|
Параметри
|
Корпуса
випарної установки
|
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
|
Температура,
ºС:
|
|
|
|
|
|
гріючої
пари
|
133,0
|
124,5
|
115,0
|
101,0
|
126,0
|
117,0
|
104,5
|
89,0
|
|
сокової
пари
|
125,5
|
116,0
|
102,0
|
85,0
|
|
конденсату
|
130,0
|
122,5
|
113,0
|
99,0
|
|
Корисна
різниця температур, ºС
|
7,0
|
7,5
|
10,5
|
12,0
|
|
Температурна
депресія, ºС
|
0,5
|
1,0
|
2,5
|
4,0
|
|
Тиск
пари, МПа:
|
|
|
|
|
|
гріючої
|
0,300
|
0,232
|
0,173
|
0,110
|
|
сокової
|
0,244
|
0,180
|
0,113
|
0,060
|
В чотирьохступінчастій випарній відбувається
контроль та регулювання температури (1а, 2а, 3а, 4а) та рівня (5а, 6а, 7а, 8а)
соку в корпусах випарної установки. Регулювання здійснюється по подачі граючої
пари (14а) та по подачі соку (15а). Додатково контролюється витрата соку, що
поступає до випарної установки (11а) - перед підігрівачем.
2.
Опис структурних схем основних контурів управління
Виділені такі контури управління:
- контур регулювання рівня
соку в корпусах випарної установки;
- контур регулювання
температури соку в корпусах випарної установки;
- контур регулювання подачі
аміачної води у збірник відфільтрованого соку;
- контроль та сигналізація
різниці тиску в фільтрі ФД-150;
- контроль та сигналізація
рівня соку в збірнику не фільтрованого соку;
- контроль витрати
відфільтрованого соку.
2.1
Контур регулювання рівня соку в корпусах випарної установки
Рівень соку в I - IV корпусах випарної
установки вимірюється відповідно датчиками гідростатичного тиску 1а, 2а, 3а, 4а
типу Rosemount 3051S для вимірювання рівня у закритих ємностях,
вихідний сигнал 4…20 мА.
Датчики підключаються по двопровідній схемі
(рисунок 5.1) до пасивних входів блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (1). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА від датчиків перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В,
підсилюється і за допомогою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП)
перетворюється в двійковий код (0…4095).
Далі, перетворений сигнал у вигляді двійкового
коду проходить через оптичну гальванічну розв’язку (ГР) і поступає на шинний
формувач (ШФ), який відповідає за обмін інформацією між підключеним модулем і
шиною контролера. Отримана інформація поступає на центральний процесорний
пристрій (ЦПП), який оброблює її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення від
до 
), який через ШФ, гальванічну розв’язку (ГР) поступає на
цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) блоку аналогових входів TSX AEZ
802. Перетворений у аналогову форму сигнал (0…10 В) підсилюється і поступає на
управляючий вхід пневмоелектричного позиціонера типу Sipart PS2 6DR52, який в свою чергу керує пневматичним виконавчим механізмом.
Виконавчий механізм регулює подачу відфільтрованого соку у
перший корпус випарної установки, впливаючи тим самим на рівень соку в усіх
корпусах установки.
2.2
Контур регулювання температури соку в корпусах випарної установки
Температура соку в I - IV корпусах
випарної установки вимірюється за допомогою термоперетворювачів опору
відповідно 5а, 6а, 7а, 8а типу 1дТС 105 - Pt100. С 3, які підключені
до нормуючих перетворювачів 5б, 6б, 7б, 8б типу ATL / Pt100/0-100 C з вихідним
сигналом 4…20 мА.
Нормуючі перетворювачі підключаються по
двопровідній схемі до пасивних входів блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (1). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В, підсилюється і
за допомогою АЦП перетворюється в двійковий код (0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду
проходить через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між
підключеним модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП,
який оброблює її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення від до ), який через ШФ, ГР поступає на ЦАП блоку аналогових входів TSX AEZ
802. Перетворений у аналогову форму сигнал (0…10 В) підсилюється і поступає на
управляючий вхід пневмоелектричного позиціонера типу Sipart PS2 6DR52, який в свою чергу керує пневматичним виконавчим
механізмом.
