BLOK DIJAGRAM I PRINCIP RADA ACS

Blok dijagram linije za pripremu margarina, koji prikazuje njen sastav, uključujući aktuatore i funkcionalno važne strukturne elemente, prikazan je na sl. 1.

Riža. 1.

Proces počinje selekcijom proizvoda na vagu za mast iz spremnika dezodorirane masti duž 12 linija i na vagu voda-mlijeko duž 4 linije. Operater upisuje recepte za obje vage, odnosno označava koju liniju i koliko proizvoda treba dodati na vagu. Nakon što je postavljanje na vagu završeno, komponente mast i voda-mlijeko se uzastopno pumpaju u mikser. Ispumpavanje je moguće samo kada je prihvatni spremnik prazan. Pumpanje se nastavlja dok se vaga ne isprazni. Nakon toga, druga serija komponenti počinje se učitavati na vagu. U miješalicama dolazi do zagrijavanja, ravnomjernog miješanja proizvoda i pumpanja u radni spremnik. Ako tijekom pumpanja razina proizvoda u radnom spremniku dosegne 95%, proces pumpanja se obustavlja. Iz radnog spremnika proizvod se visokotlačnom pumpom dovodi preko hladnjaka u kojem se kristalizira margarin i dekristalizatora do punionice.

IZRADA FUNKCIONALNOG DIJAGRAMA I OPIS GLAVNIH FUNKCIONALNIH JEDINICA ACS-a

Riža. 2.

Pomoću blok dijagrama (sl. 1, 2) nacrtat ćemo funkcionalni dijagram automatiziranog upravljačkog sustava.

Riža. 3.

MP - mikroprocesor; DAC - digitalno-analogni pretvarač; K - ventil; N - pumpa; SM - miješalica; RB - radni spremnik; DU - senzor razine; DD - senzor tlaka; DT - senzor temperature; DV - senzor težine; DVL - senzor vlage; KM - prekidač; ADC - analogno-digitalni pretvarač.

Riža. 4.

Koristi se kao uređaj za nadzor TP-a.

CPU:

AMD Athlon 64 X2 6000+ BOX, Windsor jezgra, frekvencija 3000 MHz, Socket AM2, L2 cache 2048 KB. Prosječni vijek trajanja - 100 000 sati.

Matična ploča:

Gigabyte GA-MA790X-DS4, AMD 790X, PCIe, PCI, 4x DDR2533/667/800, SLI/CrossFire. Prosječni vijek trajanja - 70080 sati.

Tvrdi disk: Seagate Barracuda ST3500320AS 500 GB, SATA II, 7200 rpm, 16MB. Prosječni vijek trajanja - 70080 sati.

LCD monitor:

Monitor 18.5" LCD Acer E-Machines E190HQVB, 16:9 HD, 5ms, 5000:1. Prosječni radni vijek - 60 000 sati.

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

Koristi se kao središnja procesorska jedinica.

Tvrtka: Siemens

Riža. 5. Mikroprocesor SIMATIC S7-300 - CPU 315-2 DP - PROFIBUS

Karakteristike:

1. Središnji procesor za izvršavanje srednjih i velikih programa.

2. Visoke performanse.

3. Ugrađeno PROFIBUS DP master/slave sučelje, servisiranje distribuiranih I/O sustava baziranih na PROFIBUS DP; Podrška za MPI sučelje.

4. Radna ugrađena memorija kapaciteta 128 KB, RAM (cca 43 K instrukcija); Učitava memorija - MMC 8 MB.

5. Fleksibilne mogućnosti proširenja; povezivanje do 32 modula S7-300 (konfiguracija u 4 reda).

6. Ulazni napon: 20,4 - 28,8 V; potrošnja struje: iz napajanja - 800 mA, potrošnja energije - 2,5 W.

7. CPU/vrijeme izvršenja: logičke operacije - 0,1 μs, operacije riječi - 0,2 μs, aritmetika s fiksnim zarezom - 2 μs, aritmetika s pomičnim zarezom - 3 μs.

8. Ugrađene komunikacijske funkcije: PG/OP komunikacijske funkcije, globalna razmjena podataka putem MPI-ja, standardne S7 komunikacijske funkcije, S7 komunikacijske funkcije (samo poslužitelj)

9. Funkcije sustava: CPU podržava širok raspon funkcija za dijagnostiku, podešavanje parametara, sinkronizaciju, alarm, mjerenje vremena, itd.

10. Prosječni radni vijek - 70080 sati.

3) DAC/ADC velike brzine s podrškom za SM 321

Koristi se kao pretvarač signala iz analognog u digitalni i obrnuto.

Tvrtka: Siemens

Riža. 6. DAC/ADC velike brzine

Karakteristike:

1. Broj ulaza - 32

2. Nazivni ulazni napon - DC 24V

3. Programabilno pojačanje kanala

4. Automatska kalibracija

5. Ukupna potrošnja struje - 35 mA

6. Potrošnja energije - 5,5W

7. Programabilni okidački krug

8. 16-bitni brojač (10 MHz)

9.Izlazni napon 10V

10. Prosječni vijek trajanja - ne manje od 87600 sati.

4) Senzor temperature s objedinjenim izlaznim signalom Metran-280-1

Koristi se kao mjerač temperature mješavine.

Tvrtka: Metran

Riža. 7. senzor temperature

Karakteristike:

1. Konvertibilni temperaturni raspon: -50…200 °C

2. 4-20 mA/HART izlazni signal

3. Digitalni prijenos informacija putem HART protokola

4. Daljinsko upravljanje i dijagnostika

5. Galvanska izolacija ulaza od izlaza

6. Povećana zaštita od elektromagnetskih smetnji

7. Minimalni podraspon mjerenja: 25 °C

8. Elektronski filter 50/60 Hz

9. Napon: 18 - 42 VDC

10. Snaga: 1,0W

11. Interval kalibracije - 1 godina

12. Prosječni vijek trajanja - ne manje od 43800 sati.

5) Rosemount 5300 senzor razine

Koristi se kao mjerač razine punjenja u miješalici.

