99719

Автоматизация пищевых производств

Книга

Производство и промышленные технологии

Рассмотрены вопросы анализа объектов автоматизации и выбора программно-технических средств автоматизации алгоритмы решения задач дискретного управления технологическими объектами и синтеза САР задачи разработки программного обеспечения контроллерного и диспетчерского уровня АСУ ТП. Предисловие Эффективность работы систем автоматизации технологических процессов и производств во многом определяется...

Русский

2016-10-10

1.24 MB

0 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

Кафедра «Автоматизация производственных процессов и АСУ»

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Автоматизация пищевых производств» для студентов специальности 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств

Кемерово 2011

Методические указания для студентов специальности 220301 - Автоматизация технологических процессов и производств по выполнению курсового проекта по дисциплине "Автоматизация пищевых производств".

Составили: к. т. н., профессор кафедры АПП и АСУ А. В. Чупин. и к.т.н., доцент кафедры АПП и АСУ С. Г. Пачкин

Утверждено на заседании кафедры АПП и АСУ 3 февраля  2011 года, протокол №5.

Рекомендовано к печати методической комиссией механического факультета _________________ года, протокол №__.

Рассмотрены вопросы анализа объектов автоматизации и выбора программно-технических средств автоматизации, алгоритмы решения задач дискретного управления технологическими объектами и синтеза САР, задачи разработки программного обеспечения контроллерного и  диспетчерского уровня АСУ ТП.

     Кемеровский технологический институт пищевой

промышленности, 2011.

Предисловие

Эффективность работы систем автоматизации технологических процессов и производств во многом определяется:

- качеством анализа и исследования объектов автоматизации;

- обоснованным выбором структуры автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП);

- выбором оптимального по критерию «цена-качество» состава программно-технических средств автоматизации;

- синтезом алгоритмов и программ решения информационных и управляющих задач системы.

Исходя из этого, курсовое проектирование по дисциплине "Автоматизация пищевых производств" имеет целью:

- приобретение студентами опыта анализа технологических процессов как объектов автоматизации и формирования технического задания на создание АСУ ТП;

- освоение ими программ и методов расчета систем автоматизации;

- развитие у них навыков работы с каталогами и базами данных с целью обоснованного выбора технических средств автоматизации;

- приобретение опыта и навыков разработки алгоритмов дискретного управления производственным оборудованием;

- овладение средствами разработки программного обеспечения контроллерного и диспетчерского уровней управления.

1. Тематика, содержание и объем курсового проекта

Курсовой проект по дисциплине «Автоматизация пищевых производств» включает в себя разделы и подразделы, которые входят в специальную часть выпускной квалификационной работы студента-дипломника специальности «Автоматизация технологических процессов и производств».

Тема курсового проекта определяется в процессе прохождения студентом технологической практики. Она посвящена решению задач автоматизации конкретного технологического процесса в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Содержание курсового проекта определяется основными разделами дисциплины и включает в себя расчетно-пояснительную записку и графическую часть.

Графическая часть проекта выполняется на 2-3 листах формата А1 и включает в себя структурную схему АСУ ТП, алгоритмы пуска и останова оборудования, результаты исследования объекта и системы (разгонные, импульсные характеристики, графики переходных процессов и т. д.).

Пояснительная записка, объемом 70-100 страниц машинописного текста, должна включать в себя:

Титульный лист (приложение 6).

Содержание.

Введение - состояние и уровень автоматизации ТОУ, цель курсового проекта (1-2 стр.).

  1.  Анализ технологического процесса как объекта автоматизации (20-30 стр.).

1.1 Характеристику, описание и режимы работы объекта автоматизации.

1.2 Технические требования к АСУ ТП.

1.2.1 Требования к структуре АСУ ТП.

1.2.2 Требования к показателям надежности системы.

1.2.3 Требования к функциям, выполняемым системой (информационно-вычислительным, технологической защиты и блокировки, управляющим, сигнализации, дистанционного управления).

1.2.4 Требования к технической реализации АСУ ТП.

1.3 Описание существующих проектных решений (примеры брать из журналов, патентной и технической литературы, сети «Internet).

2 Разработку структуры АСУ ТП (10-15 стр.).

2.1 Определение количества узлов обработки данных для всего производства или цеха (для которого разрабатывается АСУ ТП).

2.2 Выбор технических средств на сенсорном уровне АСУ ТП для узла обработки данных, который предназначен для управления технологическим участком, аппаратом или производством (датчиков, исполнительных механизмов и т.д.).

2.3 Выбор технических средств на контроллерном уровне АСУ ТП. Определение типа контроллера, а при его модульной структуре - количества и типа модулей, входящих в его состав.

2.4 Метрологические характеристики информационно-измерительных каналов.

2.5 Выбор технических средств диспетчерского уровня АСУ ТП.

2.6 Формирование структурной схемы АСУ ТП на основе материала пунктов 2.1 – 2.5.

3 Решение задач пуска, останова объектов автоматизации, управления периодическими процессами (10-15 стр.).

3.1 Описание условий и последовательность пуска аппаратов, устройств цеха (участка) в текстовом виде. Данная информация излагается в форме инструкций по пуску, останову для обслуживающего персонала. Последовательность пуска, останова оборудования необходимо представить в виде блок схемы, если процесс достаточно сложен.

3.2 Определение операций, которые будут выполняться без участия оператора и с его участием. Определение датчиков, исполнительных устройств, двигателей, которые будут задействованы в алгоритмах пуска, останова оборудования.

3.3 Определение систем автоматической защиты и блокировки, которые необходимо отключить в период пуска участка или цеха.

3.4 Разработку логических схем пуска, останова оборудования. Логическая схема может выполняться двумя способами: для простых систем - в виде блок-схемы, для сложных систем - в виде последовательности операций с указанием технических средств и численных значений, при которых появляется сигнал или команда.

3.5 Реализацию логической схемы на одном из языков программирования контроллеров.

4 Синтез и анализ системы автоматического регулирования (САР) одной или двумя технологическими переменными (20-25 стр.).

4.1 Обоснование выбора управляющего канала ТОУ.

4.2 Идентификация управляющего, а при разработке многоконтурных САР возмущающего или вспомогательного каналов объекта управления.

4.3 Расчет и анализ САР.

4.4 Расчет  надежности САР.

4.5 Программную реализацию САР на контроллере.

5 Решение задач управления объектом автоматизации на диспетчерском уровне (10-15 стр.)

5.1 Перечень задач, решаемых на верхнем уровне управления (формирование перечня переменных, передаваемых по коммуникационным каналам).

5.2 Разработку структуры SCADA-проекта (схемы с описанием назначения каждой экранной формы).

5.3. Выбор SCADA - системы и разработку экранных форм (помимо экранных форм необходимо представить таблицу с перечнем основных и дополнительных каналов, а также действий оператора, которые доступны на каждой экранной форме).

Заключение, в котором приводятся выводы по выполненной работе и рекомендации по её использованию;

Список литературы, на которую имеются ссылки в тексте пояснительной записки;

Приложения (приводятся в случае необходимости), в которые включается материал по исследованию объекта и т.д.

  1.  Анализ технологического процесса как объекта

управления

Анализ технологического процесса как объекта автоматизации является начальным этапом создания системы автоматического управления технологическим аппаратом. Он проводится на основании априорной информации о технологическом процессе и аппарате, которая содержится в технической литературе и других источниках. В результате проведенного анализа инженер по автоматизации технологических процессов должен четко представлять перечень задач, которые будут решаться при автоматизации технологического процесса, знать требования, предъявляемые к различным системам автоматизации.

2.1. Рекомендации по выполнению подраздела

«Характеристика, описание и режимы работы объекта

автоматизации»

Данный подраздел курсового проекта должен включать в себя краткую характеристику объекта автоматизации, в которую должны входить:

- технологическая схема объекта автоматизации и её краткое описание;

- технологическая карта (режимы работы оборудования, последовательность и длительность технологических операций);

- характеристика материальных и энергетических потоков (расход, температура, давление и т. д.);

- характеристика основного технологического оборудования (размеры и т. д.);

- характеристика окружающей среды (температура, влажность, взрыво-пожароопасность, наличие вибраций и т. д.).

Технологический объект управления – это совокупность технологического оборудования (аппараты, агрегаты и т.д.) и реализованного на нем технологического процесса. Процессы пищевых и химических производств весьма сложны и многообразны. Они различаются по используемому сырью, способам переработки сырья и материалов, аппаратурному и конструктивному оформлению. Однако, с точки зрения технологии и автоматизации, в разных процессах имеется много общего. В источниках [1, 6] предлагается выделить следующие типовые процессы:

1) механические процессы - перемещение, транспортирование, взвешивание, гранулирование, дозирование, измельчение, смешение, сортировка, обогащение;

2) гидродинамические процессы – перемещение жидкостей, разделение газовых и жидких неоднородных смесей, перемешивание материалов (жидких, пастообразных и сыпучих);

3) тепло- и массообменные и термодинамические процессы без изменения агрегатного состояния вещества – сжатие, разрежение, нагревание газом или паром, кондиционирование, вентиляция;

4) тепло- и массообменные (диффузионные) процессы с изменением агрегатного состояния вещества – разделение газовых смесей, экстрагирование, выпаривание, конденсация, дистилляция, ректификация, сушка;

5) химические процессы – окисление, восстановление, образование гидросмесей, нейтрализация, дегидратация, ароматизация, сульфитация, гидролиз полисахаридов, омыление, гидрогенизация, перегонка, фильтрация;

6) микробиологические процессы – приготовление и хранение питательной среды, брожение, стерилизация, фиксация, перегонка.

По характеру протекания технологические процессы делятся на непрерывные, периодические и дискретные. Непрерывным называется такой процесс, в котором конечный продукт вырабатывается до тех пор, пока подводится сырье, энергия,  катализаторы, управляющие воздействия. Периодическим является технологический процесс, в котором за сравнительно небольшой промежуток времени (часы или дни) вырабатывается определенное, ограниченное количество конечного продукта. При этом в течение отведенного промежутка времени периодический процесс является непрерывным. Дискретным называется технологический процесс, в котором конечный продукт вырабатывается за определенные промежутки времени, и этот процесс  можно остановить, а также продолжить с любой технологической операции без снижения заданного уровня качества.

Большинство технологических процессов пищевой промышленности представляет собой совокупность ряда типовых процессов. Аппаратурное оформление таких процессов включает в себя набор аппаратов (теплообменников, испарителей, химических и микробиологических реакторов и т. д.), которые с позиции автоматического управления представляют собой однотипные объекты. При автоматизации таких объектов можно использовать типовые проектные решения, широко представленные в учебной и технической литературе [1, 6, 8, 9, 13].

Завершается подраздел 1.1 перечнем указанных выше типовых процессов и аппаратов, входящих в технологическую схему рассматриваемого в курсовом проекте процесса.

  1.   Рекомендации по выполнению подраздела

«Технические требования к АСУ ТП»

Технические требования к проектирующей системе автоматизации рекомендуется разбить на следующие группы:

- функциональные требования, которые включают в себя перечень функций, выполняемых АСУ ТП (автоматического регулирования, сбора и обработки данных, сигнализации, защиты, блокировки, включения и отключения оборудования) и основные характеристики этих функций, представленные в табличной форме;

- требования к комплексу программно-технических средств автоматизации, который будет использован для реализации АСУ ТП (данные требования определяются условиями эксплуатации технических средств, требованиями к их компоновке на щитах, пультах, в шкафах и т. д.);

- требования к надежности, долговечности АСУ ТП, срокам окупаемости капитальных затрат на автоматизацию и т. д.

При выполнении данного подраздела рекомендуется ознакомиться с техническими требованиями к АСУ ТП, которые наиболее часто встречаются в технических заданиях на проектируемые системы автоматизации технологическими объектами (приведены ниже). Выбрать те из них, которые, на Ваш взгляд, будут соответствовать требованиям, предъявляемым к автоматизируемой системе управления технологическим объектом, который рассматривается Вами в курсовом проекте.

2.2.1. Требования к структуре АСУ ТП

1) АСУТП должна обрабатывать информацию и осуществлять управление в темпе протекания технологического процесса.

2) Система должна иметь (по возможности) территориально и функционально распределенную структуру, т.е. технические средства должны быть распределены по производству, а функции управления по всем микропроцессорным средствам.

3) Система условно должна быть разделена на уровни: сенсорный (нижний), контроллерный (управляющий), диспетчерский (верхний). Сенсорный и контроллерный уровни обычно объединяются в одну подсистему.

Программно-технические средства контроллерного уровня образуют управляющую подсистему, а диспетчерского - информационно-вычислительную.

Назначение управляющей подсистемы – реализация функций измерения, дистанционного управления, технологических защит и блокировок, автоматического регулирования, функционально-группового управления, связи с подсистемой верхнего уровня. Подсистему образуют контроллеры, датчики, исполнительные механизмы, преобразователи, на которых осуществляется управление функциональными технологическими узлами (аппаратами, агрегатами и т.д.).

Назначение подсистемы верхнего уровня – реализация информационно-вычислительных (включая интерфейс диспетчера) и сервисных функций, связь с подсистемой нижнего уровня и другими станциями (для неоперативного персонала). В подсистему верхнего уровня входят рабочие станции для организации автоматизированных рабочих мест (АРМ ) диспетчера, инженера АСУ ТП, серверы баз данных и приложений.

Средства верхнего (реже нижнего) уровня могут быть подключены к  общезаводской сети и сети Internet для обеспечения связи с неоперативными потребителями информации (руководством цеха, производства, предприятия и т.д.).

2.2.2. Требования к показателям надежности системы

Требования к показателям надежности устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-86, ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 27.003-90 и РД 34.35.127-93 с учетом сложившейся отечественной практики нормирования показателей надежности разрабатываемых и внедряемых АСУТП.

Состав и количественные значения показателей надежности могут быть заданы для системы в целом или ее подсистем.

В качестве показателей аппаратной надежности всего комплекса технических средств (КТС) принимаются:

- коэффициент готовности системы, т.е. вероятность того, что КТС окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов профилактического и капитального ремонтов;

- показатель суммарного потока повреждений системы, требующих привлечения ремонтного персонала.

Значение коэффициента готовности обычно выбирается из значений, лежащих в пределах (0,90 - 0,99).

Для всего КТС АСУ ТП, включая функцию технологических защит, показатель суммарного потока повреждений, как правило, не превышает 0,04 (1/час).

Показателем безотказности КТС, кроме подсистем технологических защит, принимается среднее время наработки на отказ.

Показателями безотказности для подсистемы технологических защит принимаются:

- вероятность несрабатывания защиты при запросе;

- вероятность ложного срабатывания.

Показателем ремонтопригодности принимается среднее время восстановления устройств, реализующих определенную функцию, после отказа. При этом считается, что индицируемые средствами самодиагностики отказы устраняются при восстановительном ремонте немедленно (при обнаружении), а не индицируемые - при плановом техническом обслуживании. Цикл планового технического обслуживания КТС АСУ ТП может находиться в пределах от 1 до 6 месяцев.

Для каналов КТС, реализующих конкретные функции, кроме технологических защит, рассматриваются канальные, групповые и полные отказы.

Безотказное функционирование КТС поддерживается также программным обеспечением (ПО), которое должно включать развитую систему самодиагностики. Структура самодиагностики должна быть иерархичной и распространяться вплоть до единичных каналов. Должна быть обеспечена дальнейшая диагностика в автоматизированном режиме вплоть до модулей (элементов замены). Функциональная надежность должна обеспечиваться, помимо диагностики исправности аппаратных средств, контролем правильности хранения, передачи данных и управляющих воздействий. Наряду с самодиагностикой программируемых устройств, ПО должно обеспечивать, по возможности, максимально полную диагностику подключенных непрограммируемых средств, в том числе датчиков.

Оценка надежности при разработке системы должна выполняться аналитическим путем (согласно РТМ 25.376-80 «АСУ ТП - аналитические методы оценки надежности», что дает нижнюю оценку показателей надежности, МУ 25.678-84 «Аналитическая оценка показателей надежности АСУ ТП».). При проведении проектной оценки надежности АСУ следует использовать данные по надежности её элементов, приведенные в документации разработчиков и изготовителей.

