Разработка микропроцессорной системы автоматизации газовоздушного калорифера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Заполярный государственный университет им. Н.М. Федоровского»

Политехнический колледж

Цикловая комиссия Автоматизации технологических процессов

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по выполнению курсового проекта

Разработка микропроцессорной системы автоматизации газовоздушного калорифера

по МДК 01.01 «Технологии формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем»

КП 2068046 - 15.02.07- 14- 2022

Студент гр. 3АП-19 Молчанов Е.Д.

2022

Содержание пояснительной записки курсового проекта (работы)

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Краткое описание технологического процесса и оборудования

1.2 Параметры регулирования, контроля и сигнализации

1.3 Условия эксплуатации

2. Специальная часть

2.1 Обоснование выбора технических средств автоматизации

2.2 Структурная схема автоматизированной системы управления

2.3 Определение состава контроллера

2.4 Конфигурирование и настройка контроллера. Адресация переменных

2.5 Описание блок-схемы алгоритма управления

2.6 Описание схемы соединений контроллера

3. Расчётная часть

3.1 Расчёт количества источников питания пассивных цепей контроллера

3.2 Расчёт потребляемой контроллером мощности от источника +5В и +24В

3.3 Расчёт мощности источника бесперебойного питания

Заключение

Введение

Автоматизация производственных процессов является одним из решающих направлений технического прогресса основным средством повышения производительности труда, качества выпускаемой продукции.

Автоматизация даёт возможность не только повысить производительность труда, но и обеспечить увеличение КПД агрегата, снизить удельные расходы топлива, сырья, повысить безопасность труда, увеличить межремонтный период, период работы оборудования в результате более строгого соблюдения режима и недопущения аварийных состояний агрегата или процесса.

Автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы частично или без участия, но под контролем оператора.

В качестве средств автоматизации большинства технологических процессов используют программно-технические комплексы, представляющие собой совокупность микропроцессорных средств автоматизации, дисплейных пультов оператора, серверов различного назначения, промышленных сетей, а также программного обеспечения контроллеров и дисплейных пультов оператора.

В данном курсовом проекте представлена система автоматизации газовоздушного калорифера на базе микропроцессорного контроллера DL - 405.

1. Технологическая часть

1.1 Технологический процесс

Газовоздушные калориферы (ГВК) работают на природном или сжиженном газе, или топливе. Обязательным условием безопасной эксплуатации калориферов является наличие защитной автоматики, обеспечивающей контроль зажигания и отключение топлива при погасании пламени. Схема ГВК показана на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Схема газовоздушного калорифера.

ГВК состоит из систем:

- подачи азота из магистрального трубопровода;

- подачи воздуха для сгорания природного газа;

- подачи природного газа.

Система подачи азота состоит из вентилятора, предназначенного для подачи азота по газоходу на ГВК для подогрева. Система подачи воздуха для сжигания природного газа состоит из вентилятора, установленного на отметке +17.000 м. Природный газ поступает с давлением 0,03 кгс/см² ГВК.

Пуск горелки ГВК:

Открыть поворотный клапан на эжекторе разогреваемого электрофильтра, включить вентилятор азота. провентилировать весь тракт в течение 10 минут. По истечении этого времени, нажатием кнопки «Пуск вентилятора», включить вентилятор воздуха. Затем произвести испытание запальника, откроется клапан линии таза зажигания, газ поступит на запальник, и одновременно с появлением искры загорится. Регулировкой расхода газа и воздуха добиться устойчивого горения запальника.

Нажать кнопку «Стоп горелки ГВК» - запальник отключится. Нажать кнопку «Пуск горелки ГВК» - при этом зажигается запальник, детектор пламени «увидев» пламя, даёт команду на открытие отсечных клапанов и закрытие свечи безопасности. Газ поступит на горелку ГВК и загорится от запальника, агрегат работает. Если детектор пламени не «увидит» пламя основной горелки, то через 30 секунд отключится вентилятор воздуха, и закроются отсечные клапаны, откроется свеча безопасности. В этом случае необходимо повторить запуск ГВК, предварительно провентилировав ГВК в течение 10 минут. Если при повторном розжиге агрегат не включится, необходимо выявить причину и устранить. Регулированием расхода газа добиться устойчивого горения горелки ГВК. Увеличением или уменьшением расхода подачи природного газа и азота добиться необходимой температуры после ГВК.

