пример кур. Реферат пояснительная записка с., рис., табл., приложений, источников
 Скачать 0.56 Mb.
|
Верхний уровень автоматизации ЭВМ  нижний уровень автоматизации микроконтроллер | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Обозначение | Наименование |
| 1 | 2 |
| Д С СУ ИЦ ИА | Датчик-преобразователь Сигнализатор значений параметров процесса Станции управления исполнительными механизмами Индикатор цифровой Индикатор аналоговый |
| Р РА КА ЗД ПР ВЗУ ВВУ УП ВТ ПРВ ДС ПГС УСО | Регуляторы Регистр аналоговый Командо-аппарат Задатчик Процессор Внешнее запоминающее устройство Вводно-выводное устройство Устройство печати Видеотерминал Пульт ручного ввода данных Диспетчерская связь Производственная громкоговорящая связь Устройство связи с объектом |
Таблица 4.2 – Условные обозначения функций системы автоматизации
| Обозначение | Наименование |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | Контроль параметров Дистанционное управление исполнительным механизмом Измерения Контроль и сигнализация значений параметров Стабилизация параметров Выбор режима работы регулятора Ручной ввод данных Регистрация параметров Расчет ТЭП Учет производства и составление данных в смену Диагностика технологических линий Распределение технологических линий Оптимизация отдельных техпроцессов Анализ состояния техоборудования Прогнозирование основных показателей производства Оценка работы смены Контроль выполнения плановых заданий Контроль проведения ремонтов Подготовка, выдача информации в АСУ ТП Получение производственных ограничений от АСУ ТП |
5. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ
Функциональная схема автоматизации – основная схема проекта и показывает функционально-блочную структуру управления, а также степень оснащения объекта управления устройствами контроля и управления.
На функциональной схеме в дипломном проекте изображена система автоматизации процесса спекания агломерата на агломерационной фабрике ОАО «ММК им. Ильича» (лист 3).
В соответствии с поставленными задачами разработаны контуры:
автоматического контроля температуры в зажигательном горне;
автоматического регулирования температуры в зажигательном горне;
автоматического контроля температуры в коллекторе спекания;
автоматического контроля температуры в коллекторе охлаждения;
автоматического контроля температуры природного газа на аглокорпус;
автоматического контроля температуры в вакуумкамерах №16-21, 31;
автоматического контроля и регулирования законченности процесса спекания;
автоматического контроля температуры отходящих газов перед эксгаустером;
автоматического контроля температуры отходящих газов перед скрубберами;
автоматического контроля разрежения перед эксгаустером;
автоматического контроля разрежения в коллекторе спекания;
автоматического контроля разрежения в коллекторе охлаждения;
автоматического контроля разрежения в вакуумкамерах №1-17;
автоматического контроля давления природного газа в горн;
автоматического контроля давления воздуха в горн;
автоматического контроля расхода природного газа в горн;
автоматического контроля расхода природного газа на аглокорпус;
автоматического контроля расхода воздуха в горн;
автоматического регулирования соотношения «топливо-воздух»;
автоматического контроля уровня шихты в промбункере;
автоматического контроля скорости аглоленты;
аварийной сигнализации агломашины.
Рассмотрим более подробно разработанные контуры.
Контур автоматического контроля температуры в зажигательном горне: измерение температуры осуществляется первичным пирометрическим преобразователем ППТ121-01 (поз.1-1), с которого сигнал поступает на вторичный измерительный преобразователь ПВ-0 (поз.1-2), который выдает стандартный сигнал 0-5 мА на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.1-3) и на микроконтроллер Symatic S7-300. С микроконтроллера сигнал поступает в ЭВМ.
Контур автоматического контроля температуры в коллекторе спекания: сигнал с термоэлектрического преобразователя ТХК-1087 (поз.4-1) поступает на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.4-2), на микроконтроллер и на ЭВМ.
Расположение приборов в контурах автоматического контроля температуры в коллекторе охлаждения, температуры природного газа на аглокорпус, температуры в вакуумкамерах №16-21, 31, температуры отходящих газов перед эксгаустером и перед скрубберами аналогично контуру контроля температуры в коллекторе спекания.