2.2.3. Требования к функциям, выполняемым системой

По режимам работы функции системы делятся на:

  •  оперативные функции, которые связаны с текущим управлением, сбором, представлением информации и диагностикой в темпе протекания технологического процесса;
  •  неоперативные функции, которые не связаны жестко с реальным временем и заключаются в обработке, хранении, передаче и представлении информации, используемой в неоперативном управлении, планировании, обслуживании, ремонте и т.д.

2.2.3.1. Информационно-вычислительные функции

  1.  Информационные функции (задачи), выполняемые автоматически (по инициативе системы) в темпе протекания технологического процесса:
    •  сбор, первичная обработка и регистрация информации о технологическом процессе и состоянии технологического оборудования;
    •  сбор и регистрация информации о состоянии исполнительных механизмов, схем автоматического управления, регулирования и технологических защит;
    •  отображение информации на мониторах и приборах, установленных на пультах (щитах) управления и по месту;
    •  технологическая сигнализация (ТС);
    •  представление выходных форм оперативных задач.
  2.  Информационные функции (задачи), выполняемые по запросам персонала:
  •  представление на мониторах оперативной информации: мнемосхем, графиков, таблиц, и т.п.;
  •  распечатка оперативных отчетных документов: графиков, таблиц и т.п.;
  •  выдача сообщений о ходе выполнения программ функционально-группового управления;
  •  фиксация содержимого мгновенной базы данных;
  •  представление на мониторах и распечатка выходных форм неоперативных задач.

Требования к отдельным информационно-измерительным каналам представляются в форме таблиц, вид которых приведен на рис. 1 - 6.

Таблица 1

Требования к информационным функциям АСУ ТП

Наименование контролируемой технологической  переменной

Диапазон измене-ния, абс. единицы

Точность контроля на контрол-лерном и диспетч. уровне, абс. ед.

Место и способ пред-ставления

технологи-ческой переменной

Примечание (характеристика среды, требования к конструкции преобразователя и т.д.)

1) Температура реакционной смеси в теплообменнике.

50-80С

1/2С

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная, длина погружаемой части чехла преобразоват. 450 мм.

2)

Рис. 1. Образец таблицы с основными требованиями к измерению, регистрации, представлению технологических переменных

Таблица 2

Требования к технологической сигнализации

Наименование системы

Предельные значения переменной, при которых возникает сигнал, абс. единицы

Тип сигнализа-ции (предупредительная или аварийная)

Вид сигнала

Примечание (величина зоны неоднознач-ности для исключения «дребезга» и т.д.)

1) ТС температуры раствора в центральной части реактора

170СТ180С

165СТ185С

Предупре-дительная

аварийная

Световой и звуковой

Световой и звуковой

2оС

2оС

2)

Рис. 2. Образец таблицы с требованиями к технологической

сигнализации

Предельные значения технологической переменной при аварийной сигнализации совпадают с верхней и нижней аварийной границей «срабатывания» системы автоматической защиты (САЗ). Задание зоны неоднозначности в системе позволяет исключить ее «дребезг» - мигание световых индикаторов и прерывистую работу звуковых устройств. Например, зона неоднозначности в 20С означает, что когда температура в центральной части реактора окажется больше 1800С, сработает световая и звуковая сигнализация, ее отключение произойдет, когда температура станет меньше 1780С (звуковая сигнализация может быть отключена оператором раньше).

Таблица 3

Требования к сигнализации состояния оборудования

Наименование системы

Состояние оборудования, при котором появляется сигнал

Вид

сигнала, соответствующий определенному состоянию оборудования

Причина изменения состояния оборудования

Примечание (дополнительные требования к системам)

1) Сигнализация о состоянии насоса Н1, подающего реакционную смесь F2 в реактор

Насос Н1:

включен,

выключен

выключен

зеленое изображение насоса Н1 на экране монитора

отсутствие подсветки насоса Н1 на экране монитора

красная подсветка насоса Н1 и звуковой сигнал

команда оператора

команда оператора

срабатывание САЗ

Регистрация в базе данных момента включения и отключения насоса

2)

Рис. 3. Образец таблицы с требованиями к сигнализации

состояния оборудования

2.2.3.2. Управляющие функции

Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на технологическое оборудование:

  •  аварийное отключение объекта управления при повреждении оборудования или недопустимом отклонении параметров;
    •  переход на новый режим работы при отключении механизма или узла;
    •  поддержание параметров в пределах заданных ограничений;
    •  логическое управление отдельными узлами и установками оборудования.

Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на схемы управления:

  •  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  •  включение / отключение схем на автоматическую работу по условиям режима;
  •  блокирование ошибочных команд.

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на технологическое оборудование:

  •  управление исполнительными механизмами с пульта управления или по месту;
  •  подмена отказавших автоматических функций;
  •  воздействие на технологический процесс в непредвиденных и предаварийных режимах;
  •  отключение оборудования при нераспознанных автоматическими системами нарушениях;

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на схемы управления:

  •  выбор режима работы автоматических регуляторов;
  •  выбор очередности отключения механизмов при останове объекта управления;
  •  изменение заданий автоматическим регуляторам;
  •  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  •  вывод защит в ремонт;
  •  управление функционально-групповыми задачами.

2.2.3.3. Технологические защиты и блокировки

Технологические защиты должны обеспечить автоматическое выполнение операций по останову или изменению режима работы объекта управления при недопустимом отклонении от нормы параметров технологического процесса или аварийном отключении оборудования с целью предотвращения повреждения аппарата (агрегата) и развития аварии.

Защиты не должны препятствовать работе оборудования в режимах пуска или останова объекта управления. На этих этапах должно обеспечиваться отключение технологических защит, мешающих пуску или останову.

Срабатывание технологических защит должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Отключение сигнализации о срабатывании защиты выполняется оперативным персоналом.

Технологические блокировки предназначены для формирования и подачи команд и запретов на исполнительные механизмы или схемы управления в соответствии с технологическими условиями.

Условия «срабатывания» конкретных защит и блокировок представляются в виде таблицы, форма которой представлена на рисунке 4.

Таблица 4

Требования к функциям автоматической защиты и

блокировки

Наименование системы

Перечень возможных состояний оборудования (аппаратов, механизмов и т.д.)

Условия перехода оборудования из одного состояния в другое.

Дополнительные требования к системе

1) Автоматическая защита насоса Н1, обеспечивающего подачу молока в пастеризационную установку, от «сухого» хода

Насос Н1:

включен,

выключен

Уровень молока в приемном баке:

L50мм

L20мм

Включение насоса сопровождается световой сигнализацией, а выключение - световой и звуковой сигнализацией

 

2) Автоматическая блокировка клапана переключения потоков молока на выходе из секции нагрева пастеризационной установки

Клапан К7:

Положение 1,

Положение 2

Температура молока в выдержива-теле:

Тм76оС

Тм75оС

Переход клапана из одного состояния в другое сопровождается световой сигнализацией.

3) Автоматическая защита (АЗ) подшипников двигателя насоса Н2 от разрушения

Насос Н2:

выключен,

включен

Температура подшипников:

Тм80оС

Тм75оС

Включение АЗ после аварийного «срабатывания» осуществляется по команде оператора

Рис. 4. Образец таблицы с основными требованиями к автоматической защите и блокировке

При автоматической блокировке, как и при технологической сигнализации, может наблюдаться явление «дребезга» (в АЗ его не наблюдают, так как по технологическим требованиям ее включение, после срабатывания, осуществляется оперативным персоналом). Так как в технологических требованиях к автоматической защите и блокировке условия перехода систем из одного состояния в другое зачастую совпадают, зону неоднозначности в них рекомендуется задавать  значениями технологических переменных, определяющих условия «срабатывания» систем, например, на рис. 4 насос Н1 может быть включен при  уровне жидкости в баке больше 50 мм., а отключен  при уровне жидкости меньше 20 мм.

2.2.3.4. Дистанционное управление

Дистанционное управление должно выполнять следующие функции:

- управление запорной и регулирующей арматурой и механизмами;

  •  управление автоматическими регуляторами;
  •  дублирование действий технологических защит, блокировок и регуляторов при отказах соответствующих функций систем управления;
  •  имитация выполнения условий и команд.

Основным средством дистанционного управления оборудованием и подсистемами АСУ ТП являются манипуляторы типа «мышь» из состава АРМ оператора (диспетчера), с помощью которых осуществляются все виды диспетчерского управления объектами. Кроме того, аварийное отключение объекта управления может осуществляться от ключей резервной системы (для взрыво - пожароопасных объектов обычно создаются резервные системы управления исполнительными устройствами, позволяющие выполнять останов объекта при отказе основной системы управления). В качестве резервных (дублирующих) средств дистанционного управления обычно используются индивидуальные ключи или кнопки управления.

Основные требования к системам пуска и останова оборудования рекомендуется представлять в виде таблицы, форма которой показана на рис. 5.

Таблица 5

Требования к системам пуска и останова оборудования

Наименование системы

Режим работы системы (местный, дистанционный и т.д.)

Место установки органов управления и их тип

Дополнительные требования к системе

1) Система пуска насоса Н1

Дистанционный – блокированный

Местный

Диспетчерский пульт управления

Кнопочный пульт по месту установки насоса

Система сблокирована с сигнализатором уровня реакционной смеси в емкости Е1

Рис. 5. Образец таблицы с основными требованиями к системам

автоматического пуска и останова оборудования

2.2.3.5. Автоматическое регулирование

Для каждой системы должны быть предусмотрены:

  •  контроль положения регулирующего органа или значения выходного сигнала;
  •  возможность безударного переключения в режим автоматического регулирования;
  •  возможность изменения задания;
  •  сигнализация отключения питания исполнительных механизмов;
  •  для некоторых автоматических регуляторов может быть предусмотрено наличие автоподстроек при изменении нагрузки;
  •  автоматическое отключение регуляторов, при согласованных с заказчиком условиях (например, при замене неисправного модуля без снятия напряжения с контроллера);
  •  контроль крайних положений регулирующего органа или ограничений исполнительной схемы;

- вывод информации о работе контура регулирования и положении исполнительного органа на дисплей.

Требования к качеству регулирования представляются в форме таблицы, представленной на рисунке 6.

Таблица 6

Требования к системам автоматического регулирования

Наименование регулируемой переменной

Допустимые значения прямых показателей качества регулирования

Примечание

1) Температура пастеризации молока

75-78С

1,5С

5С

15 мин

0,75

Рис. 6. Образец таблицы с основными требованиями к системам автоматического регулирования

На рис. 6 приведены следующие показатели:

- заданное значение регулируемой переменной или пределы, в которых это значение может меняться (в абсолютных единицах);

,  - допустимые статическая и динамическая ошибки регулирования (в абсолютных единицах);

- допустимое время регулирования;

- допустимое перерегулирование (в %) или степень затухания переходного процесса - .

Необходимо отметить, что в технической литературе приводятся значения только одного показателя – допустимой статической ошибки. Значения других показателей устанавливаются в результате обсуждения требований к качеству регулирования с инженерами – технологами. Так как при прохождении технологической практики значения этих показателей установить не всегда удается, их  рекомендуется вычислять по следующим выражениям:

,                                         (1)

,                                        (2)

где ,  – постоянная времени и время запаздывания управляющего канала объекта, которые определяются в процессе обработки разгонной или импульсной характеристики.

Для САУ с астатическим объектом допустимое время регулирования определяется из выражения:

,                                     (3)

где  - коэффициент передачи астатического объекта, представленный в следующих единицах измерения:

(%шкалы у)/[(ед. измерения времени) (% хода регулирующего органа)].

Коэффициент передачи определяется при обработке импульсной характеристики управляющего канала объекта.

Допустимое перерегулирование () и соответствующая ей степень затухания переходного процесса () будут иметь следующие значения:

, .                                   (4)

2.2.4. Требования к технической реализации АСУ ТП

Весь программно-технический комплекс АСУ ТП должен быть выполнен на базе микропроцессорных средств, надёжность которых удовлетворяет требованиям к технологической защите объекта, (реализация технологических защит является задачей высшего приоритета). При этом средства, на которых реализуются технологические защиты объекта, могут быть полностью дублированы. Такая реализация системы обеспечит унификацию решений и повышение надёжности системы в целом. Для сохранения информации в базах данных и контроллерах в систему необходимо включать источники бесперебойного питания (ИБС). Для объектов повышенной опасности мощность ИБС должна обеспечивать безаварийный останов оборудования.

Все подсистемы АСУ ТП должны допускать определенную степень модернизации, развития и наращивания в части технологического оборудования. В каждом отдельном контроллере должен быть предусмотрен резерв незадействованных каналов ввода/вывода (5 - 10%) и свободных позиций для установки дополнительных модулей ввода/вывода(10 -15%). Программируемые средства должны иметь запас по производительности, допускающий увеличение на 10-20 % всех видов входной информации и на 10-20 % - количество функций обработки без установки дополнительных контроллеров.

Скоростные характеристики сетей передачи данных и при-меняемые системы управления базами данных должны позволять увеличивать соответствующее количество данных с сохранением установленных параметров быстродействия обработки, передачи, отображения и регистрации информации, передачи сигналов и управляющих воздействий.

Программно-технический комплекс должен создаваться как восстанавливаемая и ремонтно-пригодная система, рассчитанная на длительное функционирование в непрерывно-диск-ретном режиме. Срок службы базовых элементов комплекса технических средств (КТС) должен быть не менее 10 лет. Срок службы заменяемых узлов - не менее 5 лет. Должна иметься возможность продления срока службы комплекса путем замены отслуживших элементов.

В системе должна предусматриваться функциональная реконфигурация по технологическим алгоритмам. Степень реконфигурирования при изменении технологических процессов и методов управления определяется полнотой изначально закладываемого комплекса возможных режимов функционирования, управляющих параметров, «уставок», методов обработки информации, методов регулирования и т. д.

В АСУ ТП должны быть предусмотрены возможности для автоматической диагностики программных и технических средств системы, предоставления информации об отказах и передачи структурных воздействий на другие задачи для блокирования ложной информации; возможности для первоначального и последующего конфигурирования КТС, для проведения в регламентируемых пределах отключения/подключения, проверки и замены элементов КТС, для изменения «уставок» и констант управления и обработки информации, для имитации сигналов, автоматизированной калибровки измерительных каналов, для модификации прикладного программного обеспечения; для организации санкционированного доступа в среду системы.

При выборе КТС требуется указать:

- планируемое число рабочих станций операторов и инженерного персонала;

- наличие в поставке пультов, на которые устанавливаются рабочие станции, размеры и внешний вид этих пультов (если они входят в поставку);

- наличие взаимосвязи между рабочими станциями (возможные варианты: взаимодействие отсутствует, станции связаны информационной сетью, реализуется клиент-серверная структура, при которой с контроллерами взаимодействуют серверы, а рабочие станции получают и выдают информацию через серверы);

- характеристики каждого вида рабочих станций: тип процессора, его частота, объемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и диска, число и размеры мониторов, наличие функциональной клавиатуры, наличие сенсорных экранов, наличие и тип звуковой сигнализации, тип печатающих устройств на пульте;

- характеристики серверов (если они входят в состав КТС): тип процессора, его частота, объемы ОЗУ, диска, оптического диска и записывающего компак-диска, размер монитора;

- операционные системы сетевой структуры (если она предусматривается) и средств верхнего уровня.

Возможные варианты требований заказчика к рабочим станциям:

- может быть затребовано определенное число рабочих станций операторов и инженерного персонала и указаны реализуемые на каждой из них функции;

- может быть затребована поставка пультов и указано их число и расположение на них рабочих станций;

- может быть указан определенный вариант взаимосвязи рабочих станций;

- могут быть затребованы определенные характеристики рабочих станций и серверов;

- может быть затребовано использование определенных сетевых и локальных операционных систем;

- могут быть затребованы добавочные средства для операторов; например, специальные табло аварийной сигнализации, ключи для подачи аварийных команд, отдельные аналоговые записывающие приборы, настенные щитовые мозаичные мнемосхемы, проекторы на экран, звуковые/речевые сигнализаторы, местные переносные панели, средства выдачи определенных данных на пейджеры обслуживающего персонала [10].

