ЭТАПЫ разработки автоматизированных систем управления технологическими комплексами

Л Е К Ц И Я 4

1. Изучение конструктивного исполнения объекта.

2. Анализ технологического процесса.

3. Определение функций системы управления.

4. Составление (экспериментальное определение) временных диаграмм изменения основных параметров технологического процесса.

5. Оценка целесообразности использования существующего электропривода или обоснование необходимости его модернизации.

6. Разработка системы датчиков основных параметров.

7. Разработка алгоритма управления объектом.

8. Выбор типа системы управления.

9. Моделирование функционирования системы при автоматическом управлении.

10. Выбор элементной базы системы управления.

11. Составление принципиальных схем и разработка программного обеспечения.

12. Монтаж и наладка оборудования.

13. Авторский надзор.

Как правило технологические параметры объекта до разработки системы автоматизации являются заданными. Иногда удается внести коррекцию в параметры собственно объекта,но это случаи редкие. Временные диаграммы изменения параметров технологического процесса более поддаются корректировке и обычно в некоторых пределах могут быть изменены для оптимизации процесса с учетом больших возможностей автоматизированной системы управления по сравнению с ручным управлением.

1. Изучение конструктивного исполнения объекта.

На рис. 1 представлена схема системы водоснабжения.

Технологический процесс – водоснабжение.

Класс технологического процесса - транспортный.

Технологический объект – водокачка.

Электромеханическая система – насосная установка.

Регулируемый параметр – объем воды.

Тип электропривода – нерегулируемый, переменного тока.

На рисунке приняты следующие обозначения:

1. Колодец.

2. Насос.

3. Приводной двигатель.

4. Бак водонапорной башни.

5. Водораздаточный коллектор.

ЦСУА 4.2

ЦСУА 4.3

2. Анализ технологического процесса.

Расход воды изменяется от 0,001 м³/с до 0,005 м³/с. Запас воды на 1 час при полном расходе составляет

3600*0,005=18 м³.

Объем 18 м³ принимаем в качестве рабочего

Полный объем бака принимаем 20 м³ или 3*3*2,2 м

Высота напора Н=10+20=30м.

Не требуется поддержание постоянства давления в расходном трубопроводе.

3. Определение функций системы управления.

На этом этапе необходимо определить какие функции будет реализовывать система управления на данном объекте для обеспечения нормального хода технологического процесса. В зависимости от количества и сложности реализуемых функций определяеются структура, состав и алгоритм функционирования системы.

Примеры взаимосвязи между реализуемымыми функциями и параметрами системы управления представлены в таблице 3.1

Таблица 3.1

Уровень сложности	Реализуемые функции	Аппаратные средства	Примечание
Очень низкий	1. Индикация состояния системы –включена/отключена на индикаторных лампах.. 2.Защита на элементах, встроенных в силовую коммутирующую аппаратуру. 3. Замыкание процесса регулирования через оператора.	Пускатели, реле, индикаторные лампы, концевые и путевые выключатели. Простейшие индикаторы контролируемой величины.
Низкий	1. Отображение достижения граничных значений контролируемых величин на ламповых и светодиодных индикаторах. 2. Автоматический контроль за достижением предельных (аварийных) значений и индикация срабатывания защиты. 3. Наличие замкнутого контура регулирования, как правило дискретного действия.	Силовая коммутирующая аппаратура, датчики контролируемых величин дискретного действия, логические схемы управления на реле или бесконтактных элементах, светодиодные индикаторы.

ЦСУА 4.4

Уровень Сложности	Реализуемые функции	Аппаратные средства	Примечание
Средний	1. Отображение параметров технологического процесса на алфавитно-цифровых индикаторах. 2. Предварительная и аварийная защиты. 3. Замкнутые непрерывные контура регулирования.	Программируемые логические контроллеры, клавиатуры оператора, алфавитно-цифровые индикаторы. Датчики регулируемой величины с непрерывным и дискретным выходом.
Высокий	1. Отображение хода технологического процесса на трендах. 2. Накопление информации для формирования протокола в ручном режиме. 3. Реализация простейших алгоримов самонастройки и оптимизации. 4. Сетевые функции.	Программируемые логические контроллеры и устройства человеко-машинного интерфейса. Промышленные компьютеры. Датчики с цифровым интерфейсом.
Очень высокий	1. Накопление статистических данных. 2. Оптимизация алгоритмов управления с использованием модели процесса или нежесткой логики под заданные критерии качества. 3. Подготовка отчетных данных и протоколов. 4. Прогнозирование технических и экономических результатов деятельности. 5. Работа в составе общезаводских сетей автоматизированных систем управления.	То же, что при высоком уровне и дополнительно серверы, рабочие станции, сетевое оборудование.