Контур автоматического контроля разрежения перед эксгаустером, в коллекторе спекания и коллекторе охлаждения, вакуумкамерах №1-17 осуществляется с помощью измерительного преобразователя разряжения «САПФИР-22М-ДВ», сигнал с которых поступает на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121, на микроконтроллер и на ЭВМ.
Контур автоматического контроля давления природного газа и воздуха в горн: состоит из датчика-реле напора ДН-40 (поз.22-1, 23-1), преобразователь МЕТРАН-45 (поз.22-2, 23-2) и вторичного регистрирующего прибора Диск-250 (поз.22-3, 23-3). Кроме того сигнал поступает на микроконтроллер и на ЭВМ. Здесь работает аварийная сигнализация: при ослаблении давления газа срабатывает звуковая или световая сигнализация, а затем останавливается работа машины.
Контур автоматического контроля расхода воздуха, природного газа в горн и на аглокорпус абсолютно одинаковы по составу приборов: диафрагма (поз. 24-1, 25-1, 26-1), преобразователь измерительный разности давлений «САП-ФИР-22М-ДД-2410» (поз. 24-2, 25-2, 26-2), блок извлечения корня БИК-1,1 (поз.24-3, 25-3, 26-3), вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.24-4, 25-4, 26-4), выходной сигнал с которого поступает на микроконтроллер Symatic S7-300 и на ЭВМ.
Контур автоматического контроля скорости агломашины: состоит из тахогенератора постоянного тока ТГМ-30 (поз.28-1), сигнал с которого поступает на микроконтроллер и на ЭВМ.
Контур автоматического контроля уровня шихты в промбункере: состоит из датчика уровня (поз. 27-1), сигнал с которого поступает на измерительный преобразователь ЭП-8007 (поз.27-2), а затем на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз. 27-3), выходной сигнал поступает на микроконтролер Symatic S7-300 и на ЭВМ.
Аварийная сигнализация агломашины осуществляется следующим образом: при падении разрежения в коллекторе спекания или давления природного газа, воздуха при подаче в горн ниже допустимого, происходит звуковая сигнализация при переключении кнопочно переключателя КЕ-011 на звонок МЗ-1, либо световая сигнализация, при переключении на световое табло ТСМ.
Далее приводятся основные параметры выбранных модулей микроконтроллера Simatic S7-300.
Блок питания PS 307 1В сконструирован для подключения к линейному напряжению 120/230 В переменного тока и снабжает вторичную сторону напряжением 5 В постоянного тока 4 А и 24 В постоянного тока 0,5 А.
Входное напряжение:
- номинальное значение120/230 В;
- допустимые диапазоныот 85 до 132 В от 170 до 264 В.
частота питающей сети:
- номинальное значение50/60 Гц;
- допустимый диапазонот 47 до 63 Гц.
- при 120 В перем. тока0,55 А;
- при 230 В перем. тока0,31 А.
Выходные напряжения:
- номинальное значение5,1 В / 24 В;
- допустимые диапазоны5 В: +2% / -0,5%; 24 В: ±5%;
Выходные токи5 В: 4 А; 24 В: 0,5 А.
Блок питания PS 307 1Е сконструирован для подключения к линейному напряжению 120/230 В переменного тока и снабжает вторичную сторону напряжением 5 В постоянного тока 10 А и 24 В постоянного тока 1 А.
Входное напряжение:
- номинальное значение120/230 В;
- допустимые диапазоныот 85 до 132 В от 170 до 264 В.
частота питающей сети:
- номинальное значение50/60 Гц;
- допустимый диапазонот 47 до 63 Гц.
Номинальный входной ток:
- при 120 В 1,14 А;
- при 230 В 0,57 А.
Выходные напряжения:
- номинальное значение5,1 В / 24 В;
- допустимые диапазоны5 В: +2% / -0,5%; 24 В: ±5%;
Выходные токи5 В: 10 А; 24 В: 1,0 А.
