Автоматизация напорного ящика закрытого типа БДМ

Это накладывает ограничение на напряжение питания базового модуля, т.к. все модули расширения имеют напряжение питания 12/24 В. Для построения системы управления используются модули расширения с напряжением питания 24 В(LOGO!AM2 Pt-100). Соответственно, необходимо использовать блок питания для понижения и выпрямления питающих напряжений, то и базовый модуль выбирается на напряжение питания 24 В.Характеристики модуля Siemens LOGO! 24 RCE:Питание: 24В;Дискретные входы: 8 (4 могут выполнять функции аналоговых);Дискретные выхода: 4 (отдача тока, транзисторные);Встроенный контроллер EthernetДополнительные возможности: расширение функционального потенциала модулями ввода/вывода.Технические характеристики базового модуля представлены в таблице 5.5.Таблица 5.5 – Технические характеристики LOGO!24RCE:Источник питания:Параметры входного напряжения24В (ток постоянный)Допустимый диапазон20.4 ... 28,8В (ток постоянный)Защита от обратной полярностиПрисутствуетПотребление тока - 24В (ток постоянный)0 ... 75мА;0,3А на выходПотери мощности - 24В (ток постоянный)1.0 ... 1,8ВтЦифровые входы:Количество входов8Потенциальная развязкаНетКоличество быстродействующих входов4 (I3, I4, I5, I6)Параметры входной частоты: Нормальный вход Быстродействующий входмакс. 4Гц макс. 5кГцПараметры входного напряжения L+: Сигнал 0 Сигнал 1< 5В (ток постоянный) > 12В (ток постоянный)Аналоговые входы:Количество2 (I7 = AI1, I8 = AI2)Диапазон0 ... 10В (ток постоянный)входной импеданс 78 кОмВремя цикла, за которое происходит формирования аналоговых значений300мсВходное напряжение (max)28,8В (ток постоянный)Длина линии (экранированная витая пара)10мЦифровые выходы:Количество4Характеристика выходовРелейныйПотенциальная развязкадаУправление цифровым входомдаВыходное напряжениеПитающееВыходной ток0,3A (max)Модули расширенияЭти модули предназначены для увеличения количества входных и выходных сигналов логических модулей LOGO!. К каждому логическому модулю LOGO! может подключаться до 8 модулей расширения, что обеспечивает до 24 входных дискретных сигналов и до 8 выходных дискретных сигналов или до 16 входных дискретных сигналов и до 2 выходных аналоговых сигналов.Внутренняя шина модулей LOGO! DM не имеет устройств гальванического разделения цепей. Поэтому напряжение питания и род тока модуля расширения должны совпадать с аналогичными параметрами модуля, к которому он подключается. Для исключения ошибок при монтаже все модули LOGO!DM оснащены кодировочными пазами и штифтами.Для обеспечения требуемой функциональностисистемы управления в соответствие с ТЗ необходимо использовать совместно с базовым модулем модули расширения:Модуль расширения для ввода аналоговых сигналов температуры LOGO!AM2 PT100;Модуль расширения для ввода/вывода дискретных сигналов LOGO! DM8 24;Текстовый дисплейLOGO TD.Рассмотрим технические параметры данных модулей расширения.Модуль ввода аналоговых сигналов LOGO!AM2 PT100Для подключения аналогового датчика температуры в соответствии с требованиями ТЗ необходимо использовать соответствующий модуль расширения. Выбор обусловлен тем, что модуль специально разработан использования в составе ПЛК LOGO! непосредственно с заданным преобразователем температуры Pt-100. Для измерения температуры используетсярезистивный датчик PT100. Он сконструированы для измерения температуры газообразных и жидких веществ. Температурный диапазон применения датчика от 0 до 200 °C.. Технические параметры модуля представлены в таблице 5.6Таблица 5.6 – Технические характеристики LOGO!AM2 PT100:Блок питания:Показатели входного напряжения12/24В (ток постоянный)Параметры допустимого диапазона10,8...28,8В (ток постоянный)Интенсивность потребления тока25...50мАМощность потерь в условиях• 12В• 24В0,5...0,6Вт0,6...1,2ВтПотенциальная развязканетЗащита от обратной полярностиВысокая эффективностьЗаземляющая клеммадля подключения земли/ экрана аналоговой измерительной линииВходы датчиков:Количество2ТипRTD Pt100Подключение датчиков• 2–хпроводной метод• 3–хпроводной методдадаДиапазон измерения-50°C...+200°C-58°F...