий орган при различных величинах разбаланса.

3. Обоснование требований к разрабатываемой САУ

Котлоагрегат представляет значительную опасность для обслуживающего персонала и всего производства в целом. Во избежание возникновения непредвиденных аварийных ситуаций, требования к надежности (безотказной работе) системы предъявляются самые высокие.

При выборе технических средств автоматизации учитываем следующие параметры:

1.      Ручной и дистанционный режим

2.      Отображение процесса регулирования температуры на операторской станции

.        Ввод задания с операторской станции

.        Точность регулирования (отклонения от заданного значения не должны превышать 3-5%).

4. Разработка структурной схемы САУ

Структурная схема САУ. Управление температурой воды на выходе из котла ПТВМ-50, путем изменения подачи топлива

Сигнал с операторской станции (ОС) поступает на программируемый логический контроллер (ПЛК), который обрабатывает входную величину и информацию с измерительного преобразователя и формирует управляющий сигнал, далее проходит блок ручного управления в котором можно выбрать режим работы (Автоматический или Ручной), далее проходит преобразователь и идёт на исполнительный механизм (ИМ) который управляет задвижкой, а она в свою очередь оказывает влияние на объект управления (ОУ) которым является водогрейный котел (ВК).

5. Разработка технической структуры САУ

Структурная схема САУ

1. Выбор ПЛК

По задании преподавателя был использован микроконтроллер «Ремиконт» - Р-130.

Контроллер микропроцессорный Ремиконт Р-130 предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логикопрограммное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий.

Технологическое программирование контроллера микропроцессорного Ремиконт Р-130 выполняется без программистов специалистами, знакомыми с традиционными средствами контроля и управления в АСУ ТП. Запрограммированная информация сохраняется при отключении питания с помощью встроенной батареи.

Контроллер микропроцессорный Ремиконт Р-130 имеет проектную компоновку, которая позволяет пользователю выбрать нужный набор модулей и блоков, согласно числу и виду входных - выходных сигналов. В контроллер встроены развитые средства самодиагностики, сигнализации и идентификации неисправностей, в том числе при отказе комплектующих изделий, выходе сигналов за допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по кольцевой сети и т.п. Для дистанционной сигнализации об отказе предусмотрены специальные дискретные выходы.

По интерфейсному входу-выходу контроллеры микропроцессорные Ремиконт Р-130 могут объединяться в локальную управляющую сеть «Транзит» кольцевой конфигурации, которая с помощью блока «Шлюз БШ-1» может взаимодействовать с любым внешним абонентом (например, ЭВМ).

Входные - выходные сигналы.

В процессе сбора и обработки информации от датчиков пользователь может выполнять необходимую коррекцию входных сигналов, их линеаризацию, фильтрацию, а также любую арифметическую операцию, в том числе извлечение квадратного корня. В контроллер устанавливаются 2 любых сменных модуля входа - выхода УСО (устройства связи с объектом).

Входные сигналы

сигналы от термопар ТХК, ТХА, ТПР, ТВР, ТПП;

сигналы от термометров сопротивлений ТСМ, ТСП;

унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0-5, 0-20, 4-20 мА; 0-10В;

дискретные сигналы:

логическая «1» напряжением от 19 до 32В;

логический «0» напряжением от 0 до 7В.

Выходные сигналы

унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0-5, 0-20, 4-20 мА

дискретные сигналы:

транзитного выхода - максимальное напряжение коммутации 40В, максимальный ток нагрузки 0,3А

сильноточного релейного выхода - максимальное напряжение

. Термопреобразователь ТСПУ-9304.

Термопреобразователь предназначен для измерения и непрерывного преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4÷20 мА. Достоинством данного термопреобразователя является возможность измерение температуры как нейтральных, так и агрессивных сред..Термопреобразователи применяются в различных технологических процессах в промышленности и энергетике.

Термопреобразователь состоит из первичного преобразователя (ПП) температуры и измерительного преобразователя (ИП). В качестве первичных преобразователей температуры используются термопреобразователи сопротивления (ТС) 50М, 100М и 50П, 100П, Pt100.

ТС преобразуют температуру в электрическое сопротивление. ИП преобразуют сигнал, поступающий от первичного преобразователя в унифицированный токовый сигнал 4÷20 мА. Он выполнен в виде единого конструктивного узла, который устанавливается в головку первичного преобразователя.

