Таким образом, динамические свойства объекта регулирования, участка топочного пространства печи, с достаточной для практических расчетов точностью могут быть представлены в виде передаточной функцией апериодического звена первого порядка:

,

где:

Р_Г = 70 среднее необходимое разряжение в топке печи, Па;

Из технологических данных печи полагаем: Т_HG = Зс.

Передаточную функцию привода поворотной заслонки можно представить передаточной функцией апериодического звена первого порядка:

,

где: k_ПЗ - коэффициент передачи поворотной заслонки;

Т_ПЗ - постоянная времени реакции привода поворотной заслонки, с.

Измерительный преобразователь разряжения в топке печи может быть представлен апериодическим звеном первого порядка, но поскольку его постоянная времени мала по отношению к объекту, то ею можно пренебречь:

,

где: Р_Г - среднее необходимое разряжение в топке печи, Па.

Номинальное значение задания примем равным 10 В.

Тогда передаточная функция измерительного преобразователя разряжения будет иметь вид:

.

Передаточная функция привода поворотной заслонки будет иметь вид:

.



Передаточная функция участка топочного пространства будет иметь вид:

.

Зная все передаточные функции звеньев, составляющих контур регулирования, рассчитаем передаточную функцию стабилизирующего регулятора.

,

В силу того, что Т_ПЗ < Т_HG принимаем ее за малую постоянную времени T_µ.

Тогда:

,

получаем:

,

Отсюда:

;

,

где: ф_P = T_HG;



Подставляя числовые значения, получаем:

Тогда передаточная функция стабилизирующего регулятора будет иметь вид:

.

Это передаточная функция ПИ - регулятора.

6.6 Построение динамических характеристик системы автоматического регулирования разрежения

В программе структурного моделирования PSM32 моделируем работу автоматической системы регулирования разрежения в топке. На рисунке 1.14 представлен временной график этой системы.

Рисунок 1.14 - Временной график регулирования разряжения



7. Выбор элементов систем автоматического регулирования

7.1 Выбор элементов системы регулирования разрежения в топке печи

7.1.1 Выбор регулирующего прибора

Для автоматизации системы регулирования разрежения в топках печи выбираем регулятор напора и тяги «УЗОР-Д2». Для регулирования низких давлений (разрежения) в настоящее время применяется комплекс приборов, состоящий из преобразователей «Сапфир», ДКО или ДТ-2-50 и регулирующего прибора УКР, либо РС-29. Система громоздкая, дорогостоящая, требует квалифицированного обслуживания, нестабильна.

Предлагаемый регулятор «УЗОР-Д2» совмещает функции регулятора и первичного преобразователя, имеет 3 компаратора с выходами на реле, унифицированный токовый выход и интерфейс RS-485 для связи с верхним уровнем иерархии. Позволяет вести регулирование одновременно по двум каналам.

Рисунок 1.15 - Внешний вид измерителя - регулятора «УЗОР-Д2»



Технические данные регулятора «УЗОР-Д2» приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Технические данные регулятора «УЗОР-Д2»

Рабочий диапазон давлений	10...+10 кПа (0...+100 кПа в зависимости от модификации)
Разрешающая способность	10 Па
Класс точности	1,5
Количество входов	6 (по 3 на каждый канал регулирования)
Количество выходов	2

Выходной зависит от модификации прибора. Это либо токовый сигнал

4-20мА, либо импульсы пульсирующего напряжения постоянного тока среднего значения 24В, либо изменение состояния электронного ключа при сигнализации предельных отклонений.

Для управления гидравлическими и пневматическими исполнительными механизмами используют токовый выход. Для управления электрическим исполнительным механизмом используют импульсный выход. Прибор реализует следующие законы регулирования: пропорционально - интегрально - дифференциальный (ПИД), позиционный (двух и трех). В регуляторах «УЗОР-Д2» имеются сервисная функция - контроль обрыва датчиков.

7.1.2 Выбор первичных преобразователей разрежения в топке

В качестве первичных преобразователей для измерения разрежения в топках печи выбираем преобразователи, типа «УЗОР 1Д-2» которые входят в комплект регулятора «УЗОР-Д2»,

Для сигнализации предельных отклонений тяги используются уже установленные в печи реле тяги. Питание датчиков осуществляется от напряжения 20 - 30В переменного тока. Выходной сигнал - замыкающий контакт реле.



