Диссертация (1152216), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Таким устройствомявляется панель оператора. Устройство должно позволять отображать на экранеход выполнения технологического процесса и позволять редактировать значения123параметров,отвечающихзафункционированиесистемы.Основныехарактеристики панели оператора в порядке приоритета сведены в таблицу 4.8.Таблица 4.8 – Характеристики панели оператораНаименования параметраЗначениеТип дисплеямонохромныйУправление экраномс кнопок или сенсорноеРазрешение192х64 пикселя с подсветкойНапряжение24 В постоянного токаИнтерфейсы связиRS232, RS485Протокол связиModbus RTUСтепень защиты передней панелиIP54Предъявляемым требованиям (таблица 4.8) и выполняемым функциям, сучѐтомболее низкой цены среди подобных устройств,наиболее полноудовлетворяет графическая монохромная панель оператора ОВЕН ИП320.
Панельоператора питается постоянным напряжением 24В от одноканального блокапитания ОВЕН БП15Б-Д2-24.Схема электрическая принципиальная системы автоматического управленияпроцессом стерилизации консервов в автоклаве приведена на рисунке 4.4.Элементыавтоматики,входящиевсоставсхемыэлектрическойпринципиальной щита программно-аппаратного комплекса управления процессомстерилизации консервов в автоклаве (рисунок 4.4), приведены в таблице 4.9.124Таблица 4.9 – Перечень элементов схемы электрической принципиальнойНаименованиеПоз.Кол.Примечание1Uвых = 220В,обозн.A1Блок сетевого фильтра ОВЕН БСФ-Д2-0,650ГцA2Датчик-реле потока воды ДР-П-341A3Нормирующий1Uвых = 4-20mAтемпературныйпреобразовательм ОВЕН НПТ-2.06.1.2.A4Датчик давления ОВЕН ПД100-ДИ1,0-111-1,010 до 1000 кПаA5Программируемый1UпитлогическийконтроллерОВЕН ПЛК154-220.И-М220В,50ГцA6Графическая панель оператора ОВЕН ИП3201A7Персональный компьютер1A8-ЭлектропневматическийA111.4-20мА.250кПа.10.У1 (с обратным ходом)BK1Датчикатемпературы=позиционерОВЕНЭПП-ДТС065Л-Uпит = 24В4Uвх = 4-20mA1-50 до +180 oC100М.В2.320G1Блок питания ОВЕН БП04Б-Д2-242Uвых = 24 ВG2Блок питания ОВЕН БП15Б-Д2-242Uвых = 24 ВHL1Арматура светосигнальная ENR-221Uн = 220 В, 50ГцQF1Автоматический выключатель ВА47-29/2/C21Iн = 1 А125A5A1NN1СетьЦепь1Uвх.2ВходВыход 220ВКонт.ЦепьКонт.Uвых.Uвх.2Uвых.-12ЗемляA2A2N2N212A2ДР-П-341G12БП04Б-Д2-24СетьИсточникпитания=24ВA1N1Цепь13L14NЦепьКонт.11151216Конт.Цепь1DI1ЦепьЦепь1Вх.Вых.1-1+2Вх.Вых.1-2-2COM1+Вых.2-2-34475668A3НПТ-2.06.1.2КанализмерениятемпературыВходBK1203DI221234DI35COM22ОбщийКаналуправленияклапаномподачи параA9ЭПП-122Вход13246DI4Конт.ЦепьЦепьКонт.257ОбщийAO126AI1Общий827ОбщийAO2928AI2AO31029AI3Общий1130ОбщийAO41231AI432ОбщийЦепьКонт.-Вх.Вых.++Вх.Вых.-3Конт.ЦепьRJ-457ARS-485RS-232BRS-485RJ-12Цепь14-20mA2ОбщийКаналуправленияклапаномподачи воды1314A1015КаналуправленияклапаномподачивоздухаЭПП-116Вход15EthernetЦепьКонт.111214ВыходКонт.to4-20mA1912Конт.Вых.2-1Цепь118Выход 24ВКонт.Конт.171КонтрольуровняводыКонт.DO1A1DO2220 В,50 ГцHL1DO3QF1AЭПП-1DO4СетьпеременноготокаA8ПЛК154-220БСФ-Д2-0,6Конт.Цепь14-20mA2ОбщийA11ЭПП-1A4G2БП15Б-Д2-24СетьA1N1Конт.Вых.+Вых.-58A6ИП320ЗемляВыход 24ВКонт.ЦепьЦепьКонт.1Вх.Вых.+2Вх.Вых.-16RS-232ВыходЦепь991010Конт.Цепь++24В-0ВRS-23215Конт.Цепь14-20mA2ОбщийКаналуправленияклапаномсбросадавленияEthernetКанализмерениядавленияИсточникпитания=24ВВходПД100-ДИ1,0-111-1,0ПанельоператораRJ-12A7Персональный компьютерEthernetRJ-45АрхивацияданныхРисунок 4.4 - Схема электрическая принципиальная программно-аппаратного комплекса управления процессомстерилизации консервов в автоклаве4.4 Программная реализация программно-аппаратного комплексауправления процессом стерилизации консервовПрименение ПЛК, как отмечено выше, в качестве программноуправляющего устройства позволяет создавать систему управления, которыеспособны решать задачи, удовлетворяющие требованиям, представленным вработе.
