Дипломная (вкр): Модернизация системы регулирования температуры колпаковых печей, путем замены физически и морально устаревшего оборудования на новое

По техническим характеристикам и эксплуатационным показателям рассматриваемые термопары примерно одинаковы. Для модернизированной системы выбираем термопару EF4/T-J/400 как имеющую больший срок эксплуатации. Внешний вид данной термопары представлен на следующем рисунке:

Рисунок 25 - Внешний вид термопары EF4/T-J/400

.6.9 Выбор устройства управления на основе ПЛК (стендовый контроллер)

Контроллер - это часть системы управления, которая непосредственно управляет производственным процессом: в соответствии с программой, сохраненной в его памяти, контроллер получает данные от входных устройств, связанных с ним и использует эти данные для отображения работы системы. Когда для выполнения какого-либо действия вызывается программа, контроллер посылает данные к выходным устройствам, связанных с ним, приводя в исполнение требуемое действие. Контроллер может использовать для управления простые, повторяющиеся задания или может быть связан с другими контроллерами или главным компьютером, для того чтобы управлять сложными процессами.

Использование контроллеров ATS-700 фирмы LOI ESSEN (Германия) обусловлено требованиями к быстродействию системы, характеристикам надёжности, удобству эксплуатации и обслуживанию, простоте программирования и отладки программ и стоимостью по сравнению с аналогичными контроллерами других зарубежных производителей.

Для данной системы отжига стали выбираем ПЛК ATS-700 фирмы LOI ESSEN (Германия), так как данный СК по сравнению с другими более производительный. Монтаж контроллера производится путём установки оборудования в специально оборудованный шкаф. Минимальное расстояние между платами 8см. На платы устанавливается:

Плата CPU (8088), плата ввода/вывода на шинах SMP.

Память EPROM (128к*8) для программы управления / регулирования

память RAM для актуальных данных (32к*8, 128к*8).

Плата ввода и вывода информации: с индикацией на дисплее и плоской клавиатурой и светодиодные сигнальные лампы для аварийного обслуживания.

RAM - аккумуляторная батарея для буфера сохранения данных при отключении питания от сети.

Интерфейсы с необходимым материальным и математическим обеспечением для подключения к вышестоящему процессору: ProfiBus и RS 485 для связи со станциями удаленного управления S7-300 - LVE MCS-OUT (2шт) по 24 дискретных выходов на напряжение 24 В и потребляемый ток 350 мА

LVE MCS - IN (3шт) по 24 дискретных входа на напряжение 24 В и потребляемый ток 350 мА.

AOS-32E плата аналоговых сигналов с унифицированным токовыми сигналами: 0 - 20 мА; 4 - 20 мА при сопротивлении нагрузки 250 Ом; 0 - 5 В преобразователь U f на сопротивлении R=250 с точностью 0, 1 %.

На рисунке 3.6.9 представлены передняя и задняя панели контроллера ATS 700.

Рисунок 26 - Передняя и задняя панель ATS-700

Контроллер ATS-700 представляет собой модульную конструкцию, которая устанавливается в шкаф. Передняя панель представляет собой панель управления и включает 120 светодиодов, жидкокристаллический экран и клавиатуру с ключом управления.

Процессор контроллера выполнен на базе микросхемы 18088-CPU с тактовой частотой 420 МГц.

Объем оперативной памяти 256 МБайт.

Объем ППЗУ 8192 МБайт.

Контроллер ATS-700 имеет следующие входы-выходы:

32 Аналоговых входа с унифицированным токовыми сигналами:

а. 0 - 20 мА,

б. 4 - 20 мА при сопротивлении нагрузки 250 Ом,

в. 0 - 5 В преобразователь U на сопротивлении R=250

48 дискретных выходов на напряжение 24 В и потребляемый ток 350 мА.

72 дискретных входа на напряжение 24 В и потребляемый ток 350 мА.

