Системы автоматизированного управления технологическими процессами

Задания для домашней контрольной работы

Тематика контрольной работы
«Система автоматического регулирования технологическим процессом с инерционным и интегральным объектом первого и второго порядков»:

Вариант индивидуального задания выбирается согласно списку группы.
Варианты приведены в таблице ниже.
Функции САУ Варианты задания
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 Регулирование жесткости воды в баке №1 + + + +
2 Регулирование уровня в баке №1 + + + +
3 Регулирование температуры в баке №1 + + + + + +
4 Сигнализация нижнего уровня в баке №1 + + + +
5 Заполнение бака №1 в ручном режиме + + + + + +
6 Регулирование уровня в баке №2 + + + + +
7 Регулирование температуры в баке №2 + + + +
8 Замена воды в баке №2 + + + + + + + +
9 График освещения в баке №2 + + + + + +
10 Сигнализация нижнего уровня в баке №2 + + + + + +
11 Регулирование уровня в баке №3 + + + + +
12 Регулирование температуры в баке №3 +
13 Замена воды в баке №3 + + +
14 График освещения в баке №3 + + + + +
15 Сигнализация нижнего уровня в баке №3 + + + + +

Функции САУ Варианты задания
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
1 Регулирование жесткости воды в баке №1 + + + + +
2 Регулирование уровня в баке №1 + + +
3 Регулирование температуры в баке №1 + + + + +
4 Сигнализация нижнего уровня в баке №1 + + + +
5 Заполнение бака №1 в ручном режиме + + + + + + +
6 Регулирование уровня в баке №2 + + + + + +
7 Регулирование температуры в баке №2 + + + + + + + +
8 Замена воды в баке №2 + + + + + + +
9 График освещения в баке №2 + + + +
10 Сигнализация нижнего уровня в баке №2 + + + +
11 Регулирование уровня в баке №3 + + + + +
12 Регулирование температуры в баке №3 +
13 Замена воды в баке №3 + + + +
14 График освещения в баке №3 + + +
15 Сигнализация нижнего уровня в баке №3 + +

 
Методические рекомендации к выполнению практической части контрольной работы

2. Описание функций
1. Регулирование жесткости воды в баке №1
В бак №1 может поступать вода повышенной жесткости от погружного насоса М1 и водопроводная вода (пониженная жесткость) через трубопровод, открывающийся электромагнитным клапаном клапаном Y1. Разрешение на работу системы регулировки жесткости (лог. 1) поступает от системы регулирования уровня воды в баке №1. Жесткость воды измеряется датчиком TDS c аналоговым выходом. Необходимая жесткость воды имеет место при 50% выходе датчика TDS. Гистерезис 3х поз. регулятора 1%, зона нечувствительности 5% от максимального значения выхода датчика (при1000 делениях шкалы 10делений гистерезис, 50 делений)
2. Регулирование уровня в баке №1.
При понижении уровня ниже ДНУ1 формируется команда (логическая 1) разрешающая работу системы регулирования жесткости воды, (могут работать М1 и Y1). При достижении уровня ДВУ1 система регулирования жесткости блокируется лог. 0.
3. Регулирование температуры в баке №1.
Регулирование осуществляется включением/выключением ТЭН1 (2 поз. регулятор) по сигналам датчика температуры ДТ1 (аналоговый датчик). Система может работать только при уровне воды не ниже ДНУ1. Погрешность регулирования ± 1С0 (±10 делений шкалы). Показания датчика вывести на дисплей.
4. Сигнализация нижнего уровня в баке №1.
Если уровень воды в баке №1 понижается ниже ДНУ1, контроллер формирует на своем выходе «мигающую» лог.1.
5. Заполнение бака №1 в ручном режиме.
Ручной режим включается кнопкой. При этом одновременно включается насос М и эл. магн. клапан Y1. При достижении уровня ДВУ1 М1 и Y1 выключаются (автоматически). Формируется сигнал на разрешение работы систем подогрева и регул. жесткости воды.
6. Регулирование уровня в баке №2клапан.
Регулирование производится за счет запуска насоса М2 и открывания клапана Y2.1 при понижении уровня ниже ДНУ2. При достижении уровня ДВУ2 клапан Y1 и насос М2 отключаются. При понижении уровня ниже ДНУ2 формируется сигнал на блокировку работы системы подогрева.
7. Регулирование температуры в баке №2.
Температура регулируется включением/отключением ТЭН2 по сигналам датчика ДТ2 (аналоговый). Гистерезис 5% шкалы (50 делений). Система блокируется при уровне ниже ДНУ2.
8. Замена воды в баке №2.
Замена воды осуществляется 1 раз в двое суток (сутки -1 минута). Формируется сигнал на блокировку эл. магн. клапана Y2.1 и на включение Y2.2. При достижении уровня воды ДНУ2 закрывается Y2.2, открывается Y2.1, запускается насос М2. При достижении уровня ДВУ2 останавливается насос М2 и закрывается Y2.1.
9. График освещения в баке №2.
Включение/отключение освещения HL2 происходит по таймеру. «День» 1 минута, «ночь» 1 минута.
10. Сигнализация нижнего уровня в баке №2.
При достижении уровня воды ДНУ2 на выходе контроллера формируется периодический сигнал тревоги, блокируется работа подогрева.
11. Регулирование уровня в баке №3.
Регулирование уровня осуществляется одновременным запуском насоса М2 и открытием клапана Y3.1 по сигналу аналогового датчика давления ДД (аналоговый выход). Когда давление достигает нижней уставки (соответствует нижнему уровню) включается М2 и открытием клапана Y3.1. Когда давление достигает верхней уставки (соответствует верхнему уровню) выключается М2 и зарывается клапан Y3.1.
12. Регулирование температуры в баке №3.
Температура регулируется включением/отключением ТЭН3 по сигналам датчика ДТ3 (аналоговый). Гистерезис 5% шкалы (50 делений). Система блокируется при уровне ниже ДНУ3.
13. Замена воды в баке №3.
Замена воды осуществляется 1 раз в двое суток (сутки -1 минута). Формируется сигнал на блокировку эл. магн. клапана Y2.1 и на включение Y3.2. При достижении уровня воды ДНУ3 закрывается Y3.2, открывается Y3.1, запускается насос М2. При достижении уровня ДВУ3 останавливается насос М2 и закрывается Y3.1.
14. График освещения в баке №3.
Включение/отключение освещения HL3 происходит по таймеру. «День» 2 минуты, «ночь» 2 минуты.
15. Сигнализация нижнего уровня в баке №3
При достижении уровня воды ДНУ3 на выходе контроллера формируется периодический сигнал тревоги, блокируется работа подогрева.