Tvrtka: Metran

Riža. 8. Senzor razine

Karakteristike:

1. Mjerni mediji: tekući i rasuti

2. Mjerni raspon: 0,1 do 50m

3. Izlazni signali: 4F20 mA s digitalnim signalom temeljenim na HART ili Foundation™ Fieldbus protokolu

4. Dostupnost verzije otporne na eksploziju

5. Radna temperatura: do 150°C (302°F)

6.Potrošnja struje u stanju mirovanja: 21mA

7. Procesni tlak: od 0,1 do 34,5 MPa;

8. Relativna vlažnost zraka okoliš: do 100%

9. Stupanj zaštite od vanjskih utjecaja: IP 66, IP67 prema GOST 14254

10. Interval kalibracije - 1 godina

11. Prosječni vijek trajanja - 43800 sati.

6) Transmiter tlaka Rosemount 2088

Koristi se kao mjerač tlaka u radnom spremniku.

Tvrtka: Metran

automatski funkcionalni tehnološki margarin

Riža. 9.

Karakteristike:

1. Gornje granice mjerenja od 10,34 do 27579,2 kPa

2. Osnovna smanjena pogreška mjerenja ±0,075%; ±0,1%

3. Izlazni signali 4D20 mA/HART, 1D5 V/HART, 0,8D3,2 V/HART

4. Ponovno konfiguriranje mjernih raspona 20:1

5. Dodatno: LCD indikator, nosači, blokovi ventila

6. Raspon temperature okoline od 40 do 85°C; izmjereni medij od 40 do 121°S

7. Vrijeme odziva senzora ne više od 300 ms

8. Nestabilnost karakteristika ±0,1% od Pmax tijekom 1 godine

11. Prosječni vijek trajanja - 61320 sati.

7) Omron-D8M senzor težine

Koristi se kao mjerač težine proizvoda u miješalici.

Marka: Omron

Riža. 10.

Karakteristike:

2. Digitalni izlaz

3. Raspon radne temperature -10…+120°S

4. Gornja granica mjerenja: 60 MPa:

5. Nazivna sila: 200N

6. Ukupna smanjena pogreška, ne više od: 5%

7. Maksimalna potrošnja struje, ne više od:

8. Ulazni otpor kruga mosta, Ohm - 450±25,0

9. Izlazni otpor kruga mosta, Ohm - 400±4,0

10. Interval umjeravanja - 2 godine

11. Prosječni vijek trajanja - 52560 sati.

8) Senzor vlage Omron-4000-04

Koristi se kao mjerač vlage u radnom spremniku.

Marka: Omron

Riža. jedanaest.

Karakteristike:

1. Raspon izmjerene relativne vlažnosti: 0 - 100%

2. Izlazni signal - napon

3. Vrijeme odziva - 15 s

4. Nazivna izlazna struja - 0,05mA

5. Raspon izlaznog napona: 0,8 - 3,9V

7. SIP kućište 1,27 mm

8. Interval umjeravanja - 2 godine

9. Prosječni vijek trajanja - 43800 sati.

Koristi se kao pokretač za doziranje komponenti u sustavu.

Tvrtka: KZMEM

Riža. 12.

Karakteristike:

1. Vrsta kućišta - prolazna, lijevana (mjed)

2. Radni tlak: 0 - 0,1MPa

3. Spojna veza

5. Potrošnja energije - 0,15W

6. Broj operacija - ne manje od 500.000

7. Vrijeme odziva - ne više od 1 s

8. Prosječni vijek trajanja - 26280 sati.

Koristi se kao uređaj za pumpanje komponenti u sustavu.

Firma: Grundfos

Riža. 13.

Karakteristike:

1. Radni volumen od 0,12 do 0,34 cm 3 /okr

2. Radni tlak do 70 MPa

3. Brzina vrtnje od 500 do 3600 okretaja u minuti

Koristi se kao uređaj za miješanje komponenti u sustavu.

Firma: "utjelovljenje"

Riža. 14.

Karakteristike:

1. Težina - ne više od 215 kg

2. Radni kapacitet spremnika - 156 l

3. Tehnička produktivnost - ne više od 950 l / h

4. Instalirana snaga - ne više od 3 kW

5. Frekvencija - 50 Hz

6. Prosječni vijek trajanja - 35040 sati.

12) Spremnik od nehrđajućeg čelika

Koristi se kao uređaj za pripremu proizvoda.

Firma: Jedinstveni

Riža. 15.

Karakteristike:

1. Zapremina spremnika - 300 l

2. Maksimalna radna temperatura - 120 C

3. Maksimalni radni tlak - 10 bara

4. Prosječni vijek trajanja - 26280 sati.

Za opće upoznavanje sa sustavom, dan je blok dijagram (slika 6.2). Strukturna shema - ovo je dijagram koji definira glavne funkcionalne dijelove proizvoda, njihovu svrhu i odnose.

Struktura - to je zbirka dijelova automatizirani sustav, na koje se može podijeliti prema određenom kriteriju, kao i načinima prijenosa utjecaja između njih. Općenito, bilo koji sustav može se predstaviti sljedećim strukturama:

• ? konstruktivan - kada svaki dio sustava predstavlja samostalnu konstruktivnu cjelinu;
• ? funkcionalan - kada je svaki dio sustava dizajniran za obavljanje određene funkcije (potpune informacije o funkcionalnoj strukturi koja ukazuje na regulacijske petlje dane su u dijagramu automatizacije);

Riža. 6.2.

? algoritamski - kada je svaki dio sustava dizajniran za izvođenje određenog algoritma za transformaciju ulazne veličine, koji je dio operativnog algoritma.

Treba napomenuti da za jednostavne objekte automatizacije blok dijagrami možda neće biti navedeni.

Zahtjevi za ove sheme utvrđeni su RTM 252.40 „Automatizirani sustavi upravljanja procesima. Strukturni dijagrami upravljanja i kontrole.” Prema ovom dokumentu, konstruktivni blok dijagrami sadrže: tehnološke podjele objekta automatizacije; bodova

kontrolu i upravljanje, uključujući one koji nisu uključeni u projekt koji se razvija, ali su povezani s projektiranim sustavom; tehničko osoblje i službe koje osiguravaju operativno upravljanje i normalno funkcioniranje tehnološkog objekta; glavne funkcije i tehnička sredstva koja osiguravaju njihovu provedbu na svakoj točki upravljanja i upravljanja; odnosi između dijelova objekta automatizacije.