Таблица 5.2 – Технические характеристики CPU 315-2DP
| Процессор | Pentium 120 МГц |
| Возможность расширения памяти | 16 Мбайт |
| Напряжение питания | 3,3 В |
| Кэш второго уровня | 250 Кбайт |
| Номинальное напряжение | 5 В пост. тока (от 4,75 до 5,25 В пост.тока) |
| Типовое потребление тока | 3,0 А |
| Максимально допустимое потребление тока | 3,5А |
| Максимально допустимые потери мощности | 17,5 Вт |
| Максимально допустимые потери мощности с интерфейсными субмодулями | 20,5 Вт |
| Рабочая память | 0,8 Мбайт или 1,6 Мбайт (встроенная) |
| Загрузочная память | 16 Кбайт (встроенная) |
| Размер отображения процесса, входы и выходы | 512 байт |
| Область адресов входов/выходов | 16 Кбайт |
| Цифровые входы/выходы Аналоговые входы/выходы | 131072 8192 |
Таблица 5.3 – Технические характеристики интерфейсных модулей IM 153-1
| Потребление тока из шины S7-300 5 В пост.тока IM 153-1 | Тип. 100 мА Макс. 120 мА |
| Потери энергии IM 153-1 | Тип. 500 мВт Макс. 600 мВт |
| Источник питания для устройства расширения | 5 В / 5 А на цепь |
Повторитель RS 485 усиливает сигналы данных на линиях шины и связывает шинные сегменты между собой.
Таблица 5.4 – Технические данные повторителя R 485
| Источник питания: номинальное напряжение пульсация | 24 В пост.тока от 18 пост.тока до 30 пост.тока |
| Потребление тока при номинальном напряжении: без нагрузки в разъеме PG/OP нагрузка в разъеме PG/OP (5В/90мА) нагрузка в разъеме PG/OP (24В/100мА) | 100 мА 130 мА 200 мА |
| Скорость передачи | от 9,6 кбит/с до 12 Мбит/с |
Таблица 5.5 – Технические данные памяти
| Наименование | Потребление тока при 5 В | Токи при буферизации |
| МС 952 / 64 Кбайт / RAM | тип. 20 мА макс. 50 мА | тип. 0,5 мкА макс. 20 мкА |
| MC 952 / 64 Кбайт / 5 В флэш | тип. 15 мА макс. 35 мА | - |
Таблица 5.6 – Модуль ввода дискретных сигналов SM 321 (16 входов)
| Количество входов, которые могут управляться одновременно | 16 |
| Потребление тока и шины S7-400 (5 В пост.тока) | макс. 150 мА тип. 100 мА |
| Данные для выбора датчика | |
| Входное напряжение Номинальное значение | от 24 до 60 VUC |
| Для сигнала «1» | от 15 до 72 VDC от –15 до –72 VDC от 15 до 60 VAC |
| Для сигнала «0» | от –6 до +6 VDC от 0 до 5 VAC |
| Диапазон частот для сигналов переменного тока | от 47 до 63 Гц |
| Входной ток при сигнале «1» | от 4 до 10 мА |
Таблица 5.7 – Модуль ввода аналоговых сигналов SM 331 (8 входов)
| Диапазон измерения напряжения | ± 80 мВ,± 250 мВ,± 500 мВ, ± 1 В, ± 2,5 В, ± 5 В, ± 10 В, от 1 до 5 В |
| Диапазон измерения тока для 4-х проводных преобразователей | от 0 до 20 мА, от 4 до 20 мА, ± 20 мА |
| Диапазон измерения тока для 2-х проводных преобразователей | от 4 до 20 мА |
Модуль аналогового вывода SM 332:
4 выходов;
разрешающая способность 13 бит;
выходные диапазоны для напряжения;
выходные диапазоны для тока;
напряжение питания: 24 В пост.тока.