Виконавчий механізм регулює подачу гріючої пари у перший
корпус випарної установки, впливаючи тим самим на температурний режим всієї
установки.
2.3
Контур регулювання подачі аміачної води у збірник відфільтрованого соку
Рівень соку в збірнику відфільтрованого соку
вимірюється за допомогою гідростатичного датчика рівня 9а типу Rosemount 3051S для вимірювання
рівня у відкритих ємностях, вихідний сигнал 4…20 мА.
Датчик підключається по двопровідній схемі до
пасивного входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА від датчиків перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В,
підсилюється і за допомогою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП)
перетворюється в двійковий код (0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду
проходить через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між
підключеним модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП,
який оброблює її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення від до ), який через ШФ, ГР поступає на ЦАП блоку аналогових входів TSX AEZ
802. Перетворений у аналогову форму сигнал (0…10 В) підсилюється і поступає на
управляючий вхід пневмоелектричного позиціонера типу Sipart PS2 6DR52, який в свою чергу керує пневматичним виконавчим
механізмом.
Виконавчий механізм регулює подачу аміачної води в збірник
відфільтрованого соку при недостатньому рівні в ємності.
Контроль та сигналізація різниці тиску в фільтрі ФД-150.
Різниця тисків в фільтрі ФД-150 вимірюється за допомогою
дифманометра 10а типу APLISENS APR 2000 AL з вихідним сигналом 4…20 мА.
Датчик підключається по двопровідній схемі до пасивного
входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний сигнал 4…20 мА від датчиків
перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В, підсилюється і за допомогою
аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) перетворюється в двійковий код
(0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду проходить
через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між підключеним
модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП, який оброблює
її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення 0 або 1),
який через ШФ, ГР поступає на електронний ключ К (блок дискретних
входів-виходів TSX DMZ 28DT).
Електронний ключ К комутує котушку реле К1, контакти якого
включені в схему сигналізації відхилення технологічних параметрів.
Контроль та сигналізація рівня соку в збірнику не
фільтрованого соку.
Рівень соку в збірнику відфільтрованого соку вимірюється за
допомогою гідростатичного датчика рівня 12а типу Rosemount 3051S для вимірювання рівня у відкритих ємностях, вихідний
сигнал 4…20 мА.
Датчик підключається по двопровідній схемі до пасивного
входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний сигнал 4…20 мА від датчиків
перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В, підсилюється і за допомогою
аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) перетворюється в двійковий код
(0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду проходить через
ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між підключеним
модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП, який оброблює
її у відповідності до записаної програми.
Далі ЦПП формує керуючий сигнал (числове значення 0 або 1),
який через ШФ, ГР поступає на електронний ключ К (блок дискретних
входів-виходів TSX DMZ 28DT).
Електронний ключ К комутує котушку реле К2, контакти якого
включені в схему сигналізації відхилення технологічних параметрів.
Датчик підключається по двопровідній схемі до
пасивного входу блоку аналогових входів TSX AEZ 802 (2). В ньому вихідний
сигнал 4…20 мА від датчиків перетворюється в сигнал постійної напруги 0…10 В,
підсилюється і за допомогою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП)
перетворюється в двійковий код (0…4095).
Перетворений сигнал у вигляді двійкового коду
проходить через ГР і поступає на ШФ, який відповідає за обмін інформацією між
підключеним модулем і шиною контролера. Отримана інформація поступає на ЦПП,
який оброблює її у відповідності до записаної програми.
3.
Перелік і технічна характеристика засобів автоматизації контурів управління
В якості керуючого був вибраний контролер TSX Micro 3721 фірми Shneider Electric.
Контролери TSX Micro (ПЛК) являють
собою проектно-компоновані вироби, для яких кількість і склад модулів
вибирається залежно від розв’язуваної задачі керування і необхідних
характеристик вхідних і вихідних характеристик вхідних і вихідних сигналів.
Конструктивно різні моделі ПЛК TSX Micro будуються з використанням одного з двох базових
шасі, в які інтегровані мікропроцесорний модуль і слоти для встановлення
модулів. Базові шасі відрізняються функціональними можливостями процесорного
модуля, напругою живлення ПЛК, кількістю вільних слотів (2 або 3), а також
можливістю під’єднання до нього міні-шасі розширення із двома додатковими слотами.