7.1.3 Выбор исполнительного механизма

В качестве исполнительного механизма для изменения положения поворотной заслонки в дымоотводящем тракте выбираем запорный однооборотный исполнительный механизм типа МЭО с однофазным асинхронным электродвигателем серии ДАУ. Эти двигатели отличаются малой инерционностью, высокой надежностью и способны длительно работать на упор. Последнее обстоятельство позволяет исключить из схемы управления исполнительным механизмом защитные концевые выключатели, роль которых выполняют настраиваемые механические упоры. Однофазное питание двигателя напряжением 220В, 50Гц также упрощает электрическую схему управления исполнительным механизмом.

Выбираем модификацию МЭО- 40/20 - 0.63. Цифры в шифре модификации соответственно обозначают: номинальный крутящий момент на выходном валу (40Н м), номинальное время полного хода выходного вала (20 с), номинальный полный ход выходного вала (0.63 оборота).

Данные механизмы изготавливаются для работы в повторно-кратковременном реверсивном режиме, с числом включений до 320 в час и ПВ до 25% при нагрузке на выходном валу от номинальной противодействующей до 0,5 номинального значения сопутствующей. При этом механизмы допускают работу в течение 1 часа в повторно-кратковременном режиме с числом включений до 630 в час и ПВ до 25% со следующим повторением не раньше, чем 3 часа. Интервал между выключением и включением на обратное направление - не менее 50 мс. Максимальная продолжительность непрерывной работы механизма в реверсивном режиме не должна превышать 10 минут.

Пусковой крутящий момент механизма при номинальном напряжении питания превышает номинальный момент не менее чем в 1,7 раз.

В механизмах по заказу могут быть установлены индукционные, реостатные или токовые датчики положения.

Управление исполнительным механизмом осуществляется через бесконтактный пускатель ПБР - 2.

Пускатель ПБР-2 предназначен для работы с исполнительными механизмами МЭО, оснащенными однофазными электродвигателями с симметричными обмотками.

Принцип управления исполнительным механизмом типа МЭО с помощью пускателя ПБР-2 поясняется схемой, приведенной на рисунке 1.17.

Рисунок 1.17- Схема работы пускателя ПБР-2

Основу пускателя составляют два тиристорных ключа К1 и К2, которые управляются сигналами, вырабатываемыми регулирующими блоками или оператором. Каждый из тиристорных ключей включен в цепь питания одной из статорных обмоток электродвигателя.

При отсутствии управляющих сигналов тиристорные ключи разомкнуты, обмотки электродвигателя обесточены.

При подаче управляющего сигнала «Меньше» (М) замыкается тиристорный ключ К1 и к обмотке О1 подключается источник питания (сеть 220 В, 50 Гц). К другой обмотке напряжение питания поступает через фазосдвигающий конденсатор С. Электродвигатель вращается в направлении «Меньше».

Для включения электродвигателя в противоположном направлении необходимо замкнуть тиристорный ключ К2 путем подачи управляющего сигнала «Больше» (Б). При этом к источнику питания подключается обмотка О2 непосредственно, а обмотка О1 -- через фазосдвигающий конденсатор. Фазовый сдвиг между напряжениями, подведенными к обмоткам, меняет знак, в результате чего происходит реверс электродвигателя. Таким образом, в рассматриваемой схеме нет различия в способах питания статорных обмоток О1 и О2: каждая из них, в зависимости от требуемого направления вращения, может подключаться к источнику питания как непосредственно, так и через фазосдвигающий конденсатор. Поэтому обе обмотки электродвигателя, работающего с пускателем ПБР-2, должны быть идентичны.

7.2 Выбор элементов системы автоматического регулирования температуры в пекарной камере печи

7.2.1 Выбор регулятора

Для контроля и регулирования температуры в пекарных камерах печи, а также для автоматизации розжига и контроля безопасности целесообразно использовать программируемый контроллер.

Программируемый контроллер (ПЛК) - это устройство, предназначенное для автоматизации наиболее часто встречающихся в промышленности комбинаторных и последовательных процессов, поэтому он представляет интерес практически для любого случая автоматизации.

Программируемые логические контроллеры являются постоянно функционирующими устройствами, обеспечивающими цифровую обработку данных в реальном масштабе времени. ПЛК объединяют в своем составе устройства ввода/вывода (I/O) и блок центрального процессора (CPU)/7/.