Таблица 5.8 – Модуль аналогового вывода SM 332
| Выходной диапазон (номинальные значения) | ± 10 В от 0 до 10 В от 1 до 5 В ± 20 мА от 0 до 20 мА от 4 до 20 мА |
Модуль с релейным выходом SM 332:
8 выходов;
номинальное выходное напряжение: до 230 В перем.тока / 125 В пост. тока
Таблица 5.9 – Модуль аналогового вывода SM 332
| Номинальное напряжение на L+ Допустимый диапазон | от 5 до 264 В перем. тока от 5 до 125 В пост.тока |
| Суммарный ток выходов (на группу) до 40˚С до 60 ˚С | Без вент. / с вентил. 10 А / 10 А 5 А / 10 А |
| Допустимая разность потенциалов между группами на стороне процесса/стороне управления | 500 В перем.тока 1500 перем.тока |
| Тип контакта | Вид А |
| Сопротивление контакта | Макс. 100 Ом |
| Минимальный ток нагрузки | 10 мА |
| Потери мощности модуля | тип. 4,5 Вт, макс. 25 Вт |
В качестве ЭВМ выбран Pentium III-650, 17’’ SVGA, 128 Mb, который прошел промышленное испытание. Для вывода на печать данных выбран широкоформатный принтер Epson FX-1880.
6. СПЕЦИАльная часть диплома
В специальной части диплома разрабатываются основные контуры по регулированию процессом спекания аглошихты на агломашине. Проектируется контур управления процессом зажигания в горне, так как от температуры в зоне горения зависит качество спекания шихты. При рассмотрении технологии производства было выяснено, что скорость движения ленты на машине оказывает существенное влияние на законченность процесса спекания. Поэтому, разработан контур по регулированию скорости агломашины или законченностью спекания. На горение оказывает влияние также и расход природного газа и воздуха. Учитывая это, разработан контур по регулированию соотношения «топливо-воздух», который также является немаловажным по своей значимости в процессе спекания.
6.1 Разработка контура регулирования температуры в зажигательном горне
Основной контур в системе автоматизации - контур контроля и регулирования температуры в зажигательном горне. Рассмотрим его работу подробнее.
Измерение температуры осуществляется первичным пирометрическим преобразователем ППТ-121 (поз.1-1), с которого сигнал поступает на вторичный измерительный преобразователь ПВ-0 (поз.1-2), который выдает стандартный сигнал 0-5 мА на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.1-3) и на микроконтроллер Symatic S7-300. С микроконтроллера сигнал поступает в ЭВМ. После обработки поступившего сигнала в соответствии с заданным алгоритмом ЭВМ вырабатывает задание для микроконтроллера, при этом в системе предусмотрен переключатель ПМОФ-45 (поз.1-5), позволяющий подавать задание на микроконтроллер либо с ручного задатчика РЗД-22 (поз. 1-4), либо с ЭВМ. Заданное значение индуцируется миллиамперметром М1730 (поз.1-6) и поступает на вход микроконтроллера. На основании полученного задания микроконтроллер вырабатывает управляющее воздействие, которое с выхода микроконтроллера поступает на БРУ-32 (поз.1-7), затем на пускатель ФЦ-0611 (поз.1-8) и на исполнительный механизм МЭО-250/63 (поз.1-9), который управляет клапаном подачи природного газа в горн (поз.1-10). Кроме того на микроконтроллер заводится сигнал о положении регулирующего органа. Регулирование можно осуществлять в трех режимах: автоматическом режиме – когда заданное значение поступает с ЭВМ; режиме локальной автоматики – когда заданное значение поступает с задатчика, если ЭВМ выйдет из строя или с ней будет нарушена связь; режиме ручного управления – когда микроконтроллер выходит из строя и управляющее воздействие подается с помощью блока ручного управления.