До кожного базового шасі контролера входять: блок
живлення на 24 В постійного струму (VDC) чи 110…240 В змінного струму (VAC), процесорний модуль з
енергонезалежною оперативною пам’яттю RAM і системою резервного збереження
інформації на базі Flash EEPROM, дисплейний блок, термінальний порт і кнопка
перезавантаження.
Рисунок 4.1 - Зовнішній вигляд контролера TSX Micro
В загальній комплектації контролер TSX 3721 має такий склад
(рисунок 4.1).
Базове шасі, яке містить вбудоване джерело
живлення, модуль процесора з пам’яттю. На ньому ж розташований дисплейний блок,
роз’єм термінального порту (TER), роз’єм для під’єднання людинно-машинного
інтерфейсу (AUX) та роз’єм міні-шасі розширення (наприклад, типу TSX RKZ 02), що дозволяє
підключати до ПЛК додатково ще два модулі. Крім цього, на передній панелі
знаходится кнопка перезапску (Reset), кришки для доступу до батареї резервного
живлення, слоти для підключення карти розширення пам’яті та комунікаційної
карти.
Дисплейний блок відображає інформацію, необхідну
для діагностики працездатності ПЛК, його модулів та окремих каналів. Він
складається з:
– п’яти світлодіодних індикаторів (RUN, TER, I/O, ERR, BAT) для
відображення стану ПЛК;
– трьох блоків по 32 індикатори, за допомогою
яких відображається стан усіх входів-виходів у базовому шасі, шасі розширення,
а також стан віддалених входів-виходів; діагностика модулів і окремих каналів
на них; стан констант, внутрішніх і системних слів чи бітів у BIN - чи HEX-форматах;
– кнопок та індикаторів зміни режимів
відображення інформації на дисплейному блоці (BASE, EXT, R I/O, WRD, DIAG, "64”,
"16”).
Комплектація TSX 3721 101 - живлення 24 В
постійного струму.
Встановлені модулі (в роз’єми базового шасі):
– напівформатний модуль дискретних виходів TSX DSZ 08T2, який містить 8
виходів (транзисторні, 0,5 А), розрахованих на постійну напругу 24 В,
під’єднання здійснюється "під гвинт";
– два модулі аналогових входів TSX AEZ 802, які містять
по 8 аналогових входів 0…20 мА або 4…20 мА (вибирається при конфігуруванні
модуля);
Додатково до базового шасі підключається
міні-шасі розширення TSX RKZ 02, в якому встановлений модуль аналогових
виходів TSX ASZ 401. Він має чотири аналогових виходи з загальною точкою,
вихідний сигнал ±10 В при опорі лінії до 2 кОм. При цьому міні-шасі додатково
підключають до напруги живлення 24 В постійного струму.
Функціональна схема модуля аналогових входів TSX AEZ 802 зображена на рисунку 4.2
Він виконує такі функції:
– сканування вхідних каналів за допомогою
безконтактного мультиплексування і збір даних;
– аналогово-цифрове перетворення вхідного
сигналу з розрядністю 12 біт.
Крім цього, процесор ПЛК виконує таку обробку
даних від блоку:
– вхідний контроль перевищення рівня
сигналу;
– фільтрація сигналів;
– перетворення даних від АЦП у формат
користувача.
Рисунок 4.2 - Функціональна схема модуля аналогових входів TSX AEZ 802
Час опитування всіх каналів модуля може складати стандартне
значення (32 мс), або залежати від кількості каналів, що використовуються (4 мс
на канал).
Для будь-якого вибраного діапазону контролюється вихід за
його межі. система діагностики сигналізує про перевищення діапазону, якщо
сигнал вийде за його межі на величину, що становить 5 % від повного діапазону
шкали.
Функціональна схема модуля аналогових виходів TSX ASZ
401 зображена на рисунку 4.3 Він виконує такі функції:
– обробка цифрових значення, які обчислює
ПЛК у результаті виконання програми користувача;
– цифро-аналогове перетворення;
– виявлення і обробка несправностей, що
виникають у роботі модуля і ПЛК, та встановлення значень виходів у стан, що
відповідає аварійному режиму.