+392°FИзмерительный ток Ic1,1мАТемп повторения измеренийЗависит от конфигурации, как правило - 50мсРазрешающая способность0.25°CГраницы ошибки• 0°C...+200°C• -50°C...+200°Cкасательно конечного значения диапазона измерения:+/- 1.0%+/- 1.5%Потенциальная развязканетДлина кабеля (экранированного)10 метровПодавление помех частотой55ГцМодуль ввода-вывода дискретных сигналов LOGO!DM8 24Поскольку базовый модуль имеет только 4 дискретных выхода, а по ТЗ необходимо не менее 5, то, в соответствии с ТЗ,необходимо использовать дополнительный модуль расширения для ввода/вывода дискретных сигналов.Как было указано выше, выбираем модуль с напряжением питания 24 В. Поскольку для управления исполнительными элементами используетсяподключения типа «сухой контакт», то выбираем модуль с реле в выходных каналах.Модуль ввода вывода LOGO!DM8 24R:Параметры питания: ~=24В;Количество дискретных входов: 4;Количествовыходов: 4 (нормально разомкнутые реле).Таблица 5.7 – Технические характеристики LOGO!DM8 24R:Блок питания:Входное напряжение24В переменный / постоянный токДопустимый диапазон20,4...26,4В переменный ток20,4...28,8В постоянный токДопустимая частота сети47...63ГцПотребление тока - 24В переменный ток - 24В постоянный ток40...110мА 20...75мАБуферизация исчезновения напряжениятип. 5мсПотери мощности • 24 В переменный ток• 24 В постоянный ток0,9...2,7Вт0,4...1,8ВтЦифровые входы:Количество8, на выбор включение на P /на NПотенциальная развязкаНетВходной ток при• сигнале 0• сигнале 1< 1,0мА> 2,5мАВремя задержки при• переходе с 0 на 1• переходе с 1 на 0тип. 1,5мстип. 15мсДлина линии (неэкранированной)100мЦифровые выходы:Количество4Тип выходовРелейные выходыПотенциальная развязкадаДлительный ток Ith5A на реле (max)Устойчивость к коротким замыканиям при cos = 1Защита по питанию B16, 600AУстойчивость к коротким замыканиям при cos от 0,5 до 0,7Защита по питанию B16, 900AЗащита выходного реле (при необходимости)макс. 16A, характеристика B16Цифровыми выходами логического модуля LOGO! в зависимости от их модификации являются реле либо транзисторные ключи. Контакты реле имеют потенциальную развязку с источником питания и входами. Транзисторные выходы устойчивы к коротким замыканиям и перегрузкам, при работе с ними необходимость в отдельном источнике питания для нагрузки отсутствует, так как LOGO! обеспечивает нагрузку питающим напряжением. Текстовый дисплей LOGO TDДля реализации требований ТЗ по возможности контроля параметров работы системы и возможности изменения пороговых значений датчиков без перепрограммирования ПЛК необходимоиспользовать текстовый дисплей LOGOTD. Выбор обусловлен тем, что данный дисплей специально разработан для использования совместно с ПЛК SiemensLOGO! и имеет необходимые коммутационные разъемы.Характеристики4 строки, до 24 символов в каждой6 стандартных и 4 параметрируемых клавишОтображение информации в виде символов или гистограмм.Программирование до 50 сообщенийПоддержка кириллицы в сообщениях и меню настроекПодключение к базовому модулю LOGO! кабелем длиной 2,5 м (макс. длина 10 м)Операторская панель LOGO!TD расширяет интерфейсные возможности программируемого реле LOGO!. Прежде всего, размещаясь в удобном для оператора месте, она может просто повторять функции дисплея логического модуля. Однако на дисплей логического модуля и на панель LOGO!TD одновременно могут выдаваться различные сообщения. Рис.5.6 – Текстовый дисплей LOGO TD 5.3Разработка технической структуры АСУТПВнешний вид логического модуля LOGO! и модуля расширения с обозначениями основных цепей приведены на Рис.5.7.Рис.5.7 – Расположение интерфейсных разъемовОписание схемы принципиальнойНаиболее простые устройства управления могут быть построены на основе логического модуля LOGO! Basic или LOGO! Pure без использования модулей расширения. Для реализации системы в соответствии с требованиями технического заданиялогический модуль дополняется необходимым набором модулей расширения. Входы обозначаются буквой I и номером. Спереди сверху элементов LOGO! находятся клеммы для входов. Только у аналоговых модулей LOGO! AM 2 и AM 2 PT100 входы находятся снизу.Выходы обозначаются буквой Q и номером. Клеммы для выходов расположены снизу.