DIAGRAMA DE BLOQUES Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ACS

En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques de la línea de preparación de margarina, que muestra su composición, incluidos los actuadores y elementos estructurales funcionalmente importantes. 1.

Arroz. 1.

El proceso comienza con la selección del producto en básculas de grasa procedente de tanques de grasas desodorizadas a lo largo de 12 líneas y a básculas de agua-leche a lo largo de 4 líneas. El operador ingresa recetas para ambas básculas, es decir, indica qué línea y cuánto producto se debe agregar a las básculas. Una vez finalizado el juego en la báscula, los componentes de grasa y agua y leche se bombean secuencialmente a la batidora. El bombeo sólo es posible cuando el tanque receptor está vacío. El bombeo continúa hasta que las básculas estén vacías. Después de esto, se comienza a cargar otro lote de componentes en la báscula. En los mezcladores se produce calentamiento, mezcla uniforme del producto y bombeo al tanque de trabajo. Si durante el bombeo el nivel del producto en el tanque de trabajo alcanza el 95%, se suspende el proceso de bombeo. Desde el tanque de trabajo, el producto se alimenta mediante una bomba de alta presión a través de un enfriador, donde cristaliza la margarina, y un decristalizador hasta la máquina llenadora.

ELABORACIÓN DE UN ESQUEMA FUNCIONAL Y DESCRIPCIÓN DE LAS PRINCIPALES UNIDADES FUNCIONALES DEL ACS

Arroz. 2.

Utilizando los diagramas de bloques (Fig. 1, 2), elaboraremos un diagrama funcional del sistema de control automatizado.

Arroz. 3.

MP - microprocesador; DAC - convertidor de digital a analógico; K - válvula; norte - bomba; SM - mezclador; RB - tanque de trabajo; DU - sensor de nivel; DD - sensor de presión; DT - sensor de temperatura; DV - sensor de peso; DVL - sensor de humedad; KM - interruptor; ADC: convertidor analógico a digital.

Arroz. 4.

Utilizado como dispositivo de monitoreo de TP.

UPC:

AMD Athlon 64 X2 6000+ BOX, núcleo Windsor, frecuencia 3000 MHz, Socket AM2, caché L2 2048 KB. Vida útil media: 100.000 horas.

Tarjeta madre:

Gigabyte GA-MA790X-DS4, AMD 790X, PCIe, PCI, 4x DDR2533/667/800, SLI/CrossFire. Vida útil media: 70080 horas.

Disco duro: Seagate Barracuda ST3500320AS 500 GB, SATA II, 7200 rpm, 16 MB. Vida útil media: 70080 horas.

Monitor LCD:

Monitor LCD de 18,5" Acer E-Machines E190HQVB, 16:9 HD, 5 ms, 5000:1. Vida útil media: 60.000 horas.

2) Microprocesador SIMATIC S7-300 - CPU 315-2 DP - PROFIBUS

Utilizado como unidad central de procesamiento.

Empresa: Siemens

Arroz. 5. Microprocesador SIMATIC S7-300 - CPU 315-2 DP - PROFIBUS

Características:

1. Procesador central para ejecutar programas medianos y grandes.

2. Alto rendimiento.

3. Interfaz maestro/esclavo PROFIBUS DP incorporada, que da servicio a sistemas de E/S distribuidos basados ​​en PROFIBUS DP; Soporte de interfaz MPI.

4. Memoria incorporada de trabajo con una capacidad de 128 KB, RAM (aproximadamente 43 K de instrucciones); Memoria cargable - MMC 8 MB.

5. Opciones de expansión flexibles; Conexión de hasta 32 módulos S7-300 (configuración de 4 filas).

6. Voltaje de entrada: 20,4 - 28,8 V; consumo de corriente: desde la fuente de alimentación - 800 mA, consumo de energía - 2,5 W.

7. CPU/tiempo de ejecución: operaciones lógicas - 0,1 μs, operaciones de palabra - 0,2 μs, aritmética de punto fijo - 2 μs, aritmética de punto flotante - 3 μs.

8. Funciones de comunicación integradas: funciones de comunicación PG/OP, intercambio de datos global vía MPI, funciones de comunicación estándar S7, funciones de comunicación S7 (solo servidor)

9. Funciones del sistema: La CPU admite una amplia gama de funciones para diagnóstico, configuración de parámetros, sincronización, alarma, medición de tiempo, etc.

10. Vida útil media: 70.080 horas.

3) DAC/ADC de alta velocidad compatible con SM 321

Utilizado como convertidor de señal de analógico a digital y viceversa.

Empresa: Siemens

Arroz. 6. DAC/ADC de alta velocidad

Características:

1. Número de entradas - 32

2. Tensión de entrada nominal: 24 V CC

3. Ganancia programable del canal

4. Calibración automática

5. Consumo total de corriente: 35 mA

6. Consumo de energía: 5,5 W

7. Circuito disparador programable

8. Contador de 16 bits (10 MHz)

9.Voltaje de salida 10V

10. Vida útil media: al menos 87.600 horas.

4) Sensor de temperatura con señal de salida unificada Metran-280-1

Utilizado como medidor de temperatura de mezcla.

Empresa: Metran

Arroz. 7. sensor de temperatura

Características:

1. Rango de temperatura convertible: -50…200 °C

2. Señal de salida de 4-20 mA/HART

3. Transmisión digital de información mediante protocolo HART

4. Control remoto y diagnóstico

5. Aislamiento galvánico de entrada y salida.

6. Mayor protección contra interferencias electromagnéticas.

7. Subrango mínimo de medición: 25 °C

8. Filtro electrónico 50/60 Hz

9. Alimentación: 18 - 42 VCC

10. Potencia: 1,0 W

11. Intervalo de calibración: 1 año

12. Vida útil media: al menos 43.800 horas.

5) Sensor de nivel Rosemount 5300

Se utiliza como medidor de nivel de llenado en una mezcladora.