На рисунке 1.18 показаны основные компоненты ПЛК. Он контролирует состояние объектов управления (группы объектов) путем считывания сигналов датчиков, подключенных к его выходам; выполняет программу пользователя, хранимую в CPU, и формирует воздействие на объект управления посылкой сигналов управления на выходы, к которым подключаются исполнительные устройства.

Рисунок 1.18 - Основные компоненты ПЛК

7.2.2 Выбор микроконтроллера

Программируемые логические контроллеры семейства SIMATIC S7-200 являются идеальным средством для построения высокоэффективных систем автоматического управления при минимальных затратах на приобретение оборудования и разработку системы. Контроллеры способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и систем распределенного ввода-вывода с организацией обмена данными по PPI или MPI интерфейсу, сети PROFD3US-DP или AS-интерфейсу.

Семейство SIMATIC S7-200 объединяет в своем составе:

4 типа центральных процессоров, отличающихся объемами памяти, количеством встроенных входов-выходов, набором встроенных функций, возможностями расширения системы.

Широкий спектр модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

Два коммуникационных модуля, обеспечивающие возможность подключения к AS-интерфейсу и сети PROFIBUS-DP (только ведомое устройство).

Все контроллеры, модули ввода-вывода и коммуникационные модули выпускаются в износоустойчивых пластиковых корпусах. Монтаж всех модулей может выполняться на стандартную 35мм профильную шину или на плоскую поверхность. Соединения между модулями выполняются плоскими кабелями.

Все центральные процессоры снабжены встроенным блоком питания напряжением 24В постоянного тока для питания входных и выходных цепей контроллеров. В зависимости от модификации выходной ток блока питания может составлять 180, 280 или 400мА. Если мощности этих блоков питания недостаточно, то совместно с контроллерами S7-200 могут быть использованы внешние источники питания семейства SITOP power.

7.2.3 Выбор типа центрального процессора

Для нашей системы выбираем центральный процессор CPU 222.

Данный центральный процессор, предназначен для построения относительно простых систем автоматического управления, работающих автономно или в составе распределенных систем автоматического управления. Оснащен 8 встроенными дискретными входами и 6 дискретными выходами. Позволяет производить подключение до 2 модулей расширения ввода-вывода.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для построения систем автоматического управления и регулирования, как отдельных машин, так и отдельных частей производственного процесса.

Контроллеры находят применение для управления:

1) прессами;

2) смесителями пластификатора и цемента;

3) насосными и вентиляторами;

4) деревообрабатывающим оборудованием;

5) воротами и дверями;

6) гидравлическими подъемниками;

7) конвейерами;

8) оборудованием пищевой промышленности;

9) лабораторным оборудованием;

10) обменом данными через модем;

11) электротехническим оборудованием и аппаратурой;

На их основе могут создаваться эффективные управляющие устройства, отличающиеся относительно невысокой стоимостью SIMATIC S7-200 позволяют решать широкий спектр задач управления. От замены простых релейно-контактных схем до построения автономных систем управления или

создания интеллектуальных устройств систем распределенного ввода-вывода. Программируемые контроллеры S7-200 находят применение там, где основным требованием к системе управления является ее низкая стоимость.

7.2.4 Технические данные CPU 222

1) Встроенный блок питания =24В/ 180мА для питания датчиков и преобразователей.

2) 2 исполнения, отличающихся напряжением питания и типами выходов. 3) 8 встроенных дискретных входов и 6 дискретных выходов.

4) 1 коммуникационный порт (RS 485), который может использоваться:

Как PPI-интерфейс, используемый для программирования контроллера, подключения устройств человеко-машинного интерфейса (TD 200, ОР), организации связи между центральными процессорами S7-200. Скорость передачи данных может устанавливаться равной 9.6/19.2/ 187.5 Кбит/с.

Как MPI-интерфейс, используемый для программирования контроллера и подключения к ведущим MPI-устройствам (S7-300/ S7-400, панелям оператора, текстовым дисплеям, кнопочным панелям). Скорость передачи данных может устанавливаться равной 9.6/19.2/ 187.5 Кбит/с.

Как свободно программируемый порт с возможностью поддержки прерываний, используемый для организации последовательного канала обмена данными с оборудованием и аппаратурой других производителей. Например, с поддержкой ASCII протокола передачи данных. Скорость передачи данных может устанавливаться равной 0.3/ 0.6/ 1.2/ 2.4/ 4.8/ 9.6/ 19.2/ 38.4 Кбит/с. Для подключения к аппаратуре, оснащенной встроенным интерфейсом RS 232 может использоваться РС/РР1-кабель.