Прикладна програма користувача повинна забезпечити зміну
значення аналогового сигналу в діапазоні від до . У цьому разі на виході модуля сигнал
буде змінюватись від 
до 
В. Якщо значення, які розраховуються ПЛК будуть менші або більші,
фізичний сигнал на виході модуля буде встановлений на рівні відповідного
межового значення. Виходу модуля модифікуються парами в кінці кожного циклу
задачі, з якого вони пов’язані. Час опитування модуля складає 400 мс.
Рисунок 4.3 - Функціональна схема модуля аналогових виходів
TSX ASZ 401
В таблиці 4.1 наведена специфікація приладів, які
використані в даній роботі.
Таблиця 4.1 - Специфікація приладів
|
Позиція
|
Параметр
|
Оптимальне
значення параметра
|
Місце
встановлення
|
Найменування
і коротка технічна характеристика
|
Тип,
модель
|
К-сть
|
Завод-виробник
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
10а
|
Різниця
тисків
|
0,06
МПа
|
Фільтр
ФД-150
|
Інтелектуальний
датчик різниці тисків APLISENS,
приєднувач типу C, вих. сигнал 4…20 мА
|
APR 2000 AL
|
1
|
APLISENS
|
|
9а, 12а
|
Рівень
|
3 м
|
Збірники
соку
|
Датчик
гідростатичного тиску Rosemount, вимірювання рівня у відкритих ємностях, вих. сигнал 4…20 мА
|
3051S 2 LG 2A A 1A
|
2
|
НПО
"Метран”
|
Витрата
|
160 м3/год
|
Трубопровід
соку
|
Електромагнітний
витратомір Rosemount, вихідний сигнал 4…20 мА
|
Датчик
8705 T SA 040 C6 W3 NA з інтегрованим перетворювачем 8732C T 03 NA
|
1
|
НПО
"Метран”
|
|
1а-4а
|
Рівень
|
30; 35;
40; 45 %
|
Корпуси
випарної установки
|
Датчик
гідростатичного тиску Rosemount, вимірювання рівня у закритих ємностях, вих. сигнал 4…20 мА
|
3051S
2 LD 3A A 1A
|
4
|
НПО
"Метран”
|
|
5а-8а
|
Темпера-тура
|
126;
117; 104,5; 89 ºС
|
Корпуси
випарної установки
|
Термоперетворювач
опору 100Pt, довжина роб. частини 200 мм
|
1дТС
105 - Pt100. С 3
|
4
|
НПО
"ОВЕН”
|
|
5б-8б
|
Температура
|
|
На щиті
|
Нормуючий
перетворювач, вих. сигнал 4…20 мА
|
ATL
/ Pt100/0-100 C / 3,8 mA
|
6
|
APLISENS
|
|
13а, 14а, 15а
|
Витрата
|
|
За
місцем
|
Електропневматичний
позиціонер, вх. сигнал 0…10 В
|
Sipart PS2 6DR52 3211N00
|
3
|
SIEMENS
|
4.
Опис схеми з’єднань комплексу зв’язку ТОУ з МПК
В базове шасі процесорного модуля TSX Micro 3721 101
вмонтовані два модулі аналогових входів типу TSX AEZ 802 та модуль
аналогових виходів TSX ASZ 401.
Крім того, до базового шасі підключене шасі
розширення типу TSX RKZ 02 в якому встановлений напівформатний модуль
дискретних виходів TSX DSZ 08T2. Додатково до шасі розширення підключається напруга живлення
+24 В.
Однією з основних конструктивних особливостей
модулів є спосіб під’єднання до них вхідних та вихідних ланцюгів. Використані в
роботі модулі обладнані спеціальними клемними колодками для під’єднання
"під гвинт".
Їхньою особливістю є те, що клемні колодки є
з’ємними. Це дає змогу при заміні модуля, зняти їх без порушення монтажу
проводів, що до неї приєднуються.
Під’єднання до модулів із клемною колодкою
здійснюється безпосередньо із закріпленням проводів "під гвинт",
якими обладнані всі клеми. До кожної клеми можуть біти під’єднані або
неізольовані кінці проводів перерізом від 0,28 до 1,5 мм2, або
проводи, обладнані спеціальними наконечниками відкритого чи закритого типу.
Для підключення ПЛК до ПЕОМ використовується
термінальний роз’єм TER, розташований на передній панелі процесорного модуля. Обмін
даних відбувається по протоколу RS 485, що дозволяє відразу передавати дані на великі
відстані, використавши перетворювач інтерфейсу тільки на стороні ПЕОМ.