1.2 Параметры регулирования, контроля и сигнализации. Условия эксплуатации

Параметры регулирования:

– регулирование подачи природного газа (200…1000 м³/ч);

– регулирование расхода азота (10…40 м³/ч);

– регулирование расхода воздуха (2000…10000 м³/ч).

Параметры контроля:

– температура калорифера (350…450 );

– давление азота (0,005…0,01 кгс/см²);

– давление воздуха (0,002…0,08 кгс/см²);

– давление основного газа (0,0005…0,01 кгс/см²).

Параметры сигнализации:

– если нет пламени основной горелки, то через 30 с загорится сигнализация «нет пламени».

1.3 Условия эксплуатации

При проектировании систем автоматического управления учитывается, что управление ГВК должно обеспечиваться в нормальных условиях эксплуатации, а также должна предусматриваться защита или остановка объекта при возникновении аварии.

При несоблюдении параметров может возникнуть вероятность взрыва из-за утечки газа.

Необходимо использовать оборудование с взрывозащитой по стандарту не ниже 1ExdIIT5.

2. Специальная часть

2.1 Обоснование выбора технологического процесса и оборудования

Выбор средств для измерения параметров процесса.

Для измерения параметров технологического процесса необходимо выбрать соответствующие датчики для получения достоверной информации.

Критерии для выбора средств измерения технологического процесса:

– диапазон измерения;

– класс точности;

– унифицированный выходной сигнал;

– условия окружающей среды;

– измеряемая среда.

Для сигнализации пламени в горелке ГВК выбираем сигнализатор ФДС-103-Ехd.

Основные технические характеристики:

– диапазон измерения: от 900 до 1700 ⁰С;

– выходной сигнал: 4 - 20 мА;

– условия окружающей среды: от -60 до +60 ⁰С;

– тип взрывозащиты: 1ExdIIT5.

Сигнализатор предназначен для контроля наличия пламени горелки технологических установок и выдачи сигналов наличия/отсутствия пламени в схемы контроля и защиты установок. Обеспечивает максимальную селективность наличия/отсутствия пламени основных и пилотных горелок.

Принцип работы фотодатчика ФДС-103-Exd заключается в преобразовании интегрального потока ультрафиолетового излучения пламени горелки и выдачи сигнала наличия/отсутствия пламени. Внешний вид датчика представлен на рисунке 2.1.

Для измерения расхода в трубопроводе выбираем датчик расходомер Метран - 350 - М - Exd - 500/1 - T6 - У1.1.



Рисунок 2.1 - Внешний вид датчика температуры ФДС-103-Ехd.

Рисунок 2.2 - Схема подключения сигнализатора ФДС-103-Ехd

Основные технические характеристики:

– диапазон измерения: от 4,20 до 20853600;

– выходной сигнал: 4 - 20 мА с протоколом HART;

– измеряемая среда: природный газ, азот, воздух;

– условия окружающей среды: от -45 до 45;

– тип взрывозащиты: 1ExdIIT1.

Расходомеры предназначены для измерения расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах технологического и коммерческого учета. Принцип действия основан на измерении расхода и количества среды (жидкости, газа, пара) методом переменного перепада давления с использованием осредняющих напорных трубок. Внешний вид датчика представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Внешний вид датчика расхода Метран - 350 - М - Exd - 500/1 - T6 - У1.1

Рисунок 2.4 - Схема подключения датчика расхода Метран - 350 - М - Exd - 500/1 - T6 - У1.1

Для измерения давления природного газа, воздуха и азота в труборопроводе выбираем датчик Сапфир - 22 - М - Ex - 2130 - 01 - У2 - 0,5 - 40.