5) Возможность подключения до 2 модулей расширения ЕМ (из состава серии S7-22x) для ввода-вывода дискретных или аналоговых сигналов.

6) Входы прерываний, обеспечивающие исключительно быструю реакцию на внешние события.

7) 4 скоростных счетчика (30 кГц) с параметрируемыми входами разрешения работы и сброса, 2 независимых входа для подключения инкрементальных датчиков позиционирования с двумя последовательностями импульсов, сдвинутых на 90° (20 кГц).

Имитатор входных сигналов (опциональный), позволяющий имитировать переключателями входные сигналы контроллера и производить отладку программы.

1 потенциометр, подключенный к АЦП контроллера, позволяющий производить установку цифровых параметров. Например, уставок счетчиков или таймеров.

2 импульсных выхода (до 20 кГц), используемых для решения задач позиционирования, частотного управления двигателями, а также управления шаговыми двигателями. Подключение двигателей должно производиться через соответствующие усилители.

Съемный опциональный модуль часов реального времени, используемый для управления процессами во времени, снабжения сообщений временными отметками и т.д.

Съемный опциональный модуль EEPROM-памяти, используемый для быстрого программирования контроллера (установкой запрограммированного модуля памяти) и архивирования данных.

13) Съемный опциональный модуль батареи, позволяющий сохранять данные (состояния флагов, таймеров и счетчиков) при перерывах в питании в течение 200 дней. Без этого модуля данные в памяти контроллера могут сохраняться только в течение 5 дней. Для сохранения программы модуль батареи не нужен.

14) Исчерпывающий набор инструкций; большое количество: - Базовых операций: логические инструкции, инструкции адресации результата, сохранения, управления таймерами и счетчиками, загрузки, передачи, сравнения, сдвиговых операций, формирования дополнений, вызова подпрограмм (с передачей локальных переменных).

Интегрированных коммуникационных функций: чтения (NETR) и записи (NETW) информации в сеть, поддержки свободно программируемого порта (Transmit ХМТ, Receive RCV).

Функций расширенного набора команд: инструкции управления широтно-импульсной модуляцией, генераторами импульсов, выполнением арифметических функций и операций с плавающей запятой, работой ПИД регуляторов, функциями переходов и циклов, преобразования кодов и другие.

15) Счетчики: удобный набор функций в сочетании с встроенными скоростными счетчиками существенно расширяют возможный спектр областей применения контроллера.

16) Обработка прерываний:

Использование входов аппаратных прерываний, фиксирующих появление импульсных сигналов (по нарастающему или спадающему фронту) и позволяющих существенно снизить время реакции контроллера на поступающие запросы.

Временные прерывания, периодичность повторения которых может задаваться с шагом в 1 мс в диапазоне от 1 до 255 мс.

Прерывания от счетчиков: могут формироваться в моменты достижения заданного значения или изменения направления счета.

Коммуникационные прерывания: обеспечивают повышение эффективности связи с периферийным оборудованием, например, с принтером или сканнером штрих-кодов.

17) Непосредственный опрос входов и управление выходами: опрос входов и управление состоянием выходов может выполняться независимо от цикла выполнения программы. Это позволяет снизить время реакции на прерывание и время формирования соответствующих выходных сигналов.

18) Парольная защита: трехуровневая парольная защита доступа к программе пользователя. Концепция парольной защиты базируется на использовании следующих вариантов доступа к программе:

Полный доступ: программа может быть изменена по Вашему желанию.

Только чтение: изменение программы запрещено, допускается выполнять ее тестирование, изменять настройки параметров, копировать программу.

Полная защита: программа не может быть прочитана, не может быть скопирована, не может быть изменена. Допускается изменение параметров настройки.

Функции тестирования и диагностики: готовая программа может быть выполнена заданное количество циклов (до 124), результаты выполнения могут быть проанализированы; допускается изменение состояний флагов, счетчиков и таймеров.

Принудительная установка значений входных и выходных сигналов во время диагностирования и отладки: в целях отладки циклы выполнения программы могут происходить при заданных значениях входных и выходных сигналов.

Модификации контроллера Simatic S7-200 CPU222 приведены в таблице 1.3 (модификации отличаются типом выходов).