В термопреобразователе предусмотрена возможность перенастройки верхних и нижних пределов измерений температуры с помощью соответствующих переключателей, расположенных на верхней (передней) панели ИП.

Технические характеристики:

Выходной сигнал 4-20 мА.

Статическая характеристика 100П.

Предел измерения 0+200˚С.

Защитная арматура ст. 12Х18Н10Т

. Электропневматического позиционера

В качестве электропневматического позиционера используем SIPART PS2.

Электропневматические позиционеры SIPART PS2 применяются для регулировки позиции вентилей и клапанов на пневматических поступательных и поворотных приводах. Электропневматический позиционер устанавливает на приводе позицию вентиля, соответствующую заданной величине. Через дополнительные функциональные входы можно запустить блокировку или позицию безопасности клапана. Для этого в основном приборе имеется стандартный двоичный вход.

Особенности:

. простое управление:

управление на месте (ручной режим) и конфигурирование прибора через три клавиши управления и удобный, двухстрочный ЖК-дисплей.

программирование через SIMATIC PDM; очень высокое качество регулирования благодаря адаптации Online.

. пренебрежительно малый расход воздуха в стационарном режиме.

. функция «герметизации» (обеспечивает макс. перестановочное усилие на седле вентиля).

. множество функций может быть активировано простым конфигурированием (например, характеристики и ограничения).

. обширные функции диагностики для вентиля или привода.

. только один вариант прибора для поступательных и поворотных приводов.

. не чувствительны к вибрациям благодаря малой подвижной массе.

Исполнительный механизм. В качестве исполнительного механизма используем поворотный пневматический привод типа SAF03 фирмы AMG-Pesch.

Основные конструктивные элементы - зубчатая рейка и шестерня - преобразуют прямолинейное движение двух поршней, действующих в противоположных направлениях, во вращательное движение. Зубчатые рейки обоих поршней находятся в контакте с шестерней, которая передает вращательное движение на арматуру. Поршни движутся за счет воздействия на их поверхность сжатого воздуха.

Поперечные усилия, возникающие при перемещении поршней, гасятся направляющими стойками. За счет этого обеспечивается безупречное осевое положение поршней, что в свою очередь благоприятно сказывается на работу поршневых уплотнений и их сроки службы. За счет постоянного рабочего расстояния между рейками и шестерней принцип «зубчатая рейка / шестерня» позволяет достичь равномерную характеристику момента вращения во время переключения.

Пневмоприводы АМG типа SAF 03 работают за счет воздействия сжатого воздуха и пружин. В приводах однократного действия сжатый воздух подается только во внутреннюю камеру. Создаваемое при этом усилие не только двигает арматуру в заданном направлении, но и одновременно натягивает предохранительные пружины для последующего возврата. Правильно рассчитанная пружина в состоянии перевести арматуру в безопасное положение «закрыто» или «открыто» в случае отказа подачи воздуха.

Технические характеристики:

принцип «зубчатая рейка-шестерня».

стойки в качестве направляющих поршня.

угол поворота 90°.

рабочее положение - любое.

устойчиво в промышленной атмосфере.

смазывание постоянное с пластичной смазкой по DIN 51852-K2K-30.

температура окружающей среды от -25°C до +100°C / Opt. -60°C +100°C.

вращающий момент от 3,5 Нм до 7051 Нм.

Техническое обслуживание и проверка: Приводы AMG не требуют обслуживания при выполнении следующих условий: привод установлен по инструкции эксплуатации, управляющая среда правильно подготовлена и условия окружающей среды соответствуют указанным.

5. Блок ручного управления (БРУ)

Блок ручного управления предназначен для использования в системах промышленной автоматизации производственных процессов в качестве:

Блока ручного задатчика импульсных сигналов «больше» - «меньше»

Блока ручного управления импульсным исполнительным механизмом

Блоки БРУ-5К1 выполнены в корпусе с передней панелью 48х96.