Elementi strukturnog dijagrama prikazani su u obliku pravokutnika. Pojedine funkcionalne službe i dužnosnici mogu biti prikazani u krugu. Unutar pravokutnika otkriva se struktura ovog područja. Funkcije automatiziranog sustava upravljanja procesima označene su simbolima čije je tumačenje dano u tablici iznad glavnog natpisa po širini natpisa. Odnos između elemenata strukturnog dijagrama prikazan je punim linijama, spajanje i grananje - isprekidanim linijama. Debljina linija je sljedeća: konvencionalne slike - 0,5 mm, komunikacijske linije - 1 mm, ostale - 0,2 ... 0,3 mm. Dimenzije elemenata strukturnih dijagrama nisu regulirane i odabiru se prema vlastitom nahođenju.

Primjer (slika 6.2) prikazuje fragment implementacije projektne sheme za upravljanje i nadzor uređaja za pročišćavanje vode. Donji dio otkriva tehnološke podjele automatizacije; u pravokutnicima srednjeg dijela - glavne funkcije i tehnička sredstva lokalnih kontrolnih točaka za jedinice; u gornjem dijelu - funkcije i tehnička sredstva centralizirane kontrolne točke stanice. Budući da dijagram zauzima nekoliko listova, naznačeni su prijelazi komunikacijskih linija na sljedeće listove i prikazan je prekid u pravokutniku, otkrivajući strukturu objekta automatizacije.

Na komunikacijskim linijama između pojedinih elemenata upravljačkog sustava može se naznačiti smjer odaslanih informacija ili upravljačkih radnji; ako je potrebno, komunikacijske linije mogu se označiti slovnim oznakama vrste komunikacije, na primjer: K - kontrola, C - alarm, DU - daljinski upravljač, AR - automatsko upravljanje, DS - dispečerska komunikacija, PGS - industrijska telefonska (zvučna) komunikacija itd.

1. Hijerarhijska trorazinska struktura automatiziranih sustava upravljanja procesima

Najčešće distribuirani automatizirani sustavi upravljanja procesima imaju trorazinsku strukturu. Primjer blok dijagrama kompleksa tehničkih sredstava takvog sustava prikazan je na slici 1.

Na vrhunskoj razini uz sudjelovanje operativnog osoblja rješavaju se zadaci dispečiranja procesa, optimizacija režima, proračun tehničkih i ekonomskih pokazatelja proizvodnje, vizualizacija i arhiviranje procesa, dijagnostika i korekcija softver sustava. Gornja razina automatiziranog sustava upravljanja procesima implementirana je na bazi poslužitelja, operaterskih (radnih) i inženjerskih stanica.

Na srednjoj razini- zadaci automatska kontrola i regulacija, pokretanje i isključivanje opreme, logičko-komandno upravljanje, hitna isključenja i zaštite. Srednja razina je implementirana na bazi PLC-a.

Donja (terenska) razina Automatizirani sustav upravljanja procesima osigurava prikupljanje podataka o parametrima tehnološkog procesa i stanju opreme te provodi kontrolne radnje. Glavna tehnička sredstva niže razine su senzori i aktuatori, distribuirane ulazno/izlazne stanice, starteri, krajnji prekidači i pretvarači frekvencije.

Sl. 1

2. I/O razina (razina polja)

Ulazni signali sa senzora i upravljačke radnje na aktuatorima mogu se dostaviti izravno u PLC (dolaze iz PLC-a). Međutim, ako TOU ima značajan teritorijalni opseg, to će zahtijevati dugačke kabelske linije od svakog uređaja do PLC-a. Takvo tehničko rješenje možda nije racionalno iz dva razloga:

• visoka cijena kabelskih proizvoda;
• povećanje razine elektromagnetskih smetnji s povećanjem duljine voda.

U takvoj situaciji, racionalnije je koristiti distribuirane periferne stanice smještene u neposrednoj blizini senzora i aktuatora. Takve stanice sadrže potrebne ulazne i izlazne module, kao i module sučelja za povezivanje s PLC-om putem digitalne sabirnice polja (na primjer, koristeći Profibus DP, ili Modbus RTU protokol). Digitalni prijenos svih signala provodi se preko jednog kabela s visokom razinom otpornosti na smetnje. Takozvani pametni senzori i aktuatori (koji uključuju kontrolere i druge jedinice koje omogućuju pretvaranje signala u digitalni oblik i provode razmjenu podataka putem fieldbusa) također se mogu izravno spojiti na fieldbus.

Pojednostavljeni I/O dijagram koji koristi distribuiranu perifernu stanicu prikazan je na slici 2. Profibus DP (Process field bus Distributed Periphery) sabirnica polja omogućuje povezivanje do 125 uređaja, do 32 po segmentu (PLC-ovi, distribuirane periferne stanice, pametni senzori i aktuatori). Distribuirana rubna stanica sastoji se od tri glavne komponente:

• temeljnu ploču (Baseplate), na koju se u posebne utore ugrađuju I/O moduli i moduli sučelja, ili posebnu profilnu šinu na koju se montiraju moduli;
• ulazno/izlazni moduli (I/O moduli);
• Moduli sučelja koji omogućuju razmjenu podataka s PLC-om putem digitalne sabirnice polja.

Riža. 2

Broj utora za ugradnju modula može biti različit (najčešće od 2 do 16). Krajnji lijevi utor obično se koristi za instaliranje modula sučelja. Napajanje se može instalirati na osnovnu ploču ili se može koristiti zasebna (vanjska) jedinica. Unutar bazne ploče prolaze dvije sabirnice: jedna služi za napajanje instaliranih modula; drugi je za razmjenu informacija između modula.

Slika 3 prikazuje fotografiju Eurotherm modela 2500 distribuiranog ulazno/izlaznog čvora. Osnovna ploča sadrži 8 ulazno/izlaznih modula i Profibus DP modul sučelja, a napajanje je vanjsko. Slika 4 prikazuje fotografiju distribuirane periferne stanice Siemens ET 200M. Osnovna ploča sadrži 6 signalnih modula (ulazni/izlazni moduli), 1 Profibus DP modul sučelja (krajnje lijevo) i napajanje.

sl.3

sl.4

2.1 Signalni moduli (ulazni/izlazni moduli)

I/O moduli dolaze u 4 vrste:

1) Moduli analognog ulaznog signala (AI, analogni ulaz). Oni primaju električne signale jedinstvenog raspona od senzora spojenih na njegove ulaze, na primjer:

• 0-20 ili 4-20 mA (strujni signal);
• 0-10 V ili 0-5 V (potencijalni signal);
• Signali termoelementa (TC) mjere se u milivoltima;
• signale iz uređaja za toplinski otpor (RTD).