ЦСУА 4.5

4. Составление (экспериментальной определение) временных диаграмм изменения основных параметров технологического процесса.

Диаграмма потребления Qпот, м³/с, подачи Qпод, м ³/с и объема воды в баке V, м ³ в течение суток представлена на рисунке 2. Такая диаграмма может быть построена по экспериментальным данным при ручном управлении подкачкой воды дежурным оператором. Для проектируемых установок за основу берется расчетная (ожидаемая) диаграмма потребления.

5. Выбор электропривода или уточнение его характеристик.

Производительность насоса Q принимаем равной удвоенному максимальному потреблению, что составляет 0,01 м³/с.

Расчетная мощность привода насоса составляет

, (1)

где g - плотность воды кг/м³;

h_н – коэффициент полезного действия насоса.

Так как в техническом задании предусмотрен нерегулируемый электропривод переменного тока, то выбираем асинхронный электродвигатель А71-8, с номинальной мощностью на валу 10 кВт, напряжением 220 вольт, ток статора 38,0 А, к.п.д. 85%, cosj 0.8, I_пус/I_ном = 4,0, вес 205 кг, J =1.5 кг*м².

При отсутствии справочных данных по току статора асинхронного электродвигателя, его величина может быть найдена по формуле

(2)

Общее время работы насоса за сутки, согласно диаграммам, представленным на рис. 2, составляет 7 часов 48 минут, количество пусков 16. Продолжительность включения 32,5%.

Общее количество израсходованной и поданой воды 280 м³. Количество израсходованной электроэнергии без учета потерь на пуски

7,8*10=78 кВт*час.

Время пуска 10 секунд. Суммарное время пусков 160 секунд.- 0,04 часа. Дополнительные потери при пусках около 2 кВт*часа.

Итого суммарный расход электроэнергии 80 кВт*часа. При стоимости Квт*часа 0,13 грн., денежные затраты на электроэнергию составляют 10,4 грн/сутки.

ЦСУА 4.6

ЦСУА 4.7

ЦСУА 4.8

6. Составление схемы управления электроприводом в ручном режиме.

Схема управления электроприводом насоса представлена на рис.3.

При положении переключателя выбора режимов SA в положение “Ручное”, для включения/отключения электродвигателя в ручном режиме используем магнитный пускатель KML типа ПАЕ345 (3 габарита) с встроенными кнопками “Q1, Q2 «ПУСК-СТОП”, на ток 36 А при исполнении IP64. Напряжение питания катушки 380 В, потребляемый катушкой ток 0,087 А.

Для подключения насосной установки к сети используем автоматический выключатель Q1, типа АП50 3МТ 40 А.

Для защиты от токов КЗ используем токовое защитное реле KA типа ЭТ-522/200 с пределом регулирования 50-200А и одним нормально закрытым контактом.

Для переключения режимов “ручное/автомат” используется универсальный переключатель УП5402 исполнения IP55 c двумя секциями.

7. Разработка системы датчиков основных параметров.

Для автоматического управления работой насоса, минимально допустимый объем остатка воды принимаем 0,25 от максимального или 18*0,25=4,5 м³. Высота установки датчика на включение насоса равна 4,5/3/3=0,5 м. Высота установки датчика на отключение насоса равна 18/3/3=2 м. Для автоматического контроля уровня ставим два поплавковых реле SQ1,SQ2 типа РП-1065-0 предназначенных для сигнализации предельных значений уровня в открытых резервуарах. Предел измерения 0-6 м., Выходная электрическая часть - микропереключатель МП1 с 1 закрытым контактом. Допустимый предельный ток контактов 3 А при напряжении переменного тока 220 В., размеры 165*185*82 мм, масса одного реле 2,9 кг.

Дата добавления: 2015-01-03