Empresa: Metran

Arroz. 8. Sensor de nivel

Características:

1. Medios medidos: líquidos y a granel

2. Rango de medición: 0,1 a 50 m

3. Señales de salida: 4F20 mA con señal digital basada en protocolo HART o Foundation™ Fieldbus

4. Disponibilidad de versión a prueba de explosiones

5. Temperatura de funcionamiento: hasta 150°C (302°F)

6.Consumo de corriente en espera: 21 mA

7. Presión de proceso: de 0,1 a 34,5 MPa;

8. Humedad relativa ambiente: hasta 100%

9. Grado de protección contra influencias externas: IP 66, IP67 según GOST 14254

10. Intervalo de calibración: 1 año

11. Vida útil media: 43800 horas.

6) Transmisor de presión Rosemount 2088

Se utiliza como manómetro en el tanque de trabajo.

Empresa: Metran

margarina tecnológica funcional automática

Arroz. 9.

Características:

1. Límites superiores de medición de 10,34 a 27579,2 kPa

2. Error de medición básico reducido ±0,075%; ±0,1%

3. Señales de salida 4D20 mA/HART, 1D5 V/HART, 0,8D3,2 V/HART

4. Reconfiguración de rangos de medición 20:1

5. Además: indicador LCD, soportes, bloques de válvulas.

6. La temperatura ambiente oscila entre 40 y 85°C; medio medido de 40 a 121°С

7. Tiempo de respuesta del sensor no más de 300 ms

8. Inestabilidad de las características ±0,1% de Pmax durante 1 año

11. Vida útil media: 61320 horas.

7) Sensor de peso Omron-D8M

Se utiliza como medidor de peso del producto en una mezcladora.

Marca: Omron

Arroz. 10.

Características:

2. Salida digital

3. Rango de temperatura de funcionamiento -10…+120°С

4. Límite superior de medición: 60 MPa:

5. Fuerza nominal: 200N

6. Error total reducido, no más de: 5%

7. Consumo máximo de corriente, no más de:

8. Resistencia de entrada del circuito del puente, Ohm - 450±25,0

9. Resistencia de salida del circuito del puente, Ohm - 400±4,0

10. Intervalo de calibración: 2 años

11. Vida útil media: 52560 horas.

8) Sensor de humedad Omron-4000-04

Se utiliza como medidor de humedad en el tanque de trabajo.

Marca: Omron

Arroz. once.

Características:

1. Rango de humedad relativa medida: 0 - 100%

2. Señal de salida - voltaje

3. Tiempo de respuesta: 15 s

4. Corriente de salida nominal: 0,05 mA

5. Rango de voltaje de salida: 0,8 - 3,9 V

7. Carcasa SIP de 1,27 mm

8. Intervalo de calibración: 2 años

9. Vida útil media: 43800 horas.

Se utiliza como actuador para dosificar componentes del sistema.

Empresa: KZMEM

Arroz. 12.

Características:

1. Tipo de caja: pasante, fundida (latón)

2. Presión de trabajo: 0 - 0,1 MPa

3. Conexión de acoplamiento

5. Consumo de energía: 0,15 W

6. Número de operaciones: no menos de 500.000

7. Tiempo de respuesta: no más de 1 s

8. Vida útil media: 26280 horas.

Se utiliza como dispositivo para bombear componentes en el sistema.

Firme: Grundfos

Arroz. 13.

Características:

1. Volumen de trabajo de 0,12 a 0,34 cm 3 /rev

2. Presión de trabajo hasta 70 MPa

3. Velocidad de rotación de 500 a 3600 rpm.

Se utiliza como dispositivo para mezclar componentes en el sistema.

Firme: "Encarnación"

Arroz. 14.

Características:

1. Peso: no más de 215 kg

2. Capacidad de trabajo del tanque - 156 l

3. Productividad técnica: no más de 950 l/h

4. Potencia instalada: no más de 3 kW.

5. Frecuencia - 50 Hz

6. Vida útil media: 35.040 horas.

12) Tanque de acero inoxidable

Se utiliza como dispositivo para preparar el producto.

Firme: único

Arroz. 15.

Características:

1. Volumen del tanque - 300 l

2. Temperatura máxima de funcionamiento - 120 C

3. Presión máxima de funcionamiento: 10 bar

4. Vida útil media: 26280 horas.

Para un conocimiento general del sistema, se proporciona un diagrama de bloques (Fig. 6.2). Esquema estructural - Este es un diagrama que define las principales partes funcionales del producto, su propósito y relaciones.

Estructura - es una colección de partes sistema automático, en los que se puede dividir según un determinado criterio, así como las formas de transmitir el impacto entre ellos. En general, cualquier sistema puede representarse mediante las siguientes estructuras:

• ? constructivo - cuando cada parte del sistema representa un todo constructivo independiente;
• ? funcional - cuando cada parte del sistema está diseñada para realizar una función específica (la información completa sobre la estructura funcional que indica los bucles de control se proporciona en el diagrama de automatización);

Arroz. 6.2.

? algorítmico - cuando cada parte del sistema está diseñada para realizar un algoritmo específico para transformar una cantidad de entrada, que es parte del algoritmo operativo.

Cabe señalar que para objetos de automatización simples, es posible que no se proporcionen diagramas de bloques.

Los requisitos para estos esquemas están establecidos por la RTM 252.40 “Sistemas automatizados de control de procesos. Diagramas estructurales de gestión y control”. Según este documento, los diagramas de bloques constructivos contienen: divisiones tecnológicas del objeto de automatización; puntos

control y gestión, incluidos aquellos no incluidos en el proyecto que se desarrolla, pero que tienen conexión con el sistema diseñado; personal y servicios técnicos que garanticen la gestión operativa y el normal funcionamiento de la instalación tecnológica; principales funciones y medios técnicos que aseguran su implementación en cada punto de control y gestión; relaciones entre partes de un objeto de automatización.