2.3. Рекомендации по выполнению подраздела «Описание существующих проектных решений»

Описание существующих проектных решений по автоматизации рассматриваемого технологического процесса или аналогичных типовых технологических аппаратов в других процессах, представленных в технической литературе, патентной документации или специальных периодических изданиях, должно включать в себя структуру систем управления, использованные технические средства, достоинства и недостатки рассматриваемых систем автоматизации.

3. Разработка структуры АСУ ТП

Проекты АСУ ТП разрабатываются для достаточно крупных объектов (цеха, производства, крупного агрегата и т.д.). Данные объекты включают в себя технологические участки, группы аппаратов и устройств, которые являются объектами автоматизации в курсовых проектах ряда дисциплин специальности «Автоматизация технологических процессов и производств». Исходя из этого, на первом этапе выполнения данного раздела студент должен определить структуру АСУ ТП цеха или производства, а затем решать задачи автоматизации конкретного технологического участка или группы аппаратов.

3.1. Определение количества узлов обработки данных в АСУ ТП

Современные АСУ ТП представляют собой территориально и функционально распределенные системы, состоящие из отдельных узлов обработки данных, диспетчерского или операторского пункта управления цехом или производством. Количество узлов обработки данных в системе определяется особенностями цеха (производства), т.е. расположением оборудования по территории цеха, объемом задач контроля и управления технологическими участками и другими причинами. Связь между узлами обработки данных, центральным пунктом управления осуществляется по цифровым каналам, которые  в совокупности образуют промышленную сеть. Промышленная сеть характеризуется:

- топологией (структурой),

- используемыми интерфейсами,

- пассивными (кабель) и активными (репитеры, хабы, мосты) элементами,

- протоколами (правилами) обмена цифровыми данными.

Исходя из этого, при выполнении подраздела 2.1 необходимо решить следующие задачи.

1) Определить количество узлов обработки данных в АСУ ТП цеха или производства (обычно число узлов берется равным количеству технологических участков в цехе, при компактном расположении оборудования и небольшом объеме задач контроля и управления, решаемых на смежных участках, число узлов обработки данных уменьшается).

2) Выбрать топологию промышленной сети. Основными сетевыми топологиями являются: «шина» (магистральная), «звезда» (радиальная), «кольцо».

При выборе топологии обычно используют следующие характеристики: режим доступа к сети, средства контроля передачи и восстановления данных (надежность), расширяемость.

У топологии «шина» режим доступа к сети может быть централизованным (порядок и время доступа определяется центральным узлом «мастером») и децентрализованным (функции «мастера» переходят от одного узла к другому). Ошибка (отказ) одного узла не приводит к отказу всей сети (надежность). Расширение сети возможно, но подключение дополнительных узлов приводит к снижению скорости обмена данными.

У топологии «звезда» режим доступа к сети централизованный, сбой центрального узла приводит к отказу всей сети, но отказ любого другого узла не приводит к отказу сети, расширяемость ограничена числом портов центрального узла.

У топологии «кольцо» режим доступа в сети децентрализованный, отказ узла и блокирующего элемента приводит к отказу всей сети, подключение дополнительных узлов приводит к снижению скорости обмена данными.

3.2. Выбор технических средств на сенсорном уровне

АСУ ТП

Эффективность системы управления во многом зависит от рационального выбора комплекса технических средств (КТС), позволяющего своевременно получать и обрабатывать информацию в АСУ ТП и обеспечивать выполнение задач технологического управления. Выбор технических средств должен производиться с учетом совместимости технических средств, модульности, надежности, максимальной эффективности и системного подхода. Решение задач управления в АСУ ТП характеризуется интеграцией задач управления технологическим оборудованием и оперативно-производственных задач в единую систему при наличии тесного логического и информационного взаимодействия между ними.

Сенсорный уровень АСУ ТП включает в себя технические средства, расположенные на технологическом оборудовании или рядом с ним. Они включают в себя датчики (первичные преобразователи), исполнительные устройства и механизмы, нормирующие и межсистемные преобразователи, вспомогательное оборудование (разделительные, конденсационные сосуды и т.д.).

При выборе датчиков используются следующие исходные данные:

- диапазон изменения измеряемой технологической переменной (параметра);

- требуемая точность измеряемой переменной, которая должна обеспечиваться измеряемым комплектом информационно-измерительного канала;

- данные о среде, в которой будет находиться датчик (температура, давление, химическая активность и т. д.);

- данные о внешней окружающей среде (взрывоопасная и пожароопасная среда, наличие магнитных и электрических полей, запыленность, температура и т. д.);

- данные о расстоянии между местом установки датчика и предполагаемым местом размещения узла обработки данных (контроллера или устройства обмена данными).

Кроме этого, при выборе датчика необходимо учитывать его быстродействие (постоянную времени) и надежность.

Выбор датчиков, в большинстве случаев, можно рассматривать как задачу оптимизации, в которой критерием оптимальности является стоимость измерительного комплекта (измерительного канала), а ограничениями выступают заданная точность измерения (допустимая погрешность комплекта), условия измерения, требования к его конструктивному исполнению. При этом задача выбора элементов комплекта формулируется как задача поиска такого датчика и таких устройств, которые обеспечат минимальную стоимость измерительного комплекта при выполнении требований к точности измерения и другим его показателям. Рекомендации по определению погрешности измерительных комплектов приведены в приложении 1.

После выбора всех элементов измерительного комплекта удовлетворяющего требованиям, указанным на рис.1, в таблицу 1 необходимо занести следующие данные по каждому элементу:

- наименование и тип преобразователя;

- пределы измеряемой технологической переменной (параметра);

- допускаемую погрешность преобразования;

- допустимые условия эксплуатации преобразователя;

- диапазоны изменения выходного сигнала преобразователя;

- показатели надежности преобразователя;

- ориентировочную стоимость преобразователя, если она указана в источнике.

Таблица 1

Характеристика первичных (ПП) и нормирующих преобразователей (НП)

Наименование ПП и НП, его тип и модель

Пределы

измерения

Допус-тимая

погреш-ность

Допустимые

условия эксплуатации

Выходной сигнал

Примечание

(надежность,

стоимость, напряжение питания и т.д.)

1

2

3

4

5

6

7

Исполнительные устройства (ИУ), используемые в АСУ ТП, состоят из двух основных блоков: регулирующего органа (РО), непосредственно воздействующего на технологический процесс изменением количества подаваемого вещества или энергии; исполнительного механизма (ИМ), предназначенного для управления РО в соответствии командным сигналом. Выбор и расчет РО представляет собой достаточно сложную и трудоемкую задачу. При этом в качестве исходных данных для выбора РО можно взять:

- диапазон расхода вещества, проходящего по трубопроводу при  всех режимах работы объекта;

- характеристику вещества, проходящего по трубопроводу или транспортируемого дозирующим РО.

Первое требование к выбираемому РО - его условная пропускная способность или производительность должны  быть на 5 – 10% больше  максимального расхода вещества, указанного в технологическом регламенте. Второе требование – материал, из которого изготовлен РО, должен быть нейтрален (не взаимодействовать и т.д.) к транспортируемому веществу. В тех случаях, когда в качестве РО используются элементы электрической силовой цепи (пускатели, тиристорные преобразователи и т.д.), их паспортные характеристики (максимальный коммутируемый ток, напряжение) должны превышать максимально возможные значения этих характеристик в проектируемой силовой цепи.

При выборе ИМ используются следующие исходные данные:

- усилие, которое необходимо для перемещения регулирующего органа (номинальный момент на валу ИМ);

- условия эксплуатации ИМ;

- диапазон перемещения выходного вала ИМ (для однооборотных электрических механизмов);

- быстродействие (время полного хода для однооборотных электрических механизмов);

- точность позиционирования и т.д.

Рекомендации по выбору исполнительных устройств приведены в приложении 2.

При поиске исполнительных устройств (РО и ИМ)  необходимо выбрать те из них, характеристики которых удовлетворяют требованиям, указанным в разделе 2. Занести в таблицу 2 следующие данные:

- наименование, тип, модификацию исполнительного устройства (РО и ИМ);

- рекомендуемые условия эксплуатации;

- величину входного  управляющего сигнала;

- состав исполнительного устройства (РО, ИМ, магнитный пускатель, преобразователь «напряжение-частота», блок питания и т.д.);

- характеристику исполнительного устройства (диаметр условного прохода, производительность, номинальное усилие на штоке, номинальный крутящий момент, напряжение питания, потребляемая мощность и т.д.);

- параметры сигнала, характеризующего состояние исполнительного устройства (ИУ);

- надежность и ориентировочная стоимость исполнительного устройства.

В пояснительной записке к курсовому проекту все выбранные исполнительные устройства необходимо занести в таблицу рекомендуемой формы (таблица 2).

                                                                                  Таблица 2

Исполнительные устройства и их характеристика

Наименование ИУ, его тип и модель

Допустимые

условия эксплуатации

Входной

сигнал

Сигнал

состояния

ИУ

Примечание

(надежность,

стоимость, напряжение питания, состав ИУ и т.д.)

1

2

3

4

5

6

В некоторых отраслях промышленности (химической, ряде пищевых отраслей и т. д.) в производственных помещениях наблюдается повышенное содержание взрыво-пожароопасного газа, пыли. В этих условиях на сенсорном уровне необходимо использовать технические средства, выполненные во взрыво-пожаробезопасном исполнении и для связи с контроллером применять искробезопасные цепи. Для повышения взрыво-пожаро-защищенности на сенсорном уровне можно использовать средства пневмоавтоматики. Узел обработки данных АСУ ТП на таких производствах рекомендуется размещать в отдельном помещении, а связь ПЛК с техническими средствами нижнего уровня осуществлять через искробезопасные барьеры или соответствующие разъемы контроллера. Вид врывозащиты Exi основан на принципе ограничения предельной энергии, накапливаемой или выделяемой (рассеиваемой) электрической цепью в аварийном режиме в пределах ниже температуры воспламенения газа или пыли. Исходя из этого, при выборе искробезопасных барьеров и другой аппаратуры необходимо установить (задать) концентрацию врывоопасного газа (пыли) в производственном помещении и по справочной литературе установить значение минимального воспламеняющего тока (МВТ). Поделив МВТ на коэффициент искробезопасности (1,5) получаем минимальное значение тока, который является предельной величиной при выборе искробезопасных барьеров и соответствующих входов/вы-ходов контроллера.

3.3. Выбор технических средств на контроллерном уровне АСУ ТП

Контроллерный уровень АСУ ТП включает в себя микропроцессорные контроллеры, устройства связи с объектом, источники бесперебойного питания и другие средства автоматизации. Основными исходными данными для выбора контроллера являются:

- число аналоговых, дискретных, импульсных сигналов, поступающих в контроллер с сенсорного уровня АСУ ТП (параметры сигналов);

- число управляющих сигналов, поступающих на исполнительные устройства сенсорного уровня от контроллеров (параметры сигналов);

- количество и сложность задач, решаемых на контроллерном уровне (в КП перечень и тип задач примерно одинаков, количество задач зависит от особенностей объекта и технического задания на проектирование);

- условия эксплуатации контроллера.

При выборе контроллера необходимо обеспечить выполнение функциональных требований к контроллерному уровню АСУ ТП при минимальной стоимости технических средств данного уровня.

Обработка всех сигналов, поступающих на контроллер, и реализация им всех управляющих функций определяется числом встроенных и наращиваемых входов-выходов, наличием в контроллере необходимого числа модулей (ввода-вывода, специальных, коммуникационных).

Обеспечение надежности функционирования технических средств контроллерного уровня определяется показателями надежности контроллера, а также возможностью резервирования модулей и плат, диагностикой состояния контроллера и другими факторами (светодиодная индикация каналов и режимов работы, наличие панели визуализации и клавиатуры, гальваническая изоляция по входам и выходам, степень защиты контроллера и др.).

При выборе контроллеров рекомендуется рассматривать (оценивать) следующие характеристики:

- технические (количество каналов ввода/вывода, быстродействие, уровни напряжения и тока входов/выходов, напряжение изоляции);

- эксплуатационные (диапазон рабочих температур, относительная влажность воздуха);

- потребительские (время выполнения операции, функциональность, время наработки на отказ, среднее время восстановления);

- затратные (стоимость оборудования, стоимость монтажа, стоимость эксплуатации);

- массогабаритные (вес, габариты).

Количество  каналов ввода/вывода контроллера должно быть на 15-20%  больше аналогичных каналов в проектируемом узле обработки данных.

Быстродействие контроллера должно обеспечивать режим реального времени на контроллерном уровне. Оно обусловлено параметрами процессорного модуля (тип и быстродействие процессора, объем памяти и пр.), наличием сопроцессора, временем выполнения логических команд, наличием часов реального времени.

Рекомендации по выбору оборудования контроллерного уровня приведены в приложении 3.

3.4. Метрологические характеристики

информационно-измерительных каналов

Данный подраздел КП должен включать в себя:

- методику расчета допустимой абсолютной погрешности информационно-измерительных каналов (ИИК);

- результаты расчета по всем ИИК, которые сводятся в таблицу 3.

Методика расчета допустимой погрешности информационно-измерительного канала может быть показана на примере расчета данной погрешности по одному или двум каналам для контроллерного и диспетчерского уровня.

Для расчёта используется выражение (5).

;                                     (5)

где - соответственно, абсолютная погрешность ИИК, первого и последнего (n) элемента комплекта.

Рассмотрим расчет допустимой погрешности ИИК на конкретном примере.

Информационно-измерительный канал включает в себя следующие элементы:

- преобразователь температуры «ТСМУ Метран-274» с унифицированным токовым сигналом 0 – 20 ма. (пределы измерения от 0 до 180 0С, класс точности – 0,5%), который используется для измерения температуры среды, изменяющейся в пределах от 0 до 1400С;

- контроллер «ADAM-5510» с модулем аналоговых сигналов «АДАМ 5017Н», имеющим основную погрешность измерения не хуже 0,1%;

- промышленную сеть на основе кабеля «Витая пара типа STP», рабочую станцию и сервер приложений.

В соответствии с рекомендациями (раздел 3.2) принимаем, что погрешность линеаризации статической характеристики тер-мометра сопротивления составит - 0,10С.

В соответствии с требованиями к точности представления температуры на диспетчерском уровне АСУ ТП и загруженности промышленной сети принимаем, что значение апертуры составит 1,50С.

Принимаем, что потерь и искажения информации, при ее передаче по промышленной сети, при хранении в оперативной базе данных и выводе на экран монитора рабочей станции, нет.

В соответствии с требованиями технологического регламента рассматриваемого процесса допустимая погрешность составляет:

- на контроллерном уровне – 10С;

- на диспетчерском уровне – 20С.

Исходя из этого, рассчитаем абсолютную погрешность ИИК.

Абсолютная погрешность элементов:

0С;

Погрешность линеаризации – 0,1оС.

Погрешность на контроллерном уровне составляет:

При заданной апертуре (1,5оС), погрешность на диспетчерском уровне составит:

Вывод: выбранные технические средства автоматизации и используемое в программе обработки данных по температуре среды значение апертуры обеспечивают заданную точность измерения (0,91810С; 1,75820С).

