механических первичных преобразователей выступают усилия или
чувствительный элемент, находящийся под влиянием измеряемой величины.
Механические первичные преобразователи представлены манометрами,
мембранными преобразователями, диафанометрами и ротаметрами.
Структурная схема подключения первичных преобразователей
приведена на рисунке 8.
Рисунок 8 – Структурная схема подключения первичных преобразователей
Как видно из рисунка 8, измеряемая величина регистрируется
датчиком, который преобразует полученный сигнал в выходной
унифицированный сигнал.
В технологических процессах применяют термометр сопротивления
1Pt100KN 0815, который позволит измерять температуру по
чувствительному элементу. Выполнен термометр сопротивления из
платиновой обмотки, герметизированной внутри корпуса, выполненного из
алюминия оксидной керамики высокого качества [38, c.76].
На окончаниях термометра сопротивления поддерживается высокое
механическое сопротивление, которое обеспечивает устойчивость сигнала,
передаваемого по каналам передачи данных.
25
Измеряемая
величина
Первичный
преобразователь
Выходной
унифицированный
сигнал
Измеряемая
величина
Первичный
преобразователь
Выходной не
унифицированный
сигнал
Нормирующий
преобразователь
Выходной
унифицированный
сигнал
К основным техническим характеристикам термометра сопротивления
1Pt100KN 0815 относятся [33]:
- номинальное сопротивление: 100 Ом при температуре 0°C;
- ток в измерительной цепи: 1 мА;
- диапазон измерения температур: от -200°C до +1400°C;
- выходной аналоговый сигнал: от 0В до 12 В.
Внешний вид термометра сопротивления 1Pt100KN 0815 приведен на
рисунке 9.
Рисунок 9 – Внешний вид термометра сопротивления 1Pt100KN 0815
Также можно использовать датчик LMP 308, который имеет
следующие технические характеристики [7]:
- диапазон измерения давления - от 0 до 350мм вод. столба, ошибка
измерения - 0,1%;
- выходной сигнал: аналоговый, от 0В до 12В;
- сенсор: керамический;
- диапазон измерительной среды: от -20°C до 150°C;
- класс защиты: IP68.
Датчик может использоваться для измерения давлений в вязких средах.
Для него предусмотрена защитная крышка, в которой установлена
чувствительная мембрана. Датчик относится к интеллектуальным датчикам и
имеет высокую точность измерения.
Внешний вид датчика LMP 308 приведен на рисунке 10.
26
Рисунок 10 –Внешний вид датчика LMP 308
В модели LMP 308 предусмотрен 16-битный цифровой
преобразователь. Также в датчике предусмотрена активная компенсация
отклонений от чувствительного элемента. За счёт высокого качества
измерения его и применяют в различных областях.
Среди преимуществ датчика LMP 308 можно отметить:
- наличие интегрированного процессора;
- возможность поддержки неагрессивных сред и воды;
- размеры соединения датчика с кабелем;
- компенсация температурной ошибки;
- высокий уровень защиты от перепадов напряжения.
Для автоматизации технологического процесса пастеризации молока в
качестве двигателя рекомендуем выбрать двигатель постоянного тока с
независимым возбуждением и управлением током якоря. В качестве
двигателя рекомендуем выбрать двигатель SR230A-SR [4, c.96].
Для автоматизации объекта можно использовать водяной клапан
фирмы «Аква Сервис Трейд» серии 8200. Клапан открывается и закрывается
при изменении давления воды в камерах. В его состав входит верхняя и
нижняя камеры, разделенные между собой диафрагмой. Водяные потоки
заполняют нижнюю камеру.
27
Небольшая трубка в середине диафрагмы позволяет осуществлять ток
воды из нижней камеры в верхнюю камеру. В этой точке вода заполняется и
изменяет усилия пружины, которая влияет на верхнюю сторону диафрагмы.
Внешний вид водяного клапана фирмы «Аква Сервис Трейд» серии
8200 приведён на рисунке 11.