Recimo da imamo senzor tlaka s rasponom mjerenja od 0-6 bara i izlaznom strujom od 4-20 mA. Senzor mjeri tlak P koji trenutno iznosi 3 bara. Budući da senzor linearno pretvara izmjerenu vrijednost tlaka u trenutni signal, izlaz senzora će biti:

Ulaz AI signalnog modula, konfiguriran za iste raspone (4-20 mA i 0-6 bara), prihvaća signal od 12 mA i radi obrnutu konverziju:

Usklađivanje raspona električnog signala između ulaza modula i izlaza senzora spojenog na njega obavezno je za ispravan rad sustava.

2) Moduli diskretnih ulaznih signala (DI, diskretni ulaz). Oni primaju diskretni električni signal od senzora, koji može imati samo dvije vrijednosti: 0 ili 24 V (u rijetkim slučajevima 0 ili 220 V). Ulaz DI modula također može reagirati na zatvoreni/otvoreni kontakt u krugu spojenom na njega. Kontaktni senzori, tipke za ručno upravljanje, statusni signali iz alarmnih sustava, pogona, uređaja za pozicioniranje itd. obično se spajaju na DI.

Recimo da imamo pumpu. Kada ne radi, njegov statusni (izlazni) kontakt je otvoren. Odgovarajući digitalni ulaz DI signalnog modula je u stanju "0". Čim se crpka pokrene, njen statusni kontakt se zatvara i napon od 24 V ide na ulazne stezaljke DI. Modul, primivši napon na diskretnom ulazu, prebacuje ga u stanje "1".

3) Diskretni izlazni signalni moduli (DO, diskretni izlaz). Ovisno o unutarnjem logičkom stanju izlaza ("1" ili "0"), postavlja napon na stezaljkama diskretnog izlaza na 24 V, odnosno 0 V. Postoji opcija kada modul, ovisno o logičkom stanju izlaza, jednostavno zatvara ili otvara unutarnji kontakt (relejni tip modula). DO moduli mogu upravljati aktuatorima, zapornim ventilima, svjetlosnim signalnim svjetlima, uključivati ​​zvučne alarme itd.

4) Moduli analognog izlaznog signala (AO, analogni izlaz) koriste se za opskrbu trenutnog upravljačkog signala aktuatorima s analognim upravljačkim signalom. Recimo da regulacijski ventil s 4-20 mA regulacijskim ulazom mora biti otvoren 50%. U ovom slučaju, struja I out dovodi se do odgovarajućeg izlaza AO, na koji je spojen ulaz ventila:

Pod utjecajem ulazne struje od 12 mA, ventil se pomiče do 50% otvorenosti.

Potreban je raspon električnog signala između izlaza modula i ulaza aktuatora spojenog na njega. Ulazno/izlazni modul karakterizira i njegov kapacitet kanala – broj ulaza/izlaza, a time i broj signalnih krugova koji se na njega mogu spojiti. Na primjer, AI4 modul je četverokanalni analogni ulazni modul. Na njega možete spojiti 4 senzora. DI16 je diskretni ulazni modul sa šesnaest kanala. Na njega možete spojiti 16 statusnih signala iz tehnoloških jedinica.

U moderni sustavi Raspored I/O modula na osnovnoj ploči nije striktno reguliran i mogu se postavljati bilo kojim redoslijedom. Međutim, jedan ili više utora obično su rezervirani za ugradnju komunikacijskog modula. Ponekad je moguće instalirati dva komunikacijska modula odjednom, koji rade paralelno. Ovo je učinjeno kako bi se poboljšala tolerancija grešaka I/O sustava.

Jedan od strogih zahtjeva za moderne I/O podsustave je mogućnost zamjene modula bez isključivanja napajanja (funkcija zamjene bez isključivanja).

Komunikacijski moduli omogućuju razmjenu podataka između PLC-ova, distribuiranih perifernih stanica, pametnih senzora i aktuatora. Moduli podržavaju jedan od komunikacijskih protokola:

• Profibus DP;
• Profibus PA;
• Modbus RTU;
• HART;
• MOŽE, itd.

Razmjena informacija obično se provodi pomoću mehanizma master-slave. Samo glavni uređaj na sabirnici može pokrenuti razmjenu podataka. Podređeni uređaji pasivno slušaju sve podatke koji teku sabirnicom i samo ako prime zahtjev od glavnog uređaja, šalju odgovor natrag. Svaki uređaj na sabirnici ima svoju jedinstvenu mrežnu adresu koja je neophodna za jedinstvenu identifikaciju. I/O čvorovi su obično podređeni uređaji, dok su kontroleri glavni uređaji.

Slika 5 prikazuje digitalnu sabirnicu polja koja kombinira jedan kontroler (s monitorom) i četiri I/O čvora. Svaki uređaj spojen na sabirnicu ima svoju jedinstvenu adresu. Neka, na primjer, PLC s adresom 1 želi očitati senzor tlaka. Senzor je spojen na distribuiranu perifernu stanicu s mrežnom adresom 5, na AI modul koji se nalazi u utoru 6, ulazni kanal 12. Zatim PLC generira i šalje sljedeći zahtjev putem sabirnice:

Riža. 5

Svaki čvor sluša sve zahtjeve na sabirnici. Čvor 5 prepoznaje da je zahtjev upućen njemu, očitava očitanje senzora i generira odgovor u obliku sljedeće poruke:

Kontroler, nakon što primi odgovor od podređenog uređaja, očitava podatkovno polje sa senzora i provodi odgovarajuću obradu. Recimo, na primjer, nakon obrade podataka, PLC generira upravljački signal za otvaranje ventila za 50%. Ulaz upravljanja ventilom povezan je s drugim kanalom AO modula koji se nalazi u utoru 3 čvora 7. PLC generira naredbu sljedećeg sadržaja:

Čvor 7, slušajući sabirnicu, nailazi na naredbu upućenu njemu. Zapisuje postavku od 50% u registar koji odgovara utoru 3, kanal 2. U isto vrijeme, AO modul generira potrebni električni signal na izlazu 2. Nakon čega čvor 7 šalje kontroleru potvrdu o uspješnom izvršenju naredbe.

