Разработка системы автоматизации компрессорного цеха (стр. 5 из 21)
· время цикла считывания и обработки входных сигналов не более 1 сек
· погрешность измерения:
скорости движения ленты не более 0,1 %
массы окатыша на весовом столе 0,1 %
производительности конвейера 0,5 %
количества отгруженных окатышей 1 %
· наработок на отказ 50000 час
· время восстановления 0,5 час
1.5 Структура подсистемы
Для реализации поставленной задачи предлагается трехуровневая структура подсистемы.
Нижний уровень представляет собой восемь конвейерных весов снабженных:
- Тахогенератором необходимым для измерения скорости движения ленты конвейера.
- Системой сигнализации с сухим контактом на выходе необходимым для контроля за состоянием конвейера.
- Тензометрическим датчиком необходимым для взвешивания материала перемещаемого конвейером.
- Блока компенсации мертвой нагрузки необходимого для компенсации массы весового стола.
- Преобразователем необходимым для преобразования сигнала с тензометрического датчика в стандартный сигнал устройства связи с объектом.
- Устройствами связи с объектом входящих в комплект микропроцессорного контроллера необходимые для получения данных от датчиков и выдачи сигналов в АСУ «ЭНЕРГО», АСУ «ЭСПЦ 2», сигнализации на пульт управления.
Средний уровень представляет собой микропроцессорный контроллер, предназначенный для обработки получаемой информации от устройств связи с объектом и передачей её на верхний уровень и панели оператора. Панели оператора представляют собой устройства визуализации, объединенные локальной сетью. Одна из панелей является сервером и устанавливается непосредственно у контроллера, а две другие являются клиентами и устанавливаются на пульте управления транспортом и пульте управления 3,4 печами металлизации. В состав среднего уровня входит также инженерная станция, предназначенная для программирования микропроцессорного контроллера и панелей оператора.
Верхний уровень представляет собой уже существующею систему визуализации на базе операторских станций работающих под управлением SCADA-системы TRACE MODE, в которую встраиваются экраны визуализации технологического процесса происходящего на конвейерных весах.
1.6 Алгоритмическое и математическое обеспечение
Разработка алгоритмического и математического обеспечения опирается на способ функционирования конвейерных весов и методики их настройки описанных выше в разделе 1.2.
 |
Расчет веса на ленте осуществляется исходя из принципа действия весового стола ленточного конвейера (Рис. 12).
Взвешивающий мост ограничен опорными роликами 1 и 2, воспринимающими часть нагрузки. Действительное распределение нагрузки показано на рисунке 12 в виде трапеции. На средние ролики действует только часть силы. Для расчетов принято использовать понятие “эффективная длинна моста”. В данном случае она рассчитывается по формуле 2 и является индивидуальной характеристикой весов.
(2)где: l- эффективная длинна моста ,м;
a, b, c- расстояние между роликами ,м.
Выходное напряжение тензометрического датчика пропорционально нагрузке на ленту.
Для проверки правильности сборки взвешивающего механизма и работоспособности весов разработаны функции статического тарирования и юстирования. При остановленном конвейере взвешивается пустая лента и запоминается как значение тары Gt в кодах АЦП. Затем взвешивается лента с юстировочным грузом близким по весу к номинальной нагрузке и запоминается как значение брутто Gb в кодах АЦП. Чистый вес на ленте определяется разностью между брутто и тарой, а затем запоминается как значение юстировочного веса Gv в кодах АЦП. После выполнения этих функций можно проверить линейность весов во всем диапазоне взвешивания, а также отсутствие затираний весовой платформы. Текущий вес на весовом столе рассчитывается по формуле 3.
(3)где: Q- масса на весовом столе, кг;
Gb- текущее значение веса брутто, код АЦП;
Gt - вес тары полученный в процессе тарирования, код АЦП;
Gv- юстировочный вес полученный в процессе юстирования, код АЦП;
Qv- масса юстировочного груза, кг.
Для правильного функционирования весов разработаны функции динамического тарирования и юстирования, а также калибровки скорости.
Функция динамического тарирования реализует принцип тарирования изложенный в разделе 1.2. и изображенный на рисунке 4. Перед вызовом функции необходимо ввести данные о времени полного оборота конвейерной ленты T с точностью до сотых долей секунды. Время полного оборота ленты является индивидуальной характеристикой весов и используется также в других функциях и расчетах. Функция выполняет следующие действия:
1) Обнуляет значения динамической тары и количества измерений веса.
