77
2.3.4. Описание программных модулей
Разработка структурной схемы управления
Решаемые цели и задачи скомпоновали облик современных систем
управления в виде иерархической структуры, которую упрощенно можно описать
следующим образом.
Нижний уровень (уровень регулирования) представляет собой сочетание
датчиков и исполнительных механизмов, необходимых для выполнения задач
регулирования. Эти элементы объединяются информационными потоками
с центральным звеном – контроллером, принимающим сигналы от датчиков
и выдающим управляющие сигналы соответствующим исполнительным
механизмам.
Логика работы контроллера закладывается либо на этапе производства
(жестко прошитые контроллеры), либо на этапе проектирования и наладки
системы управления (свободно программируемые контроллеры). Последний
вариант более универсален и предпочтителен в силу своей гибкости.
Примененный комплект автоматики (Рисунок 2.11) реализует цели и задачи
регулирования в полной мере, соответствуя строгим требованиям, предъявляемым
к современным системам управления. Несмотря на это, не стоит забывать
о том, что максимальная отдача от введения автоматики возможна лишь
при объединении всех инженерных систем здания в единое информационное
пространство.
Все распределенные промышленные системы имеют иерархическую
структуру, для разных уровней которой предъявляются различные требования
по производительности, предсказуемости времени доставки информации,
помехоустойчивости и др.
78
Контроллер ПЛК ОВЕН 110
Блок питания
Модуль MC Модуль MR
Сеть питания
220 В
Датчики
Исполнительны
е механизмы
Сигнализация
Интерфейс
связи
Основной Блок
АРМ оператора
котельной
Сервер
базы данных
Рисунок 2.11 – Блок- схема связи контроллера
с узлом подготовки воды
На нижних уровнях иерархии (сбор данных с датчиков и управление
исполнительными устройствами) используются так называемые полевые шины.
На верхнем иерархическом уровне автоматизированных систем управления
технологическими процессами (АСУ ТП) доминирующим типом сети в настоящее
время является Ethernet. При скорости передачи 100 Мбит/с, она позволяет
использовать различные физические среды передачи данных (экранированная
витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптическая линия), обеспечивая
(в зависимости от среды передачи данных) длину шины от десятков метров
до десятков километров[19].
2.4. Контрольный пример реализации проекта и его описание
САУ-М6 сигнализатор уровня жидкости трехканальный
Сигнализатор уровня жидкости трехканальный ОВЕН САУ-М6 –
предназначен для автоматизации технологических процессов, связанных
с контролем и регулированием уровня жидкости.
САУ-М6 является функциональным аналогом приборов ESP-50 и РОС 301.
79
Функциональные возможности сигнализатора уровня представлены в таблице
2.12
Таблица 2.12
Функциональные возможностисигнализатораСАУ-М6
1
Три независимых канала контроля уровня жидкости в резервуаре
2
Возможность инверсии режима работы любого канала
3
Подключение различных датчиков уровня –
кондуктометрических, поплавковых
4
Работа с различными по электропроводности жидкостями:
дистиллированной, водопроводной, загрязненной водой, молоком и
пищевыми продуктами (слабокислотными, щелочными и пр.)
5
Защита кондуктометрических датчиков от осаждения солей на
электродах благодаря питанию их переменным напряжением
Рисунок 2.12 – ОВЕН САУ-М6
Обоснование выбора модулей и датчиковпроектируемой СУ
Датчик температуры ОВЕН ДТС035 и ДТС125Л.И
Для дистанционного контроля температурыиспользованы термометры
типаОВЕН ДТС035. Предназначены для преобразования температуры в
жидких,газообразных и в твердыхсредах.
80
Область применения: водо-,нефте- и газодобычи, в томчисле на судах
и АЭС.
- Измеряемые среды в пределах коррозионной стойкости стали
12Х18Н10Т.
- Использование термопреобразователей допускается в нейтральных
и органических средах, по отношению к которым материал защитной арматуры
является коррозийно-стойким. Принцип работы датчика - термопреобразователь
сопротивления.
- Осуществляется преобразования сигнала первичного преобразователя
температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока (4-20 мА).
Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку
датчика.
- Изготавливаются по ТУ 311-00225621. 160-96.
- В комплекте поставляются блоки питания КАРАТ – 22
- Блок питанияпредназначен для питания стабилизированным
напряжением 36 (24В).
Каналы гальванически развязаны. Имеется защита то короткого замыкания
и перегрузок по каждому каналу.