Область применения:

Блок управления для ручного переключения управляющих цепей регулятора с автоматического режима управления на ручное и обратно при помощи клавиши на передней панели

Блок управления для дистанционного переключения режима управления ручной / автомат, при помощи внешних сигналов, подаваемых на клеммно-блочный соединитель

Цифровой индикатор технологического параметра, сигнала положения ИМ, в пределах от 0,0 до 100,0%

Функциональные возможности:

Цифровая калибровка измерительного канала

Масштабирование шкал измеряемых параметров в произвольных технологических единицах

Цифровая фильтрация

Извлечение квадратного корня

Линеаризация входного сигнала по 16 точкам

Технологическая сигнализация на передней панели отклонения от установок минимум и максимум

Коммутация цепей ручного управления кнопками «>» и «<» с самовозвратом и встроенной электрической блокировкой от одновременного включения

Два светодиодных индикатора на передней панели для индикации состояния ключей «>» и «<»

Светодиодная индикация режима управления ручной / автомат

Сохранение параметров при отключении питания

Защита от несанкционированного изменения параметров

Гальванически разделенный интерфейс RS-485, протокол ModBus RTU (сбор информации, конфигурация)

Технические характеристики:

Входной аналоговый сигнал: 0-5мА (Rвх=400 Ом), 0 (4) - 20 мА (Rвх=100 Ом), 0-10В (Rвх=25кОм)

Основная приведенная погрешность измерения: ±0,2%

Количество разрядов цифрового индикатора: 4

Высота цифр светодиодных индикаторов: 14 мм

Коммутационная способность контактов реле с магнитной блокировкой:

- постоянный ток … <34 В, <0,25 А

- переменный ток … <220 В, <0,25 А

Температура окружающей среды: от -40°С до +70°С

Напряжение питания: 24 (±4) В постоянного тока

Ток потребления: не более 150 мА.

Корпус (ВхШхГ): щитовой 48х96х170 мм DIN43700, IP30. Монтажная глубина: 170 мм.

Масса блока: не более 0,33 кг.

6. Выбор структуры регулятора

Из документации Р-130 выбран аналоговый стандартный регулятор. На рис. показан пример стандартного аналогового регулятора с ручным задатчиком и средствами оперативного ручного управления.

Для решения задач регулирования используется регулирующая модель контроллера. В каждом контроллере можно реализовать до четырех независимых или взаимосвязанных контуров регулирования. В каждом контуре регуляторы могут быть одного или разных типов, никаких ограничений на сочетание видов регулятора не накладывается.

Аналоговый стандартный регулятор

Сигнал задания поступает на вход алгоритма РАН, на второй вход этого алгоритма поступает сигнал от датчика (через алгоритм ВАА). Выходной сигнал алгоритма РАН через алгоритм РУЧ и алгоритм АВА поступает на аналоговый выход контроллера.

С помощью алгоритма ОКО организуется оперативное управление.

Функции, выполняемые при оперативном управлении, задаются путем конфигурирования входов алгоритма ОКО. Вход «вх» подключается к сигналу, представляющему регулируемый параметр. В остальном алгоритм РАН не отличается от алгоритма РИМ.

При построении регуляторов чаще всего используются следующие алгоритмы:

РАН - регулирование аналоговое;

ЗДН - задание;

РУЧ - ручное управление;

ОКО - оперативный контроль контура регулирования;

ВАА, ВАБ - ввод аналоговый группы А и (или) Б;

АВА, АВБ - аналоговый вывод группы А и (или) Б;

РАН - это «ядро» аналогового регулятора, формирующее ПИД-закон регулирования.

ЗДН - алгоритм, формирующий сигнал задания. Этот алгоритм снабжен также переключателем вида задания, с помощью которого можно выбирать один из трех видов задания: ручное, программное или внешнее. При ручном задании сигнал задания устанавливается оператором вручную; при программном задании изменяется во времени по заданной программе (при этом дополнительно используются алгоритмы программного задания ПРЗ); при внешнем задании сигнал задания либо формируется внутри контроллера с помощью других алгоритмов, либо поступает извне через цепи аналогового входа, либо поступает, извне по сети Транзит.

РУЧ - алгоритм, с помощью которого регулятор из автоматического режима можно перевести на режим ручного или дистанционного управления. В ручном режиме алгоритм РУЧ позволяет управлять исполнительным механизмом вручную, при дистанционном управлении сигнал, управляющий исполнительным механизмом, может либо формироваться какими-либо алгоритмами (помимо основного ПИД) внутри контроллера, либо поступать извне через аналоговые входы контроллера, либо поступать извне по сети Транзит.