Los elementos del diagrama estructural se representan en forma de rectángulos. Los servicios funcionales individuales y los funcionarios pueden representarse en un círculo. Dentro de los rectángulos se revela la estructura de esta área. Las funciones del sistema automatizado de control de procesos se indican mediante símbolos, cuya interpretación se da en la tabla sobre la inscripción principal a lo ancho de la inscripción. La relación entre los elementos del diagrama estructural se representa mediante líneas continuas, fusionándose y ramificándose, mediante líneas discontinuas. El grosor de las líneas es el siguiente: imágenes convencionales - 0,5 mm, líneas de comunicación - 1 mm, otras - 0,2...0,3 mm. Las dimensiones de los elementos de los esquemas estructurales no están reguladas y se eligen a su discreción.

El ejemplo (Fig. 6.2) muestra un fragmento de la implementación de un esquema de diseño para la gestión y monitoreo de una planta de tratamiento de agua. La parte inferior muestra las divisiones tecnológicas de la instalación de automatización; en los rectángulos de la parte media: las funciones principales y los medios técnicos de los puntos de control local de las unidades; en la parte superior, las funciones y medios técnicos del punto de control centralizado de la estación. Dado que el diagrama ocupa varias hojas, se indican las transiciones de las líneas de comunicación a las hojas siguientes y se muestra una ruptura en el rectángulo, que revela la estructura del objeto de automatización.

En las líneas de comunicación entre elementos individuales del sistema de control, se puede indicar la dirección de la información transmitida o las acciones de control; si es necesario, las líneas de comunicación se pueden marcar con designaciones de letras del tipo de comunicación, por ejemplo: K - control, C - alarma, DU - control remoto, AR - control automático, DS - comunicación de despacho, PGS - comunicación telefónica industrial (altavoz), etc.

1. Estructura jerárquica de tres niveles de sistemas automatizados de control de procesos.

Muy a menudo, los sistemas distribuidos de control de procesos automatizados tienen una estructura de tres niveles. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de un diagrama de bloques de un complejo de medios técnicos de dicho sistema.

En el nivel superior con la participación del personal operativo se resuelven las tareas de despacho de procesos, optimización de modos, cálculo de indicadores técnicos y económicos de producción, visualización y archivo del proceso, diagnóstico y corrección. software sistemas. El nivel superior del sistema automatizado de control de procesos se implementa sobre la base de servidores, estaciones de operador (de trabajo) y de ingeniería.

En el nivel medio- tareas Control automático y regulación, arranque y parada de equipos, control de comando lógico, paradas de emergencia y protecciones. El nivel medio se implementa sobre la base de un PLC.

Nivel inferior (campo) El sistema automatizado de control de procesos asegura la recopilación de datos sobre los parámetros del proceso tecnológico y el estado de los equipos, e implementa acciones de control. Los principales medios técnicos del nivel inferior son sensores y actuadores, estaciones distribuidas de entrada/salida, arrancadores, finales de carrera y convertidores de frecuencia.

Figura 1

2. Nivel de E/S (nivel de campo)

Las señales de entrada de los sensores y las acciones de control de los actuadores se pueden suministrar directamente al PLC (provienen del PLC). Sin embargo, si el TOU tiene una extensión territorial significativa, esto requerirá largas líneas de cable desde cada dispositivo hasta el PLC. Esta solución técnica puede no ser racional por dos razones:

• alto costo de los productos de cable;
• aumento del nivel de interferencia electromagnética al aumentar la longitud de la línea.

En tal situación, es más racional utilizar estaciones periféricas distribuidas ubicadas muy cerca de sensores y actuadores. Dichas estaciones contienen los módulos de entrada y salida necesarios, así como módulos de interfaz para conectarse al PLC a través de un bus de campo digital (por ejemplo, utilizando el protocolo Profibus DP o Modbus RTU). La transmisión digital de todas las señales se realiza a través de un cable con un alto nivel de inmunidad al ruido. Los llamados sensores y actuadores inteligentes (que incluyen controladores y otras unidades que proporcionan conversión de señales a formato digital e implementan el intercambio de datos a través del bus de campo) también se pueden conectar directamente al bus de campo.

En la Figura 2 se muestra un diagrama de E/S simplificado utilizando una estación periférica distribuida. El bus de campo Profibus DP (Process field bus Distributed Periphery) le permite conectar hasta 125 dispositivos, hasta 32 por segmento (PLC, estaciones periféricas distribuidas, sensores y actuadores inteligentes). Una estación perimetral distribuida consta de tres componentes principales:

• un panel base (Baseplate), en el que se instalan módulos de E/S y módulos de interfaz en ranuras especiales, o un riel de perfil especial en el que se montan los módulos;
• módulos de entrada/salida (módulos de E/S);
• Módulos de interfaz que proporcionan intercambio de datos con el PLC a través de un bus de campo digital.

Arroz. 2

El número de ranuras para instalar módulos puede ser diferente (normalmente de 2 a 16). La ranura situada más a la izquierda se suele utilizar para instalar un módulo de interfaz. La fuente de alimentación se puede instalar en el panel base o se puede utilizar una unidad separada (externa). Hay dos buses que circulan dentro del panel base: uno sirve para suministrar energía a los módulos instalados; el otro es para el intercambio de información entre módulos.

La Figura 3 muestra una fotografía de un nodo distribuido de entrada/salida Eurotherm modelo 2500. El panel base contiene 8 módulos de entrada/salida y un módulo de interfaz Profibus DP, y la fuente de alimentación es externa. La Figura 4 muestra una fotografía de la estación periférica distribuida Siemens ET 200M. El panel base contiene 6 módulos de señal (módulos de entrada/salida), 1 módulo de interfaz Profibus DP (extremo izquierdo) y una fuente de alimentación.