.Панель управления

.LVE-KAL module

.DMF адаптер дисплея

.LVE шина

.SMP шина

.Карта памяти

.Входня плата № 1

.Входня плата № 2

.Входня плата № 3

.Входня плата № 4

.Выходня плата № 1

.Выходня плата № 2

. Аналого цифровой преобразователь

.ProfiBus adapter

.SMP CPU V20

.U1-A5 плата

. AC - DC/DC плата

18. U2 - A2 плата

. EPROM 128 Кб

. Штекер X1

21. Штекер X2

. Штекер X3

. Штекер X4

Плата входных сигналов 24xIN делает возможным параллельный ввод 24 сигналов. Сигналы изолированы от системы процессора соединителями. Обычно все вводы рассчитаны на 24v резисторами 3.3 кОм и фильтруются комбинацией rc.

Плата выходных сигналов 24xOUT делает возможным параллельный вывод 24 сигналов. Сигналы изолированы от системы процессора соединителями. Сила тока выходного сигнала может достигать до 350 мА при напряжении 24v.

Сетевая плата SMP-Arc используется для осуществления связи между обычным контроллером и мастер-конроллером.

Плата питания U2-A2 преобразовывает напряжение 24v AC в напряжение +28v для входных и выходных плат. Содержит предохранители с индикаторами напряжения переменного тока, фильтр, выпрямитель и буферный конденсатор.

Плата преобразования напряжения AC-DC/DC представляет собой гальванический преобразователь для генерации регулируемого напряжения с плавающей землей.

Плата ввода и вывода информации U1-A5 используется для связи с контроллером Simatic с помощью интерфейса RC 232

Плата процессора PC-EMUF - основная плата в контроллере, управляет работой контроллера.

Плата ADC-32 позволяет осуществить измерение до 32 аналоговых сигналов, значением 0-20, 4-20 мА при нагрузке 250 Ом.

Плата памяти MEMCARD для хранения информации, используемой при работе контроллера.

Фронтальная панель Frontplatte и плата DMF-ADAPTER служат для отображения информации текущего отжига на экране и светодиодах.

В контроллере, также, присутствует шиномодуль - SMP, через который все вышеперечисленные платы соединены друг с другом.

Внутренняя структура контроллера Ats-700 состоит из нескольких компонентов. Взаимосвязь различных компонентов показывается в соответствии с рисунком ниже:

Рисунок 27 - Внутренняя структура контроллера ATS-700

Техническое обеспечение:

независимое управление стендом даже без интерфейса с центральным управляющим компьютером;

отображение как всех входных и выходных данных, так и информации о статусе отжига на фронтальной панели контролера;

стандартная микропроцессорная система со штепсельным разъемом для быстрой замены и удобного обслуживания;

система аварийной безопасности, позволяющая в случае возникновения внешней ошибки вернуть стенд в полностью безопасное состояние;

постоянная память стендового контролера и регистрируемые данные.

.6.10 Выбор программируемого контроллера (колпаковый контроллер)

Выбираем контроллер Simatic S7-300 фирмы Siemens, в соответствии с техническим заданием на разработку АСУТП колпаковой печи. Он обеспечивает выполнение всех необходимых функций регулирования и наиболее распространен на предприятии, а следовательно, не требуется переобучение персонала. Широкая распространенность контроллера также позволит сэкономить на закупке программного обеспечения для его программирования.S7-300 - это модульные программируемые контроллеры, работающие с естественным охлаждением. Модульная конструкция, возможность построения распределенных структур управления, наличие дружественного пользователю интерфейса позволяют использовать контроллер для экономичного решения широкого круга задач автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Контроллеры SIMATIC S7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:

модули центральных процессоров (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающиеся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, наличием или отсутствием коммуникационных интерфейсов;

сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами;

коммуникационные процессоры (СР) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS интерфейсу или организации связи по PPI (point to point) интерфейсу;

функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов. Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае отказа центрального процессора ПЛК.

Для разрабатываемой системы выберем:

. Центральный процессор CPU 315-2 DP315-2 DP оснащен встроенным интерфейсом PROFIBUS DP и способен выполнять программы среднего и большого объема. В сети PROFIBUS DP CPU 315-2DP способен выполнять функции ведущего или ведомого устройства.