Принципиальная схема системы управления представлена в приложении 1.Указанный выше базовый модуль и модули расширения соединяются между собой при помощи интерфейса внутренней шины данных.Дискретные входы. Используемые дискретные входы контроллера А1 имеют обозначение I1–I6.На входы I1 и I2 подаются дискретные сигналы с нормально-разомкнутых контактов РУ1 и РУ2 контактных датчиков уровня в накопителе. Остальные контакты датчиков РУ1 и РУ2 подключаются к источнику питания в 24 В. К дискретному входу I3 подключается кнопка «Аварийный остановка» (SB1), причем для формирования логического сигнала вход и кнопка необходимо соединить последовательно с источником питания в 24 В. Для присоединения дискретных входов к контактным датчикам и внешнему источнику питания применяется набор клеммников Х2. Дискретные выходы. Дискретные выходы контроллерапредставляют собой контакты электромагнитных реле.Нормально-разомкнутый контакт реле Q1 выдает сигнал управления клапаном КЛ1, реле Q2 – сигнал управления клапаном КЛ2, реле Q3 – сигнал управления клапана КЛ3, контакт DO4HP реле DO4 – сигнал управления приводом конвейера S4.Последовательно с подключаемыми нагрузками включена контрольные лампы, для контроля наличия сигналов управления в системе.Для связи дискретных выходов с исполнительными механизмами используется набор клеммников Х3 и X4, соответственно.Аналоговые входы. На аналоговый вход I7 контроллера LOGO! Basic 24 DD1 поступает измерительный сигнал с выхода датчика давления ДД. Второй контакт датчика подключен к заземляющей линии.Подключение датчика температуры производится при помощи модуля LOGO! AM2 Pt-100. Для подключения преобразователя температуры (ТД) используются входы M1+, M1-, IC1.Питание контроллера DD1 и блока питания DA1 осуществляется напряжением ~90…264 В через набор клеммников Х1. Все модули семейства LOGO! выпускаются в компактных пластиковых корпусах, предназначенных для установки на стандартные 35 мм профильные шины DIN. На верхней части корпуса расположены клеммы для подключения цепи питания, а также датчиков или органов ручного управления. На нижней части корпуса расположены клеммы для подключения нагрузки (реле, контакторов, соленоидных вентилей и т. д.). Конструктивно все модули собираются на профильную металлическую рейку (DIN-рейку). На боковых стенках модулей расширения имеются разъемы с помощью которых они соединяются в единое целое – конструктивно формируется интерфейс внутренней шины. Клеммы цепей питания всех модулей соединяются внешними проводниками.На цифровые входы подаются дискретные сигналы, соответствующие уровням логических «0» и «1».Сигналы меньше 5 В расцениваются как уровни логического «0», больше 8 В – как уровни логической «1». Фактически все устройства промышленной автоматики сигналы логической «1», выдают в виде напряжения равного 24 В. Никакие входные и выходные сигналы логического модуля LOGO! и модулей расширения не имеют гальванической развязки и подаются (измеряются) относительно уровня на клемме М (масса) блока питания.При использовании модулей расширения необходимо соблюдать следующие правила:- модули расширения DM8/DM16 могут подключаться только к модулям с таким же уровнем напряжения питания и таким же родом тока; для исключения ошибок при монтаже все модули снабжены устройствами механической кодировки;- аналоговые и коммуникационные модули могут подключаться к модулям любого типа;- для повышения быстродействия устройства управления непосредственно за логическим модулем рекомендуется устанавливать сначала дискретные, потом аналоговые, потом коммуникационные модули расширения;Подключение питания системыПитание контроллера выполняется от внешних источников питания 24 В. Для питания ПЛК LOGO используем блок питания LOGO! Power =24 В/ 2.5 А, 60 ВтПараметры данного БП представлены в таблице 5.5Таблица 5.8 – Технические характеристики блока питания LOGO! Power 60 ВтБлок питания6EP1 331-1SH02Общие технические данныеНоминальное входное напряжение~100 … 240 ВНоминальное выходное напряжение=24 ВНоминальный выходной ток2,5 АВходные цепиРод тока1-фазный переменныйНоминальное входное напряжение Uвх.