Автоматизация процесса подготовки шихты

2). Преобразователи-контроллеры первого уровня, предназначенные для сопряжения ЭВМ с объектом и реализации законов регулирования. Эти контроллеры имеют блочную структуру и позволяют подключать модули аналогового и дискретного ввода и вывода, модули для подключения термопар. Рабочие диапазоны настраиваются программным путем. Программируемость этих контроллеров позволяет реализовывать на них любые законы регулирования, при этом ресурсы ЭВМ вышестоящего уровня высвобождаются для решения других задач. Все микроконтроллеры подключаются к ЭВМ посредством унифицированного интерфейса обмена данными.

3). Электронно-вычислительную машину второго уровня, выполняющую функции индикации, регистрации, управления, идентификации и сигнализации предаварийных ситуаций. В качестве ЭВМ предлагается использовать промышленную рабочую станцию. Такие машины предназначены для эксплуатации в цеховых условиях, имеют достаточную вычислительную мощность и высокую надежность. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы. Подключенные к ЭВМ устройство ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и принтер) образуют автоматизированное рабочее место оператора, и позволяют оператору осуществлять ручное управление процессом.

Предлагаемая автоматизированная система управления технологическим процессом позволит решать все требуемые задачи автоматизации.

Структура АСУ приведена в документе ДП-210200-833-2005 А1.

2.4 Техническое обеспечение разрабатываемой системы автоматизации

В данной системе управления используется микроконтроллер Octagon Systems 6440. Задачи, решаемые контроллером:

· Сбор информации с датчиков различных типов и ее первичная обработка (фильтрация сигналов, линеаризация характеристик датчиков и т.п.);

· Выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов;

· Контроль технологических параметров и аварийная защита многофункционального оборудования;

· Обмен данными в распределенных системах, обмен данными с другими контроллерами;

· Обслуживание оператора-технолога, прием и исполнение команд, аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров, передача значений параметров и различных сообщений на панель оператора и в SCADA - систему верхнего уровня.

Этот контроллер имеют блочную структуру и позволяют подключать модули для аналогового ввода/вывода, модули для подключения термопар и термопреобразователей сопротивления, модули цифрового ввода/вывода, релейные модули, плату последовательного интерфейса RS232/485. Рабочие диапазоны настраиваются программным путём. Программируемость этих контроллеров позволяет реализовывать на них любые, самые сложные законы регулирования, при этом ресурсы рабочей станции вышестоящего уровня высвобождаются для решения других задач. Управление объектом производится прикладной программой, хранящейся в энергонезависимой памяти контроллера. При этом контроллер подключен к сети Ethernet, что позволяет вычислительному устройству верхнего уровня иметь доступ к значениям входных и выходных сигналов контроллера и значениям рабочих переменных прикладной программы, а также воздействовать на эти значения. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы. Для повышения надежности системы предусмотрено наличие резервного контроллера, работающего в режиме горячего резервирования с основным контроллером.

3. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

3.1 Описание функциональной схемы автоматизации

На основании эскизного проекта разработана функциональная схема автоматической системы управления процессом подготовки шихты.

Для управления технологическим процессом подготовки шихты используем программируемый контроллер, предназначенный для построения территориально распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивающий выполнение следующих функций: аналоговый ввод-вывод, дискретный ввод-вывод, первичное преобразование информации, прием команд от удаленной вычислительной системы, передача в ее адрес преобразованных данных, управление процессом. Программируемый контроллер обозначен на схеме поз. 1-2. Все входные сигналы обрабатываются одним программируемым контроллером с передачей данных на ЭВМ для их индикации, регистрации, сигнализации, дистанционного управления.

Основным технологическим параметром подготовки шихты является температура сушки песка. Отклонение данного параметра от заданного значения вызывается изменением температуры и влажности песка, поступающего на сушку. Эти изменения являются наиболее влияющими возмущениями, поэтому регулирование осуществляется с помощью комбинированной системы автоматического регулирования.

Сигнал с измерительного преобразователя температуры поз. 1-1 поступает на контроллер поз. 1-2 через модуль аналогового ввода на программно реализованный регулятор температуры и в ЭВМ, где осуществляется индикация значения температуры.

Влажность песка в бункере песка измеряется преобразователем влажности поз. 2-1, 2-2. Сигнал с измерительного преобразователя поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 в реализованный программным путем блок компенсации и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения влажности. С блока компенсации сигнал поступает на регулятор температуры.

Температура песка в бункере песка измеряется преобразователем температуры поз. 3-1. Сигнал с измерительного преобразователя поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 в реализованный программным путем блок компенсации и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения температуры. С блока компенсации сигнал поступает на регулятор температуры.