Таблица 1.3 - Модификации процессора CPU222

Модификация	6ES7211-0AA21-0XB0	6ES7211-0BA21-0XB0
Тип выходов	выходы постоянного тока	релейные выходы
Напряжение питания	24В, постоянное	85... 264В, переменное
Входное напряжение	24В, постоянное	24В, постоянное
Выходное напряжение	24В, постоянное	24В, постоянное 24... 230В, переменное
Выходной ток	0.75 А, транзистор	2 А, реле

Исполнительными устройствами в проектируемой системе являются электромагнитные вентили, поэтому выбираем модификацию 6ES7211-0ВА21-0ХВ0 с релейными выходами.

Выбор элементов для построения системы человеко-машинного интерфейса

Для построения систем человеко-машинного интерфейса программируемых контроллеров S7-200 воспользуемся текстовым дисплеем TD 200.

Текстовый дисплей TD 200 является наиболее удобным средством для создания интерфейса оператора с программируемым контроллером SIMATIC S7-200.

Дисплей соединяется с контроллером соединительным кабелем, входящим в его комплект поставки, по PPI интерфейсу и не требует использования дополнительного источника питания. TD 200 может быть использован для решения следующих задач:

а) отображение сообщений;

б) изменение параметров настройки программы;

в) ручной запуск и остановка машин и механизмов. Он обладает следующими достоинствами:

Параметры настройки текстового дисплея TD 200 сохраняются в памяти центрального процессора программируемого контроллера S7-200. Необходимые части текстовых сообщений и параметры настройки текстового дисплея формируются инструментальными средствами пакета STEP 7- Micro/WIN.

Дополнительного программного обеспечения для этих целей не требуется.

TD 200 выполняет следующие функции:

Вывод текстовых сообщений: до 80 текстовых сообщений, содержащих до 4 переменных, поддержка кириллицы. Вывод сообщений с подтверждением их получения или сообщений, защищенных паролем. Сохранение текстов сообщений на различных языках в памяти дисплея.

Отображение и модификация текущих параметров: текущие значения технологических параметров могут отображаться на дисплее и модифицироваться с помощью его клавиш. Например, модификации могут подвергаться заданные значения регулируемой температуры, скорости и т.д.

Установка состояний входов и выходов с помощью 8 программируемых клавиш: может использоваться для выполнения пуско-наладочных работ, а также реализации операций ручного управления.

Дополнительные функции и характеристики: выполнение операций с плавающей запятой, отображение специальных символов и гистограмм, использование различных блоков данных для подключения к одному центральному процессору нескольких текстовых дисплеев TD 200, использование парольной защиты для доступа к меню, использование различных типов переменных.

Технические данные текстового дисплея TD 200 приведены в таблице 1.4



Таблица 1.4 - Технические данные текстового дисплея TD 200

	LCD с внутренней светодиодной
Дисплей	подсветкой, 2 строки по 20 символов
	(ASCII, кириллица), высота символов 5мм
Интерфейс	1 PPI интерфейс (RS 485); подключение к сети, объединяющей до 126 станций (S7-200, OP, TP, ТВР, PG/PC); скорость передачи данных 9.6/ 19.2/187.5 Кбит/с
Питание	=24В/ 120мА. От коммуникационного интерфейса S7-200 или от внешнего блока питания. Встроенный в центральный процессор блок питания датчиков для этой цели не используется.
Диапазон рабочих температур	0...60°С
Степень защиты	IP 65/ фронтальная панель; IP 20/ остальная часть корпуса

7.2.5 Выбор модулей расширения

Подключение термоэлектронных датчиков к программируемому контроллеру невозможно осуществить напрямую, так как он обладает только дискретными входами. Для этого необходим модуль ЕМ 231, который предназначен для подключения термопар к центральным процессорам CPU 222/ 224/ 226 и позволяет производить прецизионное измерение сигналов стандартных термопар. Кроме этого модуль способен измерять сигналы напряжения ± 80мВ.

Модуль ЕМ 231 обладает следующими достоинствами: а) удобная обработка сигналов термопар с высокой точностью; б) возможность подключения термопар 7 различных типов; б) возможность измерения сигналов напряжения ±80мВ; г) простое подключение к существующим системам.

Модуль термоэлементов ЕМ 231 имеет те же конструктивные характеристики, что и все другие модули S7-22x:

1) Монтаж на стандартную профильную шину: модуль устанавливается на стандартную 35мм профильную шину DIN справа от центрального процессора CPU 22х и подключается к системе с помощью встроенного плоского кабеля.