Основные технические характеристики:

– предел измерений до 40 кПа;

– выходной сигнал: 4 - 20 мА;

– измеряемая среда: природный газ, воздух, азот;

– условия окружающей среды: от -50 до 50;

– тип взрывозащиты: 1ExdIIT5.

Принцип действия:

Принцип работы основан на воздействии измеряемого давления на мембраны измерительного блока, что вызывает деформацию упругого чувствительного элемента и изменение сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя. Внешний вид датчика представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Внешний вид датчика давления Сапфир - 22 - М - Ex - 2130 - 01 - У2 - 0,5 - 40

Рисунок 2.6 - Схема подключения датчика давления Сапфир - 22М.

Для регулирования подачи природного газа, воздуха и азота выбираем исполнительный механизм:

RMG 530-E-WG

– Диапазон измерения: до 30000 м³/ч;

– выходной сигнал: 4 - 20 мА;

– измеряемая среда: природный газ, воздух, азот.

Принцип действия:

Клапан регулирования расхода сконструирован с использованием малого количества узлов и является очень удобным для проведения технического обслуживания. Исполнительный орган выполнен с осевым проходом в зарекомендовавшей себя конструкции гильзы клапана. Гильза клапана сконструирована таким образом, что гарантируется полное статическое выравнивание входного давления и выходного давления. Уплотнение, встроенное в перфорированный дросселирующий корпус, обеспечивает герметичное нулевое закрытие исполнительного органа. В ходе эксплуатации уплотнение клапана не подвергается высокой нагрузке потока и поэтому является очень износостойкой. Регулирование длины хода осуществляется при помощи электрического сервопривода. Сервопривод установлен при помощи фланцевых соединений непосредственно на исполнительный орган, а вал привода соединен напрямую с угловой передачей. Передача при помощи резьбы регулирующего привода преобразовывает вращательное движение привода в осевое возвратно-поступательное движение гильзы клапана и тем самым регулирует открытие клапана. Гильза клапана установлена на подшипниках в разгрузочном кожухе. Внешний вид клапана показан на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Внешний вид клапана RMG 530 - E - WG

Разработка микропроцессорной системы автоматизации ГВК будет исполнено на базе DL-405 c процессором серии 450. Данный контроллер предназначен для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности. Конструкция контроллера имеет ряд преимуществ: возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, высокое удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения оптимальных решений для построения систем автоматического управления технологическими процессами в различных областях промышленного производства. Внешний вид контроллера представлен на рисунке 2.9.

Рисунок 2.8 - Схема подключения клапана RMG 530 - E - WG

Рисунок 2.9 - Внешний вид контроллера DL - 405

2.2 Структурная схема автоматизированной системы управления

Структурная схема системы автоматического управления ГВК представлена на рисунке 2.10.



Рисунок 2.10 - Структурная схема автоматизированной системы управления

Исполнительные механизмы ИМ.1, ИМ.2 осуществляют подачу природного газа, ИМ. 3 осуществляет подачу воздуха. ИМ.4 осуществляет подачу азота для продувки ГВК.

Исполнительные механизмы ИМ.1, ИМ.2, ИМ.3, ИМ.4 могут находиться в одном из трех состояний «открыто», «закрыто» и промежуточном. Для определения состояния объекта управления на входной аналоговый модуль контроллера поступают сигналы с датчиков.

2.3 Определение состава контроллера

В соответствии с выбранными датчиками и исполнительными механизмами выбираем модули для контроллера в таблице 2.1.

Таблица 2.1

№	Вид вх/вых сигнала	Характеристика сигнала	Количество вх/вых	Наименование модуля
		Модули входа
1	Аналоговый	4-20 мА	16	F4-16AD-1
2	Дискретный	4-20 мА	8	D2-08ND3
		Модули выхода
3	Аналоговый	4-20 мА	4	F4-04DA-1
4	Дискретный	4-20 мА	8	D2-08ND3
		Цифровая связь
5	Цифровой	1 или 0	1 канал	H4-ECOM100

Состав контроллера, то есть код сигнала, наименование параметра, единица измерения, сигнал, прибор, контроллер, количество входов и выходов - приведены в приложении А.