Датчики давления ПД100-ДИ4\1-311-1,0 ТМ "ОВЕН"
В качестве датчиков давления остановим выбор на датчиках серии ОВЕН
ПД311
Рисунок 2.13 – Датчики серии ОВЕН ПД311
81
Основное отличие данного многопредельного измерителя-регулятора
ПД311 от ближайших аналогов в том, что он представляет собой законченный
прибор, в котором объединены: первичный датчик давления (разрежения),
микропроцессорный узел обработки и два индикатора (цифровой
и барографический).
Таблица 2.13
Технические характеристики измерителей-регуляторов ПД100-ДИ4\1-311-1,0
ТМ "ОВЕН"
Наименование
Значение
Выходной сигнал постоянного тока
4...20 мА, 2-х проводная схема
Основная приведенная погрешность
1,0 % ВПИ
Диапазон рабочих температур измеряемой
среды
–40…+100 °С
Напряжение питания
12…36 В постоянного тока
Сопротивление нагрузки
0…1,0 кОм (в зависимости от напряжения
питания)
Потребляемая мощность
не более 0,8 Вт
Устойчивость к механическим
группа исполнения V3
воздействиям
по ГОСТ Р 52931
Степень защиты корпуса
IP65
Устойчивость к климатическим
воздействиям
УХЛ3.1
Диапазон рабочих
температур окружающего воздуха
–40…+80 °С
Атмосферное давление рабочее
66...106,7 кПа
Среднее время наработки на отказ
не менее 500 000 ч
Средний срок службы
12 лет
Межповерочный интервал
2 года
Методика поверки
КУВФ.406230.100 МП
Вес без упаковки / в упаковке
0,2 кг / 0,3 кг
Штуцер для подключения давления
M20х1,5 по ГОСТ 2405-88,
черт.20; опционально
Тип электрического соединителя
EN175301-803 форма А
Габаритный размер (по высоте)
не более 115 мм
Предельное давление перегрузки
не менее 200 % от ВПИ
Автоматический запорно-регулирующий односедельный гидроклапан
(КЗР)
Гидроклапан применяется при разработке проектов, а также при
реконструкции и ремонте действующих РТС, КТС, ЦТП, ИТП, вентиляционных
82
систем и других смежных объектов для автоматического регулирования путем
изменения пропускной способности клапана.
Рисунок 2.14 – Внешний вид гидроклапана
Таблица 2.14
Технические параметры гидроклапана
Марк
а
D
N,
мм
Условная
пропускн
ая
способнос
ть Кv,
м³/ч
Модел
ь
Температу
ра рабочей
среды t, ºC
Давлен
ие Ру,
кгс/см²
Рабочая
среда
Строи
т.
длина,
мм
Масс
а, кг
Клапан запорно-регулирующий односедельный фланцевый с ЭИМ ST
(Словакия) с реостатным датчиком
25ч94
5п
Корпу
с – СЧ
21-40
25
6,3
25ч94
5п
Ду25
КvX
Ру16
Stmini
до +150
16
Жидкие
или
газообр.
среды,
нейтральн
ые
160
15
Основные характеристики:
‒ Рабочее давление–Рр = 1,6; 2,5; 4,0 МПа (16, 25, 40 кгс/см2)
‒ Тип привода – электромеханический (Uпит. однофазное 220 В, 50 Гц)
83
Кнопки в металлическом исполнении IP65 MTB2-BAZ124
Устройства управления и сигнализации металлической серии MTB2-
BAZ124, предназначены для использования в электрических цепях переменного
тока (АС) с частотой 50Гц или 60Гц, при номинальном напряжении 380 В, а также
в цепях постоянного тока (DC) при номинальном напряжении 250 В.
Таблица 2.15
Технические параметры MTB2- BAZ124
Температурный
диапазон
Эксплуатация: от -35 °C до +70 °C
Хранение: от -40 °C до +70 °C
Влажность: до 90 %, без конденсата
Вибростойкость
Грибовидная 60 мм кнопка: 8 g. Остальные кнопки и
переключатели: 15 g. Малые джойстики: 5 g (от 40 до 50 Гц).
Ударопрочность
Кнопки управления: 70 g. Грибовидные кнопки: 15 g.
Селекторные переключатели: 200 g.
Степень защиты
IP 65: головки кнопок управления, кнопок управления с
подсветкой, грибовидных кнопок, селекторных пере-
ключателей, селекторных переключателей с подсветкой,
малых джойстиков. В смонтированном положении.
IP 40: головки двойных кнопок, двойных кнопок с подсветкой.
В смонтированном положении.
IP 54: Сигнальные лампы. В смонтированном положении.