3 Общие замечания
Целью настояшей контрольной работы является получение студентами навыков разработки функциональных схем, как важной части проектирования САУ.
Поскольку автоматика не может существовать отдельно от технологий и в этом смысле является не самостоятельной, на первом этапе разработки необходимо изучение технологии, которую предстоит автоматизировать. Для этого необходимо:
- уяснить принцип функционирования технологического процесса (ТП), связан ли он с управлением потоками вещества или управление потоками энергии;
- уяснить назначение технологического оборудования и механизмов и последовательность (цикличность) их включения/выключения;
- выяснить диапазоны изменения параметров технологического процесса;
- выявить места установки измерительных приборов (датчиков) для измерения параметров ТП;
- выявить места установки механизмов для управления ТП (исполнительных механизмов);
- необходимость дистанционного мониторинга и управления, ведение архивов и т.п.
Вторым этапом разработки САУ является проектирование. Основанием для проектирования служит техническое задание (ТЗ), которое составляется проектировщиками совместно с технологами. В самом простом случае ТЗ содержит словесное описание работы САУ – режимы работы, контуры регулирования, последовательности включений/выключений, диапазоны изменения параметров, блокировки, работа системы в аварийные режимах.
Если предполагается автоматизация непрерывных процессов, в особо сложных случаях перед проектированием необходим этап синтеза САУ. Методика синтеза САУ дает возможность на основании анализа инерционных свойств объекта автоматизации выбрать закон регулирования, рассчитать переходный процесс в системе, оценить ее устойчивость и определить качество регулирования.
В случае логического управления синтез САУ не требуется.
В общем случае проект состоит из:
1. Пояснительной записки.
2. Функциональных схем.
3. Схем силового оборудования.
4. Принципиальных схем.
5.Схм внешних присоединений.
6. Схем коммуникационных сетей (если это необходимо).
7. Схем разводки кабелей по помещениям.
8. Кабельного журнала.
9. Задания монтажно-заготовительному участку, которое включает:
- чертежи расположения приборов в шкафах управления;
- чертежи передних панелей шкафов с расположением приборов, с перечнем надписей на табличках;
- чертежи табличек с мнемосхемами (если они есть);
- монтажные схемы шкафов управления;
10. Заказных спецификации кабельной продукции, коммутационной, сигнальной аппаратуры, приборов и оборудования САУ.
Настоящее пособие содержит изложение нормативных документов, регламентирующих разработку функциональных схем, а так же варианты описаний простых технологических процессов, которые следует рассматривать как технические задания. На основе этих вариантов студентам предлагается практикум разработки функциональных схем.
4 Назначение функциональных схем автоматизации
Функциональная схема автоматизации (ФСА) является одним из основных проектных документов, определяющих функциональную структуру и объем автоматизации технологических процессов и отдельных агрегатов промышленного объекта. Она представляет собой чертеж, на котором с помощью условных обозначений изображены: технологическое оборудование; коммуникации; органы управления и средства автоматизации (датчики, контроллеры, исполнительные устройства) с указанием связей между технологическим оборудованием и элементами автоматики, а также связей между отдельными элементами автоматики. Вспомогательные устройства, такие, как редукторы, вентили, источники питания, соединительные коробки и другие монтажные элементы, на ФСА не показывают.
Как правило, ФСА выполняют на одном чертеже, на котором изображают аппаратуру всех систем контроля, регулирования, управления и сигнализации, относящуюся к данной технологической установке.
ФСА является основой для выполнения всех остальных чертежей проекта и составления заданий монтажно-заготовительному участку, заказных спецификации приборов и средств автоматизации.
В процессе работы над составлением функциональной схемы решаются следующие задачи:
1) Выбор методов измерения технологических параметров;
2) Определения мест установки датчиков и исполнительных механизмов;
3) Определение диапазонов измеряемых величин технологических параметров;
4) Выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;
5) Выбор исполнительных механизмов для регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;
6) Размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т.п. и определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.
5 Разработка функциональной схемы
Основой ФС служит схема технологического процесса, на которой изображается технологическое оборудование и системы подведения/отведения материальных ресурсов, используемых в производственном процессе (системы водо, газоснабжения и т. п.). Для нашего случая чертеж технологического оборудования приведен на рисунке 1. Кроме технологического оборудования на ФС внизу листа изображается таблица, в которой 6 строк. В первой сверху строке наносятся условные графические изображения (УГО) и буквенные обозначения сигналов, поступающих от датчиков в ПЛК (промышленный логический контроллер) [1]. Нам будут нужны следующие буквенные обозначения:
TE – температура, преобразованная в электрический сигнал;
LE - уровень, преобразованный в электрический сигнал;
AE – жесткость воды, преобразованная в электрический сигнал;
РЕ - давление, преобразованное в электрический сигнал;
NS – функция ручного управления.
Строки 2, 3, 4, 5 предназначены для обозначения входа/выходов ПЛК. Точка в соответствующей строке на линии, обозначающей связь с ПЛК, означает то, что именно к этому входу/выходу подключен датчик/исполнительный механизм. В 6й строке располагается УГО ПЛК. Внутри овала буквенное обозначение функций ПЛК. В нашем случае Т – обработка сигнала температуры, L – сигнала уровня, Р – сигнала давления, С – функция управления, А – функция сигнализации.