Для ввода аналоговых сигналов используется модуль F4-16AD-1. Данный модуль предназначен для аналого-цифрового преобразования входных аналоговых сигналов контроллера и формирования цифровых величин, используемых центральным процессором в ходе выполнения программы. Технические характеристики указаны в таблице 2.2. Схема электрических подключений F4-16AD-1 представлена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - схема подключения модуля F4-16AD-1

Таблица 2.2 - Характеристики модуля аналоговых входов F4-16AD-1.

Количество входов	16AI
Входной ток	4 - 20мА
Потребляемый ток от каркаса	75мА
Рабочая температура	От 0 до +60 оС

Для вывода аналоговых сигналов используем модуль F4-04DA-1. Схема подключения представлена на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 - схема подключения модуля F4-04DA-1

Таблица 2.3 - Характеристики модуля аналоговых входов F4-04DA-1.

Количество входов	4AO
Тип вывода	4 - 20мА
Потребляемый ток от каркаса 5В	70мА
Рабочая температура	От -20 до +70 оС

Для ввода/вывода дискретных сигналов используем модуль D2-08ND3. Схема подключения представлена на рисунке 2.13.



Рисунок 2.13 - схема подключения модуля D2-08ND3

Таблица 2.4 - Характеристики модуля D2-08ND3.

Количество входов	8DO8/DI
Максимальное напряжение	26В
Потребление от каркаса 5В	50мА
Рабочая температура	От -20 до +60 оС

2.4 Конфигурирование и настройка контроллера. Адресация переменных

Размещение всех модулей в каркасе показано на таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Подключение модулей к процессорному модулю DL 405

D4-405	1	2	3	4
	H4-ECOM100	F4-16AD-1	F4-04DA-1	D2-08ND3

Состав контроллера, то есть код сигнала, наименование параметра, единица измерения, сигнал, прибор, контроллер, количество входов и выходов, адресация сигналов - приведены в приложении А.

Настройка ПИД-регулятора

В DL-450 ПИД-регулирование производится в программном режиме, то есть в заполнении конфигурационных таблиц для каждого ПИД-процесса. Каждый контур ПИД-процесса имеет таблицу из 32-х регистров. Конфигурирование ПИД-регулятора заключается в задании параметров настройки процесса. Таблица 2.6 общая для всех ПИД-процессов.

В таблице 2.7 показано количество контуров ПИД-регулирования в BCDформате.

Таблица 2.6 - Таблица адресов

Адрес	Параметр настройки	Тип данных	Пределы	Чтение/Запись
V7640	Указатель таблицы параметров контура	Восьмеричный	V1400 - V1409	Запись
V7641	Количество контуров	BCD	0 - 16	Запись
V7642	Флаги отклонений контура	Двоичный	0 или 1	Чтение

Таблица 2.7 - Количество контуров ПИД-регулирования

Разряды регистра V7641
17	16	15	14	13	12	11	10	7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
0	0	0	3

Таблица 2.8 - Начальный адрес массива таблиц

Разряды регистра V7640
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
3	0	0	0

Таблица 2.9 - Конфигурационная таблица контура ПИД-регулирования

Регистр	Назначение	Обозн.	Формат	Функция DL-450
V3000	1-й регистр режима		Бит-карта1	Читает постоянно
V3001	Переменная процесса	PV	0001,0101
V3002	Уставка	SP	0001,0101
V3003	Смещение (И)	Mx		Пишет (И и Д) читает (только П)
V3004	Выход	M		Пишет по готовности
V3005	Регистр состояния		Бит-карта3
V3006	Квант времени	K	0,09	Читает, если старший бит (№15) установлен в 1 регистре режима. После чтения DL-450 обнуляет указанный бит.
V3007	Коэффициент усиления (П)	Kc	10
V3010	Постоянная времени интегрирования	Ti	0
V3011	Постоянная времени дифференцирования	Td	0
V3012	Верхний аварийный уровень	PVHH	0001,0110
V3013	Верхний предупредительный уровень	PVH	0001,0101 0101
V3014	Предупредительное отклонение	|e|Y	0000,0000 0101
V3015	Аварийное отклонение	|e|R	0000,0001
V3016	Предельная скорость изменения	T	20
V3017	Гистерезис сигнализации		5%
V3020	Верхняя граница «мертвой» зоны	H	0001,0101 0111 0101
V3021	Коэффициент фильтрации	Kd	10
V3022	Верхняя граница уставки	SPH	0001,0101 0111 0101
V3023	2-й регистр режима		Бит-карта2