Kontroler prima odgovor od čvora 7 i smatra da je naredba izvršena. Ovo je samo pojednostavljeni dijagram interakcije kontrolera s I/O čvorovima. U stvarnim automatiziranim sustavima upravljanja procesima, uz gore navedene, koriste se mnoge dijagnostičke, upravljačke i servisne poruke. Iako sam princip "zahtjev-odgovor" ("naredba-potvrda"), implementiran u većini terenskih protokola, ostaje nepromijenjen.

Prisjetimo se još jednom da, zajedno s gore razmotrenim ulazno/izlaznim krugom, automatizirani sustav upravljanja procesom može koristiti ulazno/izlazne krugove putem signalnih modula instaliranih izravno u utore (ili na profilnu šinu) PLC-a (bez korištenja distribuiranog periferne stanice).

2.2 Obrada analognih signala tijekom unosa u regulator

Za unos analognog signala u regulator i njegovu kasniju obradu potrebno ga je digitalizirati, tj. pretvoren u digitalni kod. Proces obrade signala iz analognog senzora za korištenje u regulatoru shematski je prikazan na slici 6.

sl.6 Krug za obradu analognog signala kada se unese u regulator

Signali sa senzora dovode se na standardiziranu razinu (4 – 20 mA, 0 – 10 V) normalizirajućim pretvaračima (NC) i prolaze kroz stupanj analognog filtriranja. Analogni filtri uklanjaju visokofrekventni šum koji može biti uzrokovan, primjerice, elektromagnetskim smetnjama tijekom prijenosa signala kroz kabel.

Treba napomenuti da se signal mora filtrirati od visokofrekventnog šuma prije digitalne obrade u regulatoru. Ovo je nužan uvjet ispravan odabir perioda uzorkovanja prilikom unosa signala. Činjenica je da za odgovarajuću obnovu izvornog analognog signala iz diskretnih podataka, frekvencija uzorkovanja mora biti najmanje dvostruko veća od najveće frekvencije u spektralnoj dekompoziciji ulaznog signala (spektralni sastav se može dobiti kao rezultat dekompozicije signala na Fourierov niz). Pri nižoj frekvenciji uzorkovanja u rekonstruiranom signalu pojavit će se lažna komponenta (tzv. pseudofrekvencija) koja se ne može detektirati i eliminirati u fazi digitalne obrade. Prisutnost visokofrekventnog šuma zahtijevat će vrlo visoku stopu uzorkovanja (brzina uzorkovanja senzora), što će nepotrebno opteretiti regulator.

Filtrirani signali iz senzora dovode se u analogni multiplekser, čija je glavna svrha sekvencijalno povezivanje signala iz N senzora s uređajem za pohranu uzoraka (SSD) i analogno-digitalnim pretvaračem (ADC) za daljnju obradu. Ova shema omogućuje značajno smanjenje ukupnih troškova ulaznog sustava zbog upotrebe samo jednog UVH i ADC za sve analogne ulazne kanale. UVH pamti trenutnu vrijednost signala u trenutku kada je senzor spojen i održava je konstantnom na svom izlazu tijekom pretvorbe u ADC.

U regulatoru se uneseni digitalni signal provjerava na fizičku vjerodostojnost i po potrebi prolazi kroz fazu digitalnog (softverskog) filtriranja.

Je li upravljački krug uključen način prikupljanja podataka. U tom slučaju se povezuje s tehnološkim procesom na način koji odabere tehnolog.

Veza se ostvaruje kroz uparivanje s objektom (USO). Izmjerene vrijednosti se pretvaraju u digitalni oblik. Ove se količine pretvaraju u jedinice pomoću odgovarajućih formula. Na primjer, za izračunavanje temperature izmjerene pomoću termoelementa, može se koristiti formula T = A * U2 + B * U + C, gdje je U napon na izlazu termoelementa; A, B i C su koeficijenti. Rezultati proračuna bilježe se izlaznim uređajima za naknadno proučavanje tehnološkog procesa u različitim uvjetima. Na temelju toga moguće je izgraditi ili doraditi matematički model kontroliranog procesa.

Ovaj način rada nema izravan utjecaj na tehnološki proces. Ovdje sam pronašao oprezan pristup implementaciji metoda upravljanja u automatiziranim sustavima upravljanja procesima. Međutim, ova se shema koristi kao jedan od obveznih kontrolnih podkruga u drugim složenijim shemama upravljanja procesima.

U ovoj shemi sustav upravljanja procesom radi u skladu s tempom tehnološkog procesa. Upravljački krug je otvoren, odnosno izlazi sustava upravljanja procesima nisu povezani s tijelima koja upravljaju tehnološkim procesima. operater-tehnolog primanje preporuka s računala.

Sve potrebne kontrolne radnje izračunava računalo u skladu s modelom tehnološkog procesa, rezultati proračuna dostavljaju se operateru u tiskani obrazac(ili u obliku poruka na displeju) Operater kontrolira proces promjenom postavki.

Regulatori su sredstva za održavanje optimalne kontrole procesa. Operater ima ulogu monitora i upravitelja čije napore automatizirani sustav upravljanja procesima kontinuirano i precizno usmjerava na optimizaciju izvođenja tehnološkog procesa.
Glavni nedostatak ove sheme kontrole je prisutnost osobe u lancu kontrole. Uz veliki broj ulaznih i izlaznih varijabli ovakva shema upravljanja se ne može koristiti zbog ograničenih psihofizičkih mogućnosti osobe. Međutim, ova vrsta kontrole ima i prednosti. Zadovoljava oprezan pristup novim metodama upravljanja.

Način savjetnika pruža dobre mogućnosti za testiranje novih modela procesa. Sustav upravljanja procesima može pratiti nastanak izvanrednih situacija, tako da operater može više pažnje posvetiti radu s instalacijama, a sustav upravljanja procesima može pratiti veći broj izvanrednih situacija od operatera.

Nadzorni menadžment.

U ovoj se shemi sustav upravljanja procesom koristi u zatvorenoj petlji, tj. postavke regulatora specificira izravno sustav.

1. Upravljanje automatiziranim transportom i skladištenjem. U takvom sustavu računalo izdaje adrese ćelija regala, a lokalni sustav automatizacije dizalica slagača obrađuje njihovo kretanje u skladu s tim adresama.
2. Upravljanje peći za taljenje. Računalo generira zadane vrijednosti za kontrolu načina rada električnih peći, a lokalna automatizacija, na temelju računalnih naredbi, upravlja transformatorskim sklopkama.
3. Alatni strojevi s numeričkim upravljanjem.