                                                                          Таблица 3

Состав и метрологические характеристики информационно-измерительных каналов

Наимено-вание

ИИК

Элементы ИИК и их допустимая

погрешность

Допустимая погрешность ИИК

Датчик, его

допусти-

мая погреш-

ность

Модуль

ввода, его погрешность

Погреш-

ность

линеа-ри-

зации

Погреш-

ность,

вносимая

апертурой

Расчетная

(на контроллер-ном/диспет-

черском

уровне)

Допуска-

емая регламен-

том

(на контрол-

лерном/

диспет-

черском

уровне)

1

2

3

5

6

7

8

9

3.5. Выбор технических средств диспетчерского уровня АСУ ТП

Техническое обеспечение диспетчерского уровня АСУ ТП включает в себя рабочие станции или промышленные компьютеры, для создания на их базе автоматизированных рабочих мест (АРМ) технологов-операторов и АРМ администраторов системы (инженеров АСУ ТП), серверы, средства коммуникации (кабели, активные элементы сети и т.д.), источники бесперебойного питания и другое оборудование.

Для того, чтобы выбрать типы рабочих станций (промышленных компьютеров), серверов и их количество, необходимо сформулировать функции и задачи, которые будут выполняться на диспетчерском уровне АСУ ТП, определить какие базы данных будут использоваться в системе.

Тип рабочих станций, серверов, их количество на пункте управления во многом зависит от особенностей объекта управления, от количества и сложности решаемых на верхнем уровне АСУ ТП задач. Для крупных объектов, работа которых характеризуется возможностью возникновения взрыво-пожароопасной ситуации, большим экономическим ущербом (химические, теплоэнергетические агрегаты), при отказе автоматизированной системы управления, рекомендуется использовать высокопроизводительные рабочие станции  (технические компьютеры) и серверы, а для повышения надежности системы управления применять  резервирование АРМ оператора и сервера приложений. Для объектов средней и малой мощности возможно совмещение на одной рабочей станции функций АРМ оператора и сервера.

Так как перечень решаемых на диспетчерском уровне задач для многих АСУ ТП примерно одинаков, при выборе рабочих станций, серверов в рамках курсового проекта рекомендуется ориентироваться на количество точек контроля и управления технологическим объектом. При этом приближенно можно считать, что число данных точек в узлах обработки данных, которые не рассматриваются подробно в проекте, равно количеству точек проектируемой системы управления технологическим уча-стком (аппаратом). В этом случае общее число точек будет равно произведению числа узлов АСУ ТП на число точек контроля и управления разрабатываемого узла обработки данных. Так как на диспетчерском уровне решается достаточно большое количество сервисных задач, полученное произведение рекомендуется увеличить в два раза, после этого умножить его на коэффициент развития системы (1,2 - 1,3). Полученное число можно использовать при выборе типа рабочей станции и сервера по принципу «стоимость – требования к качеству решаемых задач».

При выборе пассивных и активных элементов промышленной сети в качестве исходных данных необходимо использовать:

- наличие и характеристику помех, которые существуют в производственном помещении (в курсовом проекте ориентироваться на используемые в цехе электроустановки, их количество, мощность и т.д.);

- требования к надежности системы управления (для взрыво-пожароопасных производств эти требования существенно повышаются).

В настоящее  время технические средства большинства создаваемых АСУ ТП в своем составе имеют источники бесперебойного питания. Их наличие позволяет повысить надежность систем управления, избежать существенных экономических потерь при аварийных остановах оборудования, избежать развития техногенных катастроф. Обычно считается, что единственная проблема энергоснабжения, которая требует определенных мер защиты оборудования, выполняющего ответственные функции, – это отключения электропитания. Однако существует множество других факторов, которые могут серьезно навредить производству, если не принять соответствующих мер защиты. Касаясь проблемы надежности электропитания, можно выделить два основных ее аспекта - наличие в сети электроэнергии и ее качество.

При выборе источника бесперебойного питания (ИБП) для АСУ ТП или отдельного узла обработки данных необходимо оп-ределить, какие задачи будут решаться системой управления в период отсутствия напряжения питания или снижения ее качества, какой период времени необходим для безаварийного останова технологического оборудования. Затем по таблице 4 выбрать систему защиты, и по базе данных или с использованием поисковой системы сети «Internet» выбрать тип ИБП.

Таблица 4

Технологии защиты от некачественного электропитания

 

Системы защиты

Обеспечение защиты от возможных проблем с питанием

Отключения

Всплески

Искажения формы сигнала

Изменения частоты

Шумы

Просадки

Выбросы

Подавитель выбросов(TVSS)

Нет

Да

Нет

Нет

Да/Нет

Нет

Да

Окончание табл. 4

Резервный или Off-Line ИБП

Да

Да

Нет

Да

Да/Нет

Да

Да

Линейно-интерактив. ИБП

Да

Да

Нет

Да

Да

Да

Да

On-Line ИБП
с двойным преобразованием

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Дополнительная информация и рекомендации по выбору технических средств диспетчерского уровня приведены в приложении 4.

Для выбора технических средств  АСУ ТП можно использовать следующие источники информации:

- базу технических средств автоматизации (ауд. 1307);

- каталоги технических средств автоматизации, технические описания и паспорта средств автоматики, справочники и техническую литературу (ауд. 1307, библиотека);

- поисковые системы сети «Internet» и др. источники.

3.6.  Формирование  структурной  схемы АСУ ТП

Структурная схема должна включать в себя условные обозначения  всех узлов обработки данных, АРМ, серверов, активных и пассивных элементов сети. Узел обработки данных (один или несколько контроллеров, модулей УСО), для рассматриваемого в курсовом проекте технологического участка (агрегата), должен выполняться в развернутом виде, т.е. с указанием (изображением) всех модулей контроллера и их типов, а также количеством и типом входных/выходных сигналов для каждого модуля. Остальные  узлы обработки данных показываются в виде прямоугольников, внутри которых указывается наименование технологического участка.

4. Решение задач пуска, останова объектов

автоматизации, управления периодическими

процессами

Исходными данными для решения задач пуска и останова оборудования являются описания действий оперативного персонала, представленные в форме инструкций или технологического регламента. Как правило, это текстовой материал, изложенный по пунктам в виде последовательности действий персонала в сложившихся условиях.  Данный материал студент должен получить (скопировать) в процессе прохождения технологической практики.

Разработку алгоритмов и программ пуска и останова уп-равляемого технологического оборудования рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

- представить в виде блок-схемы последовательность пуска (останова) оборудования для  достаточно сложных технологических схем  с многочисленными условиями (для простых технологических схем можно не изображать блок-схемы);

- определить операции, которые будут выполняться без участия оператора и с его участием (по его команде);

- определить датчики, исполнительные устройства, двигатели, которые будут участвовать в процессе пуска, останова;

- определить системы автоматической защиты и блокировки, которые будут отключены в период пуска системы;

- разработать логические схемы пуска, останова оборудования;

- разработать программы пуска, останова оборудования на одном из языков программирования контроллера.

Логические схемы пуска останова рекомендуется представлять в табличной форме. В первом столбце таблицы условными обозначениями указываются команды оператора, логические операции, сигналы с датчиков и исполнительных устройств, управляющие команды, в последующих 2-х (3-х) столбцах приводятся условные обозначения датчиков и исполнительных устройств, и указываются условия, при которых появляются дискретные сигналы. В последнем столбце (при необходимости) приводятся комментарии к выполняемым операциям. Пример выполнения логической схемы показан в приложении 5.  Для простых технологических схем допускается выполнение алгоритмов пуска (останова) в виде блок-схем.

5. Синтез и анализ системы автоматического

регулирования

Так как в разрабатываемом проекте автоматизации регулируется  несколько технологических переменных, то решение задачи синтеза и анализа САР необходимо начинать с определения технологической переменной, для которой будет проводиться данный синтез. Это определение желательно сделать перед технологической практикой, чтобы в процессе  прохождения практики получить статические и динамические характеристики каналов воздействия на эту переменную. Решение задачи разработки системы автоматического регулирования рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

- на основании результатов анализа ТОУ выбрать регулируемую переменную (согласовать с преподавателем) и проверить обоснованность выбора управляющего канала объекта;

- по полученной на предприятии (или у преподавателя) разгонной или импульсной характеристике управляющего канала определить его математическую модель, а при необходимости модели других каналов воздействия на регулируемую переменную;

- по полученным параметрам модели (моделей) определить структуру САР (одноконтурную или многоконтурную);

- используя специализированные программы выполнить расчет параметров настройки регулирующих (компенсирующих) устройств и провести анализ качества регулирования;

- используя, выбранные в разделах 2.2 - 2.3 курсового проекта технические средства реализации САР, выполнить расчет ее количественных показателей надежности;

- разработать программу реализации алгоритма регулирования на одном из языков стандарта IEC 61131-3.

5.1. Обоснование выбора управляющего канала ТОУ

Обоснование выбора управляющего канала объекта осуществляется путем проверки трех условий:

- допустимый диапазон изменения управляющего воздействия должен обеспечить компенсацию всех возмущающих воздействий, оказывающих влияние на регулируемую переменную;

- управляющий канал должен иметь благоприятные динамические свойства (соотношение времени запаздывания и постоянной времени канала должно иметь минимальное значение);

- статическая характеристика управляющего канала должна быть близка к линейной (допускается отклонение до 20%).

Первое условие рекомендуется проверять путем вычисления максимального возмущающего воздействия (), выраженного в процентах хода регулирующего органа (% х. р. о.). Методика определения  приведена в источнике [20]. Если  превысит 100%, это будет означать, что первое условие выбора управляющего канала не выполняется. В этом случае необходимо:

- проанализировать возможность нанесения максимального возмущения одного знака по всем каналам одновременно (в промышленных условиях это происходит очень редко) и скорректировать суммарное возмущающее воздействие;

- вести в проектируемую систему компенсатор, снижающий влияние одного из возмущающих воздействий;

- использовать автоматическую систему стабилизации возмущающего воздействия, снизив тем самым диапазон изменения этого воздействия;

- использовать в качестве управляющего другой канал воздействия на управляемую переменную.

Необходимо отметить, что полномасштабный выбор упра-вляющего воздействия делается для вновь создаваемых и вновь вводимых в эксплуатацию технологических объектов и систем управления. В тех же случаях, когда производится модернизация действующей системы управления на базе современных технических средств автоматизации управляющие каналы объекта, как правило, остаются прежними. Так как большинство технологических объектов в той или иной мере являются нестационарными, или в процессе эксплуатации частично модернизируются, то проверку выполнения первого условия выбора управляющего канала необходимо проводить и при модернизации действующих систем управления.

5.2. Идентификация технологического объекта

управления

На полученных "кривых разгона" провести касательные через точки перегиба этих кривых (рис. 7). По полученным отрезкам на оси времени найти время запаздывания  и постоянную времени  объекта. Коэффициент передачи объекта  определить как отношение приращения регулируемой переменной к величине ступенчатого воздействия, вызвавшего это приращение. При данном подходе передаточная функция объекта будет определяться как передаточная функция двух последовательно соединённых типовых звеньев (звена чистого запаздывания и апериодического звена первого порядка), выражение 6.

Рис.  7. Разгонная характеристика управляющего канала объекта

 -начальное и конечное значение регулируемой переменной (в абсолютных единицах), t – время (в минутах)

.                                     (6)

Если в качестве передаточной функции объекта выбрано выражение 7, то поиск постоянных величин в этом выражении осуществляется в следующей последовательности:

- из точки перегиба разгонной характеристики проводится касательная до пересечения с осью абсцисс и прямой, характеризующей новое установившееся значение регулируемой переменной (асимптота, к которой стремится разгонная характеристика при );

- из точки пересечения и перегиба на ось абсцисс опускаются перпендикуляры, которые отсекают отрезки времени, по которым определяются постоянные времени передаточной функции.

,                        (7)

;   .   (8)

Определение постоянных времени  и и времени запаздывания  показано на рисунке 8.

После нахождения постоянных времени необходимо проверить выполнение условия (9).

.   (9)

Если условие не выполняется, то это означает, что постоянные времени определены неверно (при невыполнении условия 12 переходный процесс носит колебательный характер), и необходимо скорректировать значения  и .

Обработку импульсной характеристики астатических объектов графическим способом проводят следующим образом:

- проводится прямая, совпадающая с изменением регулируемой переменной на участке характеристики с установившейся скоростью, до пересечения с осью абсцисс;

- измеряется интервал времени от начала координат до точки пересечения прямой с осью абсцисс, который определит время запаздывания объекта -  (рис. 9);

- определяется коэффициент передачи объекта из выражения (13).

Рис. 8. Графическое определение параметров математической модели  управляющего канала объекта

.                                              (10)

Передаточная функция объекта будет определяться по выражению (11).

.                    (11)

Если в качестве передаточной функции выбрано выражение 12, то поиск постоянных величин в этом выражении осуществляется следующим образом:

- по участку характеристики, лежащей на оси абсцисс до начала изменения регулируемой переменной, определяется время запаздывания объекта ;

- проводится линия, совпадающая с участком характеристики с постоянной скоростью изменения регулируемой переменной, до пересечения с осью абсцисс, и определяется постоянная времени , рис. 10;

- коэффициент передачи определится по выражению 10;

 (12)

Рис. 9. Импульсная характеристика астатического объекта

Рис. 10. Графическое определение параметров модели

астатического объекта

Уточнение полученных параметров модели  каналов ТОУ может быть выполнено с помощью программы «Идентификация» (1307 ауд.). Для определения структуры и параметров модели можно использовать также систему «IPC CAD».

5.3. Расчет и анализ САР

Расчет и анализ систем автоматического регулирования представляет собой достаточно сложную и трудоемкую задачу. Однако появление интегрированных пакетов программ по расчету параметров настройки регулирующих, корректирующих устройств, прямых и интегральных показателей качества управления позволяет существенно упростить решение данной задачи. Одним из таких пакетов программ является система "Industrial Process Control-Computer Aided Design" (IPCCAD), которая осуществляет оперативную настройку промышленных САР, их анализ и имитационное моделирование на персональных компьютерах. Кроме этого, расчет САР можно проводить с помощью других программных продуктов.

Данный раздел курсового проекта должен включать в себя следующие подразделы:

- выбор структуры системы;

- определение алгоритмов функционирования регулирующих, компенсирующих, корректирующих устройств;

- расчет параметров настройки этих устройств;

- анализ устойчивости и качества регулирования.

5.3.1. Выбор структуры САР

Задача выбора структуры САР, ввиду многообразия технологических, технических и экономических требований к системе, представляет собой плохо формализуемую процедуру. Поэтому строгое решение задачи определения оптимальной структуры системы управления возможно лишь для достаточно идеализированного технологического объекта [17].

При выборе структуры локальной САР исходные данные можно разбить на две группы:

- статические и динамические характеристики каналов воздействия входных переменных объекта управления на управляемую (регулируемую) переменную;

- требования к устойчивости и качеству процесса управления технологическим объектом.

Выпускаемые в настоящее время отечественные и зарубе-жные средства автоматизации позволяют создавать любые ал-горитмы функционирования регулирующих и корректирующих элементов одноконтурных и многоконтурных САР. Поэтому разработка и внедрение многоконтурных САР технологическими процессами на базе этих технических средств не вызывает больших затруднений.

Выбор структуры многоконтурных САР во многом проводится на основе анализа свойств и характеристик объекта управления. При этом необходимо руководствоваться следующими рекомендациями [2; 11, 12, 13].

Комбинированные САР рекомендуется использовать для управления объектами при выполнении двух условий:

- на управляемую переменную оказывает существенное влияние одно или два возмущающих воздействия (заметный эффект достигается, если влияние возмущающего воздействия составляет не менее 10-15% от влияния управляющего воздействия, выраженного в процентах хода регулирующего органа);

- существуют методы и технические средства измерения этого возмущающего воздействия.

Каскадные САР рекомендуется использовать, если:

- управляющий канал объекта обладает большим запаздыванием и инерционностью;

- в объекте можно выбрать промежуточную переменную, менее инерционную к основным возмущающим воздействиям;

- для регулирования выбранной промежуточной переменной можно использовать то же управляющее воздействие, что и для основной переменной;

- для выбранной промежуточной переменной существуют методы и средства измерения.

Системы связанного регулирования рекомендуется использовать, если:

- в технологическом объекте регулируется более одной переменной;

- в технологическом объекте имеются перекрестные каналы, т. е. одно управляющее воздействие оказывает влияние на две и более регулируемые переменные;

- динамические свойства управляющих каналов САР с перекрестными связями достаточно близки.

