Система автоматического контроля и управления турбиной нагнетателя ГПА-16 на базе микроконтроллера SLC 5/04 американской фирмы ROCKWELL AUTOMATION.

Двухкорпусное исполнение необходимо использовать в тех случаях, когда  контроллеры непосредственно устанавливаются в производственных помещениях, где возможно воздействие пыли или влаги как при эксплуатации, так и при проведении ремонтных или профилактических работ.

В помещениях с нормальными условиями  эксплуатации целесообразно использовать более дешевый однокорпусной  вариант исполнения.

В состав вычислительного блока  входят:

корпус с оребренными стенками, выполненными из алюминиевого

    профиля (только для  двухкорпусного исполнения);

каркас с платой кроссовой;

модуль центральный;

модуль питания.

В вычислительный блок устанавливаются  модули связи с объектом. В модулях  применены электронные элементы с малым потреблением энергии, что исключает необходимость в принудительной вентиляции.

Все модули вычислительного блока  выполнены на печатных платах размером 260 х 100 мм с двумя разъемами, одним  системным и одним для подключения  сигналов объекта. Модули имеют кодовую  планку, обеспечивающую защиту от неправильной установки их в каркас.

В состав кроссового блока входят:

шкаф, выполненный из стального  листа (кроме исполнения IP-20);

панель кроссовая с клеммными  соединителями;

блок питания нестабилизированный, обеспечивающий питание +24В, панель монтажная для размещения дополнительных устройств пользователя [9].

 

Таблица 3.1- Сравнительная характеристика контроллеров

Показатель	Производитель
	«Rockwell Automation», США	«Эмикон», Россия
Тип процессора	SLC–5/04	ЭК2000
Тип монтажа	Шасси на 4, 7, 10, 13 модулей	Шкаф BOX-F12 - большего размера, вместимостью до 9 модулей
Выбор модулей	Более 48 модулей. Весь спектр + спец.модули	До 20 модулей
Источник питания	4 типа: 2¸10А/5В 0,46¸2,88/24В	220В, 12В, 24В
Встроенные порты	RS-232, DH-485, DH+	RS-232, RS-232 / RS-485, сменные интерфейсы
Память программная/ данных	12Кслов	8Кслов
ПИД-регулирование	да	да
Емкость В/В (дискретный)	до 480	256-960

 

Контроллеры SLC наряду с локальным  вводом/выводом поддерживают расширение ввода/вывода (до 3 шасси SLC 500 может быть соединено вместе с помощью специального кабеля).  Процессоры SLC 5/03 и SLC 5/04 могут полностью поддерживать 30 модулей ввода/вывода (30х32=960 I/O).

Таким образом, проведя сравнительную  характеристику контроллеров отечественного производства фирмы Эмикон, и зарубежного производителя Allen Bradley, мы делаем вывод, что семейство контроллеров SLC 500 имеет достаточное быстродействие в условиях производственного процесса и предлагает нам дополнительную гибкость конфигурирования системы, более мощные процессоры и большую емкость ввода/вывода.

Сравнивая вышеперечисленные контроллеры  можно прийти к выводу, что Allen Bradley лучше, так как он превосходит  своего Российского конкурента.  SLC 500 – самый популярный контроллер для средних систем, имеют несколько вариантов процессоров с различными интерфейсами (DH-485, DH+, EtherNet) и объемом памяти, несложное программирования с помощью пакета RSLogix 500 Standard, расширенная система команд, значительное количество вариантов модулей ввода/вывода, позволяющих покрыть практически любые потребности, сетевые возможности и удаленный доступ.

 

 

3.2 Выбор конфигурации контроллера

Семейство SLC-500 работает с модулями ввода-вывода на платформе 1746, разработанными для оснащения системы управления модулями с минимальными требованиями к занимаемому пространству и стоимости. Модули предлагаются в различных модификациях как по количеству сигналов – 4, 8, 16, 32 точек, так и по качеству – постоянного тока, переменного тока, ТТЛ.