Выработанный регулятором температуры сигнал управления поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 1-3 и далее на исполнительный механизм регулирующего клапана на газопроводе поз. 1-5.

Для регулирования концентрации отходящих дымовых газов на выходе из сушильного барабана используем каскадную систему регулирования. Корректирующим (внешним, основным) регулятором является регулятор концентрации отходящих дымовых газов, а стабилизирующим (внутренним) - регулятор соотношения “воздух/топливный газ”. В качестве регулирующего воздействия выбираем изменение расхода воздуха, поступающего на горение в сушильный барабан.

Концентрация кислорода в отходящих из сушильного барабана дымовых газах измеряется газоанализатором поз.4-1, 4-2. Сигнал текущего значения концентрации кислорода, содержащегося в дымовых газах, с газоанализатора поступает через модуль аналогового ввода на контроллер поз. 1-2. в реализованный программным путем основной регулятор концентрации и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения.

Измерение расхода газа осуществляется измерительным преобразователем расхода поз. 5-1, 5-2. Сигнал текущего значения расхода поступает в контроллер поз. 1-2 на программно реализованный вспомогательный регулятор и в ЭВМ, где осуществляется индикация значения расхода. Сюда же поступает сигнал с измерительного преобразователя расхода воздуха, подаваемого на горение, поз. 6-1, 6-2. Выработанный основным регулятором сигнал поступает на вход вспомогательного регулятора. Сигнал управления с вспомогательного регулятора поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 6-3 и далее на исполнительный механизм регулирующего клапана на трубопроводе воздуха поз. 6-5.

Регулирование влажности песка в разгрузочной камере сушильного барабана песка осуществляется одноконтурной системой регулирования. Влажность песка измеряется преобразователем влажности поз. 7-1, 7-2. Сигнал с измерительного преобразователя поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 в реализованный программным путем регулятор влажности и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения влажности. С регулятора сигнал поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 7-3 и далее на исполнительный механизм регулирующего клапана на трубопроводе воздуха для сушки поз. 7-5.

Для поддержания необходимого разряжения в сушильном барабане песка используем комбинированную систему регулирования, компенсирующую изменение расхода воздуха, поступающего на сушку. Регулирующее воздействие - изменение количества отводимых дымовых газов.

Измерение разрежения в сушильном барабане осуществляется измерительным преобразователем разрежения поз. 18-1. Сигнал с преобразователя поступает через модуль аналогового ввода на контроллер поз. 1-2 на реализованный программным путем регулятор давления и в ЭВМ для индикации значения давления.

Сигнал, пропорциональный расходу воздуха, с измерительного преобразователя поз. 9-1, 9-2 поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 на реализованный программным путем блок компенсации и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения температуры. С блока компенсации сигнал поступает на регулятор давления. Сигнал управления с регулятора поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 8-2 и далее на исполнительный механизм регулирующего клапана на трубопроводе воздуха поз. 7-5.

Регулирование уровня песка в силосе осуществляется одноконтурной системой автоматического регулирования. Уровень измеряется преобразователем уровня поз. 10-1, 10-2. Сигнал текущего значения уровня поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 на программно реализованный регулятор уровня и в ЭВМ, где осуществляется индикация этого значения. Выработанный регулятором уровня сигнал управления поступает через модуль импульсного вывода на пускатели поз. 10-5 - 10-25, запускающие приводы транспортеров, элеваторов, сушильного барабана, вентиляторов, качающегося питателя, виброднища бункера песка и исполнительного механизма заслонок бункера песка и силоса песка поз. 10-24 и 10-7 соответственно.

Регулирование уровня соды в силосе осуществляется одноконтурной системой автоматического регулирования. Уровень измеряется преобразователем уровня поз. 18-1, 18-2. Сигнал текущего значения уровня поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 на программно реализованный регулятор уровня и в ЭВМ, где осуществляется индикация этого значения. Выработанный регулятором уровня сигнал управления поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 18-3, запускающие приводы пневмотранспорта, подающего соду в силос.

Аналогично осуществляется регулирование уровня в силосах мела, доломитовой муки, полевого шпата, селитры и содо-сульфатной смеси.

Регулирование уровня шихты в бункере запаса осуществляется одноконтурной системой автоматического регулирования. Уровень измеряется преобразователем уровня поз. 20-1, 20-2. Сигнал, пропорциональный текущему значению уровня поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 на программно реализованный регулятор уровня и в ЭВМ, где осуществляется индикация этого значения. Выработанный регулятором уровня сигнал управления поступает через модуль импульсного вывода на пускатели, запускающие приводы транспортеров, смесителей, качающихся питателей, шнековых питателей и исполнительных механизмов заслонок силосов и смесителей поз. 20-3-20-21 и поз. 21-5-21-48.

