26
пользовательский интерфейс, например, клавиатура или
сенсорный экран.
Модули ввода - вывода используются, в частности, для ввода
входных сигналов в ПЛК и выходных управляющих сигналов на
управляемые устройства, такие как двигатели, клапаны, датчики и
исполнительные механизмы.
У производителей ПЛК могут быть разные языки программирования,
но большинство из них по-прежнему основано на фундаментальной
структуре логического программирования. Хотя теперь они могут быть
запрограммированы на языках более высокого уровня, таких как C и
BASIC.
Коммуникационные возможности могут включать простую
последовательную связь RS-232, либо для более сложных
автоматизированных систем управления - протокол Ethernet.
Одним из наиболее важных параметров для любого ПЛК является
время цикла основной программы. Это время, в течение которого ПЛК
проходит выполняет программу, получая входные и обновляя выходные
данные. Обычно это занимает несколько миллисекунд, но может быть
намного дольше в зависимости от длины программы и скорости
процессора.
ПЛК имеют меньшую память, более слабое программное
обеспечение и ограниченные периферийные возможности по сравнению с
персональным компьютером (ПК). Управление движением, например, в
робототехнике, может иметь множество входов и выходов, требующих
дополнительных модулей управления ПЛК или внешней электроники. ПК
быстрее обрабатывает больше данные, что может уменьшить физический
размер и улучшить управление машиной.
Большие данные приобретают все большее значение, поскольку все
больше компаний объединяют производственные линии и установки с
27
промышленным интернетом вещей. Производители оборудования могут
максимизировать производительность установки, позволяя машинам
одновременно выполнять несколько операций. Процессы с интенсивным
вычислением и критически важные процессы, которые могут работать
одновременно, могут привести к перегрузке ПЛК.
Чтобы сократить время, машины могут использовать несколько
вычислительных платформ. Как правило, они включают в себя один или
несколько контроллеров движения и один или несколько контрольных
процессоров, которые поддерживают интерфейс оператора для
программирования, работы машины, сбора данных и обслуживания.
Однако использование нескольких процессоров является дорогостоящим.
Новое программное обеспечение, специально предназначенное для
платформ для ПК, может помочь решить эту проблему.
Инженеры могут преодолеть некоторые из этих препятствий с
помощью ПК, но ПК не такой надежный и не может выдержать суровые
промышленные условия, такие как пыль и сильная влажность.
Использование ПК со сложным программным обеспечением может
потребовать больше времени для обучения.
Для усовершенствования программного обеспечения может
потребоваться программист на месте для обслуживания, устранения
неполадок и обновлений. Программное обеспечение ПЛК может быть
базовым, но его проверенные временем стандартные языки могут
обеспечить долговечность устройства, несмотря на его скорость и
линейность. ПЛК обычно используют стандартизованный набор языков
программирования IEC 61131-3.
Система, называемая программируемым контроллером
автоматизации (ПКА), помогает смягчить некоторые ограничения старых
ПЛК
28
ПКА подобны решению на ПК, но более надежны. Например,
промышленный ПКА может работать в диапазоне температур от -40 до
+60 °С. ПКА обычно включает функции ПЛК. Оба являются цифровыми
контроллерами, но ПКА может использовать расширенные возможности
программирования и часто имеет большую функциональность,
периферийные возможности и память.
ПКА предлагают более сложные системные архитектуры, когда есть
необходимость в больших возможностях ввода-вывода. Кроме того, ПКА
обычно имеют больше встроенных возможностей подключения, от Ethernet
сетей до регистрации данных на USB-накопителе и часто они могут
напрямую взаимодействовать с базами данных.
Подводя итог, можно отметить, что ПЛК используются больше для
производственных линий, а ПКА более подходят для технологических
установок. Например, ПКА могут предлагать модели работы,
ориентированные на машинное зрение или одновременном управлении
несколькими процессами.
У ПЛК все еще востребован, но с машинным зрением, управлением
движением и динамическими робототехническими процессами возрастает
требование к большему количеству данных, и более старым ПЛК может не
хватать требуемой вычислительной мощности или памяти.
Децентрализованная технология может помочь расширить устаревшую
линейку ПЛК, предлагая продукты, которые обеспечивают обработку и
вычисления непосредственно на датчике. Это означает, что для добавления
сложного процесса в существующую линию можно не использовать
дорогостоящий ПКА, а применить группу интеллектуальных датчиков.
1.4 Выводы по первой главе
В первой главе рассмотрены автоматизированные системы
управления, а именно, проведена классификация методов регулирования.