Семейство SLC 500 предлагает 6 различных модулей аналогового ввода/вывода, в том числе:

модули аналогового ввода NI4;

комбинированные модули аналогового  ввода/вывода NIO4I, NIO4V;

модули ввода сигналов с термопар / мВ NT4;

модули ввода сигналов с термометров  сопротивлений NR4.

В данном проекте были использованы следующие модули:

1) 1746-NI8– модуль ввода аналоговых входов (для получения информации с датчиков);

2) 1746-I*8 – модуль дискретных входов (для открытия/закрытия задвижек, включения сигнализации);

3) 1746-O*8 – модуль дискретных выходов (для открытия/закрытия задвижек, включения сигнализации, отключения двигателя).

4) 1746-NO4I – модуль ввода аналоговых выходов;

Для установки модулей выбрано  7-слотовое шасси:

0) процессор SLC 5/04

1) 1746-NI8

2) 1746-I*8

3) 1746-O*8

4) 1746-NO4I

В 0 слоте находится модуль процессора SLC 5/04.

Во втором слоте расположен модуль аналоговых входных сигналов 1746-NI8 [4]. Его характеристики приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Характеристики модуля 1746-NI8

Число входных каналов на модуль		8 дифференциальных выбираемых на канал по току или напряжению, не изолированных
Число выходных каналов на модуль		Отсутствует
Потребляемый на шасси ток	5 V	35 mA
	24 V	85 mA
Допуск внешнего 24 V питания		Отсутствует

 

Для модуля 1746-NI8 требуется дополнительная инициализация. Данный модуль предназначен для приема аналоговых сигналов в диапазоне 4-20 mA и выраженных в единицах масштабированных для ПИД – регулирования в диапазоне 0-16383.

В первом слоте расположен модуль дискретных входных сигналов         1746-I*8 [6]. Его характеристики приведены в таблице 3.3.

 

 

 

Таблица 3.3 – Характеристики модуля 1746-I*8

Диапазон напряжений		Входной сигнал 24V (с общей землей)
Число входов		8
Рабочее напряжение		10-30V dc (с общей землей)
Потребляемый ток шасси	5V	0.050A
	24V	0.0A
Задержка сигнала (макс.)		Вкл=8 ms;   Выкл = 8 ms
Напряжение состояния Off (макс.)		5.0V  dc
Ток состояния Off (макс.)		1 mA
Номинальный входной ток		8 mA     24V dc

В третьем слоте расположен модуль дискретных выходных сигналов         1746-O*8 [6]. Его характеристики приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Характеристики модуля 1746-O*8

Диапазон напряжений		Входной сигнал 24V
Число входов		8
Рабочее напряжение		10-50V dc (с общим плюсом)
Потребляемый ток шасси	5V	0,135A
	24V	0.0A
Задержка сигнала (макс.)		Вкл=0,1 ms;   Выкл = 1,0 ms
Ток нагрузки		1 mA
Потеря напряжения в состоянии  вкл.		1,20 V при 1.0A
Бросок тока на точку		3,0A     за 10 ms

 

В четвертом слоте расположен модуль аналоговых выходных сигналов         1746-NO4I [4]. Его характеристики приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Характеристики модуля 1746-NO4I

наименование	характеристики
формат передачи данных SLC	16-битный двоично-десятичный
изоляция терм.панель - бэкплэйн	500V пост
время преобразования	512 мкСек для всех каналов
NIO4I	±10В пост или ±20А (вход)
NO4I	0 … 21 мА (токовый выход)
время реагирования вход выход	60 мСек при 95% 2,5 мСек при 95%
макс диаметр провода	#14 AWG
терминальный блок	монтируемый
рекомендуемый кабель	Belden #8761

Для того чтобы выбрать источник питания необходимо произвести расчет энергопотребления контроллера. Расчет энергопотребления приведен в       таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Конфигурация контроллера и энергопотребления