Fig. 3

Fig.4

2.1 Módulos de señales (módulos de entrada/salida)

Los módulos de E/S vienen en 4 tipos:

1) Módulos de señales de entrada analógica (AI, entrada analógica). Reciben señales eléctricas de rango unificado de sensores conectados a sus entradas, por ejemplo:

• 0-20 o 4-20 mA (señal de corriente);
• 0-10 V o 0-5 V (señal potencial);
• Las señales de termopar (TC) se miden en milivoltios;
• señales de dispositivos de resistencia térmica (RTD).

Digamos que tenemos un sensor de presión con un rango de medición de 0-6 bar y una salida de corriente de 4-20 mA. El sensor mide la presión P, que actualmente es de 3 bar. Dado que el sensor convierte linealmente el valor de presión medido en una señal actual, la salida del sensor será:

La entrada del módulo de señal AI, configurada para los mismos rangos (4-20 mA y 0-6 bar), acepta una señal de 12 mA y realiza la conversión inversa:

Hacer coincidir el rango de la señal eléctrica entre la entrada del módulo y la salida del sensor conectado a él es obligatorio para el correcto funcionamiento del sistema.

2) Módulos de señales de entrada discreta (DI, entrada discreta). Reciben una señal eléctrica discreta de los sensores, que sólo puede tener dos valores: 0 o 24 V (en casos excepcionales, 0 o 220 V). La entrada del módulo DI también puede responder a un contacto cerrado/abierto en el circuito conectado a él. Los sensores de tipo contacto, botones de control manual, señales de estado de sistemas de alarma, variadores, dispositivos de posicionamiento, etc. suelen estar conectados a DI.

Digamos que tenemos una bomba. Cuando no funciona, su contacto de estado (salida) está abierto. La entrada digital correspondiente del módulo de señales DI está en estado "0". Tan pronto como se arranca la bomba, su contacto de estado se cierra y un voltaje de 24 V llega a los terminales de entrada DI. El módulo, habiendo recibido voltaje en la entrada discreta, lo cambia al estado "1".

3) Módulos de señales de salida discreta (DO, salida discreta). Dependiendo del estado lógico interno de la salida (“1” o “0”), establece el voltaje en los terminales de la salida discreta a 24 V o 0 V, respectivamente. Existe una opción cuando el módulo, dependiendo del estado lógico de la salida, simplemente cierra o abre el contacto interno (módulo tipo relé). Los módulos DO pueden controlar actuadores, válvulas de cierre, luces de señalización luminosa, encender alarmas sonoras, etc.

4) Los módulos de señal de salida analógica (AO, salida analógica) se utilizan para suministrar una señal de control de corriente a actuadores con una señal de control analógica. Digamos que una válvula de control con una entrada de control de 4-20 mA debe abrirse al 50%. En este caso, la corriente I out se suministra a la salida AO correspondiente, a la que está conectada la entrada de la válvula:

Bajo la influencia de una corriente de entrada de 12 mA, la válvula se mueve hasta el 50% de apertura.

Se requiere el rango de la señal eléctrica entre la salida del módulo y la entrada del actuador conectado a él. Un módulo de entradas/salidas también se caracteriza por su capacidad de canales: el número de entradas/salidas y, en consecuencia, el número de circuitos de señal que se pueden conectar a él. Por ejemplo, el módulo AI4 es un módulo de entradas analógicas de cuatro canales. Puedes conectarle 4 sensores. DI16 es un módulo de entradas discretas con dieciséis canales. Puede conectarle 16 señales de estado de unidades tecnológicas.

EN sistemas modernos La disposición de los módulos de E/S en la placa base no está estrictamente regulada y pueden instalarse en cualquier orden. Sin embargo, normalmente se reservan una o más ranuras para la instalación de un módulo de comunicación. En ocasiones es posible instalar dos módulos de comunicación a la vez, funcionando en paralelo. Esto se hace para mejorar la tolerancia a fallos del sistema de E/S.

Uno de los requisitos más estrictos para los subsistemas de E/S modernos es la capacidad de intercambiar módulos en caliente sin desconectar la alimentación (función de intercambio en caliente).

Los módulos de comunicación proporcionan intercambio de datos entre PLC, estaciones periféricas distribuidas, sensores inteligentes y actuadores. Los módulos soportan uno de los protocolos de comunicación:

• Profibus DP;
• Profibus PA;
• Modbus RTU;
• CIERVO;
• PUEDE, etc.

El intercambio de información suele realizarse mediante un mecanismo maestro-esclavo. Sólo el dispositivo maestro del bus puede iniciar el intercambio de datos. Los dispositivos esclavos escuchan pasivamente todos los datos que fluyen en el bus y solo si reciben una solicitud del dispositivo maestro envían una respuesta. Cada dispositivo en el bus tiene su propia dirección de red única, que es necesaria para una identificación única. Los nodos de E/S suelen ser dispositivos esclavos, mientras que los controladores son dispositivos maestros.

La Figura 5 muestra un bus de campo digital que combina un controlador (con monitor) y cuatro nodos de E/S. Cada dispositivo conectado al bus tiene su propia dirección única. Supongamos, por ejemplo, que un PLC con dirección 1 quiera leer un sensor de presión. El sensor se conecta a una estación periférica distribuida con dirección de red 5, al módulo AI ubicado en la ranura 6, canal de entrada 12. Luego el PLC genera y envía la siguiente solicitud a través del bus:

Arroz. 5

Cada nodo escucha todas las solicitudes en el bus. El nodo 5 reconoce que la solicitud está dirigida a él, lee la lectura del sensor y genera una respuesta en forma del siguiente mensaje:

El controlador, al recibir una respuesta del dispositivo esclavo, lee el campo de datos del sensor y realiza el procesamiento apropiado. Por ejemplo, después de procesar los datos, el PLC genera una señal de control para abrir la válvula en un 50%. La entrada de control de válvulas se conecta al segundo canal del módulo AO ubicado en la ranura 3 del nodo 7. El PLC genera un comando con el siguiente contenido:

El nodo 7, escuchando el autobús, encuentra un comando dirigido a él. Escribe el ajuste del 50% en el registro correspondiente a la ranura 3, canal 2. Al mismo tiempo, el módulo AO genera la señal eléctrica requerida en la salida 2. Después de lo cual el nodo 7 envía al controlador la confirmación de la ejecución exitosa del comando.