Для того чтобы алгоритмы оперативного управления - ЗДН, РУЧ - выполняли свои функции, в комплекте с ними необходимо задействовать еще один алгоритм - ОКО. Алгоритм ОКО выполняет двойную функцию. С одной стороны, он позволяет всю оперативную информацию вывести на индикаторы, расположенные, на лицевой панели контроллера, и, с другой, - передать команды, поступающие от клавиш лицевой панели, алгоритмам оперативного управления.

С помощью специальной группы алгоритмов ввода-вывода организуется связь регулятора с внешними цепями контроллера - датчиками и исполнительными механизмами.

Аналоговые сигналы вводятся в контроллер с помощью АЦП, однако, для того, чтобы «подключиться» к этим сигналам, необходимо задействовать алгоритмы ввода аналогового: ВАА для группы А и (или) ВАБ для группы Б. В этих алгоритмах аналоговый сигнал калибруется. При калибровке путем смещения корректируется «нуль», а путем масштабирования - диапазон изменения входного сигнала. Выходные сигналы алгоритма ВАА (ВАВ) «представляют» аналоговые сигналы, поступающие на вход контроллера.

Аналогично формируются сигналы на аналоговом выходе контроллера. Для этого используются алгоритмы аналогового вывода АВА (группа А) и (или) АВБ (группа Б). В этих алгоритмах также корректируется «нуль» и диапазон изменения выходного сигнала.

7. Разработка функциональной схемы регулятора

При построении регулятора использовались следующие алгоритмы:

ОГР (ограничение), предназначенный для установки пределов вводимого задания. При вводе запредельного значения алгоритм устанавливает предельное;

ЗДН (задание), формирующий сигнал задания. Этот алгоритм снабжён также переключателем вида задания, с помощью которого можно выбирать один из трёх видов задания: ручное, программное или внешнее. При ручном задании сигнал задания устанавливается оператором вручную; при программном задании - изменяется во времени по заданной программе (дополнительно используются алгоритмы программного задания ПРЗ); при внешнем задании сигнал задания либо формируется внутри контроллера с помощью других алгоритмов, либо поступает извне через цепи аналогового входа, либо поступает, извне по сети «Транзит».

РАН (регулирование аналоговое) - это «ядро» аналогового регулятора, используемое при построении ПИД регулятора. Помимо формирования закона регулирования, в алгоритме вычисляется сигнал рассогласования, который фильтруется, вводится зона нечувствительности. Алгоритм, как правило, применяется в сочетании с алгоритмом аналогового вывода АВА (АВБ), который преобразует выходной аналоговый сигнал алгоритма РАН в последовательность импульсов; управляющих исполнительным механизмом. Алгоритм содержит узел настройки, позволяющий автоматизировать процесс настройки регулятора.

РУЧ (ручное управление), позволяющий перевести регулятор из автоматического режима управления в ручной или дистанционный. В ручном режиме алгоритм РУЧ позволяет управлять исполнительным механизмом вручную, при дистанционном управлении сигнал, управляющий исполнительным механизмом, может либо формироваться внутри контроллера с помощью других алгоритмов, либо поступать извне через аналоговые входы контроллера, либо поступать извне по сети Транзит.

ОКО (оперативный контроль контура регулирования), предназначенный для вывода оперативной информации на индикаторы, расположенные на лицевой панели контроллера, и передачи команд от клавиш лицевой панели алгоритмам оперативного управления. Его необходимо задействовать для функционирования алгоритмов оперативного управления - ЗДН и РУЧ.

Аналоговые сигналы вводятся в контроллер с помощью АЦП, однако, для того, чтобы «подключиться» к этим сигналам, необходимо задействовать алгоритмы ввода аналогового сигнала: ВАА для группы А и / или ВАБ для группы Б. В этих алгоритмах производиться калибровка аналогового сигнала, при которой, путём смещения корректируется «нуль», а путём масштабирования - диапазон изменения входного сигнала. Выходные сигналы алгоритма ВАА представляют собой аналоговые сигналы, поступающие на вход контроллера.

Сигналы на аналоговом выходе контроллера формируются аналогично. Для этого используются алгоритмы аналогового вывода АВА (группа А) и / или АВБ (Б). В этих алгоритмах также корректируется «нуль» и диапазон изменения выходного сигнала.