Разработка контура регулирования законченностью процесса спекания
Не менее важным является контур автоматического контроля и регулирования законченностью процесса спекания на агломашине. Он состоит из термоэлектрических преобразователей ТХК-1087 установленных в вакуум-камерах №16-21, 31 (поз.10-1,…13-1), с которых сигнал поступает на 12-ти канальный регистрирующий и показывающий прибор ФЩЛ 501 (поз.7-2) и на микроконтроллер Symatic S7-300. С микроконтроллера сигнал поступает в ЭВМ. После обработки поступившего сигнала в соответствии с заданным алгоритмом ЭВМ вырабатывает задание для микроконтроллера, при этом в системе предусмотрен переключатель ПМОФ-45 (поз.7-4), позволяющий подавать задание на микроконтроллер либо с ручного задатчика РЗД-22 (поз.7-3), либо с ЭВМ. Заданное значение индуцируется миллиамперметром М1730 (поз.7-5) и поступает на вход микроконтроллера. На основании полученного задания микроконтроллер вырабатывает управляющее воздействие, которое с выхода микроконтроллера поступает на БРУ-32 (поз.7-6), затем на тиристорный усилитель ФЦ-0611 (поз.7-7). Дальнейшее управление осуществляется согласно электрическим схемам управления электродвигателем. Регулирование можно осуществлять в трех режимах: автоматическом режиме – когда заданное значение поступает с ЭВМ; режиме локальной автоматики – когда заданное значение поступает с задатчика, если ЭВМ выйдет из строя или с ней будет нарушена связь; режиме ручного управления – когда микроконтроллер выходит из строя и управляющее воздействие подается с помощью блока ручного управления.
Разработка контура регулирования соотношением «топливо-воздух»
Важным параметром, влияющим на процесс спекания, является расход воздуха и природного газа на горение, поэтому проектируется контур автоматического контроля и регулирования соотношением топливо-воздух. Он состоит из двух стандартных комплектов для измерения расхода методом переменного перепада – диафрагмы, преобразователя разности давлений «САПФИР-22М-ДД» (поз.24-2, 26-2) и блока извлечения корня БИК (поз.24-3, 26-3). Комплекты установлены на трубопроводах воздуха и природного газа. Сигналы поступают на вторичные регистрирующие приборы Диск-250-1121 (поз.24-4, 26-4) и на микроконтроллер Symatic S7-300. С микроконтроллера сигнал поступает в ЭВМ. После обработки поступившего сигнала в соответствии с заданным алгоритмом ЭВМ вырабатывает задание для микроконтроллера, при этом в системе предусмотрен переключатель ПМОФ-45 (поз.26-6), позволяющий подавать задание на микроконтроллер либо с ручного задатчика РЗД-22 (поз.26-5), либо с ЭВМ. Заданное значение индуцируется миллиамперметром М1730 (поз.26-7) и поступает на вход микроконтроллера. На основании полученного задания микроконтроллер вырабатывает управляющее воздействие, которое с выхода микроконтроллера поступает на БРУ-32 (поз.26-8), затем на пускатель ФЦ-0611 (поз.26-9) и на исполнительный механизм МЭО-250/63 (поз.26-10), который управляет клапаном подачи природного газа в горн. Кроме того на микроконтроллер заводится сигнал о положении регулирующего органа. Регулирование можно осуществлять в трех режимах: автоматическом режиме – когда заданное значение поступает с ЭВМ; режиме локальной автоматики – когда заданное значение поступает с задатчика, если ЭВМ выйдет из строя или с ней будет нарушена связь; режиме ручного управления – когда микроконтроллер выходит из строя и управляющее воздействие подается с помощью блока ручного управления.
Проектирование принципиальной электрической схемы контура регулирования соотношением «топливо-воздух»
Принципиальная электрическая схема – это схемная реализация отдельных контуров функциональной схемы автоматизации. В этой схеме описывается полный состав всех приборов и технических средств, которые входят в данный контур, а также все линии связи между ними.
Принципиальная электрическая схема является одной из наиболее важных схем для работников службы КИПиА, а также других служб связанных с обслуживанием агрегата.
В схеме используются стандартные по ГОСТ приборы, которые работают на стандартных сигналах, что облегчает настройку и ремонт, поверку, наладку и т.д.
Основываясь на функциональной схеме, разработана принципиально-электрическая схема (лист 4 графической части проекта) контура регулирования соотношением «топливо-воздух», основного в управлении качеством процесса спекания аглошихты.