Підключення датчиків до модулів аналогових входів
відбувається по двопровідній схемі, як показано на рисунку 5.1.
На рисунку 5.2 показане розключення клемної
колодки модуля аналогових входів TSX AEZ 802, а в таблицях 5.1 та 5.2 містяться описи
підключення датчиків до клем відповідно модуля (1) та (2).
Рисунок 5.1 - Двопровідна схема підключення датчиків
Рисунок 5.2 - Розключення клемної колодки модуля AEZ 802
Таблиця 5.1 - Підключення датчиків до модуля AEZ 802 (1)
|
Датчик
|
Номер
контакту
|
|
Вхід
|
Загальна
точка
|
Екран
|
|
1а
|
1
|
2
|
4
|
|
2а
|
3
|
2
|
4
|
|
3а
|
5
|
6
|
4
|
|
4а
|
7
|
6
|
|
5а
|
9
|
10
|
8
|
|
6а
|
11
|
10
|
8
|
|
7а
|
13
|
14
|
12
|
|
8а
|
15
|
14
|
12
|
Таблиця 5.2 - Підключення датчиків до модуля AEZ 802 (2)
|
Датчик
|
Номер
контакту
|
|
Вхід
|
Загальна
точка
|
Екран
|
|
9а
|
1
|
2
|
4
|
|
10а
|
3
|
2
|
4
|
|
11а
|
5
|
6
|
4
|
|
12а
|
7
|
6
|
8
|
Електропневматичний позиціонер підключається по
трьох провідній схемі (рисунок 5.3).
На рисунку 5.4 показане розключення клемної
колодки модуля аналогових входів TSX ASZ 401, а в таблиці 5.3 міститься опис підключення позиціонерів до
клем модуля.
Рисунок 5.3 - Трьохпровідна схема підключення опозиціонера
Рисунок 5.4 - Розключення клемної колодки модуля ASZ 401
Таблиця 5.3 - Підключення позиціонерів до модуля ASZ 401
|
Позиціонер
|
Номер
контакту
|
|
Вихід
|
Загальна
точка
|
Екран
|
|
13а
|
1
|
2
|
3
|
|
14а
|
5
|
6
|
7
|
|
15а
|
9
|
10
|
11
|
На рисунку 5.5 показане розключення клемної
колодки модуля дискретних виходів TSX DSZ 08T2, а в таблиці 5.4
міститься опис підключення котушок реле до клем модуля.
Рисунок 5.5 - Розключення клемної колодки блоку DSZ 08T2
Таблиця 5.4 - Підключення котушок реле до модуля DSZ 08T2
|
Реле
|
Номер
контакту
|
|
Вихід
|
Загальна
точка
|
1
|
14
|
|
К2
|
3
|
14
|
Висновок
В ході виконання курсової роботи, була розроблена
схема автоматизації та сигналізації для чотирьохкорпусної випарної установки на
основі контролера TSX Micro 3721 фірми Shneider Electric, була вибрана
конфігурація модулів, необхідних для виконання поставленого завдання.
На основі складеної схеми автоматизації були
розроблені структурна схема контурів управління та схема зовнішніх підключень
для модулів контролера.
В даній роботі були використані сучасні датчики,
які у поєднанні з контролером дають змогу підвищити точність підтримки
оптимального режиму об’єкту керування. Це значно впливає на зменшення затрат
енергетичних ресурсів підприємства, оскільки випарювання - один з най
енергоємних процесів виробництва.
Джерела
інформації
1. Автоматизація технологічних процесів і виробництв харчової
промисловості: Підручник/Ладанюк А.П., Трегуб В.Г., Ельперін І.В., Цюцюра В.Д.
- К.: Аграрна освіта, 2001. - 224 с.
. Ельперін І.В. Промислові контролери: Навч. посіб. - К.: НУХТ,
2003. - 203 с.
3. Автоматизация производственных
процессов и АСУТП в пищевой промышленности /Под ред. Л.А. Широкова. - М.:
Агропромиздат, 1986. - 311 с.
4. Сапронов А.Р. Общая технология сахара и сахаристых веществ. - М.: Пищевая
пром-сть, 1979. - 464 с.