Izravna digitalna kontrola.

U načinu rada izravno digitalno upravljanje(NTS) signali kojima se aktiviraju regulacijski elementi dolaze iz sustava upravljanja procesom, a regulatori su potpuno isključeni iz sustava upravljanja. Regulatori su analogna računala koja rješavaju jednu jednadžbu u stvarnom vremenu, na primjer ove vrste:

gdje y može označavati položaj ventila; k0, k1, k2, k3 – parametri podešavanja, zahvaljujući kojima se regulator može konfigurirati za rad u različitim načinima rada; X – razlika između izmjerene vrijednosti i zadane vrijednosti. Ako X nije =0, tada je potrebno pomicanje kontrolnog tijela kako bi se proces doveo u navedeni način rada.

Ako regulator za svoj rad koristi prva dva člana jednadžbe, tada se naziva. Ako se koriste prva tri člana, tada je regulator proporcionalno-integralni, a ako su svi članovi jednadžbe, tada je regulator proporcionalna-integralna-derivacija.

NCU koncept omogućuje vam zamjenu regulatora s unaprijed postavljenom zadanom točkom. Izračunavaju se stvarni utjecaji koji se u obliku odgovarajućih signala prenose izravno kontrolnim tijelima. NCU dijagram je prikazan na slici:

Uvedene oznake:
OO - upravljani objekt
D – senzor.

Postavke u ACS unosi operater ili računalo koje izvodi izračune za optimizaciju procesa.Operater mora biti u mogućnosti mijenjati postavke, kontrolirati neke odabrane varijable, mijenjati raspone dopuštenih promjena mjernih varijabli, mijenjati postavke , a mora imati i pristup kontrolnom programu. Jedna od glavnih prednosti NCU načina je mogućnost promjene algoritama upravljanja unošenjem izmjena u program upravljanja. Glavni nedostatak izravne digitalne sheme upravljanja je mogućnost rada sustava u slučaju kvara računala.

U opći pogled Blok dijagram jednokružnog sustava automatskog upravljanja prikazan je na slici 1.1. Sustav automatskog upravljanja sastoji se od objekta automatizacije i sustava upravljanja za ovaj objekt. Zahvaljujući određenoj interakciji između objekta automatizacije i upravljačkog kruga, sustav automatizacije u cjelini osigurava traženi rezultat rada objekta, karakterizirajući njegove izlazne parametre i karakteristike.

Svaki tehnološki proces karakteriziraju određene fizikalne veličine (parametri). Za racionalno odvijanje tehnološkog procesa neke njegove parametre potrebno je održavati konstantnima, a neke mijenjati po određenoj zakonitosti. Kada upravljate objektom kojim upravlja sustav automatizacije, glavni zadatak je održavanje racionalnih uvjeta za tehnološki proces.

Razmotrimo osnovne principe izgradnje struktura lokalnih sustava automatskog upravljanja. Automatskom regulacijom u pravilu se rješavaju tri vrste problema.

Prva vrsta zadatka uključuje održavanje jednog ili više tehnoloških parametara na zadanoj razini. Sustavi automatskog upravljanja, rješavanje problema Ova vrsta se naziva stabilizacijskim sustavima. Primjeri stabilizacijskih sustava uključuju sustave za regulaciju temperature i vlage u klima uređajima, tlak i temperaturu pregrijane pare u kotlovskim jedinicama, brzinu u pari i plinske turbine, elektromotori itd.

Drugi tip zadatka uključuje održavanje korespondencije između dvije zavisne ili jedne zavisne i drugih neovisnih veličina. Sustavi koji reguliraju omjere nazivaju se sustavi automatskog praćenja, na primjer, automatski sustavi za regulaciju omjera "gorivo - zrak" u procesu izgaranja goriva ili omjera "protok pare - protok vode" prilikom napajanja kotlova vodom itd.

Treća vrsta problema uključuje promjenu kontrolirane količine tijekom vremena prema određenom zakonu. Sustavi koji rješavaju ovu vrstu problema nazivaju se programski upravljački sustavi. Tipičan primjer ove vrste sustava je sustav kontrole temperature na toplinska obrada metal

U posljednjih godina Naširoko se koriste ekstremni (pretraživački) automatski sustavi koji osiguravaju maksimalan pozitivan učinak funkcioniranja tehnološkog objekta uz minimalne troškove sirovina, energije itd.

Skup tehničkih sredstava uz pomoć kojih se jedna ili više reguliranih veličina, bez sudjelovanja čovjeka operatera, dovodi u suglasnost sa svojim stalnim ili specificiranim vrijednostima koje se mijenjaju prema određenom zakonu stvaranjem utjecaja na regulirane veličine. kao rezultat usporedbe njihovih stvarnih vrijednosti sa zadanim, naziva se automatski sustav upravljanja ( ACP) ili automatski sustav upravljanja. Iz definicije proizlazi da, općenito, najjednostavniji ASR treba uključivati ​​sljedeće elemente:

kontrolni objekt (OU), karakteriziran kontroliranom varijablom x n. x(t);

mjerni uređaj (MD) koji mjeri kontroliranu varijablu i pretvara je u oblik pogodan za daljnju pretvorbu ili za daljinski prijenos;

glavni uređaj (SD), u koji je ugrađen signal zadane vrijednosti koji određuje zadanu vrijednost ili zakon promjene regulirane veličine;

uređaj za usporedbu (CD), u kojem se stvarna vrijednost kontrolirane veličine x uspoređuje s propisanom vrijednošću g(t) i,

detektirano je odstupanje (g(t)- x(t));

upravljački uređaj (RU), koji po primitku odstupanja (ε) na svom ulazu generira regulatornu radnju koja se mora primijeniti na kontrolirani objekt kako bi se otklonilo postojeće odstupanje kontrolirane veličine x od propisane vrijednosti g (t);

aktuatorski mehanizam (AM). Na izlazu iz reaktorskog postrojenja regulacijski učinak ima malu snagu i izdaje se u obliku koji općenito nije pogodan za izravni utjecaj na objekt regulacije. Potrebno je ili pojačati regulatorni učinak ili ga transformirati u pogodan oblik x str. U tu svrhu koriste se posebni aktuatori, koji su izlazni uređaji aktuatora regulacijskog elementa;

regulatorno tijelo (RO). Pokretači ne mogu izravno utjecati na reguliranu varijablu. Stoga su objekti regulacije opremljeni posebnim regulatornim tijelima RO, preko kojih IM utječe na reguliranu varijablu;

komunikacijske linije kojima se signali prenose od elementa do elementa u automatskom sustavu.