Рисунок 11 – Внешний вид водяного клапана фирмы «Аква Сервис Трейд»
серии 8200
Для контроля процесса технологических процессов свое
распространение получили термометры сопротивления ТСП0397, которые
относятся к одноканальным термометрам сопротивления. Конструктивные
особенности термометра сопротивления ТСП0397 предусматривают
подключение кабеля длиной 1500мм и защитной арматуры. В состав
термометра входит чувствительный элемент, выполненный из платины.
Схема термометра включает чувствительный элемент, представленный в
виде керамической подложки, имеющей напыление из платины и 2 выводных
проводника [13, c.22].
В автоматизированной системе регулирования свое распространение
получил регулятор с шаговыми программами ТРМ-251, выпускаемый
компанией Овен. В состав регулятора входит современная
микропроцессорная техника, позволяющая управлять технологическим
процессом в режиме реального времени.
28
Функциональная схема регулятора Овен ТРМ-251 приведена на
рисунке 12.
Рисунок 12 – Функциональная схема регулятора Овен ТРМ-251
Как видно из рисунка 12, в состав регулятора входят 2 входа для
подключения основного и резервного датчика. На выходе существует
возможность измерения дискретного сигнала, проведение аналогового
регулирования. На втором и третьем выходах производится сигнализация
параметров.
Также предусмотрен выход RS-485 для подключения к
автоматизированному месту обслуживающего персонала. Регулятором ТРМ-
251 осуществляется ПИД-регулирование с высокой точностью. В приборе
поддерживается функция автонастройки, позволяющая исключить
трудоемкие операции [34, c.101].
При автонастройке определяются оптимальные значения
коэффициента ПИД-регулирования. Также в программе предусмотрена
возможность управления технологическим процессом по программе,
заданной обслуживающим персоналом. В программном режиме регулятор
29
позволяет работать в режиме нагрева или поддержки температуры на
заданном значении.
Контроль регулируемой величины в заданных пределах производится с
помощью реле, которое подключено к сети переменного тока 220 В.
Контроль работоспособности датчиков производится во время обрывов,
выхода за допустимые диапазоны, замыкания. В случае отказа одного из
датчиков включается функция резервирования с выдачей предупреждающего
сообщения.
Регулятор Овен ТРМ-251 относится к одноканальным
программируемым регуляторам, позволяющим управлять
многоступенчатыми температурными режимами. Работа регулятора основана
на диалоговом режиме через пользовательский интерфейс.
К функциональным характеристикам регулятора Овен ТРМ-251
относятся [27]:
- наличие 2 универсальных входов и схемы резервирования датчиков с
автоматическим включением резервного датчика в основной контур в случае
отказа основного;
- вид регулирования ПИД-регулирование по трем программам
технолога;
- автонастройка ПИД-регулятора осуществляется по современному
алгоритму;
- количество управляющих входов: 3 входа для управления
исполнительным механизмом, сигнализация о выходе регулируемой
величины за пределы и неисправности датчика или обрыве контура
регулирования.
Для передачи данных в состав регулятора ТРМ-251 входит сетевой
интерфейс RS-485 и протоколы Modbus, RTU для конфигурирования данных.
Технические характеристики регулятора Овен ТРМ-251 приведены в
таблице 3.
30
Таблица 3 – Технические характеристики регулятора Овен ТРМ-251
Параметр Значение
Напряжение питания
от 90 В до 245 В от сети
переменного тока
Частота напряжения питания от 47 Гц до 63 Гц
Уровень потребляемой мощности не более 6 ВА
Количество универсальных входов 2
Минимальное время опроса датчика 0,3 с
Количество выходных элементов 3
Интерфейс передачи данных RS-485
В системах автоматического управления технологическими процессами
свое применение получил контролер ПЛК-73. В основе логики работы
контроллера ПЛК-73 находится программирование с помощью собственного
программного обеспечения CoDeSys 2.3 [16].
Контроллер может выступать специальным устройством или отдельной
локальной системой управления. Для мониторинга в состав контроллера
входит информационная сеть, специальное устройство, позволяющее
управлять и выполнять мониторинг локализованных объектов. В состав
контроллера входит два интерфейса RS-485 и RS-232 для отображения
данных.
Технические характеристики регулятора ПЛК-73 приведены в таблице
4.