Регулирование уровня песка в бункере над загрузчиками осуществляется одноконтурной системой автоматического регулирования. Уровень измеряется преобразователями уровня поз. 28-1, 28-2, 29-1, 29-2, 30-1, 30-2. Сигнал с каждого преобразователя, пропорциональный уровню в соответствующем бункере, поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 на программно реализованный регулятор уровня и в ЭВМ, где осуществляется индикация этого значения. Выработанный регулятором уровня сигнал управления поступает через модуль импульсного вывода на пускатели поз. 28-3 - 28-28, запускающие приводы транспортеров, элеваторов, качающихся питателей, плужковых сбрасывателей, виброднищ бункеров и исполнительных механизмов заслонок бункеров поз. 28-5, 28-18, 28-23.

Для получения дополнительной информации о протекании процесса предусмотрен контроль следующих параметров:

· температуры топливного газа,

· температуры воздуха, поступающего на сушку,

· температуры воздуха, поступающего на горение.

Измерение температуры в указанных точках осуществляется измерительными преобразователями поз. 34-1, поз. 35-1, поз. 36-1 соответственно, сигналы с которых поступают в ЭВМ для индикации измеряемых значений температуры.

Предложенная система автоматизации помимо указанных контуров регулирования включает систему сигнализации и блокировок. Эта система работает следующим образом. Текущие значения параметров, по которым осуществляется сигнализация или блокировка, сравниваются с минимально или максимально допустимыми, и при выходе одного или нескольких параметров за допустимые пределы изменения срабатывает система сигнализации и блокировок.

В системе предусмотрена сигнализация и блокировка по следующим технологическим параметрам:

· низкое/высокое давление топливного газа;

· низкое/высокое давление воздуха, поступающего на горение;

· низкое/высокое давление воздуха, поступающего на сушку;

· низкое/высокое давление отходящих дымовых газов;

· отсутствие/погасание пламени в топке сушильного барабана;

· аварийное снижение скорости конвейеров, транспортеров, элеваторов, аварийного проскальзывания ленты транспортера;

· низкое/высокое давление в пневмотранспорте.

Функционирование контуров блокировки по указанным значениям технологических параметров осуществляется следующим образом.

Контроль нижнего/верхнего значения давления топливного газа в трубопроводе осуществляется датчиком-реле давления поз. 13-1. При выходе параметра за допустимые пределы сигнал с реле-давления через модуль дискретного ввода поступает в контроллер поз. 1-2, который через модуль дискретного вывода выдает сигнал на электромагнитный преобразователь поз. 10-3 и далее на исполнительный механизм поз. 10-4 отсекающего клапана, расположенного на газопроводе. При этом прекращается подача газа в сушильный барабан. Автоматически происходит отключение остального оборудования: вентиляторов, нагнетающих воздух на горение и сушку, электроприводов транспортеров, элеваторов, сушильного барабана и пр.

Контроль нижнего/верхнего значения давления воздуха, поступающего на горение, осуществляется датчиком-реле давления поз. 14-1. При выходе параметра за допустимые пределы сигнал с реле-давления через модуль дискретного ввода поступает в контроллер поз. 1-2, который через модуль дискретного вывода выдает сигнал на электромагнитный преобразователь поз. 10-3 и далее на пускатель электропривода дутиевого вентилятора поз. 10-17, При этом прекращается подача воздуха в сушильный барабан на горение. Автоматически происходит отключение остального оборудования: вентиляторов, нагнетающих воздух на сушку, электроприводов транспортеров, элеваторов, сушильного барабана и пр.

Аналогично осуществляется блокировка при достижении давлением воздуха, поступающего на сушку, и давлением отходящих дымовых газов и давлением в пневмотранспорте соответствующих критических значений.

Контроль наличия/погасания пламени в топке сушильного барабана осуществляется датчиком погасания пламени поз. 17-1, 17-2. При отсутствии/погасании пламени в топке сигнал с датчика через модуль дискретного ввода поступает в контроллер поз. 1-2, который через модуль дискретного вывода выдает сигнал на отключение газа, останов подачи воздуха в сушильный барабан, останов электроприводов, а также на закрытие заслонок бункеров и силосов поз. 10-3-10-24.

Контроль аварийного снижения скорости конвейеров, транспортеров, элеваторов, аварийного проскальзывания ленты транспортера осуществляется устройством контроля скорости поз. 11-1, 11-2. Сигнал с датчика через модуль дискретного ввода поступает в контроллер поз. 1-2, который через модуль дискретного вывода выдает сигнал на останов оборудования, отключение газа, останов подачи воздуха, останов электроприводов, а также на закрытие заслонок бункеров и силосов.