ном~100…240 В; широкий диапазон входных напряженийДопустимый диапазон изменения входных напряжений~85…264 ВДопустимые перенапряжения2.3хUвх.ном, 1.3 мсДопустимый перерыв в питании при Iвых.ном, не менее40 мс при Uвх=187 ВЧастота переменного тока, номинальное значение/ допустимый диапазон отклонений50/60 Гц/ 47…63 ГцНоминальный входной ток Iвх.ном0.7…0.35 АПредельный импульсный ток включения при +25 °C, не более15 АI2t, не более0.8 А2сВстроенный предохранительЕстьРекомендуемый автоматический выключатель (IEC 898) в цепи питанияОт 16 А, характеристика B или от 10 А, характеристика CВыходные цепиПодключение внешних цепей производится к съемным фронтальным соединителям, которые закрываются защитными крышками. Наличие фронтальных соединителей упрощает выполнение операций подключения соединительных проводников и позволяет производить замену модулей без демонтажа их внешних цепей. Этикетка для маркировки внешних цепей входит в комплект поставки модуля. Операции замены модулей могут выполняться без отключения питания контроллера.Структурная схема системы управления в соответствии с выбранным в первой главе ПЛК представлена на рисунке 5.8Рис.5.8 – Структурная схема АСУ на ПЛК SiemensLOGO!Описание среды программированияПрограммное обеспечение LOGO! SoftComfort предоставляет наиболее широкие возможности по разработке, отладке и документированию программ логических модулей LOGO! Разработка программы может выполняться на языках LAD (LadderDiagram) или FBD. Допускается использование символьных имен для переменных и функций, а также необходимый комментариев.В отличие от программирования с клавиатуры обеспечивается наглядное представление всей программы, поддерживается множество сервисных функций, повышающих удобство разработки и редактирования программы.Разработка, отладка и полное тестирование работы программы может осуществляться в автономном режиме без наличия реального модуля LOGO! Готовая программа может загружаться в логический модуль или записываться в модуль памяти, а также сохраняться на жестком диске компьютера.Компактное,комфортабельное,экономичное и универсальное решение для построения простых устройств автоматического управления.Простота монтажа и обслуживания, удобное и простое программирование."Все в одном": встроенный дисплей и клавиатура, программируемая логика, библиотеки встроенных функций, входы и выходы.Программирование с клавиатуры без использования дополнительного программного обеспечения.Использование дисплея и клавиатуры для решения простейших задач оперативного управления.Функции программы LOGO! Soft Comfort позволяют:выполнять разработку программ для логических модулей LOGO! всех поколений;выполнять разработку, отладку, документирование и архивирование программ LOGO! как в автономном, так и в интерактивном режимах;использовать для разработки программы языки LAD (язык релейно-контактных символов) и FBD (язык функциональных блок-схем);выполнять настройку параметров модулей и используемых функций;разрешать или запрещать автоматический переход с зимнего времени на летнее время и наоборот;осуществлять быстрый просмотр всей или некоторой части программы;использовать символьную адресацию для входов, выходов и функций; вводить комментарии для всех переменных и функций;моделировать работу программы модуля LOGO! на компьютере; загружать готовую программу в логический модуль или считывать программу из памяти логического модуля;отображать состояния всех переменных и функций в режиме моделирования работы программы или в процессе работы программы в логическом модуле;сохранять программу на жестком диске компьютера;производить сравнение программ логических модулей;формировать тексты оперативных сообщений, включать в них необходимые значения параметров, и определять условия их появления на экране логического модуля;использовать в процессе проектирования функции копирования, вырезания, вставки и т.