Таблица 2.10 - Формат 1-го регистра режима (V3000)

Бит	Назначение
0	0	Регулятор отключен	1	Ручное управление	0	Автоматический режим
1	0		х		1
2	0 - включает мягкий переход от ручного к автоматическому управлению
3	0 - регулятор прямого действия
4	0 - частотное регулирование
5	0 - выключает функцию извлечения квадратного корня из переменной процесса PV
6	1 - включает нечувствительность к ошибке, находящейся в «мертвой» зоне
7	0 - выключает функцию возведения ошибки в квадрат
8	1 - измерение температуры и постоянной дифференцирования в минутах
9	1 - включает фильтр нижних на входе дифференцирующей ветви
10	1 - включает функцию останова смещения, когда выход вне заданных границ
11	1 - включает режим пропорционального изменения смещения при смене уставки
12	1 - включает сигнализацию по предупредительным и аварийным уровням PV
13	1 - включает сигнализацию по предупредительным и аварийным уровням ошибки
14	1 - включает сигнализацию по предельной скорости изменения PV
15	1 - заставляет ПИД-сопроцессор читать регистры, начиная с V+06. После чтения ПИД-сопроцессор сбрасывает этот бит

Таблица 2.11 - Формат 2-го регистра режима (V3023)

Бит	Назначение
0	0 - откл.
1	0 - выключена сигнализация по сбою датчика (ток меньше 2.4 мА)
2	0 - изменение постоянной интегрирования в минутах
3...15	Не используются

Таблица 2.12 - Формат регистра состояния (V3005)

Бит	Назначение
0	1 - переменная процесса PV выше аварийного уровня PVНН
1	1 - переменная процесса PV выше предупредительного уровня PVН
2	1 - отклонение процесса |SP-PV| выше аварийного «красного» уровня |e|R
3	1 - отклонение процесса |SP-PV| выше предупредительного «желтого» уровня |e|Y
4	1 - скорость изменения переменной процесса больше предельной ?T
5	0 - сбой датчика (ток меньше 2.4 мА) выкл
6...14	Не используются
15	Устанавливается DL-450, когда он обновляет данные в таблице V+00…31

Таблица 2.13 - Начальный адрес массива таблиц

Разряды регистра V7640
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0
3	0	4	0

Таблица 2.14 - Конфигурационная таблица контура ПИД-регулирования

Регистр	Назначение	Обозн.	Формат	Функция DL-450
V3040	1-й регистр режима		Бит-карта1	Читает постоянно
V3041	Переменная процесса	PV	0001,0101
V3042	Уставка	SP	0001,0101
V3043	Смещение (И)	Mx		Пишет (И и Д) читает (только П)
V3044	Выход	M		Пишет по готовности
V3045	Регистр состояния		Бит-карта3
V3046	Квант времени	K	0,09	Читает, если старший бит (№15) установлен в 1 регистре режима. После чтения DL-450 обнуляет указанный бит.
V3047	Коэффициент усиления (П)	Kc	10
V3050	Постоянная времени интегрирования	Ti	0
V3051	Постоянная времени дифференцирования	Td	0
V3052	Верхний аварийный уровень	PVHH	0001,0110
V3053	Верхний предупредительный уровень	PVH	0001,0101 0101
V3054	Предупредительное отклонение	|e|Y	0000,0000 0101
V3055	Аварийное отклонение	|e|R	0000,0001
V3056	Предельная скорость изменения	T	20
V3057	Гистерезис сигнализации		5%
V3060	Верхняя граница «мертвой» зоны	H	0001,0101 0111 0101
V3061	Коэффициент фильтрации	Kd	10
V3062	Верхняя граница уставки	SPH	0001,0101 0111 0101
V3063	2-й регистр режима		Бит-карта2