Соответствиереализациитехнологическогопроцесса заданнымтребованиям определяется, прежде всего, качеством программы, реализующейзаданный алгоритм управления [97].Добитьсятребуемойточностирегулированияможнотолькосприменением современных законов регулирования.
Поэтому практически всепроизводители контроллеров и комплексов программирования стараютсяпредоставить разработчику готовую библиотеку регуляторов.В проекте в качестве программно-управляющих устройств выбраны ПЛКпроизводствакомпанииОВЕН.ДанныеПЛКпрограммируютсявсоответствии со стандартом МЭК 61131 в среде программирования CoDeSys[66]. Компания ОВЕН иразработчик среды программирования CoDeSysкомпания Smart Software Solutions предлагают для разработки проектовбесплатную библиотеку стандартных функций и регуляторов [44].
Однакобиблиотека регуляторов имеет очень лаконичное описание. По нему сложнопонять, как именно работает регулятор, в каких случаях какой регулятор стоитвыбрать и как производить расчѐт настроек выбранного регулятора. Несмотряна то, что в ПЛК предусмотрена функция автонастройки регулятора, послепроведениякоррекциюавтонастройкидлясниженияприходитсяпроизводитьперерегулированияидополнительнуюповышениякачестварегулирования.Повысить качество регулирования можно за счѐт применения в системеуправлениясовременныхметодовуправления,такихкакадаптивное,оптимальное или нейро-нечѐткое, которые в настоящий момент времени127находятся в интенсивном изучении и развитии.
Однако это приведѐт кпотреблению дополнительных ресурсов контроллера, что может не позволить вполной мере реализовать на выбранном контроллере заданный алгоритмуправления.В главе 3 была реализована и опробована на модели системаавтоматическогорегулирования,опирающаясянаклассическиезаконырегулирования, учитывающая в работе все стадии процесса и имеющая в своейоснове алгоритм взаимосвязанной работы всех четырѐх каналов регулирования.Подтверждением вышеизложенному служит график регулирования давления итемпературы, полученный путѐм моделирования (рисунок 3.19.). Системаобеспечивает требуемые параметры процесса, в том числе при введениивозмущений, что подтверждает наличие в ней требуемого астатизма.Цельюданногоразделаявляетсяпрограммнаяреализацияавтоматической системы управления процессом стерилизации консервов впромышленном автоклаве с выполнением всех режимов работы.Основнойрежимработыавтоклавазаключаетсявведениитехнологического процесса по формуле стерилизации (рисунок 3.3) и состоитиз:нагреватеплоносителядотемпературыстерилизации,собственностерилизации консервной продукции при заданной температуре в течениезаданного времени и охлаждения консервов подачей холодной воды (пункты с7 по 10 таблицы 4.1).