El controlador recibe una respuesta del nodo 7 y considera que el comando se ha completado. Este es sólo un diagrama simplificado de cómo interactúa el controlador con los nodos de E/S. En los sistemas de control de procesos automatizados reales, junto con los comentados anteriormente, se utilizan muchos mensajes de diagnóstico, control y servicio. Aunque el principio de "solicitud-respuesta" ("comando-confirmación") en sí, implementado en la mayoría de los protocolos de campo, permanece sin cambios.

Recordemos una vez más que, junto con el circuito de entrada/salida comentado anteriormente, el sistema de control automatizado de procesos puede utilizar circuitos de entrada/salida a través de módulos de señal instalados directamente en las ranuras (o en el perfil del carril) del PLC (sin utilizar circuitos distribuidos). estaciones periféricas).

2.2 Procesamiento de señales analógicas durante la entrada al controlador

Para introducir una señal analógica en el controlador y su posterior procesamiento, ésta debe estar digitalizada, es decir, convertido a código digital. El proceso de procesamiento de señales de un sensor analógico para su uso en un controlador se muestra esquemáticamente en la Figura 6.

Fig.6 Circuito de procesamiento de señal analógica cuando se ingresa al controlador.

Las señales de los sensores se llevan a un nivel estandarizado (4 – 20 mA, 0 – 10 V) mediante convertidores normalizadores (NC) y pasan por una etapa de filtrado analógico. Los filtros analógicos eliminan el ruido de alta frecuencia que puede ser causado, por ejemplo, por interferencias electromagnéticas durante la transmisión de señales a través de un cable.

Cabe señalar que la señal debe filtrarse del ruido de alta frecuencia antes del procesamiento digital en el controlador. Esto es una condición necesaria selección correcta del período de muestreo al ingresar una señal. El hecho es que para una restauración adecuada de la señal analógica original a partir de datos discretos, la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia más alta en la descomposición espectral de la señal de entrada (la composición espectral se puede obtener como resultado de la descomposición de la señal en una serie de Fourier). A una frecuencia de muestreo más baja, aparecerá un componente falso (la llamada pseudofrecuencia) en la señal reconstruida, que no se puede detectar ni eliminar en la etapa de procesamiento digital. La presencia de ruido de alta frecuencia requerirá una frecuencia de muestreo muy alta (frecuencia de muestreo del sensor), lo que cargará innecesariamente el controlador.

Las señales filtradas de los sensores se envían a un multiplexor analógico, cuyo objetivo principal es conectar secuencialmente señales de N sensores a un dispositivo de almacenamiento de muestras (SSD) y un convertidor analógico a digital (ADC) para su posterior procesamiento. Este esquema le permite reducir significativamente el costo total del sistema de entrada debido al uso de solo un UVH y ADC para todos los canales de entrada analógicos. El UVH recuerda el valor instantáneo de la señal en el momento en que se conecta el sensor y lo mantiene constante en su salida durante la conversión al ADC.

En el controlador se comprueba la plausibilidad física de la señal digital introducida y, si es necesario, pasa por una etapa de filtrado digital (software).

¿Está el circuito de control en modo de recopilación de datos. En este caso, se conecta con el proceso tecnológico de la manera elegida por el ingeniero de procesos.

La conexión se realiza mediante emparejamiento con un objeto (OSU). Los valores medidos se convierten a formato digital. Estas cantidades se convierten a unidades utilizando las fórmulas apropiadas. Por ejemplo, para calcular la temperatura medida mediante un termopar se puede utilizar la fórmula T = A * U2 + B * U + C, donde U es el voltaje a la salida del termopar; A, B y C son coeficientes. Los resultados del cálculo se registran mediante dispositivos de salida para el estudio posterior del proceso tecnológico en diversas condiciones. En base a esto, es posible construir o perfeccionar un modelo matemático del proceso controlado.

Este modo no tiene un impacto directo en el proceso tecnológico. Aquí encontré un enfoque cauteloso para la implementación de métodos de control en sistemas de control de procesos automatizados. Sin embargo, este esquema se utiliza como uno de los subcircuitos de control obligatorios en otros esquemas de control de procesos más complejos.

En este esquema, el sistema de control de procesos opera al ritmo del proceso tecnológico. El circuito de control está abierto, es decir, las salidas del sistema de control de procesos no están conectadas a los órganos que controlan los procesos tecnológicos. operador-tecnólogo recibir recomendaciones de una computadora.

Todas las acciones de control necesarias son calculadas por la computadora de acuerdo con el modelo del proceso tecnológico, los resultados del cálculo se proporcionan al operador en formulario impreso(o en forma de mensajes en la pantalla) El operador controla el proceso cambiando la configuración.

Los reguladores son medios para mantener un control óptimo del proceso. El operador desempeña el papel de monitor y administrador, cuyos esfuerzos el sistema automatizado de control de procesos dirige de forma continua y precisa para optimizar la ejecución del proceso tecnológico.
La principal desventaja de este esquema de control es la presencia de una persona en la cadena de control. Con una gran cantidad de variables de entrada y salida, dicho esquema de control no se puede utilizar debido a las capacidades psicofísicas limitadas de una persona. Sin embargo, este tipo de control también tiene ventajas. Satisface un enfoque cauteloso hacia los nuevos métodos de gestión.

Modo asesor Proporciona buenas oportunidades para probar nuevos modelos de procesos. El sistema de control de procesos puede monitorear la aparición de situaciones de emergencia, de modo que el operador puede prestar más atención al trabajo con las instalaciones, y el sistema de control de procesos puede monitorear un mayor número de situaciones de emergencia que el operador.

Gestión de supervisión.

En este esquema, el sistema de control de procesos se utiliza en un circuito cerrado, es decir, la configuración de los controladores la especifica directamente el sistema.