Kao primjer, razmotrimo veći blok dijagram automatskog upravljanja (slika 1.1). Na dijagramu su izlazni parametri - rezultat rada upravljanog objekta označeni x 1, x 2, ……… x n. Osim ovih glavnih parametara, rad objekata automatizacije karakterizira niz pomoćnih parametara (y 1, y 2,.......y n), koje je potrebno nadzirati i regulirati, npr. održavati konstantnima.

Slika 1.1. Blok dijagram automatskog upravljanja

Tijekom rada, objekt upravljanja prima ometajuće utjecaje f1.... fn, što uzrokuje odstupanja parametara x1.......xn od njihovih racionalnih vrijednosti. Informacije o trenutnim vrijednostima x tek i y tek ulaze u sustav upravljanja i uspoređuju se s njihovim propisanim vrijednostima (zadanim vrijednostima) g1......gn, uslijed čega sustav upravljanja vrši upravljačke radnje E1. ....En na objektu, s ciljem kompenziranja odstupanja parametara strujnog izlaza od zadanih vrijednosti.

Prema strukturi sustava automatskog upravljanja objektom automatizacije, u pojedinim slučajevima mogu biti jednorazinski centralizirani, jednorazinski decentralizirani i višerazinski. Istodobno, jednorazinski sustavi upravljanja su sustavi u kojima se objektom upravlja s jedne kontrolne točke ili s nekoliko neovisnih. Jednorazinski sustavi u kojima se kontrola provodi s jedne kontrolne točke nazivaju se centralizirani. Jednorazinski sustavi, u kojima se pojedinačnim dijelovima složenog objekta upravlja s neovisnih kontrolnih točaka, nazivaju se decentralizirani.

2.2 Funkcionalno – tehnološke sheme automatska kontrola

Funkcionalno-tehnološki dijagram je glavni tehnički dokument koji definira strukturu funkcionalnog bloka uređaja jedinica i elemenata sustava automatskog upravljanja, regulaciju tehnološkog procesa (operacija) i kontrolu njegovih parametara, kao i opremanje upravljačkog objekta. s uređajima i opremom za automatizaciju. Sheme se također često nazivaju jednostavno shemama automatizacije. Sastav i pravila primjene diktiraju zahtjevi standarda (vidi Poglavlje 1).

Funkcionalna i tehnološka shema automatizacije izvodi se u jednom crtežu, na kojem simboli prikazuju tehnološku opremu, transportne vodove i cjevovode, instrumentaciju i opremu za automatizaciju, ukazujući na veze između njih. Pomoćni uređaji (napajanja, releji, prekidači, prekidači, osigurači itd.) nisu prikazani na dijagramima.

Funkcionalni dijagrami automatizacije vezani su za proizvodnu tehnologiju i tehnološku opremu, stoga dijagram prikazuje postavljanje tehnološka oprema pojednostavljeno, ne u mjerilu, već uzimajući u obzir stvarnu konfiguraciju.

Osim tehnološke opreme, funkcionalni dijagrami automatizacije prema normama pojednostavljeno (dvolinijski) i konvencionalni (jednolinijski) prikazuju transportne linije različitih namjena.

I konstrukcija i proučavanje sklopova tehnička dokumentacija moraju se provoditi određenim redoslijedom.

Procesni parametri koji podliježu automatskoj kontroli i regulaciji;

Funkcionalna struktura upravljanja;

Kontrolne petlje;

Dostupnost zaštite i alarma i prihvaćenog mehanizma za zaključavanje;

Organizacija kontrolnih i upravljačkih točaka;

Tehnička sredstva automatizacija, uz pomoć koje se rješavaju funkcije kontrole, alarma, automatske regulacije i kontrole.

Da biste to učinili, morate poznavati principe izgradnje sustava automatskog upravljanja za upravljanje procesima i konvencionalne slike procesne opreme, cjevovoda, instrumenata i opreme za automatizaciju, funkcionalne veze između pojedinih uređaja i opreme za automatizaciju, te imati predodžbu o prirodi tehnološkog procesa i međudjelovanja pojedinih instalacija i jedinica procesne opreme.

U funkcionalnom dijagramu komunikacijski vodovi i cjevovodi često su prikazani jednolinijskim dijagramom. Oznaka prenesenog medija može biti digitalna ili alfanumerička. (Na primjer: 1.1 ili B1). Prvi broj ili slovo označava vrstu transportiranog medija, a sljedeći broj označava njegovu namjenu. Brojčane ili alfanumeričke oznake prikazuju se na policama vodećih linija ili iznad transportne linije (cjevovoda), a po potrebi i u prekidima transportnih linija (u ovom slučaju prihvaćene oznake objašnjene su na crtežima ili u tekstualnim dokumentima (vidi tablica 1.1.).Na tehnološkim objektima prikazati one upravljačke i zaporne ventile, tehnološke uređaje koji su izravno uključeni u nadzor i upravljanje procesom, kao i uzorkovanje (senzore), zaporna i regulacijska tijela potrebna za određivanje relativnog položaja točaka uzorkovanja (mjesta za postavljanje senzora), kao i mjernih ili kontrolnih parametara (vidi tablicu 1.2).

Kompletni uređaji (centralni upravljački strojevi, upravljački strojevi, polusklopovi telemehanike i sl.) označavaju se pravokutnikom proizvoljnih veličina unutar pravokutnika s naznačenom vrstom uređaja (prema dokumentaciji proizvođača).

U nekim slučajevima, neki elementi tehnološke opreme također su prikazani na dijagramima u obliku pravokutnika, koji označavaju nazive tih elemenata. Istodobno, uz senzore, selektivne, prijamne i druge uređaje slične namjene, navesti naziv tehnološke opreme kojoj pripadaju.