Центральный процессор с встроенным интерфейсом PROFIBUS DP позволяет создавать распределенные системы автоматического управления со скоростным обменом данными между ее компонентами. Сеть PROFIBUS DP обеспечивает поддержку мультимастерного режима работы и позволяет объединять до 128 сетевых устройств. Ее протяженность с электрическими каналами связи может достигать 9.6 км, с оптическими каналами связи - 96 км. Максимальная скорость передачи данных равна 12 Мбит/с. Посредством сети PROFIBUS DP будет осуществляться связь с компьютером.

Для программирования CPU 315-2 DP используется язык программирования STEP 7. Также для программирования могут оптимально использоваться инструментальные средства проектирования:

Функции:

парольная защита доступа: для защиты от несанкционированного доступа к программе пользователя;

буфер диагностических сообщений: хранит 100 последних сообщений об ошибках;

необслуживаемое сохранение данных: при перебоях в питании контроллера центральный процессор автоматически сохраняет текущие данные и использует их после восстановления напряжения питания.

Из среды STEP 7 могут настраиваться следующие параметры и свойства центрального процессора:

интерфейс MPI: определение адреса станции;

интерфейс PROFIBUS DP: определение режимов работы и параметров настройки, свободная адресация устройств системы распределенного ввода-вывода;

параметры рестарта/цикла выполнения программы: определение максимального времени сканирования программы, перезапуска и выполнения функций самодиагностики;

объем реманентной области памяти: определение объема данных (количества битов памяти, таймеров, счетчиков и блоков данных), сохраняемых при перебоях в питании контроллера.

тактовые биты: установка адреса;

уровень защиты: установка прав на доступ к программе и данным;

системная диагностика: установка порядка обработки диагностических сообщений;

прерывания по дате и времени: установка стартовой даты и времени, а также периода повторения прерываний.

Информационные функции и функции отображения:

отображение состояний и ошибок: светодиодная индикация, отображение программных ошибок, ошибок по времени, ошибок ввода-вывода, режимов работы RUN/STOP, рестарта и т.д.;

функции тестирования: в процессе выполнения программы программатор позволяет отображать состояния сигналов, модифицировать и считывать значения переменных, получать доступ к содержимому стека;

информационные функции: с помощью программатора можно получить информацию об объеме памяти и режимах работы центрального процессора, объеме занятой и свободной памяти, текущем времени цикла выполнения программы, просмотреть содержимое буфера аварийных сообщений в текстовом формате.

Таблица 9 - Технические характеристики CPU 315-2 DP

. Блок питания PS 307

Для питания контроллера S7-300 необходимо напряжение =24 В. Модуль блока питания PS 307 преобразует входное напряжение ~ 120/230 В в выходное напряжение =24 В. PS 307 позволяет подключать к своему выходу не только ПЛК, но и подавать питание на датчики и приводы.

Конструкция:

Модуль блока питания устанавливается на профильную шину слева от центрального процессора. Подключение центрального процессора производится силовой перемычкой.

На фронтальной панели блока питания расположены:

индикатор выходного напряжения - светодиод, сигнализирующий о наличии выходного напряжения =24 В;

переключатель выбора входного напряжения: переключатель закрыт защитной крышкой. С его помощью можно производить выбор уровня входного напряжения, равный ~120 В или ~230 В;

выключатель выходного напряжения =24 В;

соединительные терминалы: эти терминалы предназначены для подключения цепей входного напряжения, выходного напряжения, а также заземляющего проводника.

Таблица 10 - Технические характеристики PS 307

. Модуль аналогового ввода SM 331.

Модули ввода аналоговых сигналов выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера и формируют цифровые значения мгновенных значений аналоговых величин. Эти значения используются центральным процессором в ходе выполнения программы.

К модулям могут подключаться датчики с унифицированными сигналами напряжения и силы тока, термопары, датчики сопротивления и термометры сопротивления.

Модули SM 331 характеризуются следующими показателями:

возможность использования модулей для измерения различных видов аналоговых сигналов на различных пределах измерения. Выбор вида аналогового сигнала производится аппаратно с помощью модулей выбора вида входного

поддержка прерываний: модули способны формировать диагностические прерывания, а также прерывания при достижении измеряемым параметром предельных значений;

диагностика: модули способны пересылать в центральный процессор большой объем диагностической информации.

Таблица 11 - Тех. характеристики SM 331 6ES7331-7NF00