В системе предусмотрена возможность управления исполнительными механизмами в контурах управления и блокировки оператором с ЭВМ. Кроме того, по месту расположены кнопки ручного управления исполнительными механизмами отсекателей и электродвигателями вентиляторов, пневмотранспорта, сушильного барабана.

В ЭВМ осуществляется сигнализация предельных значений технологических параметров, положения отсекателей (открыт/закрыт) и режимов работы электродвигателей.

Функциональная схема автоматизации приведена в документе ДП 210200.833.2005 А2.

3.2 Выбор технических средств автоматизации

На основании эскизного проекта и разработанной функциональной схемы автоматизации производится выбор технических средств для проектируемой системы управления процессом подготовки шихты. Правильный выбор технических средств автоматизации является непременным условием эффективного и надёжного функционирования системы, залогом её минимальной стоимости и безопасности для персонала и окружающей среды.

Для разрабатываемой системы автоматизации применяется программируемый логический контроллер OCTAGON серии 6440. Многофункциональный контроллер, имеющий большую гибкость при конфигурировании, обладает мощными вычислительными ресурсами и большим количеством каналов ввода-вывода (более 750). Контроллер предназначен для сбора, обработки информации и управления объектами в схемах автономного управления или в составе распределенной системы управления на основе локальных сетей уровней LAN и Fieldbus. Конструкция контроллера позволяет встраивать его в стандартные монтажные шкафы или другое монтажное оборудование, которое защищает от воздействий внешней среды, обеспечивает подвод сигнальных проводов и ограничивает доступ к контроллеру. Контроллер может работать в автономном режиме, в режиме удаленного терминала связи и в смешанном режиме.

Контроллер изготавливается в виде металлического крейта. Внутрь корпуса устанавливается процессорный модуль и до 16 модулей формата Е3 (ввода-вывода). Дополнительно в контроллер можно установить до двух модулей формата PC104. Внешние разъемы модулей выведены на лицевые планки. Корпус контроллера имеет степень защиты IP20 и предназначен для установки в монтажном шкафу.

Контроллер имеет магистрально-модульную архитектуру. При этом в контроллере используются две внутренние шины, аппаратно соединенные друг с другом -- шина 8-разрядная ISA и шина ввода-вывода. Обе внутренние шины контроллера и схема их сопряжения реализованы на объединительной плате контроллера.

Контроллер OCTAGON серии 6440 имеет 16 посадочных мест для установки модулей ввода-вывода. Типы устанавливаемых модулей:

* 5624D48 -- дискретный ввод, 48 каналов;

* 5600D40 -- дискретный вывод, 40 каналов;

* 5720А16 -- аналоговый ввод, 16 каналов и аналоговый вывод, 2 канала;

* 5648L16i -- аналоговый ввод сигналов низкого уровня (измерение сигналов электрического сопротивления, термопар, термометров сопротивления и напряжения низкого уровня), 16 каналов с индивидуальной гальванической развязкой;

* 5328T12 -- аналоговый ввод сигналов тензодатчиков, 12 каналов;

* 5750F24 -- импульсный вывод, 24 канала.

Контроллер устойчив к воздействию следующих климатических и механических факторов:

* Температура окружающего воздуха: от +5 до +55 °С;

* Относительная влажность окружающего воздуха: от 5 до 95 % без

конденсации влаги;

* Атмосферное давление: от 66 до 106,7 кПа;

* Вибрация: с частотой от 5 до 9 Гц с амплитудой смещения 3,5 мм.

· Питание контроллера: 5В;

· Потребляемая мощность -- не более 200 Вт;

· Габаритные размеры -- 483,0Ч265,9Ч280,0 мм;

· Вес контроллера -- не более 20 кг.

Процессорный модуль 426471.024 с модулем РСМ-5823.

Технические характеристики

* процессор NS GX1-233, 300;

* системное ОЗУ SODIMM 144 с объемом памяти от 16 до 128 Мб в зависимости от установленного модуля (стандартно 32 Мб);

* системное ППЗУ CompactFlash объемом от 16 Мб;

*два программно совместимых с контроллером 16С550 последовательных порта: COM1 (RS-232) и COM2 (RS-485/RS-232). Порт СОМ2 используется для подключения блока клавиатуры и индикации V03 или панели оператора V04;

* два интерфейса 100/10BASE-T Ethernet IEEE 802.3u с контроллером Realtek RTL80139С;

* контроллер VGA (разрешение 1280х1024 или 1024х768 точек);

* разъем для подключения РС/АТ клавиатуры;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8