2) Организует циклическое накопление 100 значений веса брутто с интервалом времени равным одной сотой времени полного оборота ленты конвейера.
3) Рассчитывает среднее значение динамической тары Gtd.
Упрощенная схема алгоритма приведена на рисунке 13.
Функция динамического юстирования предназначена для настройки конвейерных весов под необходимый диапазон измерения. Перед вызовом функции на весовую платформу должен быть установлен юстировочный груз близкий по массе к номинальной нагрузке на ленту. Его значение вводится в параметр Qv с точностью до сотых долей килограмма. Функция использует также значение динамической тары Qtd рассчитанной в процессе динамического тарирования и время полного оборота ленты T. Функция выполняет следующие действия:
1) Обнуляет значения динамического юстировочного веса и количества измерений веса.
2) Организует циклическое накопление 100 значений веса брутто с интервалом времени равным одной сотой времени полного оборота ленты конвейера.
3) Рассчитывает среднее значение динамического юстировочного веса Gvd.
Упрощенная схема алгоритма приведена на рисунке 14.
Функция калибровки предназначена для настройки параметров измерения скорости конвейерной ленты. Перед вызовом функции необходимо ввести данные о длине конвейерной ленты L с точностью до сантиметра. Функция использует также значение времени полного оборота ленты T и выполняет следующие действия:
1) Обнуляет счетчик количества импульсов за один оборот ленты.
2) Производит циклическое накопление количества импульсов пришедших с тахогенератора за время полного оборота ленты I.
Упрощенная схема алгоритма приведена на рисунке 15.
Измеренные (Qv, l, L, T) и полученные в результате выполнения описанных выше функций (Gtd, Gvd, I) параметры позволяют произвести все необходимые расчеты.
Скорость ленты конвейера пропорциональна частоте импульсов тахогенератора. Для расчета скорости измеряется число импульсов i пришедших с тахогенератора в течении одной секунды и умножается на коэффициент пропорциональности равный отношению длинны ленты конвейера к числу импульсов пришедших с тахогенератора за её полный оборот (формула 4).
(4)где: V- скорость ленты, м/с;
L- общая длинна конвейерной ленты, м;
I - количество импульсов пришедших с тахогенератора за время полного оборота ленты;
i - количество импульсов пришедших с тахогенератора за 1 секунду,1/с.
Масса материала на весовом столе пропорциональна выходному сигналу тензометрического датчика. Для расчета массы измеряется вес платформ с материалом и из него вычитается динамическая тара. Результатом разности является чистый вес материала на весовом столе. Масса материала равна произведению чистого веса этого материала на коэффициент пропорциональности, который представляет собой отношение юстировочного веса к массе юстировочного груза.
(5)где: Q - масса материала на весовом столе, кг;
Gb - текущее значение веса брутто, код АЦП;
Gtd - динамическая тара, код АЦП;
Gvd - юстировочный вес, код АЦП;
Qv - масса юстировочного груза, кг.
Производительность конвейера рассчитывается как произведение скорости его движения на удельную нагрузку равную отношению массы материала на весовом столе к эффективной длине моста.
(6)
где: F- производительность, т/ч;
V- скорость ленты, м/с;
Q- масса на весовом столе, кг;
l - эффективная длинна моста, м;
3,6 - коэффициент пересчета, кг/c в т/ч.
Среднее значение производительности за секунду определяет количество материала прошедшего по конвейеру за этот интервал времени. Счетчик материала за час представляет собой сумматор средних значений производительности за секунду в течение часа. По истечении часа значение счетчика сохраняется как количество материала прошедшего по конвейеру за предыдущий час, а сам счетчик обнуляется.
(7)
где: Qh- количество материала отгруженного за час, кг
Vj- средняя скорость ленты, м/с;
Qj- среднее значение масса на весовом столе, кг;
l- эффективная длинна моста, м.
Счетчики материала за смену, сутки и месяц представляют собой сумматоры значений часового счетчика. Они наращивают свои значения каждый час, а по истечению отведенного для счета времени сохраняют свои значения как предыдущее количество материала за смену, сутки, месяц и обнуляются.