Общая структура системы управления и программаосновногорежима работы, реализованная при помощи функциональныхблоков в приложении Simulink, приведены в главе 3.Основному циклу стерилизации предшествует подготовительный режим,автоматизацию которого большинство разработчиков не предусматривает.Однакона него тратится не менее 10% от общего времени всеготехнологического цикла стерилизации консервов,который начинается отподготовки автоклава к загрузке консервов и заканчивается извлечением из128автоклавапродукции(таблица4.1),поэтомуцелесообразновключитьподготовительный режим в общий цикл автоматизации.Подготовительный режим включает в себя пункты со 2 по 6 из таблицы4.1:заполнениеавтоклаваповремениводойдонижнегоуровня,предварительный нагрев воды в автоклаве до температуры продукта, загрузкаконсервов в автоклав и закрытие его крышки (остаются ручными операциями),заполнение автоклава водой до срабатывания датчика верхнего уровня,опрессовка (проверка герметичности) автоклава с закрытой крышкой.Кроме рассмотренных режимов работы, в систему автоматическогоуправления разумно добавить алгоритм работы автоклава в аварийныхситуациях, при которых система не имея возможности продолжать работу,прекращает управление исполнительными механизмами, передовая управлениетехнологическимпроцессомвручномрежимеоператору(системойблокируется работа всех автоматических регулирующих клапанов).
К такимситуациям относится: недопустимое отклонение температуры и давления(более 5% от заданного при стерилизации), обрыв датчика давления илитемпературы.Блок-схема алгоритма работыпрограммно-аппаратного комплекса вовремя технологического цикла стерилизации консервов в промышленномавтоклаве приведена на рисунке 4.5.129ВключениеконтроллераФоновоеизмерение ипередача данныхФоноваяархивация черезOPC-серверВыбор режимаРежим не заданПодготовительныйрежимВвод формулыстерилизацииВвод параметроврежимаЗапуск/остановпроцессаОпрессовкавыполнена?Отображениетемпературы идавления вавтоклавеАрхивацияданных вSCADAсистемеОсновной режимПараметры:время длительности стадии;температура на стадии;давление на стадииИзмерениетекущихпараметровНетВыполнениеопрессовкиОтображениевыполненияопрессовкиПараметры:время набора воды донижнего уровня;температура воды.Запуск/остановпроцессаДаСтадии:нагревание,стерилизация,охлаждениеОтображениестадиипроцессаПодготовит.режимОсновнойрежимАвария:недопустимое отклонениепараметра регулирования;обрыв датчикаВыводпричиныаварииУстранениепричины аварииОтображениестадиипроцессаСтадии:набор воды донижнего уровня,подогрев воды,набор воды доверхнего уровняПроверкааварийныхситуацийДействияоператораКоммутациясигналовуправленияРисунок 4.5 - Алгоритм работы программно-аппаратного комплексаВ качестве языка программирования для реализации алгоритма нарисунке 4.5 выбран графический язык последовательных функциональных схемSFC, которыйпозволяет описать хронологическую последовательностьразличных действий в общей программе.
Для этого действия связываются сшагами (этапами), а последовательность работы определяется условиямипереходов между шагами [22]. Условием перехода является логическаяпеременная. Действия могут быть прописаны на любом из языков МЭК [69]. Вданном случае, для максимального графического и функционального сходства с130программой регулирования, разработанной автором в приложении Simulink, вседействия (внутренние подпрограммы) написаны на языке непрерывныхфункциональных схем CFC.ПрограммнаяреализациявсредеCoDeSysалгоритмаработыпрограммно-аппаратного комплекса, выполненная на языке SFC, приведена нарисунке 4.6.Рисунок 4.6 – Программная реализация алгоритма работы программноаппаратного комплекса на языке SFC131В программе реализованы три альтернативные ветви.
Две левые ветвиначинаются с условия выбора режима: основного (переменная SB1) иподготовительного (переменная SB2). Крайняя правая ветвь всегда активна(TRUE) и позволяет, если не выбран не один из режимов работы системы, сразупереходить на шаг проверки аварийных ситуаций и коммутации сигналовуправления(дляудалѐннойработывручномрежиме).Переходыальтернативных ветвей начинают оцениваться слева направо. Первымактивируется тот шаг, который следует за первым слева истинным переходом.Переход с каждой из альтернативных ветвей на заданный шагвыполняется безусловным переходом на шаг, имя которого указано под знакомперехода «jump».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
