Разработка системы автоматизации процесса стабилизации температуры охлажденного продукта (стр. 4 из 5)
В результате моделирования переходного процесса «С умеренным затуханием», при возмущении «По заданию», получены показатели качества регулирования, представленные в табл. 3.2.
Таблица 3.2 - Показатели качества регулирования при нанесении возмущения «По заданию»
| Режим моделирования | Показатели качества регулирования | ||
 |  |  ,  | |
| Настройка | 0,153 | 0,997 | 70 |
| Проверка на грубость | 0,21 | 0,997 | 64 |
Сравниваем полученные показатели качества регулирования с допустимыми, можно сделать вывод о том, что полученные при расчете САР прямые показатели качества регулирования удовлетворяют требованиям технологического регламента.
4. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
4.1 Принципиальная электрическая схема
Принципиальная электрическая схема (ПЭС) определяет полный состав приборов, аппаратов и устройств (а также связь между ними), действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации.
На рис. 4.1. представлена ПЭС процесса автоматизации стабилизации температуры.
При включении автоматического выключателя QF1 на силовые установки подаётся напряжение. Запуск двигателя циркуляционного насоса возможен с компьютера оператора, либо нажатием кнопки SB1 «Пуск», в щитке по месту, в следствии чего замкнется выход 8 ПЛК-154, реле КМ3 сработает, замкнет свои контакты и подаст напряжение на двигатель М2, и силовую цепь.
Отключить двигатель насоса можно с компьютера оператора или нажатием кнопки SB2 «Стоп».
Если в процессе работы возникнет внештатная ситуация, то сработает защита. Например, уровень конденсата в испарителе стал выше критической отметки Lав, тогда разомкнется выход 6 контроллера ПЛК-154, тем самым отключатся реле КМ1, КМ2 и КМ3.
Отключение реле КМ3 приведет к отключению двигателя М2 и всей силовой цепи. Отключение реле КМ2 включит сигнализацию, т.к. контакты его замкнутся при отсутствии питания на управляющей обмотке. Таким же образом работает защита по давлению хладоагента.
В системе были приняты дополнительные узлы защиты: электромагнитные реле КМ1, КМ2 и КМ3, автоматический выключатель QF, обеспечивающий защиту всей цепи от токов короткого замыкания.
Рис. 4.1 - Принципиальная электрическая схема процесса стабилизации температуры охлажденного продукта
На схеме были приняты следующие обозначения:
BP, BL, BT, BF – датчики давления, уровня, температуры и расхода;
AI, AO, DI, DO – аналоговые и дискретные входы и выходы контроллера;
ПЛК-154 – многофункциональный контроллер фирмы «ОВЕН»;
SB1, SB2, SB3 – кнопки пуск, стоп двигателя компрессора и отключения сигнализации;
HA1, HL1 – сирена и лампа сигнальные;
QF1 – автоматический выключатель;
КМ1, КМ2,КМ3 – электромагнитные реле;
М1, М2 – асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором;
4.2 Схема соединения элементов
Для монтажа системы автоматизации необходимы схема соединений (СС) ее элементов. Она показывает проводные связи между элементами, маркировку соединительных проводов и мест подключений (клемм). Схема соединений процесса автоматизации стабилизации температуры приведена на рис. 4.2.
Рис. 4.2 - Схема соединений процесса автоматизации стабилизации температуры
На схеме были приняты следующие обозначения:
BP, BL, BT, BF – датчики давления, уровня, температуры и расхода;
AI, AO, DI, DO – аналоговые и дискретные входы и выходы контроллера;
ПЛК-154 – многофункциональный контроллер фирмы «ОВЕН»;
SB1, SB2 – кнопки пуск и стоп двигателя компрессора;
QF1 – автоматический выключатель;
КМ1, КМ2, КМ3 – электромагнитные реле;
М1, М2 – асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором;
РШМ – гибкий кабель с резиновой изоляцией [число жил]x[площадь сечения жил] [количество используемых жил];
КГ – кабель гибкий [число жил]x[площадь сечения жил] [количество используемых жил].
5. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Предварительный расчет надежности САР температуры охлажденного продукта. В комплект технических средств входят: датчик температуры –Метран – 201, пускатель магнитный ПМ-12.01, промышленный компьютер PPC-153, программируемый логический контроллер ПЛК154, соединительные провода (СП) и кабели.
Надежность САР оценивается по среднему времени безотказной работы(
) – не менее 1 года.На рис. 6.1 приведена функциональная структура САУ с выделением отдельных элементов.
Рис. 5.1 - Функциональная структура САР: ТОУ – технологический объект управления, ДТ – датчик температуры - Метран – 201, БК – блок контроллера ПЛК154, ПК – промышленный компьютер PPC-153, П – пускатель магнитный ПМ-12.01, АД – асинхронный двигатель
Внезапные отказы для всех элементов, показанных на рис. 6.1, заключаются в невозможности элемента выполнять свои функции ввиду обрыва проводов, короткого замыкания и т. д. Отказ системы в целом будет заключаться в потере системой устойчивости, выходе управляемой (регулируемой) переменной за предельные значения показателей качества управления.
При отказе любого элемента функциональной схемы САР, приводит к отказу всей системы. Исходя из этого логическая схема расчета надежности, изображенная на рис. 6.2, представлена в виде последовательного соединения всех элементов.
Рис. 5.2 - Логическая схема расчета надежности
Вероятность безотказной работы САР при условии независимости отказов элементов будет определяться по следующему выражению:
,где
– количество элементов в логической схеме; 
– вероятность безотказной работы 
элемента.Показатели надежности элементов приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1 - Интенсивности отказов элементов
| Наименование элемента | λi |
| Метран - 201 | 1,25 10-5 |
| ПЛК-154 | 1 10-5 |
| ПМ12.01 | 11,7 10-6 |
| PPC-153 | 4,07 10-6 |
| 4АН100S6У3 | 8,3 10-6 |
| Провода | 4,286 10-6 |
где
- интенсивность отказа элемента, 
- среднее время наработки 
элемента.Среднее время безотказной работы САУ:
График изменения вероятности безотказной работы САУ изображен на рис. 5.3.
Рис. 5.3 - График изменения вероятности безотказной работы
Так как полученное время безотказной работы САУ больше указанного в требованиях, то нет необходимости в резервировании элементов.
Данный состав и структура САУ отвечают требованиям к надежности системы.
6. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
6.1 Алгоритм и программа автоматической защиты и сигнализации на языке SFC
Блок – схема алгоритма автоматической защиты и сигнализации представлена на рис. 6.1.
Рис. 6.1 - Блок – схема алгоритма автоматической защиты и сигнализации по уровню конденсата и давлению хладоагента в системе регулирования
На схеме обозначено: Lпр, Lав – заданные значения уровня конденсата в испарителе и давления хладоагента, для включения предупредительной и аварийной сигнализаций и защиты соответственно.
6.2 Программа работы контроллера для реализации функции дистанционного управления
Программа работы контроллера, для реализации функции дистанционного управления электродвигателем циркуляционного насоса, составленная на языке LD (лестничных диаграмм), представлена на рис. 6.2.
Рис. 6.2 - Программа дистанционного управления электродвигателем насоса
IN1, IN2 – входные битовые переменные, поступающие с ПК при подаче оператором команд вкл/выкл;
QX1 – выходная битовая переменная, управляющая включением / выключением пускателя;
LAMPA1– выходная битовая переменная, управляющая световым сигналом на экране ПК «Пускатель включен»
6.3 Программа работы контроллера для реализации функции автоматического регулирования температуры охлажденного продукта
Программа для автоматического регулирования контроллером технологического параметра (см. ФСА проектируемой системы) составляется на языке FBD с использованием в качестве основного функционального блока функции ПИД - регулирования (рис. 6.3) из библиотеки ОВЕН функциональных блоков управления и регулирования. Параметры настройки ПИД - регулятора устанавливаются в соответствии с данными, полученными при расчете соответствующей САР.