1. Gestión de transporte automatizado y almacén. En un sistema de este tipo, el ordenador emite las direcciones de las células de estantería y el sistema de automatización local de los transelevadores procesa su movimiento de acuerdo con estas direcciones.
2. Gestión de hornos de fusión. La computadora genera valores de referencia para controlar los modos de funcionamiento de los hornos eléctricos y la automatización local, basada en comandos de computadora, controla los interruptores del transformador.
3. Máquinas herramienta con control numérico.

Control digital directo.

en modo control digital directo(NTS) utilizadas para accionar los elementos de control provienen del sistema de control de procesos y los reguladores están completamente excluidos del sistema de control. Los reguladores son ordenadores analógicos que resuelven una única ecuación en tiempo real, por ejemplo este tipo:

donde y puede indicar la posición de la válvula; k0, k1, k2, k3 – parámetros de configuración, gracias a los cuales el regulador se puede configurar para funcionar en varios modos; X – la diferencia entre el valor medido y el punto de ajuste. Si X no es =0, entonces es necesario mover el cuerpo de control para llevar el proceso al modo especificado.

Si el regulador usa los primeros dos términos de la ecuación para su operación, entonces se llama. Si se usan los primeros tres términos, entonces el regulador es proporcional-integral, y si son todos los términos de la ecuación, entonces el regulador es proporcional-integral-derivada.

El concepto NCU le permite reemplazar reguladores con un punto de ajuste preestablecido. Se calculan los impactos reales, que se transmiten directamente a los organismos de control en forma de señales adecuadas. El diagrama NCU se muestra en la figura:

Designaciones introducidas:
OO - objeto gestionado
D-sensor.

Las configuraciones son ingresadas en el ACS por el operador o la computadora que realiza cálculos para optimizar el proceso. El operador debe poder cambiar la configuración, controlar algunas variables seleccionadas, cambiar los rangos de cambios permitidos en las variables medidas, cambiar la configuración , y también debe tener acceso al programa de control. Una de las principales ventajas del modo NCU es la capacidad de cambiar los algoritmos de control realizando cambios en el programa de control. La principal desventaja del esquema de control digital directo es la posibilidad de que el sistema falle en caso de falla de la computadora.

EN vista general El diagrama de bloques de un sistema de control automático de circuito único se presenta en la Figura 1.1. Un sistema de control automático consta de un objeto de automatización y un sistema de control para este objeto. Gracias a una cierta interacción entre el objeto de automatización y el circuito de control, el sistema de automatización en su conjunto proporciona el resultado requerido del funcionamiento del objeto, caracterizando sus parámetros y características de salida.

Todo proceso tecnológico se caracteriza por determinadas cantidades físicas (parámetros). Para el progreso racional del proceso tecnológico, algunos de sus parámetros deben mantenerse constantes y otros deben modificarse de acuerdo con una ley determinada. Al operar un objeto controlado por un sistema de automatización, la tarea principal es mantener condiciones racionales para el proceso tecnológico.

Consideremos los principios básicos de la construcción de estructuras de sistemas de control automático locales. Con el control automático, por regla general, se resuelven tres tipos de problemas.

El primer tipo de tarea incluye mantener uno o más parámetros tecnológicos en un nivel determinado. Sistemas de control automático, resolución de problemas Este tipo se llama sistemas de estabilización. Ejemplos de sistemas de estabilización incluyen sistemas para regular la temperatura y la humedad en unidades de aire acondicionado, presión y temperatura del vapor sobrecalentado en calderas, velocidad en vapor y turbinas de gas, motores eléctricos, etc.

El segundo tipo de tarea implica mantener correspondencia entre dos cantidades dependientes o una dependiente y otra independiente. Los sistemas que regulan las proporciones se denominan sistemas de seguimiento automático, por ejemplo, sistemas automáticos para regular la relación "combustible - aire" en el proceso de combustión de combustible o la relación "flujo de vapor - flujo de agua" cuando se alimentan las calderas con agua, etc.

El tercer tipo de problema implica cambiar una variable controlada a lo largo del tiempo de acuerdo con una ley determinada. Los sistemas que resuelven este tipo de problemas se denominan sistemas de control de programas. Un ejemplo típico de este tipo de sistema es un sistema de control de temperatura en tratamiento térmico metal

EN últimos años Los sistemas automáticos extremos (de búsqueda) se utilizan ampliamente, proporcionando el máximo efecto positivo del funcionamiento de un objeto tecnológico con costos mínimos de materias primas, energía, etc.

Conjunto de medios técnicos con ayuda de los cuales una o más cantidades reguladas, sin la participación de un operador humano, se ajustan a sus valores constantes o especificados que varían según una determinada ley generando un impacto sobre las cantidades reguladas. como resultado de comparar sus valores reales con los dados, se denomina sistema de control automático (ACP) o sistema de control automático. De la definición se desprende que, en general, el ASR más simple debe incluir los siguientes elementos:

objeto de control (OU), caracterizado por una variable controlada x n. x(t);

un dispositivo de medición (MD) que mide la variable controlada y la convierte en una forma conveniente para una conversión adicional o para una transmisión remota;

un dispositivo maestro (SD), en el que se instala una señal de punto de ajuste que determina el valor establecido o la ley de cambio de la variable controlada;

un dispositivo de comparación (CD), en el que el valor real de la variable controlada x se compara con el valor prescrito g(t) y,

se detecta desviación (g(t)- x(t));

un dispositivo de control (RU), que genera, al recibir una desviación (ε) en su entrada, una acción regulatoria que debe aplicarse al objeto controlado para eliminar la desviación existente de la cantidad controlada x del valor prescrito g (t);

mecanismo actuador (AM). A la salida del reactor, el efecto regulador tiene poca potencia y se emite en una forma que generalmente no es adecuada para influir directamente sobre el objeto de regulación. Es necesario fortalecer el impacto regulatorio o transformarlo en una forma conveniente x p. Para ello se utilizan actuadores especiales, que son los dispositivos de salida del actuador del elemento regulador;

autoridad reguladora (RO). Los actuadores no pueden influir directamente en la variable controlada. Por tanto, los objetos de regulación cuentan con órganos reguladores especiales RO, a través de los cuales el IM influye en la variable regulada;

Líneas de comunicación a través de las cuales se transmiten señales de un elemento a otro en un sistema automático.