Предиктор Смита, регулятор Ресвика рекомендуется использовать для управления объектами, если:

- управляющий канал объекта обладает большим запаздыванием ();

- при изменении режима работы объекта не меняются его свойства и характеристики и на достаточно длительном промежутке времени (несколько месяцев) объект можно считать стационарным;

- САР должна обладать большим запасом устойчивости.

Систему автоматического регулирования с опережающим импульсом (с импульсом по производной) рекомендуется использовать в тех случаях, когда:

- необходимо регулировать технологическую переменную, распределенную по длине аппарата (например, температуру или концентрацию), нанося управляющее воздействие на входе в аппарат;

- если можно измерить технологическую переменную не только на выходе из аппарата, но и в промежуточной точке аппарата.

5.3.2. Синтез и анализ САР с использованием системы «IPC-CAD»

Достаточно часто при выборе структуры САР возникает ситуация, когда свойства и характеристики технологического объекта позволяют использовать для его управления несколько типов многоконтурных систем. При этом не исключается возможность применения одноконтурной САР. В этом случае критерием выбора структуры САР может стать один или несколько прямых показателей качества регулирования.

Исходя из того, что в системе "IPC-CAD" рассчитываются три прямых показателя качества управления (максимальная динамическая ошибка - ; степень затухания - ; время регулирования - ) выбор структуры САУ целесообразно проводить по полученным значениям этих показателей. При этом степень затухания переходного процесса может служить мерой запаса устойчивости системы [11]. Известно, что при  система находится на границе устойчивости, а чем ближе этот показатель к единице, тем больше запас устойчивости системы. В инженерной практике [11; 18] рекомендуется находить такие параметры регулирующих и корректирующих устройств, которые позволяют получить степень затухания не ниже 0,75.

Для выбора структуры САР из альтернативных вариантов, представленных в подразделе 5.3.1, необходимо для каждой системы рассчитать, выше указанные показатели качества регулирования и сравнить их. Расчет показателей рекомендуется проводить в следующей последовательности:

- запустить программу "IPC-CAD";

- задать вид выбранной САР;

- ввести характеристики управляющего канала объекта (по разгонной или импульсной характеристике или вводя параметры передаточной функции);

- выбрать последовательно пункты меню "Настройка САР", "Выбор внешних воздействий", "Возмущение на входе объекта (по нагрузке)", вид воздействия "Скачок".

- выбрать пункт меню "Моделирование переходного процесса в САР"; записать полученные значения прямых показателей качества регулирования.

- выбрать пункт меню "Проверка САР на грубость", записать полученные значения прямых показателей качества регулирования.

После расчетов прямых показателей качества регулирования всех альтернативных систем провести их сравнительный анализ. Предпочтение рекомендуется отдать САР, у которой два или три показателя будут наилучшими. Данная САР должна иметь:

- минимальную динамическую ошибку;

- минимальное время регулирования;

- максимальную степень затухания переходного процесса.

При анализе показателей трех и более систем может возникнуть ситуация, когда каждая из трех систем будет иметь наилучшее значение одного показателя. В этом случае рекомендуется отдать предпочтение системе, имеющей максимальный запас устойчивости (максимальную степень затухания процесса).

После определения структуры САР и расчета ее параметров настройки необходимо выполнить более детальный анализ качества регулирования. Для этой цели  рекомендуется исследовать САР при нанесении возмущения «по нагрузке» и «по заданию». Последовательность анализа САР подробно изложена в источнике [20]. Допускается решать задачу синтеза и анализа САР с использованием других программных продуктов.

5.3.3. Расчет надежности САР

Надежность является одним из основных показателей качества функционирования САР. При этом количественными показателями надежности являются: вероятность безотказной работы системы - ; среднее время безотказной работы - ; интенсивность отказов - ; другие показатели.

Численные значения этих показателей получают путем сбора и обработки статистических данных при специальных испытаниях и в режиме нормальной эксплуатации конкретного технического средства. Полученные при этом значения показателей надежности приводятся в справочной литературе и в техническом описании этих средств.

Необходимо отметить, что интенсивность отказов и другие показатели надежности существенно зависят от производственных факторов. Поэтому в технической литературе [11] обычно приводятся их средние значения.

Расчет надежности САР рекомендуется выполнять в несколько этапов. На первом этапе осуществляется разделение рассматриваемой системы на элементы (первичный преобразователь, регулирующее устройство и т. д.), которые должны быть отдельными техническими изделиями с приводимыми на них показателями надежности. В некоторых случаях показатели надежности приводятся для комплекта аппаратуры. В этом случае данный комплект необходимо рассматривать как одно изделие.

Далее формируется понятие отказа для отдельных элементов и системы в целом. При этом это понятие может быть сформулировано и по внезапным и постепенным отказам, когда в процессе эксплуатации параметры элементов меняются во времени.

На третьем этапе составляется логическая схема расчета надежности. Построение этой схемы осуществляется на основании анализа функциональной, а иногда электрической и других схем системы с учетом взаимодействия элементов системы. Если отказ любого элемента системы приводит к отказу всей системы, логическую схему можно представить в виде последовательного соединения всех элементов, которое называют основным. При резервировании, временной или структурной избыточности в логической схеме появляются параллельные, мостиковые соединения элементов.

На четвертом этапе расчета проводится определение безотказности элементов или их групп, которые имеют основное соединение.

На пятом этапе определяются основные показатели надежности всей системы. В зависимости от требований, предъявляемых к надежности системы, данный расчет характеристик может быть разделен на предварительный и окончательный (полный). При предварительном расчете учитываются только основные факторы, влияющие на надежность, при окончательном расчете учитываются постепенные отказы изделий. При этом все элементы делятся на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, определяются характеристики восстановления и характеристики надежности восстанавливаемых элементов и т. д.

В курсовом проекте необходимо выполнить предварительный расчет надежности, который рассмотрен в приводимом при-мере.

Пример.

Для реализации каскадной САР с односторонней автономностью выбран следующий комплект технических средств: два первичных преобразователя температуры типа ТХК-1087, нормирующий преобразователь БУТ 20, клеммно-блочный соединитель КБС-3, блок контроллера БК-21/П, блок питания БП-21, пульт настройки контроллера ПН-21, электропневмопреобразователь ЭПП, регулирующий клапан 25 с 54 нж (нз), соединительные провода и кабели (СП). Надежность САУ оценивается по среднему времени безотказной работы () – не менее 1 года.

На первом этапе определения надежности САР формируем ее структурную схему с выделением отдельных элементов, рис. 11.

На втором этапе сформируем понятия внезапного отказа для отдельных элементов и системы в целом.

Для сложных изделий, прошедших период приработки, рекомендуется [12] применять экспоненциальный закон распределения времени отказов, когда потеря изделием работоспособности зависит от случайных факторов. В этом случае вероятность безотказной работы  связана с интенсивностью отказов  и средним временем безотказной работы  зависимостью 12.

.                             (12)

Рис. 11. Функциональная структура САР

ПП1, ПП2 - первичные преобразователи температуры ТХК-1087;

НП – нормирующий преобразователь (блок усиления термопар) БУТ-20;

КБС – клеммно-блочный соединитель КБС-3;

БК - блок контроллера РЕМИКОНТ Р-130 (БК-21/П);

БП – блок питания БП-21;

ПН – пульт настройки ПН-21;

ЭПП – электропневмопреобразователь ЭПП;

СПВ – станция подготовки воздуха;

РО – регулирующий клапан 25 с 54 нж (нз);

ТОУ – технологический объект управления.

Внезапные отказы для всех элементов, показанных на рисунке 11, заключаются в невозможности элемента выполнять свои функции ввиду обрыва проводов, короткого замыкания и т. д. Отказ системы в целом будет заключаться в потере ею устойчивости, выходе регулируемой переменной за допустимые значения показателей качества.

При составлении логической схемы расчета надежности необходимо предварительно проанализировать, как изменится надежность системы при отказе каждого её элемента.

Отказ первичного преобразователя ПП1, используемого для измерения основной регулируемой переменной, приводит к отказу всей системы. Отказ ПП2 приводит к тому, что каскадная САР с односторонней автономностью начинает работать как одноконтурная САР, при этом не обеспечивается требуемое качество регулирования. Поэтому можно считать, что отказ ПП2 приводит к отказу всей САР.

При отказе нормирующего преобразователя НП, клеммно-блочного соединителя КБС, блока контроллера БК, электропне-вматического преобразователя ЭПП, регулирующего органа РО и станции подготовки воздуха СПВ произойдет отказ всей САР. Отказ блока питания БП приводит к отказу БК, НП, к прерыванию связи с сетью "ТРАНЗИТ". Исходя из этого, считаем, что отказ БП приводит к отказу всей системы. Так как пульт наст-ройки ПН используется только в режиме программирования контроллера, то его отказ не повлечет за собой отказ всей системы. Поэтому он не включен в логическую схему расчета надежности САР, которая приведена на рис. 12.

Рис. 12. Логическая схема расчета надежности САУ

Так как отказ любого элемента приводит к отказу всей системы, логическая схема расчета надежности САР (рис. 12) представляет собой последовательное соединение всех элементов. В этом случае вероятность безотказной работы САР при условии независимости отказов элементов будет определяться из выражения 13.

                                           (13)

где  - количество элементов в логической схеме;

-вероятность безотказной работы -го элемента.

Для расчета надежности САР из справочной литературы [12; 15] были взяты показатели надежности элементов:

- ТХК-1087 - ;

- ЭПП - ;

- 25с 54нж - ;

- СП (1 метр) - ;.

- СПВ - ;

- Р-130 – средняя наработка до отказа (t н ) 10 000 часов.

Интенсивность отказа комплекта "РЕМИКОНТ Р-130" составит: .

Длина проводов для монтажа всех линий связи составит 200 м. Исходя из этого, .

В соответствии с выражениями (12, 13) была рассчитана вероятность безотказной работы САР для разных сроков эксплу-атации системы и построен график изменения данного показателя во времени, показанный на рисунке 13.

Рис. 13. График изменения вероятности безотказной работы САУ во времени: - без резервирования,   - с резервированием

Среднее время безотказной работы САР определится из выражения 14.

,                                             (14)

.

Полученное среднее время безотказной работы меньше данного показателя, указанного в требованиях к надежности САР. Поэтому необходимо повысить надежность САР путем ре-зервирования наиболее ненадежного элемента. Таким элементом является микропроцессорный контроллер "РЕМИКОНТ Р-130". Среднее время безотказной работы резервированной группы элементов при постоянном включении резерва может быть подсчитано по выражению 15.

,                         (15)

где  - среднее время безотказной работы одного элемента (комплекта);

- число элементов (комплектов) в группе.

.

Интенсивность отказов двух комплектов элементов, входящих в контроллер "РЕМИКОНТ Р-130", составит:

.

Среднее время безотказной работы САУ при включении резерва составит:

.

Так как , то считаем, что выбранный состав элементов и структура САУ удовлетворяют требованиям к надежности системы.

График изменения вероятности безотказной работы САУ во времени при использовании нагруженного резерва показан на рис. 13.

  1.  Решение задач управления ТОУ на диспетчерском уровне

При выполнении данного раздела КП необходимо:

- определить перечень задач, решаемых на верхнем уровне;

- опираясь на перечень задач составить приблизительную схему структуры SCADA-проекта;

- выбрать SCADA –систему, в которой будет производится реализация составленной структуры;

- составить перечень тегов или каналов, создаваемых в проекте;

- разработать экранные формы.

6.1. Перечень задач, решаемых на верхнем уровне

управления

Так как при разработке структуры АСУ ТП было определено количество и тип рабочих мест, то в данном разделе необходимо конкретизировать назначение каждого из них.

Для примера рассмотрим систему, в которой создано четыре АРМ:  1) АРМ оператора;

2) глобальный регистратор;

3) АРМ механика;

4) АРМ технолога.

Перечислим приблизительный перечень задач, решаемый каждым из них.

Функции АРМ оператора:

- получение информации от промышленной сети «Profi-BUS»;

- обработка принятой информации;

- временная регистрация значений технологических параметров;

- передача информации о технологических параметрах в локальную сеть для других АРМ;

- визуализация хода протекание технологического процесса в виде мнемосхем, графиков (т.е. графическое представление хода технологического процесса), а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме;

- сигнализация о выходе технологических параметров за допустимые пределы;

- сигнализация о работе оборудования;

- оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях;

- прием команд оператора и передача их контроллерам нижних уровней;

- супервизорное управление технологическим процессом;

- формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации.

Функции «Глобального регистратора»:

- выявление и запись в архив событий, связанных с контролируемым технологическим процессом;

- регистрация алармов (события в аварийных ситуациях);

- регистрация действий персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы.

Функции АРМ механика:

- оповещения технического персонала об аварийных ситуациях;

- оповещения о смене режимов работы оборудования;

- перевод оборудования в режим технического обслуживание и снятие этого режима;

- вывод сводок и других отчетных документов о работе оборудования.

Функции АРМ технолога:

- оптимизация работы оборудования;

- передача обновлённых заданий на АРМ операторов;

- вывод сводок и других отчетных документов о работе участка или цеха.

- распределение исходных ресурсов и готового продукта.

Указанные в перечне задачи должны базироваться на требованиях, предъявляемых к разрабатываемой АСУ ТП, разработанные в разделе 1.2 вашего курсового проекта.

Так как одной из первых задач, решаемых на верхнем уровне, является задача получения информации от нижнего уровня и передача информации с верхнего уровня на нижний, то, опираясь на таблицы, представленные в разделе 1.2.3, необходимо составить перечень переменных, передаваемых по коммуникационным каналам.

Составляется данный список в удобной для вас форме.

Пример.

В процессе сушки колбасы на верхний уровень интегрированной системы управления передаются значения следующих переменных:

1) Тв1 – температура горячей воды, подаваемой в калорифер первого подогрева;  

2) Тв2 – температура горячей воды, отводимой из калорифера первого подогрева …

С верхнего уровня на нижний осуществляется передача следующих управляющих сигналов:

Здн1 – сигнал на закрытие заслонки приёмного клапана;

Здн2 – сигнал на закрытие клапана на трубопроводе отвода горячей воды из калорифера первого подогрева …

6.2.  Разработка структуры SCADA-проекта

В данном разделе необходимо, опираясь на поставленные задачи, решаемые на верхнем уровне, определить, какие экранные формы потребуется создать, чтобы качественно решать эти задачи в процессе оперативного диспетчерского управления.

Наиболее удобно это предлагается сделать в  виде схемы. Приблизительный вид такой схемы показан на рис. 14. Стрелочками на данной схеме необходимо указать основные переходы, осуществляемые между ними. В сложных структурах, указывать все переходы стрелочками не обязательно, так как это может сильно загромоздить рисунок. В таких проектах содеется специальная «панель переходов», которую надо описать отдельно.

Рис. 14 .  Схема взаимодействия экранных форм SCADA-проекта

После схемы необходимо кратко описать назначение каждой экранной формы, и возможности перечислить все возможные переходы, осуществляемые с этой экранной формы на другие.

6.3  Выбор SCADA -системы и разработка экранных форм

В данном разделе разрабатывается непосредственно программное обеспечение в конкретной программной среде.

Можно выделить следующие этапы разработки:

1 - выбор SCADA –системы;

2 - описание действий оператора, которые будут доступны на каждой экранной форме;

3 - создание базы каналов или тегов (в зависимости от выбранной системы). Указать необходимо как основные переменные, перечисленные выше (см. п. 6.1), так и все дополнительные, участвующие в решении требуемых задач;

4 - разработка алгоритмов, требуемых  для решения специализированных задач;

5 - разработка экранных форм.

Начиная со 2-го этапа можно ограничиться несколькими основных экранными формами. При этом рекомендуется руководствоваться задачами, решаемыми в 3-ем и 4-ом разделах курсового проекта.