Рис. 1 Расположение технологического оборудования

Оборудование предназначено для карантинного содержания рыб. Технологический процесс заключается в приготовлении воды нужной жесткости за счет смешивания воды из скважины и водопровода, отслеживания уровней в баках, регулирования температуры воды, светового дня и замены воды в баках 2 и 3.
Функциональна схема разрабатывается для своего варианта задания, и включает только часть функций САУ. Рассмотрим составление ФС для варианта №0.
1) Регулирование жесткости воды в баке №1
В бак №1 может поступать вода повышенной жесткости от погружного насоса М1 и водопроводная вода (пониженная жесткость) через трубопровод, открывающийся электромагнитным клапаном клапаном Y1. Разрешение на работу системы регулировки жесткости (лог. 1) поступает от системы регулирования уровня воды в баке №1. Жесткость воды измеряется датчиком TDS c аналоговым выходом. Необходимая жесткость воды имеет место при 50% выходе датчика TDS. Гистерезис 3х поз. регулятора 1%, зона нечувствительности 5% от максимального значения выхода датчика (при1000 делениях шкалы 10делений гистерезис, 50 делений)
2) Регулирование уровня в баке №1.
При понижении уровня ниже ДНУ1 формируется команда (логическая 1) разрешающая работу системы регулирования жесткости воды, (могут работать М1 и Y1). При достижении уровня ДВУ1 система регулирования жесткости блокируется лог. 0.
4) Сигнализация нижнего уровня в баке №1.
Если уровень воды в баке №1 понижается ниже ДНУ1, контроллер формирует на своем выходе «мигающую» лог.1.
8) Замена воды в баке №2.
Замена воды осуществляется 1 раз в двое суток. Формируется сигнал на блокировку эл. магн. клапана Y2.1 и на включение Y2.2. При достижении уровня воды ДНУ2 закрывается Y2.2, открывается Y2.1, запускается насос М2. При достижении уровня ДВУ2 останавливается насос М2 и закрывается Y2.1.

На стадии разработки ФС необходимо разместить датчики и исполнительные устройства (насосы, клапаны) с учетом реализации для каждой функции. В нашем случае их расположение указано.
Связь датчиков и исполнительных устройств с ПЛК показывается вертикальными линиями.
Каждая линия нумеруется.
Линии имеют разрыв, который необходим для рационального размещения на схеме. Пересечение линий не допускается!
Линии от датчиков вводятся сверху овала, либо в продолжение средней линии овала!
Линии связи исполнительных устройств с ПЛК вводятся снизу овала, так, как показано на рисунке!
На рисунке 2 показана ФС, разработанная для варианта №1

Рис. 2 ФС для варианта №1
Замечание:
В описании функций содержится информация о том, как должна работать САУ. При составлении ФС большая часть этой информации не нужна, она используется при разработке алгоритма работы САУ. На стадии разработки ФС нужна информация о том, какие датчики и исполнительные устройства принимают участие в ваших функциях, какие выходы у этих датчиков (аналоговые или дискретные) и каким сигналом управляются исполнительные устройства (дискретный, аналоговый).

 
Список рекомендуемой литературы

Литература для выполнения данной контрольной работы приведена в рабочей программе дисциплины.