2) Монтаж на плоскую поверхность: корпус модуля снабжен монтажными отверстиями, позволяющими производить его монтаж на плоскую поверхность с помощью винтов или шурупов. Этот вариант крепления рекомендуется для установок, подверженных вибрационным воздействиям.

3) Термопары: к одному модулю возможно подключение 4 термопар семи различных типов. Подключение датчиков производится непосредственно к модулю без использования промежуточных усилителей. Ко всем 4 каналам должны подключаться термопары одного и того же типа.

4) Особенности монтажа: для обеспечения наиболее высокой точности измерений и хорошей повторяемости результатов модуль должен монтироваться в местах, подверженных минимальным колебаниям температуры.

5) DIP-переключатели: необходимые настройки модуля, например, выбор типа подключаемых термопар, производятся с помощью встроенных DIP-переключателей.

6) Выбор пределов измерений: сигналы термопар типов J, К, Т, Е, R, S или N; сигналы напряжения ±80мВ.

7) Тестирование на разомкнутых линиях.

8) Компенсация холодного спая: для предотвращения погрешностей, вносимых сопротивлением соединительных линий и контактных соединений между модулем и термопарой; при переходе на диапазон ±80мВ компенсация автоматически отключается.

9) Масштабирование: измерение температуры может выполняться в °С или в °F.

Технические данные модуля термоэлементов ЕМ 231 приведены в таблице 1.5

Таблица 1.5 -Технические данные модуля ЕМ 231

Подключение к	CPU 222/224/226
Съемные терминальные блоки	Нет
Количество входов	4, аналоговых
Пределы измерения/ входное сопротивление	Термопары типов: S, Т, R, Е, N, К, J/ более 1МОм Напряжение ±80мВ/ более 1МОм
Максимально допустимое напряжение на входах измерения напряжения	ЗОВ, постоянное
Гальваническое разделение цепей	Есть
1 -й полевой уровень - цепи логики	500В, переменное
2-й полевой уровень - цепи 24В, постоянное	500В, переменное
Цепи 24В (постоянное) - цепи логики	500В, переменное
Время обновления информации	405мс (на все каналы)
Принцип преобразования	Sigma-Delta
Разрешение.	15 бит + знаковый разряд
по температуре	0.1°C/0.1°F
по напряжению	15 бит + знаковый разряд
Подавление шумов	85Д6
для частот	50/60/400Гц
Синфазное напряжение	-120В
Отклонение синфазного сигнала	120Д6 при -120В
Диапазон изменения измеренных величин: для биполярных сигналов	-27648...+27648
Базовая погрешность преобразования	0.1% FS (напряжение)
Повторяемость	0.05% FS
Погрешность холодного спая	±1.5°С
Диагностика	Светодиоды: EXTF (контроль напряжения питания), SF (системная ошибка)
Длина соединительного кабеля	Не более 100м к одному датчику
Сопротивление кабеля	Не более 100 Ом
Потребляемый ток:
от внутренней шины контроллера (=5В)	87мА
от источника L+	бОмА
Потребляемая мощность	1.8Вт



Для подключения контактных датчиков нам необходимо 6 дискретных входов. CPU 222 имеет 8 встроенных дискретных входов, поэтому модулей расширения для ввода сигналов больше не требуется.

Для подключения исполнительных механизмов (электромагнитных вентилей и катушек зажигания) нам требуется 12 дискретных выходов. В нашем контроллере имеется 6 встроенных дискретных выходов. Для увеличения дискретных выходов используем модуль вывода дискретных сигналов ЕМ222 модификации 6ES7222-1HF20-0XA0 имеющий 8 релейных выходов.