д.;ЗаключениеВ результате проведённой работы была рассмотрена техническая реализация САУ уровнем в напорном ящике. Использование панели оператора и пульта управления на базе программируемого контроллера LOGO! 24RCE, а также замена старых показывающих приборов на новые цифровые позволили существенно повысить надёжность автоматизированной системы, увеличить наглядность процесса, минимизировать размер технологического оборудования и существенно сократить число импульсных линий. Кроме того, это позволило разместить все органы управления и отображения информации в одном месте (пультовой), а также повысить простоту и эффективность работы оператора.В ходе исследования свойств системы, был проведён анализ устойчивости,качество и точность. Для улучшения показателей полученных в результате расчетов качества системы, был применен метод синтеза САУ с применением ПИД-регулятора.Отличительными чертами, разработанной системы являются: возможность удаленного контроля и настройки, универсальность и хорошая масштабируемость, низкая, в сравнение с другими системами стоимость, применение различных типов датчиков, что делает данную систему очень универсальной. В процессе реализации проекта было выполнено:Проведен анализ объекта автоматизации, выделены возможные пути автоматизации и составлено техническое задание на проект.На основе проведённого анализа и составленного ТЗ, разработана структурная схема системы, а также структура отдельных блоков системы.Составлен алгоритм функционирования программы управления системой. Для решения поставленной задачи были использованы современные программируемые логические контроллеры. В работе проведен анализ наиболее популярных ПЛК различных производителей, проанализированы их достоинства и недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция. При проектировании использовалась современная элементная база производства компании Siemens, а также применялись последние достижения проектирования АСУ.Разработанная архитектура системы полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫПроизводственный менеджмент: Учебник для вузов / Ред. С.Д. Ильенкова.- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.- 583 с.Кугушев И.Д. Терентьев О.А. Бумагоделательные и картоноделательные машины / СПб. 2008.Буйлов Т.П., Доронин В.А., Серебряков Н.П. Автоматика и автоматизация производственных процессов ЦБП: учебное пособие. - М.: Экология, 1995.- 320 с.Суриков В.Н., Малютин И.Б., Серебряков Н.П. Автоматизация технологических процессов и производств: учебно-методическое пособие/ СПбГТУРП.- СПб., 2011.- 62 с.Буйлов Г.П. Автоматизация оборудования ЦБП: учебное пособие/ СПбГТУРП.- СПб., 2009.- 167 с.Серебряков Н.П. Проектирование автоматизированных систем: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию / СПбГТУРП.– СПб., 2011. 42 с.: ил.1.Барашко О.Г. Автоматика и автоматизация производственных процессов:практические занятия.– Минск., 2011. Александров А.В., Александрова Т.Н. Реология и гидродинамика процессов отлива и формования бумаги. Часть I. Реология и гидродинамика волокнистых суспензий/СПбГТУРП.- СПб., 2015.-132 с.: ил. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М. : Горячая линия — Телеком, 2008. - 608 с.Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП – Каталог №6/2006.Сайт компании ОВЕН. Оборудование для автоматизации. http://www.owen.ru/Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил.ХеммингР.В.Цифровые фильтры. –М.: Недра, 1987. – 221 с.Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. –М.: Мир, 1978. –847 с.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.ПБ 12-529-03 «Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления» Справочник проектировщика; внутренние санитарно-технические устройства. Ч.1.Отопление / Под. ред. И.Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. 4-е изд., перераб. и доп. М.:Стройиздат, 1990. 343 с.Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1999.–464с.:ил.Субботина Л.Г. Технико-экономическое обоснование работ исследовательского характера – Северск:СГТИ, 2006.СНиП 3.05.07-85 «Системы автоматизации» - М.: Стройиздат, 1986гФеткуллов М. Р. «Экономика систем ТГВ»-Ульяновск, 2007.Приложение 1. Принципиальная схема АСУ.Приложение 2.Программа управления ПЛК LOGO!Приложение 3. Схема включения базового модуля и модулей расширения