В настоящее время на смену разности фактического и заданного значений
29
регулируемой величины в автоматизированные системы управления
пришли более сложные функциональные соотношения. На практике
наиболее часто применяется ПИД-регулирование.
Расчет параметров регуляторов для автоматизированных систем
управления достаточно хорошо выполняется программными средствами.
Для большинства объектов управления построены математические модели
и инженеру достаточно ввести уточняющие параметры, чтобы получить
коэффициенты регулятора. В случае, если регулятор будет работать не
удовлетворительно, предложенную модель можно скорректировать
вручную, поскольку ее описание проводится на специальном языке.
Современные автоматизированные системы управления
технологическими процессами позволяют применять множество
различных интерфейсов и языков программирования. Хотя классические
ПЛК до сих пор применяются на простых производственных линиях,
современные ПКА имеют дольше возможностей и позволяют решать
задачи, связанные с машинным зрением и быстрыми перемещениями
механизмов.
Теперь можно переходить к анализу объекта автоматизации.
30
ГЛАВА 2. Разработка проекта автоматизированного
центрального теплового пункта производственного цеха
2.1. Разработка структурной схемы системы
ВНИПИ «Сигнал» занимается выпуском комплектующих для
артиллерийских систем. В связи с возрастающем спросом на продукцию
предприятия было принято решение расширить производственные
площади для установки дополнительных сборочных линий. Новый цех
нуждается в современной системе отопления, способной обеспечить
стабильную температуру, поскольку это важно для производственного
процесса.
Климатические показатели на основании СНиП 23-01-99 для г.
Ковров:
Абсолютная минимальная температура,
0
С -41
Абсолютная максимальная температура,
0
С +36
Температура наружного воздуха:
- наиболее холодных суток,
0
С -34
- наиболее холодной пятидневки,
0
С -31
Продолжительность периода со средней суточной температурой
воздуха < =8
0
С, сут 215
Средняя температура этого периода,
0
С -4,1
Продолжительность периода со средней суточной температурой
воздуха <=0
0
С, сут 151
Источником тепла систем отопления служит собственная котельная,
расположенная рядом со строящимся зданием. Теплоноситель по контуру
отопления - вода по графику 90-90
о
С.
Определяем градусо-сутки отопительного периода по формуле:
int
()
d ht ht
D t t z
(15)
31
где t
ht
= -4,1 ºС - средняя температура отопительного периода со
средней суточной температурой воздуха <=8 ºС (по СНиП 23-01-99);
Z
ht
= 215 сут.- продолжительность отопительного периода со средней
суточной температурой воздуха <=8 ºС (по СНиП 23-01-99);
t
int
= 18 ºC - расчетная температура внутреннего воздуха (по ГОСТ
30494-96);
(18 4,1) 215 4751,5
d
D
ºC·сут
Теплоусвоение полов зданий должно соответствовать требованиям
СНиП 23-02. Расчетный показатель теплоусвоения поверхности пола Y
f
des
,
Вт/(м
2
°С), определяется следующим образом [13]:
а) если покрытие пола (первый слой конструкции пола) имеет
тепловую инерцию D
1
= R
1
s
1
0,5, то показатель теплоусвоения
поверхности пола следует определять по формуле
Y
f
des
= 2s (16)
0,4
0,85
0,47
h
R
Вт/(м·ºС)
D = Rs = 0,856,35 = 5,4
Y
1
=2∙6,35 = 12,7 Вт/(м
2
°С)
Значение показателя теплоусвоения поверхности пола для
промышленных зданий согласно СНиП 23-02 не должное превышать Y
f
req
= 14 Вт/(м
2
°С), и расчетное значение показателя теплоусвоения данной
конструкции Y
f
= 12,7 Вт/(м
2
°С).
Система локальной автоматики центрального теплового создается
для управления и регулирования процессов циркуляции теплоносителя в
контурах отопления и водоснабжения производственного цеха и
административно-бытового корпуса для вновь строящегося
производственного здания ВНИПИ «Сигнал».
Объектами автоматизации является электрооборудование контуров
отопления и горячего водоснабжения:
32
1. Магистраль отопления производственного корпуса (ПК):
циркуляционные насосы: 2 шт. по 15 кВт, питание 3-х фазное;
смесительный узел: 2-х ходовый клапан DN125 с электроприводом
3-х позиционного управления, Uпит=220 V AC.
2. Магистраль отопления административно-бытового корпуса (АБК):
циркуляционные насосы: 1 шт. по 0,45 кВт, питание однофазное;
смесительный узел: 2-х ходовый клапан DN40 с электроприводом
3-х позиционного управления, Uпит=220 V AC.