Como ejemplo, consideremos un diagrama de bloques más grande de control automático (Figura 1.1). En el diagrama, los parámetros de salida, el resultado de la operación del objeto controlado, se designan x 1, x 2, ……… x n. Además de estos parámetros principales, el funcionamiento de los objetos de automatización se caracteriza por una serie de parámetros auxiliares (y 1, y 2,.......yn), que deben monitorearse y regularse, por ejemplo, mantenerse constantes.

Figura 1.1. Diagrama de bloques de control automático.

Durante el funcionamiento el objeto de control recibe influencias perturbadoras f1.... fn, provocando desviaciones de los parámetros x1.......xn de sus valores racionales. La información sobre los valores actuales x tek e y tek ingresa al sistema de control y se compara con sus valores prescritos (puntos de ajuste) g1......gn, como resultado de lo cual el sistema de control ejerce acciones de control E1. ....En el objeto, destinado a compensar las desviaciones de los parámetros de salida actuales de los valores dados.

Según la estructura de los sistemas de control automático de un objeto de automatización, en casos particulares pueden ser centralizados de un solo nivel, descentralizados de un solo nivel y de varios niveles. Al mismo tiempo, los sistemas de control de un solo nivel son sistemas en los que el objeto se controla desde un punto de control o desde varios independientes. Los sistemas de un solo nivel en los que el control se realiza desde un punto de control se denominan centralizados. Los sistemas de un solo nivel, en los que partes individuales de un objeto complejo se controlan desde puntos de control independientes, se denominan descentralizados.

2.2 Funcionalmente – esquemas tecnológicos Control automático

El diagrama funcional-tecnológico es el documento técnico principal que define la estructura de bloques funcionales de los dispositivos de las unidades y elementos del sistema de control automático, la regulación del proceso tecnológico (operaciones) y el control de sus parámetros, así como el equipamiento del objeto de control. con dispositivos y equipos de automatización. Los esquemas también suelen denominarse simplemente esquemas de automatización. La composición y las reglas de implementación están dictadas por los requisitos de las normas (ver Capítulo 1).

El diagrama de automatización funcional y tecnológica se realiza en un dibujo, en el que los símbolos representan equipos tecnológicos, líneas y tuberías de transporte, equipos de instrumentación y automatización, indicando las conexiones entre ellos. Los dispositivos auxiliares (fuentes de alimentación, relés, disyuntores, interruptores, fusibles, etc.) no se muestran en los diagramas.

Los diagramas de automatización funcional están relacionados con la tecnología de producción y el equipo tecnológico, por lo que el diagrama muestra la ubicación. Equipo tecnológico simplificado, no a escala, sino teniendo en cuenta la configuración real.

Además de los equipos tecnológicos, los diagramas de automatización funcional de acuerdo con las normas representan líneas de transporte para diversos fines de forma simplificada (dos líneas) y convencional (una sola línea).

Tanto la construcción como el estudio de circuitos. documentación técnica debe llevarse a cabo en una secuencia determinada.

Parámetros de proceso que están sujetos a control y regulación automática;

Estructura de gestión funcional;

Bucles de control;

Disponibilidad de protección y alarma y mecanismo de bloqueo aceptado;

Organización de puntos de control y gestión;

Medios técnicos Automatización, con cuya ayuda se resuelven las funciones de control, alarma, regulación automática y control.

Para hacer esto, necesita conocer los principios de la construcción de sistemas de control automático para el control de procesos e imágenes convencionales de equipos de proceso, tuberías, instrumentos y equipos de automatización, conexiones funcionales entre dispositivos individuales y equipos de automatización, y tener una idea de la naturaleza. del proceso tecnológico y la interacción de instalaciones individuales y unidades de equipos de proceso.

En un diagrama funcional, las líneas y tuberías de comunicación a menudo se muestran en un diagrama unifilar. La designación del medio transportado puede ser digital o alfanumérica. (Por ejemplo: 1.1 o B1). El primer número o letra indica el tipo de medio transportado y el número siguiente indica su finalidad. Las designaciones numéricas o alfanuméricas se presentan en los estantes de las líneas guía o encima de la línea de transporte (tubería) y, si es necesario, en las interrupciones de las líneas de transporte (en este caso, las designaciones aceptadas se explican en dibujos o en documentos de texto (ver tabla 1.1.). En los objetos tecnológicos se muestran aquellas válvulas de control y cierre, dispositivos tecnológicos que intervienen directamente en el monitoreo y control del proceso, así como los órganos de muestreo (sensores), cierre y regulación necesarios para determinar la ubicación relativa. de puntos de muestreo (lugares para instalar sensores), así como parámetros de medición o control (ver tabla 1.2).

Los dispositivos completos (máquinas de control centralizado, máquinas de control, semiconjuntos de telemecánica, etc.) se designan mediante un rectángulo de tamaños arbitrarios y dentro del rectángulo se indica el tipo de dispositivo (según la documentación del fabricante).

En algunos casos, algunos elementos del equipo tecnológico también se representan en diagramas en forma de rectángulos, indicando los nombres de estos elementos. Al mismo tiempo, junto a los sensores, selectivos, receptores y otros dispositivos de finalidad similar, se indica el nombre del equipo tecnológico al que pertenecen.

Tabla 1.1. Designación de líneas de tuberías de transporte según GOST 14.202 – 69

Tabla 1.2. Símbolos de accesorios tecnológicos.