Tablica 1.1. Označavanje vodova transportnih cjevovoda prema GOST 14.202 – 69

Tablica 1.2. Simboli tehnološke armature

Ime	Označavanje prema GOST 14.202 - 69
Prolazni ventil zasuna (vrata)
Električni ventil
Trosmjerni ventil
sigurnosni ventil
Rotacijski ventil (ventil, zasun)
Membrana aktuatora
Tablica 1.3. Izlazni električni sklopni elementi
Ime	Oznaka prema GOST 2.755 - 87
Kontakt za uključivanje strujnog kruga velike struje (kontaktorski kontakt)
Normalan kontakt
Normalan kontakt

Radi lakšeg čitanja dijagrama, na cjevovodima i drugim transportnim vodovima postavljene su strelice koje pokazuju smjer kretanja tvari.

Na funkcionalno-tehnološkoj shemi, kao i na slici cjevovoda kroz koji tvar napušta ovaj sustav, napravljen je odgovarajući natpis, na primjer: "Iz apsorpcijske radionice", "Iz crpki", "Do polimerizacije krug”.

Slika 1.2. Slika senzora i uređaja za uzorkovanje (fragment)

Konvencionalni grafički simboli opreme za automatizaciju dani su u tablicama 1.2., 1.3., 1.4.. Konvencionalni grafički simboli električne opreme koji se koriste u funkcionalnim dijagramima automatizacije trebaju biti prikazani u skladu sa standardima (tablica 1.3.). Ako za neke automatske uređaje ne postoje standardni simboli, trebali biste usvojiti svoje simbole i objasniti ih natpisom na dijagramu. Debljina linija ovih oznaka treba biti 0,5 - 0,6 mm, osim vodoravne razdjelne crte na simboličkoj slici uređaja ugrađenog na razvodnoj ploči, čija je debljina 0,2 - 0,3 mm.

Uređaj za uzorkovanje za sve trajno spojene uređaje nema posebnu oznaku, već je tanka puna linija koja povezuje procesni cjevovod ili aparat s uređajem (slika 1.2. uređaji 2 i 3a). Ako je potrebno naznačiti točnu lokaciju uređaja za uzorkovanje ili mjerne točke (unutar grafičke oznake tehnološkog uređaja), na kraju se podebljano prikazuje krug promjera 2 mm (sl. 1.2 uređaji 1 i 4a). ).

Tablica 2.4. Konvencionalni grafički simboli opreme i uređaja za automatizaciju

Ime	Simbol prema GOST 21.404 - 85
Primarni mjerni pretvornik (senzor) ili uređaj instaliran lokalno (na proizvodnoj liniji, aparatu, zidu, podu, stupu, metalnoj konstrukciji). Osnovno prihvatljivo
Uređaj instaliran na ploči, konzoli Osnovno Dopušteno
Uređaj za uzorkovanje bez stalnog priključka uređaja
Pokretni mehanizam
Prekidač kolosijeka
Električno zvono, sirena, truba
Električni grijač: a) otporni, c) indukcijski
Uređaj za snimanje
Žarulja sa žarnom niti, plinsko pražnjenje (signal)
Trofazni električni stroj (M – motor, G – generator)
Istosmjerni električni stroj (motor M, generator G)

Da bi se dobila potpuna (slobodno čitljiva) oznaka uređaja ili drugog uređaja za automatizaciju, u njegovu konvencionalnu grafičku sliku u obliku kruga ili ovala upisuje se slovni simbol koji određuje namjenu, funkcije koje se obavljaju, karakteristike i radne parametre. U ovom slučaju mjesto slova određuje njegovo značenje. Stoga su slova navedena u tablici 1.5 glavni parametri i funkcije, a slova navedena u tablici 1.6 određuju funkciju ili parametar.

Tablica 1.5. Označavanje glavnih mjerenih parametara u shemama automatizacije

Za označavanje ručnog upravljanja koristi se slovo H. Za označavanje količina koje nisu predviđene standardom mogu se koristiti rezervna slova: A, B, C, I, N, O, Y, Z (slovo X se ne preporučuje) . Upotrijebljena rezervirana slova moraju biti dešifrirana natpisom na slobodnom polju dijagrama.

Ispod su oznake za pojašnjenje vrijednosti izmjerenih veličina.

Tablica 1.6. Dodatne oznake slova

Slovo koje se koristi za pojašnjenje izmjerene vrijednosti stavlja se iza slova koje označava izmjerenu vrijednost, na primjer P, D - razlika tlaka.

Funkcije koje obavljaju uređaji za prikaz informacija označene su latiničnim slovima (vidi tablicu 2.7).

Tablica 1.7. Slovna oznaka funkcije

Dodatno se mogu koristiti oznake sa slovima E, G, V.

Sve gore navedene slovne oznake nalaze se u gornjem dijelu kruga koji označava uređaj (uređaj).

Ako se za označavanje jednog uređaja koristi više slova, onda njihov redoslijed iza prvog, koji označava izmjerenu vrijednost, treba biti, na primjer: TIR - uređaj za mjerenje i bilježenje temperature, PR - uređaj za bilježenje tlaka.

Kod označavanja uređaja izrađenih u obliku zasebnih blokova i namijenjenih ručnom radu, prvo se stavlja slovo H.

Na primjer na Sl. 1.2 prikazuje dijagram automatizacije pomoću instrumenata za snimanje razlike temperature i tlaka, gdje je za oblikovanje simbola za uređaj (komplet), funkcionalna svrha naznačena u gornjem dijelu kruga, a oznaka položaja postavljena je u donjem dijelu krug (abecedno - digitalno ili digitalno - 1, 2, 4a, 4b, 3a, 3b). Dakle, svi elementi jednog skupa, tj. jedna funkcionalna skupina uređaja (primarni, srednji i odašiljački mjerni pretvarači, mjerni uređaj, regulacijski uređaj, aktuator, regulacijsko tijelo) označeni su istim brojem. U ovom slučaju, broj 1 se dodjeljuje prvom (slijeva) skupu, broj 2 drugom itd.

Da bi se razlikovali elementi jednog skupa, uz broj se stavlja slovni indeks (ne preporučuju se slova Z i O, čiji je obris sličan obrisu brojeva): za primarni pretvarač (osjetljivi element) - indeks "a", za odašiljački pretvarač - "b", na mjernom uređaju - "in" itd. Tako će za jedan set puna oznaka primarnog mjernog pretvarača biti 1a, prijenosnog mjernog pretvarača 1b, mjernog (sekundarnog) uređaja 1c, itd. visina broja 3,5 mm, visina slova 2,5 mm.