Таблица 1.6 - Технически данные модуля расширения ЕМ222

Количество выходов	8
Напряжение питания нагрузки L+/L1 *номинальное значение *допустимый диапазон изменений	=24В/~24...230В =5...30В/~20...250В
Выходное напряжение логической единицы	L+/L1
Тип выходов	Реле
Количество выходов в группе	4
Выходной ток логической единицы	2.0А
Выходной ток логического 0	0
Суммарный выходной ток группы выходов	8.0А
Выходной ток 2 смежных выходов	4.0А
Коммутационная способность выхода: *при активной нагрузке *при индуктивной нагрузке *при ламповой нагрузке	2.0А 2.0А 30Вт в цепи пост., 200Вт в цепи переменного тока
Ограничение коммутационных перенапряжений	Внешнее
Защита от коротких замыканий	Обеспечивается внешними цепями
Длина кабеля: *обычного *экранированного	До 150м До 500м
Потребляемый ток: *от внутренней шины контроллера (=5В) *от внешнего источника =24В	40мА 72мА
Потребляемая мощность	2Вт



7.2.6 Выбор первичных преобразователей системы регулирования температуры в пекарной камере печи

В качестве первичных преобразователей для измерения и контроля температуры в пекарных камерах печи, а также для контроля температуры газов «от топок» выбираем термопары ТХК - 0515 с характеристиками указанными в таблице.

Таблица 1.7- Характеристики термопары ТХК - 0515

материалы термоэлектродов	сплав хромель - копель
предел измерения температуры, °С	0...600
область применения	пар, газообразные и жидкие химические неагрессивные среды
длина рабочей части, мм	320
максимальная термо - ЭДС, мВ	45

7.2.7 Выбор исполнительных устройств

В качестве исполнительных устройств для изменения количества газа подаваемого на горелку используем электромагнитные вентили двухходовые типа ВН.

Технические данные вентилей приведены в таблице 1.8

Таблица 1.8- Технические данные вентилей ВН

Исходное состояние	нормально закрытый
Исполнение клапана	двухпозиционный
Мощность катушки, Вт	80
Напряжение питания, В	220
Частота переменного тока, Гц.	50
Рабочая температура, °С	-30...+40
Время открытия/закрытия, с	1
Частота включений в час	1000
Класс герметичности	А

8. Система автоматики безопасности печи

Система автоматики безопасности предназначена для эксплуатации в составе оборудования хлебопекарной печи. Функционально аппаратная часть автоматики безопасности входит в состав выбранного контроллера SDVIATIC S7-200 и управляет электромагнитом, устанавливаемым на предохранительно-запорном клапане на вводе газа к печи.

Система автоматики безопасности реализует алгоритм управления отсечным газовым клапаном печи и аварийной звуковой и световой сигнализациями.

Отсечка газа осуществляется в следующих случаях:

- при понижении давления газа перед отсечным клапаном ниже допустимого значения;

- при понижении разряжения в одной из топок ниже предельно допустимого значения;

- при выходе из строя одного из двигателей рециркуляционных вентиляторов;

- при погасании (срыве) пламени одной из горелок;

- при превышении температуры газов «от топок» в одной из зоны выше допустимой;

- при нажатии кнопки «Отсечной клапан. Отключить»;

При срабатывании отсечного клапана выдается одновременно звуковой и световой сигнал, а на текстовый дисплей выводится сообщение о причине отсечки газа.

Для системы автоматики безопасности используются следующие датчики и элементы:

Для контроля пламени используется прибор контроля пламени Ф-34, чувствительным элементом которого является контрольный электрод. Прибор преобразует сигнал детектирующего датчика пламени в изменение состояния контактов выходного реле. Выходной сигнал поступает на дискретный вход микроконтроллера.

Для контроля температуры «от топок печи» используются термопары. Опрос данных термопар осуществляет микроконтроллер.

Для контроля минимального разрежения в топке используются реле тяги с выходным сигналом - замыкающим контакт реле. Сигнал поступает на дискретный вход микроконтроллера.

Для контроля минимально допустимого давления перед основным запорным органом в газопроводе применен датчик реле напора ДН предел установки 4-40 мм.вод.ст. Предел срабатывания 20 мм.вод.ст Выходной сигнал замыкающий контакт реле поступает на вход прерывания микроконтроллера.

Для контроля работы вентиляторов рециркуляции в цепи их двигателей установлены тепловые реле. Контакты реле также подключены на вход прерывания микроконтроллера.



9. Интерфейсная привязка системы к технологическому объекту

Схема подключения исполнительных устройств к микроконтроллеру показана на рисунке 1.19.

Рисунок 1.19- Схема подключения исполнительных устройств к микроконтроллеру

Исполнительными устройствами, которые подключаются к микроконтроллеру являются электромагнитные вентили, магнитные пускатели, а также катушки зажигания. Все эти устройства рассчитаны на напряжение 220 В переменного тока. Их мощности составляют от 80 до 150 Вт.