На рынке в настоящее время имеется большой выбор SCADA систем как современных, вышедших в свет совсем не давно, так и систем старого поколения, работающих под операционной системой DOS. Программные продукты класса SCADA широко представлены на мировом рынке. Это несколько десятков SCADA - систем, многие из которых нашли свое применение и в России.

Наиболее популярные из них приведены ниже:

  •  InTouch (Wonderware) - США;
  •  Citect (CI Technology) - Австралия;
  •  FIX (Intellution ) - США;
  •  Genesis (Iconics Co) - США;
  •  Factory Link (United States Data Co) - США;
  •  RealFlex (BJ Software Systems) - США;
  •  Sitex (Jade Software) - Великобритания;
  •  TraceMode (AdAstrA) - Россия;
  •  Cimplicity (GE Fanuc) - США;
  •  САРГОН (НВТ - Автоматика) - Россия.

Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную поиску оптимального решения в условиях многокритериальности. При этом рекомендуется опираться на следующие критерии:

  1.  качество документации;
    1.  техническая поддержка в России;
    2.  открытость и масштабируемость;
    3.  полнофункциональность;
    4.  надежность;
    5.  эффективность;
    6.  цена.

Попытайтесь по указанным или предложенным вами критериям оценить несколько SCADA-систем и выбрать ту, которая максимально подходит к вашему проекту.

При создании базы каналов или тегов необходимо помимо имени и его обозначения указать все необходимые технические и программные значения  (размерность, используемые границы, коэффициент сглаживания, апертура и т.д.)

Лучше всего данную базу представить в виде таблицы. Приблизительный вид этой таблицы для создания базы в SCADA-системе TraceMODE показан в таблице 11.

Таблица 11

Каналы, их описание и свойства

Услов-ное

Обоз-нач.

Имя канна-ла

Тип канна-ла

Подтип канала

Размер-ность

Верх.

гран.

Нижн.

гран.

Сгла-

живан.

Апер-тура

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тв1

Т1

I

АНАЛОГ

0С

76

80

0,8

0,5

Тв2

Т2

I

АНАЛОГ

0С

68

72

0,8

0,5

Тв3

Т3

I

АНАЛОГ

0С

-10

10

0,8

0,5

Тв4

T4

I

АНАЛОГ

0С

5

35

0,8

0,5

Tв5

Т5

I

АНАЛОГ

0С

10

15

0,8

0,5

……

Здн1

U1

О

УПРАВЛЕНИЕ

%

100

0

-

Здн2

U2

О

УПРАВЛЕНИЕ

%

100

0

-

Здн3

U3

О

УПРАВЛЕНИЕ

%

100

0

-

……

Экранные формы создаются в зависимости от задач, решаемых на данном диспетчерском пункте. Для очень простых процессов основной экранной формой может быть графическое представление технологического процесса с указанием на отдельной панели ссылок на дополнительные формы (рис. 15). При этом создается статичный рисунок технологического объекта, а затем поверх него размещаются динамические формы отображения и управления. Среди них такие, как поля вывода численных значений, графики, гистограммы, кнопки, области ввода значений и перехода к другим графическим фрагментам и т. д.

Для более сложных процессов, когда на одном АРМ производится управление несколькими процессами или участками,  на основном экране выводится только краткая информация о состоянии каждого процесса с кнопками для детального их просмотра (рис. 16)

Дополнительные формы выбираются самостоятельно. Предлагается создавать их как дополнение к задачам, решаемым в данном курсовом проекте. Это может быть задача пуска или останова, задача блокировки, задача управления оборудованием и т.д.  Особенно рекомендуется рассмотреть экранную форму для регулирования технологической переменной, рассчитанной в пункте 4 (Решение задач регулирования технологическим объектом). Приблизительный вид такой  экранной форма представлен на рис. 17.

Так же часто требуется производить регистрацию основных технологических параметров. Это удобно делать или непосредственно на экранной форме с аппаратом, если такой параметр один, или создать для регистрации отдельную экранную форму (рис. 18).

Таким образом, можно выделить три иерархических уровня масштабируемости проекта:

1) окно для наблюдения за участком;

2) несколько окон для наблюдения за аппаратами технологического процесса;

3) несколько окон для решения конкретных частных задач.

Так как каждая экранная форма создаётся для того, что бы оператор мог производить какие-либо действия, то на них должны быть реализованы динамические элементы для каждого из этих действий. Данные действия представляются вами в разделе 5.2 данного курсового проекта.

Все действия, доступные для выполнения оператором с помощью динамических элементов, необходимо перечислить, указав с помощью какого динамического элемента, они будут осуществляться. Данное описание необходимо сделать для каждой разработанной экранной формы.


Список литературы

1. Автоматизация технологических процессов пищевых производств: Учебник / Е.Б.Карпин, М.М. Солошенко, Л.А.Широков и др.; Под ред. Е.Б. Карпина. – М.: Агропромиздат, 1985. - 536 с.

2. Автоматическое управление в химической промышленности : Учебник для вузов / Е.Г. Дудников, А.В. Казаков, А.М. Цирлин  и др.; Под ред.Е.Г. Дудникова.-М.: Химия, 1987. - 368 с.

3. Алексеев А. А., Имаев Д. Х., Кузьмин Н. Н., Яковлев В. Б. Теория управления: Учебник. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.- 435 с.

4. Анашкин А. С., Кадыров Э. Д., Хазаров В. Г. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления: Учебное пособие для студентов вузов. – СПб.: Издательство «П-2», 2004. – 368 с.

5. Балакирев В.С. Надежность систем автоматизации: Учебное пособие для студентов вузов. – 2-е изд., - Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2006. - 146 с.

6. Благовещенская М.М. Информационные технологии систем управления технологическими процессами: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2005. – 768 с.

7. Борисов В. В., Плютто В. П. Практикум по теории автоматического управления химико-технологическими процессами. Аналоговые системы: Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Химия, 1987. – 152 с.

8. Брусиловский Л.П. Системы автоматизированного управления технологическими процессами предприятий молочной промышленности: Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Агропромиздат, 1986. - 232 с.

9. Брусиловский Л.П., Вайнберг А.Я. Автоматизация технологических процессов молочной промышленности. Учебное пособие для студентов вузов: - М.; Пищевая промышленность, 1978. – 384 с.

10. Ицкович Э.Л. Методы рациональной автоматизации производства. – М.: Издательство «Инфра-Инженерия», 2009., 240 с. 

11. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации производственных процессов: Учебное пособие для вузов. / И.К. Петров, Д.П. Петелин, М.С. Тюльпанов и др.; Под ред. И. К. Петрова – М.: Высшая школа, 1985. – 352 с.

12. Матвейкин В. Г., Фролов С. Г., Шехтман М. Б. Применение SCADA - систем при автоматизации технологических процессов: Учебное пособие. М. – Тамбов: Машиностроение, 2000. – 196 с.

13. Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И. Автоматизация химических производств: Учебник.- М.: Машиностроение, 1982. - 296 с.

14. Практикум по автоматике и системам управления производственными процессами: Учебное пособие для вузов. Под ред. И. М. Масленникова - М.: Химия, 1986. – 336 с.

15. Приборы и средства автоматизации. Отраслевой каталог. – М.: Информприбор, 1996. – 98 с.

16. Растригин Л. А., Маджаров Н. Е. Введение в идентификацию объектов управления. – М.: Энергия, 1977. – 216 с.

17. Соколов В.А. Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности: Учебник для вузов - М.: Агропромиздат, 1991.- 445 с.

18. Стефани Е. П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов: Учебник для вузов – М.: Энергия, 1972. – 375 с.

19. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП. Проектирование и разработка. Учебно-практическое пособие. М.: Издательство «Инфра-Инженерия», 2008.- 927 с.

20. Чупин А. В. Курсовая работа по дисциплине "Автоматизация технологических процессов и производств": Методические указания для студентов специальности 220301. – Кемерово: КемТИПП, 2004. – 46 с.

21. Шкатов Е. Ф. Лабораторный практикум по приборам контроля и регулирования. Учебное пособие для вузов – М.: Химия, 1990. – 215 с.

Приложение 1

 

Рекомендации по расчету погрешностей

измерительного канала

Как известно из курса «Метрология», погрешность измерительного комплекта определяется как корень квадратный из суммы квадратов погрешностей элементов, входящих в измерительный комплект. В АСУ ТП при расчете погрешности измерительного комплекта необходимо рассчитывать погрешность измерения для задач, решаемых на контроллерном и диспетчерском  уровне. Задачи управления контроллерного уровня (защиты, регулирования, сигнализации и т.д.) используют данные, формируемые в базе данных контроллера (мгновенная база данных), Задачи диспетчерского уровня используют данные, находящиеся в оперативной базе диспетчера. Исходя из этого, при расчете погрешности измерительного комплекта для задач контроллерного уровня необходимо в расчетную формулу включать погрешности:

- первичного преобразователя;

- нормирующего преобразователя, если он используется в комплекте;

- входного модуля контроллера или АЦП;

- линеаризации статической характеристики датчика, если данная операция используется при первичной обработке сигнала в контроллере (термометры сопротивления, термоэлектрические термометры и т.д.).

Для задач диспетчерского уровня необходимо дополнительно рассматривать погрешность, обусловленную заданием апертуры (пределов изменения переменной, при достижении которых сообщение передается на верхний уровень).

Погрешность линеаризации статической характеристики, как правило, задается в техническом задании на проектирование АСУ ТП и обеспечивается при разработке программы первичной обработки информации в контроллере. Обычно для термометров сопротивления допустимая погрешность линеаризации составляет - 0,1С, а для термоэлектрических термометров - 0,3С. Для остальных датчиков, имеющих нелинейную статическую характеристику, погрешность линеаризации можно брать равной 0,2% от верхнего предела измерения.

Как известно, допустимая погрешность датчиков и нормирующих преобразователей приводится в справочниках, паспортах и технических описаниях. При этом она может быть представлена в виде класса точности, в процентах от верхнего предела измерения, в абсолютных единицах для верхнего предела измерения. Для термометров сопротивления и термоэлектрических термометров данная погрешность определяется по уравнениям, представленным в ряде источников [11, 15, 19, 21]. Например, для медного термометра сопротивления ТСМ класса «В» эта погрешность определяется по выражению (П1).

Т=0,25 + 0,0035*Т,                                     (П1)

где Т – текущее значение температуры (при расчете погрешности измерения необходимо подставить в уравнение верхний предел измерения).

Для термоэлектрического термометра типа ТХК при измерении температуры в пределах от 0 до 300С погрешность определяется по выражению (П2).

Е=0,14 + 0,00002*Т, мв.                              (П2)

Для перевода погрешности из милливольт в градусы необходимо использовать градуировочную таблицу.

Для большинства входных модулей контроллеров, на которые поступают аналоговые сигналы, указывается погрешность измерения в процентах, например, для модуля «ADAM-5017» основная погрешность измерения – не хуже 0,1%. Для перевода указанной погрешности в абсолютные единицы необходимо величину технологической переменной, соответствующую верхнему интервалу унифицированного входного сигнала, умножить на 0,1% и поделить на 100%.

Если погрешность преобразования входного сигнала в модуле не указывается, ее можно определить, как погрешность, связанную с  квантованием сигнала по уровню при его аналого-цифровом преобразовании. При этом величина погрешности определяется по выражению (П3).

Х=Дх/(2-1),                                     (П3)

где Дх – диапазон градуировки датчика (нормирующего преобразователя), который будет использоваться при измерении данной технологической переменной, n – разрядность цифрового слова контроллера (n = 8 или 16). Так как выбор датчика предшествует выбору контроллера, то для приближенной оценки точности комплекта можно взять n = 8. Если расчетная погрешность окажется больше допустимой, то надо взять n = 16, но при этом надо иметь в виду, что в разделе 2.3 необходимо выбрать контроллер с 16-разрядной шиной данных.

Приложение 2

Рекомендации по выбору исполнительных устройств

Регулирующие органы делятся на дозирующие и дроссельные. К дозирующим относятся такие устройства, которые изменяют расход вещества за счет изменения своей производительности (дозаторы, питатели, насосы и т. д.). Дроссельные РО представляют собой переменные пневматические или гидравлические сопротивления, изменяющие расход вещества за счет изменения своего проходного сечения (регулирующие клапаны, заслонки, шиберы и т.д.).

По виду потребляемой энергии исполнительные механизмы (ИМ) принято делить на: электрические, пневматические, гидравлические. Гидравлические ИМ используются в АСУ ТП редко и их применяют в тех случаях, когда для перемещения РО требуется большое усилие. Пневматические ИМ просты, надежны и удобны в эксплуатации и их широко применяют в пожаро - взрывоопасных  производственных помещениях, они используются в дискретных и регулирующих схемах автоматики. Недостатками данных ИМ, которые появляются при их использовании в современных микропроцессорных системах управления, являются дополнительные затраты на приобретение и установку станций подготовки воздуха и межсистемных преобразователей. Электрические исполнительные механизмы принято делить на электромагнитные и электродвигательные. Электромагнитные исполнительные механизмы используются в дискретных схемах автоматики их, в свою очередь, делят на исполнительные механизмы с длительным и кратковременным  протеканием тока по катушке. В исполнительные механизмы второй группы, кроме электромагнита, входят электромагнитные защелки. Из электродвигательных наибольшее распространение получили однооборотные и меньшее – многооборотные и прямоходные ИМ. В последние годы начали широко использоваться ИМ с позиционерами. Позиционер работает как регулятор положения выходного вала ИМ. Он формирует сигнал по этому положению и сравнивает его с управляющим сигналом, поступающим в ИМ. Если рассогласование существует между данными сигналами, то вырабатывается дополнительный управляющий сигнал, который перемещает выходной вал до положения, пропорционального величине управляющего сигнала.

Для обеспечения требований, указанных в исходных данных, необходимо, чтобы момент силы на валу (штоке) выбранного ИМ был на 10-15% больше усилия, которое требуется для перемещения регулирующего органа, а диапазон и скорость перемещения выходного вала ИМ превышали те значения, которые указаны в исходных данных.

Приложение 3

Рекомендации по выбору оборудования на

контроллерном уровне АСУ ТП

После формирования всех исходных данных необходимо сделать выбор типа контроллера – моноблочный, модульный, PC-base контроллер. Моноблочный контроллер (МБК), имеющий, как правило, небольшое число встроенных дискретных входов-выходов и от одного до четырех аналоговых входов-выходов, может использоваться автономно (в виде УСО) или с дополнительными модулями ввода-вывода сигналов, с организацией обмена данными по внутреннему интерфейсу (MPI и др.) или через коммуникационный порт по сети. При выборе модульного контроллера (МК) обеспечивается большее число каналов ввода-вывода, повышается функциональная надежность контроллера за счет функций самодиагностики, упрощается обслуживание контроллера, допускающее в ряде случаев «горячую» замену модулей (без выключения питания) и ряд других операций. При выборе PC-base контроллера (РСК) значительно повышается многофункциональность контроллера, удобство программирования, снижается его стоимость. Однако при этом уменьшается надежность системы и ее способность к дальнейшему расширению [10].

Если в техническом описании контроллера приводятся данные по объему памяти, используемой при  решении конкретных задач контроллерного уровня и времени выполнения определенных вычислительных операций, проводят приближенный расчет необходимой емкости памяти ОЗУ и времени решения всех задач за один такт вычислений. Затем сравнивают полученные результаты с паспортными данными контроллера.

При выборе контроллера определяется его соответствие международным стандартам:

- стандартным протоколам связи промышленных сетей (Profibus, Modbus, Interbus, CAN, Bitbus и др.);

- стандартам связи с техническими средствами сенсорного

уровня (HART-протокол, AS-интерфейс, Fieldbus Foundation, RS-485 и др.);

- стандартам на программное обеспечение контроллеров;

- стандартам связи с диспетчерским уровнем АСУ ТП (здесь, в большинстве случаев, предпочтение отдается  протоколу «Ethernet»).

Ниже приведены контроллеры зарубежных фирм, которые получили наибольшее распространение в АСУ ТП промышленных предприятий Российской Федерации.