№ шасси	№ слота	Каталожный номер	Источник питания 5В	Источник питания 24В	Описание
	0	1747-L541	1	0	ЦП SLC 5/04
1746-A7	1	1746-NI8	0.035	0.085	Входной аналоговый модуль
	2	1746-I*8	0.135	0	Входной дискретный модуль
	3	1746-O*8	1	0	Выходной дискретный модуль
	4	1746-NO4I	0,055	0,145	Выходной аналоговый модуль
	5				Резервный слот
	6				Резервный слот
	Итого	I,A	1,275	0,23	Блок питания 1746-P1
	БП	I,A	2	0,46
	Запас	I,A	0,725	0,23

 

*Максимально потребляемый ток (А) для 5В, для 24В

 

 

4 АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ

 

 Блок-схема алгоритма программы  управления представлена в приложении Б.

Алгоритм контроля и управления турбины нагнетателя представляет собой информационный процесс, включающий в себя проектирование, сбор, упорядочение, обработку данных и формирование управляющего воздействия по результатам обработки. Главной целью реализации алгоритма управления является поддержание непрерывного режима работы объекта и выявление аварийных ситуаций.

Последовательность действий программы, отображаемая алгоритмом, начинается с инициализации контроллера  и интерфейсных плат.

Далее начинается опрос  сигнализаторов, при приходе сигналов с которых  происходит аварийное отключение нагнетателя, авария регистрируется в базе данных контроллера. Кроме этого сигналы приходят с аналоговых датчиков  уровня, давления. По давлению разработана подпрограмма контура регулирования.

Подпрограмма ПИД-регулирования давления предназначена для поддержания заданных значений давления в нагнетателе. Предварительно считываются и масштабируются сигналы аналогового датчика.

ПИД-инструкция управляет процессом, посылая сигналы на исполнительный механизм. Полученное значение уровня сравнивается с уставками регулятора. Если масштабированное значение показаний датчика положения регулирующего органа больше допустимого, то к DО поступает сигнал на закрытие. Если же масштабированное значение показаний датчика меньше уставки, то поступает сигнал на открытие DО. Сигналы на открытие или на закрытие включается только на одно сканирование программы.

Cогласно разработанного алгоритма управления составлена программа функционирования контроллера SLC-5/04 на языке релейной лестничной логики. Инструкции языка делятся на входные и выходные, и при написании программы располагаются в строках (rang). 

 

5. ТИП ИСПОЛЬЗУЕМОГО КАБЕЛЯ ДЛЯ СВЯЗИ КОМПОНЕНТОВ

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

 

 На сегодняшний день кабельная  продукция на отечественном рынке  представлена большим разнообразием.  Поэтому проблем с подбором  кабеля не возникает.

Для подключения внешнего питания  системы и питания исполнительных механизмов используются кабели с  сечением проводов  не менее 1.5 мм² .

Для подключения датчиков давления  (с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА)  используется кабель с медными  жилами сечением 0.75 мм².

Для подачи команд управления исполнительными  механизмами используются кабели с  сечением проводов 0.75-1.5 мм² (в зависимости от величины коммутируемого тока).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе представлена система автоматического контроля и управления турбиной нагнетателя ГПА-16 на базе микроконтроллера SLC 5/04 американской фирмы ROCKWELL AUTOMATION. 

Применение данного контроллера  позволяет выполнять следующие  функции: сбор и обработку аналоговых и цифровых сигналов датчиков,  сигнализацию, выдачу управляющих воздействий  на различные исполнительные механизмы, автоматическое регулирование, обмен информацией с верхним уровнем управления.

В качестве нижнего уровня использованы преобразователи и датчики, отвечающие требованиям автоматизации.

Выбрана конфигурация контроллера. Программирование контроллера выполнено на  языке  лестничной логики Ladder Logic.