Nombre	Designación según GOST 14.202 - 69
Válvula de compuerta de paso (compuerta)
Válvula operada eléctricamente
válvula de tres vías
válvula de seguridad
Válvula rotativa (válvula, compuerta)
Diafragma del actuador
Tabla 1.3. Elementos de conmutación eléctrica de salida.
Nombre	Designación según GOST 2.755 - 87
Contacto para conmutación de circuito de alta corriente (contactor contactor)
contacto normal
contacto normal

Para facilitar la lectura de los diagramas, se colocan flechas en las tuberías y otras líneas de transporte que indican la dirección del movimiento de la sustancia.

En el diagrama funcional-tecnológico, así como en la imagen de la tubería por donde la sustancia sale de este sistema, se realiza la inscripción correspondiente, por ejemplo: “Desde el taller de absorción”, “Desde las bombas”, “A la polimerización circuito".

Figura 1.2. Imagen de sensores y dispositivos de muestreo (fragmento)

Los símbolos gráficos convencionales de los equipos de automatización se dan en las tablas 1.2., 1.3., 1.4.. Los símbolos gráficos convencionales de los equipos eléctricos utilizados en los diagramas funcionales de automatización deben representarse de acuerdo con las normas (Tabla 1.3.). Si no existen símbolos estándar para ningún dispositivo automático, debe adoptar sus propios símbolos y explicarlos mediante una inscripción en el diagrama. El grosor de las líneas de estas designaciones debe ser de 0,5 a 0,6 mm, excepto la línea divisoria horizontal en la imagen simbólica del dispositivo instalado en el cuadro de distribución, cuyo grosor es de 0,2 a 0,3 mm.

El dispositivo de muestreo para todos los dispositivos conectados permanentemente no tiene una designación especial, sino que es una línea delgada y continua que conecta la tubería de proceso o el aparato con el dispositivo (Fig. 1.2. Dispositivos 2 y 3a). Si es necesario indicar la ubicación exacta del dispositivo de muestreo o punto de medición (dentro de la designación gráfica del aparato tecnológico), al final se representa en negrita un círculo con un diámetro de 2 mm (Fig. 1.2 dispositivos 1 y 4a ).

Tabla 2.4. Símbolos gráficos convencionales de equipos y dispositivos de automatización.

Nombre	Símbolo según GOST 21.404 - 85
Transductor de medida primario (sensor) o dispositivo instalado localmente (en una línea de producción, aparato, pared, piso, columna, estructura metálica). Básico Aceptable
Dispositivo instalado en un panel, consola Básico Permitido
Dispositivo de muestreo sin conexión permanente del dispositivo.
Mecanismo de accionamiento
Cambio de pista
Campana eléctrica, sirena, bocina.
Calentador eléctrico: a) resistencia, c) inducción
Dispositivo de grabación
Lámpara incandescente, descarga de gas (señal)
Máquina eléctrica trifásica (M – motor, G – generador)
Máquina eléctrica de CC (motor M, generador G)

Para obtener una designación completa (de libre lectura) de un dispositivo u otro dispositivo de automatización, se ingresa un símbolo de letra en su imagen gráfica convencional en forma de círculo u óvalo, que determina el propósito, las funciones realizadas, las características y los parámetros de funcionamiento. En este caso, la ubicación de la letra determina su significado. Así, las letras dadas en la Tabla 1.5 son los principales parámetros y funciones, y las letras dadas en la Tabla 1.6 especifican la función o parámetro.

Tabla 1.5. Designación de los principales parámetros medidos en esquemas de automatización.

Para designar el control manual se utiliza la letra H. Para designar cantidades no previstas por la norma se pueden utilizar letras de reserva: A, B, C, I, N, O, Y, Z (no se recomienda la letra X) . Las letras reservadas utilizadas deben ser descifradas por la inscripción en el campo libre del diagrama.

A continuación se muestran las designaciones para aclarar los valores de las cantidades medidas.

Tabla 1.6. Designaciones de letras adicionales

La letra utilizada para aclarar el valor medido se coloca después de la letra que indica el valor medido, por ejemplo P, D - diferencia de presión.

Las funciones que realizan los dispositivos para mostrar información se indican en letras latinas (ver Tabla 2.7).

Tabla 1.7. Designación de letras de función.

Además, se pueden utilizar designaciones con las letras E, G, V.

Todas las designaciones de letras anteriores se colocan en la parte superior del círculo que indica el dispositivo (dispositivo).

Si se utilizan varias letras para designar un dispositivo, entonces el orden de su disposición después de la primera, que indica el valor medido, debe ser, por ejemplo: TIR - un dispositivo para medir y registrar la temperatura, PR - un dispositivo para registrar la presión.

Al designar dispositivos fabricados en forma de bloques separados y destinados a operaciones manuales, la letra H se coloca en primer lugar.

Por ejemplo en la Fig. 1.2 muestra un diagrama de automatización que utiliza instrumentos de registro para temperatura y diferencia de presión, donde para formar un símbolo para el dispositivo (conjunto), el propósito funcional se indica en la parte superior del círculo y su designación de posición se coloca en la parte inferior de el círculo (alfabético - digital o digital - 1, 2, 4a, 4b, 3a, 3b). Por tanto, todos los elementos de un conjunto, es decir un grupo funcional de dispositivos (transductores de medida primarios, intermedios y transmisores, dispositivo de medición, dispositivo de regulación, actuador, cuerpo regulador) se designan con el mismo número. En este caso, el número 1 se asigna al primer conjunto (desde la izquierda), el número 2 al segundo, etc.

Para distinguir los elementos de un conjunto, se coloca un índice de letras al lado del número (no se recomiendan las letras Z y O, cuyo contorno es similar al contorno de los números): para el transductor primario (elemento sensible) - índice "a", para el transductor transmisor - "b" , en el dispositivo de medición - "in", etc. Por lo tanto, para un conjunto, la designación completa del transductor de medición primario será 1a, el transductor de medición transmisor 1b, el dispositivo de medición (secundario) 1c, etc. la altura del número es de 3,5 mm, la altura de la letra es de 2,5 mm.