Рассмотрим подключение приборов контура. Расход природного газа и воздуха осуществляется методом переменного перепада с помощью диафрагмы, сигнал с которой преобразователем разности давлений «САПФИР-22М-ДД» (поз.24-2, 26-2) преобразуется в токовый 5 мА. Питание 36 В преобразователям обеспечивает блок питания 22-БП-36. Сигнал 5 мА с САПФИР-22М-ДД поступает на БИК-1,1 (поз.24-3, 26-3), который преобразует и отправляет сигнал 5 мА на регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.24-4, 26-4) против обрыва цепи на его клеммные колодки устанавливаются стабилитроны VD. С Диск-250 и БИК-1,1 сигнал 5 мА подается на микроконтроллер Symatic S7-300. Задатчик РЗД-22 (поз.26-5) вырабатывает управляющий сигнал, который поступает на пакетный переключатель ПМОФ-45 (поз.26-6). Переключатель в зависимости от сигнала (от задатчика или от УВК) осуществляет переключение сигнала на соответствующие соединения. С помощью ручного задатчика М-1730 (поз.26-7) можно задать необходимое значение регулируемого параметра в ручную. С миллиамперметра и переключателя сигнал 5 мА поступает на блок ввода аналоговых сигналов SM 331 микроконтроллера Symatic S7-300.
Микроконтроллер Symatic S7-300 обрабатывает сигналы полученные с задатчика либо с миллиамперметра сравнивает с текущими значениями и вырабатывает управляющий сигнал, который подается на БРУ-32 (поз.26-8). Блок ручного управления БРУ-32 связан через клеммы 19, 29 с пускателем ФЦ-0510 (поз.26-9). Пускатель осуществляет регулирование исполнительным механизмом МЭО-250/63 (поз.26-10), который активизирует регулирующий орган, в нашем случае заслонку на газопроводе, подающем воздух. Блок питания БПИ-24 обеспечивает питание микроконтроллеру и БРУ-32. Для исполнительного механизма МЭО-250/63 подключен блок питания БП-10.
Проектирование щита КИП и А контура регулирования соотношением «топливо-воздух»
Щит контроля и управления необходим для оперативного вмешательства персонала в работу системы, а также для выдачи соответствующей информации. На нем располагаются средства контроля, управления и сигнализации.
Исходным чертежом, по которому составляется общий вид щита контроля и управления, является функциональная схема автоматизации. На щите размещается вся аппаратура, которая указана на функциональной схеме.
В дипломном проекте используется щит, состоящий из 6 панелей. В качестве щитов используются стандартные изделия: щиты панельные плоские ЩПП размером 2200х1000 и 2200х600.
В графической части дипломного проекта рассмотрена панель 4, на которой расположены следующие приборы: вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.26-4), миллиамперметр М1730 (поз.26-7), ручной задатчик РЗД-22 (поз.26-5), переключатель ПМОФ-45 (поз.26-6), блок ручного управления БРУ-32 (поз.26-8).
Проектирование монтажно-коммутационной схемы контура регулирования соотношением «топливо-воздух»
Монтажно-коммутационная схема щита проектируется исходя из принципиально-электрической схемы и общего вида щита. На ней отображаются все вторичные приборы и другие средства автоматизации. Связь между приборами производиться как путем соединения напрямую контактов технических средств проводкой, так и при помощи клеммных колодок, что дает преимущество при модернизации щита или замене отдельных технических средств.
Также на монтажно-коммутационной схеме показана связь всех приборов расположенных на щите с приборами и техническими средствами вне щита, т.е. устройства ввода в щиты внешних электрических и трубных проводок, а также их присоединение к внутренней проводке щитов. В частности показана связь с исполнительным механизмом, микроконтроллером, щитом блоков питания и преобразователей.
Чертежи монтажно-коммутационных схем щитов необходимы для выполнения электрической и трубной коммутации приборов и средств автоматизации в пределах щита. Монтажные схемы выполняют в виде отдельных чертежей для каждой панели щита.
В графической части дипломного проекта (лист 7) выполнен чертеж панели №4. На этой схеме отображаются клеммники на десять клемм для соединения приборов между собой и клеммники на 6 клемм для подсоединения питающего напряжения. Приборы на монтажно-коммутационной схеме размещаются так, как они будут размещены на обратной стороне щита. Линии и связи нумеруются так же, как и на принципиально-электрической схеме. Отображается без масштаба.