В проектируемой системе использовалась модификация микроконтроллера с релейными выходами напряжением 24-230 В переменного тока. Максимальный выходной ток логической единицы на один канал при данной модификации составляет 2А. Ток потребляемый элементом с максимальной мощностью, используемым в данной системе составляет 150/220 = 0.68 А. Следовательно дополнительных элементов для подключения исполнительных устройств к микроконтроллеру не требуется.

Для подключения термопар к микроконтроллеру использовался модуль ввода аналоговых сигналов ЕМ231. Схема подключения показана на рисунке 1.20.



Рисунок 1.20 - Схема подключения термопар к модулю ЕМ231.

Данный модуль специально используется для подключения термопар 7 различных типов. Он также осуществляет компенсацию холодного спая термопары. Выбор типа подключаемых термопар, производятся с помощью встроенных DIP-переключателей.

Подключение датчиков производится непосредственно к модулю без использования промежуточных усилителей. Модуль ЕМ231 подключается непосредственно к микроконтроллеру.

Схема подключения дискретных датчиков к микроконтроллеру показана на рисунке 1.21.

Рисунок 1.21 - Схема подключения дискретных датчиков к микроконтроллеру

Дополнительных устройств для подключения дискретных датчиков не требуется.

Кроме микроконтроллера в автоматизированной системе регулирования температуры используется регулятор разряжения «УЗОР-Д2». В качестве первичных преобразователей для измерения разрежения в топках печи использовались преобразователи типа «УЗОР 1Д-2», датчики подключаются непосредственно к регулятору без вторичных преобразователей.

Для соединения регулятора с исполнительным механизмом (МЭО) используется пускатель ПБР2. Данный пускатель производит усиление импульсов вырабатываемых регулятором от 0 - 24В до 0 - 220В и производит бесконтактное управление механизмом.

Подробней о ПБР2 сказано в пункте 1.4.1.3



10. Разработка алгоритма работы системы

Ниже представлена блоксхема алгоритма работы печи.

Рисунок 1.22 - Блок схема основного алгоритма работы печи



Продолжение рисунка 1.22



Рисунок 1.23 - Подпрограмма контроля безопасности печи и подпрограмма защиты

Где: ПК1, ПК2 -продувочные клапана первой и второй зон,

Гл.Отсек - главный отсекающий клапан на подводящем газопроводе,

К31, К32 - катушки зажигания,

ЗП1, ЗП2 - клапана запальных горелок,

МГ1, МГ2 - клапана «Малый газ»,

БГ1, БГ2 -клапана «Большой газ»,

t1, t2 - текущие температуры, соответственно первой и второй зон пекарной камеры,

tот1, tот2 - температуры газов «От топок», соответственно первой и второй топок,

n - количество циклов соответствующее времени 4с (по технике безопасности запальная горелка может работать при отсутствии пламени не более 4с).



Заключение

В настоящее время очень актуально автоматизация производственных процессов. Автоматизация прцессов снижает физическую работу и повышает эфективность производста.

Автоматизация регулирование теплового режима хлебопекарной печи экономит ресурсы на производство и дает возможность для производста качественных продкутов.

В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение и модернизация этой системы.



Список использованной литературы

1. Кулешов, О.Ю. Математическая модель и методика расчета газодинамики и теплообмена в хлебопекарных печах / В.М. Седелкин, О.Ю. Кулешов, Т.В. Кузьмичева // Тр. 2-ой Российской нац. конф. по теплообмену, М., 26-30 октября 1998 г. - Т.6. - М., 1998. - С. 204-206

2. Кулешов, О.Ю. Разработка численного метода расчета тепломассопереноса в хлебопекарных печах / О.Ю. Кулешов, В.М. Седелкин // Сборник докладов Юбилейной Междунар. науч.-практ. конф. «Пищевые продукты XXI века». - М.: МГУПП, 2001. - Т.2.- С.61.

3. Хромеенков В.М. Оборудование хлебопекарного производства: Учеб. для нач. проф. Образования. - М.: ИРПО; Изд. центр «Академия», 2000. - 320с.

4. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 2: Учеб. для вузов/ С.Т.Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др.; Под ред. Акад. РАСХН В.А. Панфилова. - м.: Высш. шк., 2001. - 1384с.

5. Пучкова Л.И., Поландова Р.Д., Матвеева И.В. Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий. Часть I. Технология хлеба. - СПб.: ГИОРД, 2005. - 559с.

Размещено на Allbest.ru

...