Сигнал задания поступает на вход алгоритма РАН, на второй вход этого алгоритма поступает сигнал от датчика (через алгоритм ВАА). Выходной сигнал алгоритма РАН, через алгоритмы РУЧ и ABA, поступает на аналоговый выход контроллера.

С помощью алгоритма ОКО организуется оперативное управление. Функции, выполняемые при оперативном управлении, задаются путём конфигурирования входов алгоритма ОКО.

Сигнал, поступающий на вход «здн» этого алгоритма, всегда выводится на верхний цифровой индикатор «задание» лицевой панели контроллера независимо от того, к выходу какого алгоблока подключается вход «здн». Однако, если сигнал задания нужно не только контролировать, но и изменять вручную, вход «здн» должен обязательно подключаться к первому выходу алгоритма ЗДН.

На нижний цифровой индикатор избирательного контроля в положении «вх», «е», и «вых» поступают сигналы, приходящие на входы соответственно «вх», «е» и «вр» алгоритма ОКО. Вход «вх» подключается к сигналу, представляющему регулируемый параметр. Вход «е» обычно связывается с выходом «У_е» алгоритма РАН, на котором формируется сигнал рассогласования. Вход «вр» (выход регулятора) подключается к выходу алгоблока, характеризующего выходной сигнал регулятора. Сигнал на этом входе поступает не только на нижний цифровой индикатор в положении «вых», но также на шкальный индикатор. По шкальному индикатору ориентировочно (с разрешающей способностью 5%) контролируется выходной сигнал регулятора независимо от того, какой сигнал в данный момент выводится на цифровой индикатор избирательного контроля. Для регулятора выходным сигналом считается сигнал на выходе датчика положения исполнительного механизма, который заведён на второй вход алгоритма ВАА, однако, это может быть какой-либо другой сигнал.

Если вход «вр» алгоритма ОКО может подключаться к выходу разных алгоблоков (в зависимости от того, какой сигнал считается выходным), то вход «руч» алгоритма ОКО обязательно должен подключаться к первому выходу алгоритма РУЧ. Только в этом случае с помощью клавиш лицевой панели можно менять режим управления и управлять исполнительным механизмом вручную.

Алгоритм ОКО имеет два настроечных входа W₀ и W₁₀₀. На этих входах обычно задаются константы, определяющие технические единицы, в которых контролируются сигналы задания, входа и рассогласования (для всех трёх сигналов технические единицы одинаковы). Каждая из констант на входах W₀ и W₁₀₀ может задаваться в диапазоне от -1999 до 9999 с шагом 1, Константа на входе W₀ определяет число, соответствующее 0% сигнала задания, входа и рассогласования, а константа на входе W₁₀₀ число, соответствующее 100% этих сигналов.

На выходе алгоритма РАН формируется сигнал рассогласования У_е = Х_здн - Х_вх. Если регулируемый параметр Х_вх меньше сигнала задания Х_здн, то сигнал У_е - положителен, в противном случае - отрицателен. При контроле сигнала рассогласования, обычно, принято знаку этого сигнала приписывать противоположный смысл. Поэтому сигнал на входе «е» алгоритма ОКО инвертируется.

8. Организация безударных переходов

Безударный переход - отсутствие резких скачков при переходе от одного значения сигнала управляющего воздействия к другому.

Организация безударного перехода при выходе из строя системы управления является одной из важнейших задач при управлении технологическими процессами.

Рассмотрим автоматическую систему регулирования температуры воды на выходе котла ПТВМ-50

В качестве регулирующего устройства используется контроллер Ремиконт Р-130.

Существует несколько способов организации безударного перехода:

·        применение резервного контроллера Ремиконт Р-130;

·        применение ручного управления.

По заданию преподавателя необходимо осуществить безударный переход в случае отказа внешнего регулятора.

Для того чтобы система даже после отказа контроллера Р-130 оставалась в автоматическом режиме управления используется резервный контроллер той же модели и модификации, связь между которыми осуществляется с помощью сети «Транзит», предусмотренной разработчиками Ремиконта Р-130. Сетевое взаимодействие осуществляется посредствам библиотечных алгоритмов интерфейсного вывода ИНВ и ввода интерфейсного ВИН.