Таблица 2.15 - Формат 1-го регистра режима (V3040)

Бит	Назначение
0	0	Регулятор отключен	1	Ручное управление	0	Автоматический режим
1	0		х		1
2	0 - включает мягкий переход от ручного к автоматическому управлению
3	0 - регулятор прямого действия
4	0 - частотное регулирование
5	0 - выключает функцию извлечения квадратного корня из переменной процесса PV
6	1 - включает нечувствительность к ошибке, находящейся в «мертвой» зоне
7	0 - выключает функцию возведения ошибки в квадрат
8	1 - измерение температуры и постоянной дифференцирования в минутах
9	1 - включает фильтр нижних на входе дифференцирующей ветви
10	1 - включает функцию останова смещения, когда выход вне заданных границ
11	1 - включает режим пропорционального изменения смещения при смене уставки
12	1 - включает сигнализацию по предупредительным и аварийным уровням PV
13	1 - включает сигнализацию по предупредительным и аварийным уровням ошибки
14	1 - включает сигнализацию по предельной скорости изменения PV
15	1 - заставляет ПИД-сопроцессор читать регистры, начиная с V+06. После чтения ПИД-сопроцессор сбрасывает этот бит

Таблица 2.16 - Формат 2-го регистра режима (V3063)

Бит	Назначение
0	0 - откл.
1	0 - выключена сигнализация по сбою датчика (ток меньше 2.4 мА)
2	0 - изменение постоянной интегрирования в минутах
3...15	Не используются

Таблица 2.17 - Формат регистра состояния (V3045)

Бит	Назначение
0	1 - переменная процесса PV выше аварийного уровня PVНН
1	1 - переменная процесса PV выше предупредительного уровня PVН
2	1 - отклонение процесса |SP-PV| выше аварийного «красного» уровня |e|R
3	1 - отклонение процесса |SP-PV| выше предупредительного «желтого» уровня |e|Y
4	1 - скорость изменения переменной процесса больше предельной ?T
5	0 - сбой датчика (ток меньше 2.4 мА) выкл
6...14	Не используются
15	Устанавливается DL-450, когда он обновляет данные в таблице V+00…31

Таблица 2.18 - Начальный адрес массива таблиц

Разряды регистра V7640
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	1	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
3	0	8	0

Таблица 2.19 - Конфигурационная таблица контура ПИД-регулирования

Регистр	Назначение	Обозн.	Формат	Функция DL-450
V3080	1-й регистр режима		Бит-карта1	Читает постоянно
V3081	Переменная процесса	PV	0001,0101
V3082	Уставка	SP	0001,0101
V3083	Смещение (И)	Mx		Пишет (И и Д) читает (только П)
V3084	Выход	M		Пишет по готовности
V3085	Регистр состояния		Бит-карта3
V3086	Квант времени	K	0,09	Читает, если старший бит (№15) установлен в 1 регистре режима. После чтения DL-450 обнуляет указанный бит.
V3087	Коэффициент усиления (П)	Kc	10
V3090	Постоянная времени интегрирования	Ti	0
V3091	Постоянная времени дифференцирования	Td	0
V3092	Верхний аварийный уровень	PVHH	0001,0110
V3093	Верхний предупредительный уровень	PVH	0001,0101 0101
V3094	Предупредительное отклонение	|e|Y	0000,0000 0101
V3095	Аварийное отклонение	|e|R	0000,0001
V3096	Предельная скорость изменения	T	20
V3097	Гистерезис сигнализации		5%
V3100	Верхняя граница «мертвой» зоны	H	0001,0101 0111 0101
V3101	Коэффициент фильтрации	Kd	10
V3102	Верхняя граница уставки	SPH	0001,0101 0111 0101
V3103	2-й регистр режима		Бит-карта2