В большинстве случаев при выполнении курсового проекта студенты используют модульные контроллеры. В этом случае их характеристики рекомендуется  заносить в таблицы (в таблицах П1 – П3 приведен пример для  контроллера ControlLogix-1756).

                                                                                                          Таблица П1

Типы и количество локальных модулей контроллера

Устройство ввода-вывода

Расположение

Число необходимых точек

Каталожный номер

Число точек ввода-вывода на модуль

Количество модулей

Аналоговые входы 4 – 20 мА

А

70

1756-IF16

16

5

Аналоговые выходы 4 – 20 мА

А

29

1756-OF6С1

6

5

Дискретные входы 24 В

А

4

1756-IB16

16

1

Окончание табл. П1

Дискретные выходы

24 В

А

8

1756-OX8I

8

1

Коммуникационный модуль сети ControlNet

А

1

1756-CNB

1

1

Коммуникационный модуль общезаводской сети Ethernet

A

1

1756-ENET

1

1

В большинстве модульных контроллеров локальные модули устанавливаются в шасси с заданным числом слотов. В примере, приведенном в таблице П1, в любой слот можно установить  любой модуль 1756В. Задняя шина обеспечивает быстродействующий коммуникационный маршрут между модулями. Количество и тип шасси рекомендуется заносить в таблицу П2.

Таблица П2

Тип и количество шасси

Расположение

Модулей, использующих слоты

Запасные слоты

Всего необходимых слотов

Каталожный номер шасси

Количество шасси

А

15

2

17

1756-А17

1

Так как потребляемая контроллером мощность питания зависит от типа и количества используемых модулей, то для выбора источника питания необходимо определить суммарную мощность необходимую для работы контроллера. Пример расчета потребляемой мощности показан в таблице П3.

Таблица П3

Расчет потребляемой мощности питания контроллера

Шасси А1

Каталожный номер

Ток задней шины 3,3 В (А)

Ток задней шины 5,1 В (А)

Ток задней шины 24 В (А)

Мощность модуля (Ватт)

Источник

1756-PA72

4000 мА

10 000 мА

2800 мА

55 Вт & 60 С

0

1756-CNB

0 мА

970 мА

17 мА

4,98 W

1

1756-IF16

0 мА

250 мА

100 мА

3,7 W

2

1756-IF16

0 мА

250 мА

100 мА

3,7 W

3

1756-IF16

0 мА

250 мА

100 мА

3,7 W

4

1756-IF16

0 мА

250 мА

100 мА

3,7 W

5

1756-IF16

0 мА

250 мА

100 мА

3,7 W

6

1756-OF8

0 мА

150 мА

210 мА

5,8 W

7

1756-OF8

0 мА

150 мА

210 мА

5,8 W

8

1756-OF8

0 мА

150 мА

210 мА

5,8 W

9

1756-OF8

0 мА

150 мА

210 мА

5,8 W

10

1756-IB16

0 мА

100 мА

2 мА

0,56 W

11

1756-OB16I

0 мА

350 мА

2,5 мА

1,85 W

Всего

0 мА

3370 мА

1361,5 мА

49,09 W

Спектр продукции для формирования контроллерного уровня АСУ ТП чрезвычайно широк. В таблице П4 приведены некоторые характеристики ПЛК фирм, наиболее распространенных в России. В четырех последних строках указаны параметры для модулей дискретного ввода-вывода. Все они построены по магистрально-модульному принципу, монтируются на панель или DIN-рейку, работают от напряжения +24 В, поддерживают протоколы обмена Fieldbus, имеют широкий набор модулей.

                                                                        Таблица П4

Характеристика наиболее распространенных типов ПЛК

Тип ПЛК

Adam 5510

Simatic

S7-300

SLC 500

SYSMAG

C200H

Фирма

Advantich

Siemens

Allen-Bradley

Omron

Страна

Тайвань

Германия

США

Япония

Температура,0С

-10 - +70

-25 -  +60

0 - +55

0 - +55

Влажность, %

5 - 95

5 – 95

5 - 95

10 - 90

Гарантийный

срок

1

1

1

3

Количество

модулей в

каркасе

4

До 8

4/7/10/13

3/5/8/10

Количество

каналов в

модуле

16

8/16/32

8/16/32

8/16/32/64

Размеры

модуля, мм

110-31-75

125-40-120

140-35-145

130-32-118

Вес модуля, гр.

65-95

190-300

190-300

180-300

Потребляемая

мощность, вт

0,25-0,3

0,6-2,0

0,5-2,2

0,24-1,3

Приложение 4

Рекомендации по выбору программно-технических средств (ПТК) диспетчерского уровня АСУ ТП

П4.1. Требования к динамике работы ПТК

Требования к динамическим свойствам средств ПТК являются достаточно важными для управления любыми объектами, но особенно быстрая реактивность ПТК необходима при контроле и управлении объектами с быстро протекающими переходными процессами, например, электротехническими или некоторыми химическими объектами [10].

Возможные варианты требований к динамическим характеристикам ПТК задаются заказчиком в виде определенного значения времени, которое нельзя превышать:

- цикл опроса датчиков;

- цикл смены данных на рабочей станции оператора при наличии на экране монитора порядка 100 динамических элементов;

- цикл смены кадров на рабочей станции оператора при наличии на экране монитора порядка 100 динамических элементов;

- время обработки дискретных сигналов в контроллере;

- время обработки аварийных дискретных сигналов в контроллере;

- время обработки дискретных сигналов в рабочей станции оператора;

- задержка представления приоритетных аварийных сигналов на рабочей станции оператора;

- время реакции на команду оператора;

- минимальное время перезапуска, как всей системы, так и только отдельных контроллеров после перерывов питания;

- точность регистрации времени наступления контролируемого события в контроллере;

- наличие системы единого времени на всех средствах ПТК с привязкой к астрономическому времени (на предприятии целесообразно иметь систему единого времени, по которой работают все системы автоматизации).

П4.2. Требования к надежности работы технических средств ПТК

Основные характеристики надежности в настоящее время не могут, достаточно точно, определяться для ПТК такой удобной и привычной для заказчиков характеристикой, как "число часов наработки на отказ" [10]. Это обусловлено тем, что ввиду очень высокой надежности современных электронных компонентов, да еще и сквозного контроля блоков и конструктивов в процессе их изготовления, отказы в работе средств ПТК весьма редки. В этих условиях провести достаточно чистый эксперимент, чтобы набрать необходимую статистику для расчета числа часов наработки на отказ, хотя бы по средней по объему выборке (порядка 100 отказов), производители не могут, тем более, что сами электронные компоненты модифицируются быстрее, чем мог бы закончиться сам указанный эксперимент. В то же время, существующие расчетные методы определения числа часов наработки на отказ также достаточно далеки от реальных значений этой характеристики. По этим причинам характеристики надежности целесообразнее оценивать косвенными показателями диагностики и резервирования технических средств ПТК, которые перечислены ниже.

Требуется указать данные о наличии и особенностях работы следующих диагностических тестов, работающих в режиме on-line:

- сторожевой таймер Watchdog;

- тесты работы контроллеров и сетевых средств, глубина диагностики этих тестов (обычно, глубина - до отдельной платы);

- тесты работы блоков ввода/вывода и глубина диагностики (обычно, глубина - до отдельного канала);

- диагностика параметров электропитания;

- диагностика коротких замыканий;

- диагностика обрыва сетей и линий связи с датчиками и исполнительными механизмами;

- контроль перегрева шкафов контроллеров.

Возможны варианты требований заказчика на наличие любых из вышеперечисленных диагностических тестов, их особенностей и глубины тестирования. Требуется указать сведения о применении в ПТК мер по исключению искажения информации при ее передаче и хранении:

- возможность передачи дублированных информационных пакетов с проверкой их совпадения при получении;

- использование различных корректирующих кодов;

- защита данных в ОЗУ контрольной суммой;

- использование энергонезависимого ОЗУ. Возможны варианты требований заказчика на применение любых из вышеперечисленных мер по исключению искажения информации.

Требуется указать возможности и особенности резервирования отдельных средств ПТК:

- резервирование контроллеров;

- резервирование отдельных или всех модулей контроллера, и/или контроллера целиком;

- вид резервирования (примеры: ручное переключение при появлении неисправности; горячий резерв с автоматическим безударным переключением при отказе, который обнаруживается диагностическим тестом);

- тип резервирования (дублирование, троирование, один резервный контроллер на N действующих, резервирование центрального процессора в режиме "пара и резерв" (пара процессоров работают параллельно, а вторая пара находится в горячем резерве; если у первой пары выходные сигналы начали не совпадать, то производится безударное переключение на вторую пару, а первая начинает автоматически тестироваться на пред- мет выявления неисправного процессора);

- резервирование сетей;

- возможности дублирования сетей и сетевой аппаратуры и автоматического переключения сетей при обрыве шины или неисправности аппаратуры одной из сетей;

- резервирование серверов и рабочих станций.

- другие возможности резервирования функций рабочих станций; например, при наличии на одном пульте ряда рабочих станций, выполняющих самостоятельные функции, но способных взаимно заменять друг друга, резервирование функций может осуществляться не путем добавления специальных дублирующих рабочих станций, а путем перераспределения функций отказавшей станции между другими работающими станциями;

- резервирование источников питания отдельных средств ПТК путем переключения питания на другой фидер (заранее подведенный к блоку питания) и/или путем использования специальных устройств бесперебойного питания (блоков UPS), рассчитанных на питание отдельных средств ПТК в течение определенного времени (обычно, от 10 до 60 минут) с автоматическим их переключением на резерв при сигнале о неисправности;

- возможность замены отказавшей по результатам диагностического теста платы без отключения устройства, в котором она находится.

Возможны варианты требований заказчика на наличие любых из вышеперечисленных видов резервирования для каждого отдельного средства ПТК, в зависимости от важности и ответственности реализуемых им функций. Особенные обязательные требования по надежности должны предъявляться заказчиком к контроллерам, работающим в противоаварийных цепях. Они должны, в зависимости от опасности аварии и возможного ущерба от нее, состоять из дублированных или даже троированных модулей с полной диагностикой их работы в режиме on-line, с безударным переключением при обнаружении какого-нибудь сбоя или отказа в одном из модулей, с переводом выходных цепей в безопасное положение при полном отказе цепи управления.

П4.3.  Промышленные компьютеры и рабочие

станции

PC-совместимые промышленные компьютеры представляют собой устройства повышенной надежности, способные работать в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как пыль, влага, низкие/высокие температуры, вибрация и т.д. Промышленные компьютеры имеют ряд конструктивных особенностей, отличающих их от обычных офисных PC. Вместо стандартных системных плат в корпус промышленных компьютеров устанавливаются пассивные объединительные шины, которые содержат разъем питания и слоты расширения для установки процессорных плат формата ISA, PICMG, PCISA, PIAGP и периферийных плат ISA, PCI, AGP, служащих для связи с внешними устройствами (различными датчиками, исполнительными устройствами и каналами коммуникации). Такая конструкция позволяет производить замену любой платы (в том числе процессорной) за считанные минуты. Некоторые модели пассивных шин позволяют собирать на одной плате до 4 независимых компьютерных систем.

Корпуса промышленных компьютеров могут быть предназначены для установки в стойку, иметь настольное или настенное исполнение, а также монтироваться на DIN-рейку. Для предохранения от загрязнений и несанкционированного доступа корпуса часто оборудованы специальной дверцей с замком. Практически все модели промышленных корпусов имеют вентилятор со сменным фильтром.

Современные промышленные компьютеры снабжены специализированными источниками питания, которые отличаются от обычных высокой надежностью и долговечностью, имеют широкий диапазон входных напряжений, а также могут поддерживать защиту от перенапряжений и коротких замыканий по выходу. Существуют также резервируемые блоки питания для использования в высоконадежных серверных системах.

Широкое распространение получили промышленные рабочие станции, у которых системный блок и дисплей размещены в одном защищенном корпусе, а клавиатура, выполненная по мембранной технологии, встроена непосредственно в переднюю панель. Рабочие станции имеют, как правило, защиту IP-65 (практически полная защита от пыли и воды) по передней панели и могут устанавливаться в непосредственной близости от промышленного объекта. В одном ряду с рабочими станциями также стоят панельные компьютеры и устройства человеко-машинного интерфейса (HMI). Они отличаются от рабочих станций гораздо меньшей толщиной (несколько сантиметров), позволяют подключать не более 1 периферийной платы и не имеют встроенной клавиатуры. Панельные компьютеры и устройства человеко-машинного интерфейса используются для отображения информации, а также для визуализации технологических процессов и управления. И рабочие станции, и панельные PC, и устройства HMI могут быть, как правило, оснащены сенсорным экраном (touch screen).

Помимо конструктивных отличий, промышленные компьютеры, по сравнению с офисными, имеют дополнительные функции, например, сторожевой таймер (watchdog), автоматически перезапускающий систему в случае зависания программы, или возможность хранения параметров технологического процесса в энергонезависимой памяти для защиты от сбоев питания. Часто операционная система загружается из ПЗУ, а в качестве накопителей используются электронные диски, в том числе на базе флэш-памяти [10, 19].

П4.4. Серверы диспетчерского уровня АСУ ТП

Серверы верхнего уровня АСУ ТП используются для создания в них баз данных и специализированного программного обеспечения решения задач данного уровня системы. В оперативной памяти сервера приложений находится оперативная база данных (оперативный архив регистрации). Оперативный архив регистрации – это архив регистрируемых в системе событий, обеспечивающий максимальную скорость доступа к данным. Из него информация о текущем состоянии технологического процесса и оборудования предоставляется оператору для оперативного контроля и управления технологическим объектом. В нем накапливаются данные для формирования графиков и ретроспектив в темпе процесса.

В сервере баз данных находится одна или несколько баз данных (конфигурационная, информационная, истории) и система управления базами данных (СУБД). Конфигурационная БД (КфБД) предназначена для хранения параметров конфигурации системы и внесения изменений в настроечные параметры. БД истории (БДИ) используется для хранения истории изменения аналоговых и дискретных сигналов, а также для формирования отчетов о работе системы. Информационная БД (ИнфБД) содержит наиболее полную (в том числе справочную и нормативно-справочную) информацию об устройствах и сигналах системы в форме, удобной для восприятия человеком.

Приложение 5  

Пример разработки алгоритма управления

технологическим процессом выработки ряженки

Производство ряженки является периодическим процессом и осуществляется в резервуаре, куда насосами Н1 и Н2 последовательно подается закваска и топленое молоко. После заполнения резервуара на 15 минут включается мешалка, затем насосом Н4 начинается подача горячей воды в рубашку резервуара и включается система автоматического регулирования температуры в резервуаре. В процессе приготовления продукта (6 – 8 часов) повышается его кислотность и при достижении ею 5,25 рН подача горячей воды в рубашку резервуара прекращается, САР температуры отключается и включается насос Н5 опорожнения резервуара. Одновременно с насосом Н5 включается САР температуры продукта (ряженки) на выходе из охладителя. Процесс охлаждения продукта до 4 – 5 0С и перекачивание его в резервуар готового продукта и линию розлива проходит  в течение 50 – 60 минут [8, 9].