Характеристики контактного блока
Номинальный ток
термической стойкости
(Ith)
10 A
Номинальное
напряжение изоляции
(Ui)
415 В
Кнопки и переключатели применяются для управления электромагнитными
контакторами, пускателями, реле и другими вторичными цепями. Устройства
в металлическом исполнении MTB2-B предназначены для установки только
в металлические оболочки, обеспечивающие заземление лицевой панели.
Выбор циркуляционных насосов
Подбирают насос по расчетному расходу и потерям давления в системе
при частично закрытых терморегуляторах
84
Для системы водоснабжения следует выбрать насос с расчетным расходом
воды более 7,3 м
3
/ч и напором насоса больше 9 м (двухэтажное здание).
Допустимая температура воды до 100
0
С.
Внешний вид насоса WiloTOP-S 30/10 EM показан на рисунке 2.5
Циркуляционный насос с резьбовым соединением Wilo TOP-S 30/10 EM
применяется в системах водоснабжения, водяного отопления, кондиционирования.
К основным достоинствам можно отнести простой монтаж, надежность в работе,
три ступени частоты вращения. Насос состоит из чугунного корпуса, вала
из нержавеющей стали и рабочего колеса, изготовленного из композитных
материалов.
Таблица 2.16
Основные технические характеристикиWilo TOP-S 30/10 EM:
напор макс
11 м
расход макс
11 м
3
/ч
подключение к сети
~230 В, 50 Гц
температура перекачиваемой среды
от минус 10°С до + 130°С
рабочее давление макс
10 бар
трубное соединение
Rp11/4
монтажная длинна
150 мм.
вес
2,3 кг.
Выбор расходомера
В качестве расходомеравыбираем модель Мастерфлоу, класс Б.
Преобразование расхода (объема) холодной или горячей воды, а также
других жидкостей с удельной электропроводностью не менее 10
-3
См/м
в электрические сигналы: частотный, импульсный или токовый.В данном случае
выбираем модель МастерфлоуD25 B
Отличительные особенности расходомера представлены в таблице 2.17.
Таблица 2.17
85
Параметры расходомера МастерфлоуD25 B
1
Широкий типоразмерный ряд приборов.
2
Диапазон измерения расхода 1:2000(класс Г,Д,Е), 1:500(класс В),
1:250(класс Б, Б2), высокий класс точности во всем диапазоне,
стабильность характеристик в ходе эксплуатации.
3
Возможность продолжительной работы в тяжелых условиях
(повышенная влажность, вибрации, высокая температура), высокая
ремонтопригодность.
4
Установка как на горизонтальных, так и на вертикальных участках
трубопроводов.
5
Малая длина прямых участков трубопровода (2Ду до и после
преобразователя).
6
Отсутствие у преобразователей расхода дополнительного
гидравлического сопротивления потоку.
7
Низкая восприимчивость к изменению физико-химических свойств
измеряемой среды.
8
Отсутствие температурной погрешности измерения расходов.
Рисунок 2.15 – Расходомер МастерфлоуD25 B
Эксплуатационные характеристики
Температура окружающего воздуха, от -10°С до +50°С;
86
Относительная влажность воздуха, не более 95%;
Напряженность переменного, частотой 50 Гц внешнего магнитного
поля, не более, 400 А/м.
Степень защиты преобразователей IP65 по ГОСТ 14254. Устойчивость
к климатическим воздействиям - группа С3 по ГОСТ Р 52931. Устойчивость
к механическим воздействиям - вибропрочное и виброустойчивое исполнение
группы N1 по ГОСТ Р 52931.
Описание схемы автоматизации
Контроллер может быть использован одновременно для работы
с различными типами датчиков - термометрами сопротивления, термопарами и т.п.
При этом несущественно, к какому из входов контроллера будет подключен датчик
того или иного типа, так как все входы контроллера идентичны и универсальны.
Данная система управления является децентрализованной. Такие системы
более гибкие, у них выше производительность из-за разделения функций между
управляющими устройствами и выше возможность наращивания ресурсов
по сравнению с централизованными системами управления.
Конструктивно модули выполнены на базе стандартных корпусов,
предназначенных для монтажа на DEN-рейку. Подключение внешних цепей
осуществляется с помощью разъемов с соединением «под винт», вынесенных через
отверстия корпуса на верхнюю и нижнюю часть модуля. Маркировка разъемов
нанесена на корпус модуля.
Модуль процессора (головной модуль) состоит из двух печатных плат,
расположенных друг над другом. На верхней плате установлен процессор,
графический индикатор, разъем для пленочной клавиатуры, которая вынесена
на верхнюю часть корпуса модуля.
Нижняя плата содержит элементы дискретных входов и выходов, перемычки
для их конфигурирования, элементы интерфейсов RS-485, аналоговые входы
и перемычки для их конфигурирования.