Таблица 2.20 - Формат 1-го регистра режима (V3080)

Бит	Назначение
0	0	Регулятор отключен	1	Ручное управление	0	Автоматический режим
1	0		х		1
2	0 - включает мягкий переход от ручного к автоматическому управлению
3	0 - регулятор прямого действия
4	0 - частотное регулирование
5	0 - выключает функцию извлечения квадратного корня из переменной процесса PV
6	1 - включает нечувствительность к ошибке, находящейся в «мертвой» зоне
7	0 - выключает функцию возведения ошибки в квадрат
8	1 - измерение температуры и постоянной дифференцирования в минутах
9	1 - включает фильтр нижних на входе дифференцирующей ветви
10	1 - включает функцию останова смещения, когда выход вне заданных границ
11	1 - включает режим пропорционального изменения смещения при смене уставки
12	1 - включает сигнализацию по предупредительным и аварийным уровням PV
13	1 - включает сигнализацию по предупредительным и аварийным уровням ошибки
14	1 - включает сигнализацию по предельной скорости изменения PV
15	1 - заставляет ПИД-сопроцессор читать регистры, начиная с V+06. После чтения ПИД-сопроцессор сбрасывает этот бит

Таблица 2.21 - Формат 2-го регистра режима (V3103)

Бит	Назначение
0	0 - откл.
1	0 - выключена сигнализация по сбою датчика (ток меньше 2.4 мА)
2	0 - изменение постоянной интегрирования в минутах
3...15	Не используются

Таблица 2.22 - Формат регистра состояния (V3085)

Бит	Назначение
0	1 - переменная процесса PV выше аварийного уровня PVНН
1	1 - переменная процесса PV выше предупредительного уровня PVН
2	1 - отклонение процесса |SP-PV| выше аварийного «красного» уровня |e|R
3	1 - отклонение процесса |SP-PV| выше предупредительного «желтого» уровня |e|Y
4	1 - скорость изменения переменной процесса больше предельной ?T
5	0 - сбой датчика (ток меньше 2.4 мА) выкл
6...14	Не используются
15	Устанавливается DL-450, когда он обновляет данные в таблице V+00…31

2.5 Описание блок-схемы алгоритма управления

Блок-схема - распространенный тип схем, описывающий алгоритмы или процессы, изображая шаги в виде блоков различной формы, соединенных между собой стрелками.

Блок-схема составляется для того, чтобы оператор или программист смог написать программу управления технологическим процессом для различных видов микропроцессорных контроллеров. Обобщённая блок-схема алгоритма представлена на рисунке 2.14.

Блок-схему алгоритма системы автоматизации ГВК можно поделить на три основных этапа:

1) проверка состояния исполнительных механизмов;

2) регулирование параметров технологического процесса;

3) контроль и сигнализация параметров технологического процесса.



Рисунок 2.14 - Обобщённая блок-схема алгоритма

Этап 1. У исполнительных механизмов существуют 2 режима работы: местный и автоматический. При «Местном режиме» оператору поступает соответствующее уведомление и технологический процесс завершается. При «Автоматическом режиме» происходит поочередный опрос положения каждого исполнительного механизма. Если положение исполнительного механизма установить не удалось, то оператору поступает соответствующее сообщение и процесс завершается. Если же состояния исполнительных механизмов известно, то процесс продолжается.

Этап 2. На этом этапе происходит контроль и сигнализирование необходимых технологических параметров. Если детектор пламени не «увидит» пламя основной горелки, то через 30 секунд отключится вентилятор воздуха, и закроются отсечные клапаны, откроется свеча безопасности. В этом случае необходимо повторить запуск ГВК, предварительно провентилировав ГВК в течение 10 минут.

Этап 3. На данном этапе происходит регулирование соответствующих параметров: расход природного газа, воздуха, азота.

2.6 Описание схемы соединений контроллера

Подобрав все необходимые датчики, исполнительные механизмы и модули для контроллера, составили схему электрических соединений, в которой представлены все выбранные технические устройства и их схемы подключений между собой.