При отказе контроллера или отключении питания срабатывает специальное реле, шунтирующее контроллер и сохраняющее целостность сети «Транзит».

Отказавший контроллер при этом выпадает из обмена информацией. Реле, шунтирующее интерфейсную цепь, расположено в блоке питания БП-1. Поэтому для сохранения целостности сети «Транзит» кабель этой сети не должен отключатся от блока питания (однако само питание от этого блока может быть отключено).

Каждому контроллеру, подключенному к сети «Транзит», присваивается логический (системный) номер. Есть ряд особенностей относительно номеров контроллера, основным из которых является то, что в одной сети «Транзит» не должно быть двух или более контроллеров, имеющих одинаковый системный номер. В алгоритме ВИН устанавливается системный номер контроллера - источника. Кроме того, для каждого входа алгоритма ВИН устанавливается номер сигнала, передаваемого выбранным контроллером-источником. Именно этот сигнал будет сформирован на данном выходе алгоритма ВИН и затем поступит на вход других алгоритмов, соединенных по конфигурации с данным выходом алгоритма ВИН. ИНВ - передает в сеть сигналы поступающие на вход алгоритма ИНВ. ПОР - пороговый контроль. Контроль за выходом сигнала или разности двух сигналов из ограниченной справа области допустимых значений.

Таким образом, между алгоблоками равных контроллеров с помощью сети «Транзит» и алгоритмов интерфейсного ввода-вывода устанавливается виртуальный (кажущийся) канал связи. Работают контроллеры при этом так, как будто этот канал в действительности существует.

Для перевода системы из автоматического режима в ручной используется блок ручного управления БРУ.

Система функционирует в обычном автоматизированном режиме (ключ замкнут на «А»). Как только происходит сбой, оператор переводит систему в режим ручного управления, для этого он на БРУ нажимает соответствующую кнопку, что переводит ключ в положение «Р» (означает ручной режим управления). При отказе в системе реализуется режим отступления к последнему значению сигнала задания. И затем благодаря ручному задатчику имеет возможность самостоятельно регулировать системой, не давая ей выйти из строя, пока обслуживающий персонал будет устранять неполадку.

При переводе системы с автоматического в ручное управление, заводами изготовителями блока БРУ, преобразователя и ИМ схемно обеспечивается безударный переход.

Обеспечение безударного перехода

9. Организация внешних соединений САУ

Схема организации внешних соединений САУ

МАС - модуль аналогового сигнала;

МДС - модуль дискретного сигнала;

КБС-2 - клеммно-блочное соединение для дискретных сигналов;

БК - блок контроллеров;

ПЛК - программируемый логический контроллер Ремиконт Р-130;

БП - блок питания.

ИП - измерительный преобразователь температуры смеси

БРУ - блок ручного управления

ЭПП - электропневматический позиционер

ПИМ - пневматический исполнительный механизм.

Выводы

1) В ходе разработки курсового проекта было проведено ознакомление с системой управления температурой воды на выходе котла ПТВМ-50.

) Произведена организация безударного перехода, при отказе РУ, которым был выбран контроллер Ремиконт Р-130.

) Так же была разработана техническая структура системы автоматизации. Была разработана спецификация средств автоматизации

Список литературы

1. Суриков В.Н., Яковлев В.Б. Проектирование систем автоматизации технологических процессов ЦБП (Курсовое проектирование): Учебное пособие - Л.: ЛТА, 1983-85 с. (Подготовлено к публикации кафедрой автоматизации производственных процессов ЛТИ ЦБП)

. Дятлова Е.П., Сафонова М.Р. Проектирование автоматизированных систем автоматического управления технологическими процессами ЦБП: Учебное пособие. СПбГТУ РП. СПб., 1999-51 с.

. Доронин В.А., Суриков В.Н, Яковлев В.Б. Технические средства автоматизации технологических процессов целлюлозно-бумажного производства: Учебное пособие/ЛТА. Л., 1988,83 с.; ил. 32.

. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник /Под редакцией В.В, Черенкова. Л.: Машиностроение, 1987

. И.Я. Эйдлин. Бумагоделательные и отделочные машины

. Г.А. Кондрашкова, В.Н. Леонтьев, О.М. Шапоров. Автоматизация технологических процессов производства бумаги