П5.1. Описание условий и последовательность пуска аппаратов и устройств

Процесс производства ряженки протекает в следующей последовательности:

- оператор подает сигнал на включение двигателя М1 насоса подачи закваски в резервуар; если уровень закваски в емкости для ее хранения (датчик L1) больше 0,5 метра и уровень топленого молока в емкости (датчик L2) для его хранения больше двух метров, насос включается;

- после достижения закваской уровня 0,1 метра поступает сигнал от сигнализатора уровня и двигатель М1 выключается, при этом автоматически включается двигатель М2 насоса подачи топленого молока в резервуар;

- после достижения продуктом уровня 3 метра поступает сигнал от сигнализатора уровня и  выключается двигатель М2, при этом автоматически включается двигатель М3 мешалки, которая перемешивает продукт в течение 15 минут;

- после выключения мешалки автоматически включается двигатель М4 насоса подачи горячей воды в рубашку резервуара, и в автоматический режим переводится система регулирования температуры (САР1) продукта;

- при достижении продуктом кислотности 5,25 рН выключается двигатель М4, САР1 переводится из автоматического режима в «ручной» и на экран монитора оператора выводится информация «процесс производства ряженки закончен», сопровождаемая звуковым сигналом;

- оператор  проверяет готовность линии розлива ряженки и состояние емкости для хранения готового продукта и подает команду на опорожнение резервуара с ряженкой, при этом включается двигатель М5 опорожнения резервуара и система регулирования температуры продукта на выходе из охладителя  (САР2);

- после опорожнения резервуара (уровень меньше 1 сантиметра) от сигнализатора уровня поступает сигнал, по которому происходит остановка двигателя М5 и перевод САР2 в «ручной» режим, при этом на экран монитора оператора выводится информация «опорожнение резервуара закончено».

Блок-схема алгоритма описанного процесса выработки ряженки представлена на рисунке П1.

Рис.П1. Блок-схема алгоритма  управления процессом

производства ряженки

П5.2. Определение функций оператора и технических средств

Как видно из блок-схемы алгоритма, непосредственно в  управлении процессом производства ряженки оператор участвует два раза – при пуске процесса выработки ряженки и в запуске процесса опорожнения резервуара. Остальные его функции сводятся к  отслеживанию протекания процесса по информации, поступающей в оперативную базу данных с контроллерного уровня управления и, при необходимости, вмешательству в процесс при нарушении регламента процесса.

В  процессе управления производством ряженки  задействованы следующие технические средства:

- двигатель подачи закваски в резервуар для производства ряженки (М1);

- двигатель подачи топленого молока в резервуар для производства ряженки (М2);

- двигатель мешалки (М3);

- двигатель подачи горячей воды в рубашку резервуара (М4);

- двигатель подачи ряженки в охладитель (М5);

- датчик уровня закваски в емкости для ее хранения (L1);

- датчик уровня топленого молока (L2),;

- датчик уровня продукта в резервуаре (L3);

- датчик рН продукта в резервуаре (рН);

- системы автоматического регулирования температуры в резервуаре (САР1);

- системы автоматического регулирования температуры ряженки  после охладителя (САР2);

- таймер микропроцессорного контроллера.

В функции системы управления производством ряженки, входящей в  проектируемую АСУ ТП аппаратным цехом городского молочного завода, входят следующие задачи автоматической защиты оборудования (САЗ) и персонала:

-  САЗ двигателя опорожнения резервуара от «сухого» хода (М5);

- САЗ двигателя мешалки от «сухого» хода (М3);

- САЗ резервуара от переполнения;

- САЗ персонала (пуск мешалки сблокирован с крышкой резервуара для производства ряженки).

Отключение САЗ на этапах заполнения резервуара, сквашивания продукта и его выгрузки не требуется.

3.3.Разработка логической схемы управления процессом производства ряженки

Логическая схема управления процессом производства ряженки представлена на рисунке П5.2.  Она включает в себя условные обозначения поступающих c датчиков и других устройств сигналов, управляющих воздействий, логические схемы «И» и таймер.

Логика

Наименование (усл. обозн.)

Команда (условие)

Команда оператора

Датчик уровня закваски

Датчик уровня топленого молока

Двигатель М1

Двигатель М1

Уровень закваски в резервуаре

Двигатель М1

Двигатель М2

       Двигатель М1

Двигатель М2

Уровень топленого молока в резервуаре

Двигатель М2

Двигатель М2

Двигатель М3

Двигатель М3

Таймер

Таймер

Двигатель М3

Двигатель М4

САР1

Двигатель М4

        САР1

Уровень кислотности в резервуаре

Двигатель М4

САР 1

Двигатель М4

САР1

Вывод на экран монитора

оператора

Пуск

Lз>Lmin

Lм>Lmin

Включить

Включен

L>0,1 м

Выключить

Включить

Выключен

Включен

L>3 м

Выключить

Выключен

Включить

Включен

Запущен

t=15 мин.

Выключить

Включить

Включить

Включен

Включена

pH<5,25

Выключить

Выключить

Выключен

Выключена

«Ряженка готова»

Команда оператора

Двигатель М5

САР2

Двигатель М5

САР2

Уровень ряженки в резервуаре

Двигатель М5

САР2

САР2

Двигатель М5

Вывод на экран монитора оператора

Запуск опорожнения резервуар

Включить

Включить

Включен

Включена

L<0,1 см

Выключить

Выключить

Выключена

Выключен

«Процесс опорожнения завершен»

Рис. П5.2  Логическая схема управления процессом производства ряженки

На основании схемы управления процессом производства ряженки на языке  «диаграмм лестничной логики» составлена программа реализации алгоритма для контроллера, рис. П5.3. В таблице П5.1 приведены элементы языка и их функции, которые использованы в программе.

Таблица П5.1

Элементы языка «диаграмм лестничной логики»

Символ

Наименование

Функция

  -[ ONS ]-

Команда оператора

Разрешает или запрещает выполнение оставшейся части программы.

      LES

 -[ A < B ]-

Условие

Проверяет, когда источник  А меньше источника В.

GRT

     -[ A > B ]-

Условие

Проверяет, когда источник  А больше источника В.

       -(    )-

Прямая обмотка

Устанавливается в значение, равное результату в проверочной зоне.

      -(  /  )-

Обратная обмотка

Устанавливается в значение, равное инверсии результата в проверочной зоне

       -( С  )-

Обмотка вызова подпрограммы

Позволяет перейти к подпрограмме, если результат в проверочной зоне равен 1.

         -|  |-

Нормально открытый контакт

Контакт замкнут, когда битовая переменная, которая управляет им, равна 1.

-| / |-

Нормально закрытый контакт

Контакт замкнут, когда битовая переменная, которая управляет им, равна 0.

Окончание табл.П5.1

-< RETURN >-

Возврат из подпрограммы

Позволяет возвращаться из подпрограммы, когда результат, полученный в проверочной зоне, равен 1.

     TON     

[  A > B     ]— (EN)-

[ Timer 1:1]—(DN)-

[Preset = 15]    

Таймер с задержкой на включение

Когда результат, полученный в проверочной зоне, равен 1, таймер начинает отсчет с интервалом в 1 секунду, при этом обмотка (EN ) устанавливается в 1. После завершения отсчета обмотка (DN) устанавливается в 1.

                  PID

[ Process Variable T1]       [Tieback               32  ]

[Control Variable  U1]

[Inhold Bit           0] (RES)-

[Setpoint                  0]

[ Process Variable T1]

[ Output                  %]

ПИД – преобразование

Когда результат, полученный в проверочной зоне, равен 1, начинается ПИД преобразование, и обмотка (RES) устанавливается в 1. (Т1 – регулируемая переменная, 32 – ее заданное значение, U1 - управляющее воздействие).

-( B1 )-

Вспомо-гательная   переменная 

Устанавливается в значение, равное результату в проверочной зоне.

-< HALT >-

Останов программы

Рис. П5.3. Программа управления процессом производства ряженки

Приложение 6

Образец титульного листа курсового проекта

Министерство образования и науки Российской

Федерации

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Кафедра «Автоматизация производственных процессов и АСУ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Автоматизация пищевых производств»

на тему «Автоматизация процесса производства кисломолочных продуктов на ОАО «Юнимилк»

Выполнил: студент гр. АМ-71

________________________

Проверил: доцент кафедры

АПП И АСУ

____________________________

Кемерово 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие……………………………………………………...…3

1. Тематика, содержание и объем курсового проекта…………....4

2. Анализ технологического процесса как объекта

автоматизации ……………………………………...………………7

2.1 Рекомендации по выполнению подраздела «Описание, характеристика и режимы работы объекта автоматизации»… ……….7

  1.  Рекомендации по выполнению подраздела «Технические требования к АСУ ТП»…………………..……...…………….…..9

2.2.1 Требования к структуре АСУ ТП…………………………..10

2.2.2 Требования к показателям надежности системы………….11

2.2.3 Требования к функциям, выполняемым системой………..12

2.2.3.1 Информационно-вычислительные функции…………….13

2.2.3.2 Управляющие функции…………………………………...16

2.2.3.3 Технологические защиты и блокировки…………………17

2.2.3.4 Дистанционное управление………………………   …….19

2.2.3.5 Автоматическое регулирование……………   …………..21

2.2.4 Требования к технической реализации АСУ ТП………….23

2.3 Рекомендации по выполнению подраздела «Анализ

существующих проектных решений»……………………………25

3 Разработка структуры АСУ ТП………...………………………27

3.1 Определение количества узлов обработки данных

в АСУ ТП…………………………………………………………..27

3.2 Выбор технических средств на сенсорном уровне

АСУ ТП…………………………………………………………….28

3.3 Выбор технических средств на контроллерном уровне

АСУ ТП…………………………………………………………….33

3.4. Метрологические характеристики информационно-измерительных каналов…………………………………...……. .35 3.5 Выбор технических средств диспетчерского уровня АСУ ..37

3.6.  Формирование  структурной  схемы АСУ ТП……...…40

4. Решение задач пуска, останова объектов автоматизации, управления периодическими процессами…………………41

5. Решение задач регулирования технологического объекта..…43

5.1 Обоснование выбора управляющего канала ТОУ……….….43

5.2 Идентификация технологического объекта управления…...45

5.3 Расчет и анализ САР…………………………………………49

5.3.1 Выбор структуры САР……………………………………..50

5.3.2 Синтез и анализ САР с использованием системы

«IPC-CAD»………………………………………………….52

5.3.3 Расчет надежности САР…………………………………….53

6. Решение задач управления ТОУ на диспетчерском уровне    61

6.1 Перечень задач, решаемых на верхнем уровне

управления………………………………………………………...61

6.2  Разработка структуры SCADA-проекта …………………...63

6.3  Выбор SCADA -системы и разработка экранных форм…..64

Список литературы……………………………………………….73

Приложение 1 Рекомендации по расчету погрешностей измерительного канала……………………………………....…75

Приложение 2 Рекомендации по выбору исполнительных устройств…………………………………………………….78

Приложение 3 Рекомендации по выбору оборудования на

контроллерном уровне АСУ ТП………………………...…80

Приложение 4 Рекомендации по выбору программно-технических средств (ПТК) диспетчерского уровня

АСУ ТП…………………………………………….….……85

П.4.1 Требования к динамике работы ПТК………..……...85

П.4.2 Требования к надежности работы технических средств ПТК ………………………………………..……….86

П4.3. Промышленные компьютеры и рабочие станции….88

П4.4.Серверы диспетчерского уровня АСУ ТП………......90

Приложение 5 Пример разработки алгоритма управления

технологическим процессом выработки ряженки…….….92

Приложение 6 Образец титульного листа курсового

проекта…………………………………………………..….104

ВЫПИСКА

из протокола заседания кафедры АПП и АСУ от 28.02.2011 г., протокол № 6.

Слушали: рецензию заведующего кафедрой АПП и АСУ  Б.А. Федосенкова. на методические указания А. В. Чупина и     С. Г Пачкина. "Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Автоматизация пищевых производств» для студентов специальности 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств

Решили: рекомендовать методические указания к изданию через РИО КемТИПП.

Зав.кафедрой АПП и АСУ, проф.:                      Федосенков Б.А.

Секретарь кафедры, стар. препод.:                     Ключникова Т. М.


HALT

М5

C2

М5

RES

 LES

L<1см

RES

М5

C2

B2

Ссылки на дополнительные формы

DN

М3

М3

ONS

EN

DN

М1

Preset = 3000

Timerr 1:1

TON

M5

RES

PID2

B2

C1

RES

М4

B1

М4

 GRT

pH>5,25

М3

М2

RES

PID1

B1

М4

М3

М2

 GRT

L>3м

 GRT

L>0,1м

М1

 GRT

Lm>Lmin

 GRT

Lз>Lmin

М2

М1

ONS

М2

М1

&

   В

&

В

&

&

&

А

А

&

&

&

&

&

t=15 мин 

А

Выход

Включение САР1  

М4 включение

Вывод на экран «Опорожнение  завершено»

Выдержка времени 15 мин

М3 включение

М5 и САР2 выключить

НЕТ

НЕТ

L > 1см

L < 3 м

ДА

ДА

Включить М5 и САР2

М2 включение,

М1 выключение

НЕТ

Команда оператора

Lз <0.1

метров

 ДА

Вывод на экран «Процесс завершен»

М1 включение

Отключение САР1, М4

ДА

да

нет

     Lм>Lmin

        Lз>Lmin

НЕТ

рН < 5,25

Команда оператора

Рис. 18 - окно диспетчерского пульта для регистрации технологических параметров

Рис. 17 - дополнительное окно диспетчерского пульта для регулирования

Рис. 16 - общий экран цеха или участка

Рис. 15 - Основное окно диспетчерского пульта для простого процесса.

Приём-ный клапан

Настройка систем регулирования

Cухой воздухо-охладитель

Пуск и останов

Отчет тревог

Архивный тренд

Сушильная камера №1

Сушильная камера №2

Сушильная камера №3

Калорифер первого

подогрева

Общая схема

0,30

0,55

0,75

0,40

0,50

0,79

0,63

1

0,41

7000

8000

6000

5000

4000

3000

1000

0

2000

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

ЭПП

СПВ

НП

КБС

БК

БП

ПП1

ПП2

Р-130

     ПН

ЭПП

СПВ

    БК

КБС

ПП2

 РО

БП

НП

 ТОУ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12382. Работа с формулами и функциями. Адресация ячеек в EXCEL 98.5 KB
  Лабораторная работа Работа с формулами и функциями. Адресация ячеек в EXCEL Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows EXCEL. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в EXCEL Теоретическая часть. У каждой ячейки е
12383. Логические функции 67 KB
  Лабораторная работа Логические функции. Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows EXCEL. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков при использовании логических функций Теоретическая часть. Логические функции в ...
12384. Создание и оформление диаграмм 109.5 KB
  Создание и оформление диаграмм Задание: выполнить построение диаграмм отражающих количество проданных путевок в каждую из трех стран за последние 4 года. A B C D E ...
12385. Работа с несколькими листами 45 KB
  Лабораторная работа Работа с несколькими листами. Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows EXCEL . Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в EXCEL Задание: Запустить Windows и EXCEL. Вычислить объем про...
12386. Создание структуры таблицы 76 KB
  Задание №1 Создание структуры таблицы Процесс создания БД рассмотрим на примере таблицы ПЕРВЫЙ КУРС. Запустить СУБД Access. В окне СОЗДАНИЕ БД выбрать опцию НОВАЯ БАЗА ДАННЫХ и нажать кнопку ОК. В окне новой БД указать ее имя и место на диске. Открыть окно КОНСТР
12387. Создание запросов 67.5 KB
  Лабораторная работа Создание запросов. Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows Access Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в Access Выбор записей отвечающих определенному условию можно осуществить как с помощью фильт
12388. Интернет браузер 2.99 MB
  Интернет браузер 1. Цель работы: Познакомиться с Научиться 2. Технические средства: Оборудование: ПК. ПО: ОС Windows OpenOffice.org Base браузер Google Crome 3. Задание: Выполнить задание в соответствии с установленным порядком. Ответить в отчете на поставленные вопр...
12389. Интернет браузер и его настройки 209.5 KB
  1. Цель работы: Познакомиться с Научиться 2. Технические средства: Оборудование: ПК. ПО: ОС Windows Base браузер Google Crome 3. Задание: Выполнить задание в соответствии с установленным порядком. Ответить в отчете на поставленные вопросы. 4. Выполнен
12390. Функции и состав операционной системы MS-DOS. Работа с каталогами и файлами в MS-DOS 96 KB
  Практическая работа №1. Функции и состав операционной системы MSDOS. Работа с каталогами и файлами в MSDOS. Цель работы: изучение основных модулей операционной системы MSDOS и их функций формата команды и основных команд по работе с каталогами и файлами в МSDOS. СОДЕРЖАН