Все датчики подключены к аналоговому входному модулю F4-16AD-1, к нему также подключены ИМ.1 и ИМ.2, которые сообщают о своём состоянии оператору.

Управление всеми исполнительными механизмами происходит с помощью выходного аналогового модуля F4-04DA-1.

С помощью модуля D2-08ND3 исполнительный механизм ИМ.3 сообщает о своем состоянии оператору, также к нему подключена сигнализация «Нет пламени».

автоматизированный калорифер микропроцессорный контроллер

3. Расчетная часть

3.1 Расчёт количества источников питания пассивных цепей контроллера

Блок питания нужен для того чтобы питать дискретный модули ввода/вывода.

Мощность каждого модуля можно рассчитать по формуле:

где: U - напряжение цепи; I - потребляемый модулем ток; E - коэффициент соотношения полной мощности к активной равный 0,7

Расчет входного/выходного дискретного модуля D2-08ND3

Для питания дискретного модуля необходим блок питания Метран-608-024-50-01 на 17,5ВА, предназначенный для преобразования сетевого напряжения 220 В. Внешний вид блока питания изображен на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - Внешний вид блока питания Метран-608-024-50-01

3.2 Расчёт потребляемой контроллером мощности от источника +5В и +24В

Таблица 3.1 - Потребление мощности на каркасе.

Каркас	Модуль	Ток цепи +5В (мА)	Ток цепи +24В (мА)
	Источники
Блок	DL-450	+4000	+400
	Модули-потребители
Слот 1	H4-ECOM100	-	-65
Слот 2	F4-16AD-1	-70	-120
Слот 3	F4-04DA-1	-70	-
Слот 4	D2-08ND3	-50	-
	Остальные
Каркас	D4-04B	-80	-
Программатор	DV-1000	-150	-

Суммарное потребление по 5В: 420 мА.

Суммарное потребление по 24В: 185мА.

Запас по току по 5В: 3580мА.

Запас по току по 24В: 215мА.

Исходя и вычислений можно сделать вывод, что дополнительный блок питания для каркаса не требуется.

3.3 Расчёт мощности источника бесперебойного питания

Для того чтобы подобрать источник бесперебойного питания нужно рассчитать мощность, потребляемую всеми устройствами системы автоматизации. Потребляемая мощность всех средств представлена на таблице 3.2.

Потребляемая мощность монитора

Потребляемая мощность ЭВМ оператора

Посчитав суммарную мощность можно подобрать источник бесперебойного питания (ИБП) по полученным данным. Выбираем источник бесперебойного питания ИДП-1-1/1-2-220-Т на 2000ВА. Внешний вид ИБП представлен на рисунке 3.2.

Таблица 3.2 - потребляемая мощность всех средств

Наименование потребителя	Количество, шт.	Потребляемая мощность, ВА
ФДС-103-Ехd	1	0,7
Метран - 350 - М - Exd - 500/1 - T6 - У1.1	3	0,7
Сапфир - 22 - М - Ex - 2130 - 01 - У2 - 0,5 - 40	3	0,7
RMG 530 - E - WG	4	4
ЭВМ	1	857,1
Монитор	1	54,3
Контроллер	1	14
Итог		935,5

Рисунок 3.2 - Внешний вид источника бесперебойного питания ИДП-1-1/1-2-220-Т

Характеристики ИБП:

– полная выходная мощность: 2000ВА;

– максимальная входная частота: 60Гц;

– Время работы: 4 часа.

Заключение

При выполнении курсовой работы был изучен и разработан метод автоматизации газовоздушного калорифера. В курсовом проекте были разработаны:

1 Функциональная схема ГВК;

2 Схема электрических соединений модулей контроллера с датчиками и исполнительными механизмами, а также схема соединений ЭВМ с МПК и ИБП;

3 Блок-схема алгоритма процесса управления.

Выбор средств автоматизации сделан в соответствии с требованиями технологического процесса и системы автоматизации.

Размещено на Allbest.ru

...