Таблица 4 – Технические характеристики регулятора ПЛК-73
Параметр Значение
Напряжение питания от сети постоянного тока
от 150 В до 300 В от сети
переменного тока
Потребляемая мощность для сети постоянного тока не более 12 Вт
Количество цифровых дискретных входов 8
Напряжение питания на входах 24 В3В
Значение максимального входного тока дискретного
входа
не более 11 мА
Уровень сигнала логической единицы для постоянного
напряжения
от 15 В до 30 В
Минимальная длительность импульса, воспринимаемая
входом
15 Гц
31
К регулятору существует возможность подключения кнопок,
контакторов, герконов, реле, датчиков, имеющих открытый коллектор и
различного дискретного оборудования. Для передачи данных и
программирования регулятором поддерживается интерфейс RS-485, RS-232.
Дискретные входы позволяют контролировать работу внешнего
оборудования, производить диагностику работоспособности системы и
подключать внешние устройства. Дискретные входы используются для
подключения контактных датчиков или транзисторных ключей. В качестве
датчиков могут выступать кнопки, концевые выключатели, контакты реле.
Сигналы на дискретные входы поступают с внешних контактов [6, c.67].
Контроллер включает в свой состав аппаратные часы реального
времени, питание которых производится от автономного источника питания.
Функциональная схема контроллера ПЛК-73 приведена на рисунке 13.
Рисунок 13 – Функциональная схема контроллера ПЛК-73
32
Для автоматизации технологических процессов свое применение
получил микроконтроллер Метакон-6305, который позволяет управлять
температурно-временными режимами и применяется в различных сферах
деятельности.
Для контроля параметров в состав контроллера входит таймер пуска,
выдержки, готовности. Управление работы микроконтроллера
осуществляется по интерфейсу RS-485, подключенному к персональному
компьютеру, а также по четырём дискретным входам.
К основным функциям микроконтроллера Метакон-6305 относится [22,
c.91]:
- линеаризация сигналов термопреобразователей;
- масштабирование сигналов, поступающих с линейных входов,
коррекция управляющих воздействий путем смещения фиксированной
величины;
- ретрансляция цифровых сигналов в унифицированный токовый
сигнал от 4 до 20 мА;
- позиционное регулирование, запуск прибора с задержкой таймера,
управления работы регулятора по сигналам старт, пауза, стоп, таймер.
Микроконтроллер может работать в режиме периодической загрузки и
термической обработки. В режиме периодической загрузки на
первоначальном этапе запускается таймер, который ведет контроль
реализации технологического процесса. На следующем этапе регулятором
подаётся задающее воздействие, которое обрабатывается первичными
преобразователями с формированием управляющего воздействия и
преобразованием его в унифицированный токовый сигнал.
Достаточно важной составляющей автоматизированной системы
управления технологическими процессами является система
противоаварийной защиты. Система противоаварийной защиты позволяет
33
обеспечить защиту обслуживающего персонала и средств автоматизации в
случае возникновения аварийной ситуации.
Модули безопасности входят в состав контролера, а могут выступать
автономными системами, установленными в шкафе управления. Автономные
модули безопасности ведут непрерывный контроль аварийных остановок
технологических процессов и управляют работой исполнительных
механизмов.
В состав средств противоаварийной защиты входят модули
мониторинга, оснащённые блоками безопасности, позволяющими управлять
аварийным остановом оборудования.
Дополнительно в модулях аварийного останова предусмотрена
диагностика системы безопасности, модуль контроля 2-х цепей выхода и
обратной связи [23, c.63].
Работа систем безопасности основана на автономных модулях, которые
соответствуют отечественным стандартам и выступают основой
централизованной автоматизированной системы управления
технологическими процессами.
В распределенной автоматизированной системе управления
технологическими процессами система безопасности направлена на
обеспечение безопасной работы обслуживающего персонала и сохранности
оборудования.
Для бесперебойной работы противоаварийной защиты необходимо
выбрать промышленный контроллер современной микропроцессорной базой,
который позволит предупреждать аварийные ситуации и обеспечить
отказоустойчивость автоматизированной системы управления.
Высокая надежность системы противоаварийной защиты
предусматривает выполнение задач резервирования процессора, локальной
шины обмена данными, источника питания, коммуникационных
интерфейсов.
34