3. Магистраль горячего водоснабжения (ГВС):
циркуляционные насосы: 1 шт. по 0,8 кВт, питание однофазное;
смесительный узел: 2-х ходовый клапан DN50 с электроприводом
3-х позиционного управления, Uпит=220 V AC.
4. Магистраль гликоля на приточно-вытяжных установок ПВ1-ПВ2:
циркуляционные насосы: 1 шт. по 15 кВт, питание 3-х фазное.
Упрощенно схема контуров представлена на рисунке 8.
На отопление
произв.Зоны (ТП1 и
ТП2)
На отопление АБК
ГВС
Магистраль
гликоля на ПВ1 и
ПВ2
TЕ
TЕ
TЕ
TЕ
Рисунок 8 - Схема контуров центрального теплового пункта
33
Рассмотрим один контур отопления. Функциональная схема системы
автоматического управления одного контура представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Функциональная схема системы управления
температурой одного контура
Формирование задающего значения в регуляторе происходит в
зависимости от температуры наружного воздуха по заранее заданной
кривой, соответствующей режимной карте (Таблица 1).
34
Таблица 1 - Режимная карта
Контроллер сравнивая значения температуры прямой воды к
потребителю и значения заданной температуры по режимной карте
котельной формирует сигнал рассогласования. Далее формируется
управляющий сигнал на преобразователь электропривода трехходового
клапана.
Трёхходовым клапаном, установленным перед теплообменником,
регулируется количественный расход котловой воды через теплообменник,
за счет подачи котловой воды на теплообменник, перепуска в обратную
линию на котел или находясь в среднем положении. Тем самым,
поддерживая заданную температуру контура отопления в зависимости от
требуемой тепловой мощности и температуры наружного воздуха по
заранее заложенной отопительной кривой. В противоточном пластинчатом
теплообменнике поверхностного типа происходит передача тепла от более
нагретого тела – котловой воды, к менее нагретому телу – воды
Температура
наружного воздуха (°С)
Температура
теплоносителя
на выходе
Температура
наружного
воздуха (°С)
Температура
теплоносителя
на выходе
-26
95,0
-7
66,1
-25
93,5
-6
64,5
-24
92,1
-5
62,9
-23
90,6
-4
61,3
-22
89,1
-3
59,7
-21
87,6
-2
58,0
-20
86,2
-1
56,3
-19
84,7
0
54,7
-18
83,2
1
53,0
-17
81,7
2
51,3
-16
80,1
3
49,5
-15
78,6
4
47,8
-14
77,1
5
46,0
-13
75,5
6
44,2
-12
74,0
7
42,4
-11
72,4
8
40,6
-10
70,9
9
38,7
-9
69,3
10
36,8
-8
67,7
35
отопительного контура. Пройдя теплообменник, нагретая вода
отопительного контура поступает к потребителю [13].
Рассмотрим работу системы на конкретном примере. Тренд работы
системы продолжительностью 11 часов 30 минут с шагом в 10 минут
представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Тренд работы системы
№
п/
п
время
, мин
Температур
а наружного
воздуха,
о
С
Температура
прямой воды
к
потребителю,
о
С
№
п/п
время,
мин
Температур
а наружного
воздуха,
о
С
Температура
прямой воды
к
потребителю,
о
С
1
0
-4
65,4
36
350
-7
64,8
2
10
-4
61,5
37
360
-7
62,4
3
20
-4
59,5
38
370
-7
60,1
4
30
-4
59,2
39
380
-7
60,1
5
40
-4
62,6
40
390
-7
62,8
6
50
-4
65,6
41
400
-7
65,5
7
60
-4
68,3
42
410
-7
68,1
8
70
-4
67,3
43
420
-7
69,1
9
80
-4
63,8
44
430
-7
66,6
10
90
-5
60,6
45
440
-7
64,1
11
100
-5
59,1
46
450
-7
61,5
12
110
-5
59,6
47
460
-7
59,6
13
120
-5
62,6
48
470
-7
61
14
130
-5
65,9
49
480
-7
63,9
15
140
-5
68,4
50
490
-7
64,2
16
150
-5
67,6
51
500
-7
66,9
17
160
-5
64,8
52
510
-7
69,2
18
170
-6
62,1
53
520
-7
67,9
19
180
-6
60,1
54
530
-7
65,1
20
190
-6
60
55
540
-7
62,7
21
200
-6
59,7
56
550
-7
60,6