Материал: Разработка функциональной схемы автоматизации АСУТП производства обуви из пластизолей ПВХ

- управление вентилем, который предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 2 в порционные весы 2;

- управление вентилем, который предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 3 в порционные весы 3;

- управление вентилем, который предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 1 в смеситель пластизоля для оболочки 1;

- управление вентилем, который предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 2 в смеситель пластизоля для оболочки 2;

- управление вентилем, который предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 1 в смеситель 3 для каблучного пластизоля;

- управление вентилем, который предназначен для закачки смеси пластификаторов из подземных емкостей в мерник-дозатор 1;

- управление вентилем, который предназначен для закачки смеси пластификаторов из мерника-дозатора 1 в смеситель пластизоля для оболочки 1;

- управление вентилем, который предназначен для закачки смеси пластификаторов из подземных емкостей в мерник-дозатор 2;

- управление вентилем, который предназначен для закачки смеси пластификаторов из мерника-дозатора 2 в смеситель пластизоля для оболочки 2;

- управление вентилем, который предназначен для закачки смеси пластификаторов из подземных емкостей в мерник-дозатор 3;

- управление вентилем, который включает насос 1 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;

- управление вентилем, который включает счетчик 1 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;

- управление вентилем, который включает насос 2 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;

- управление вентилем, который включает счетчик 2 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;

- управление вентилем, который включает насос 3 для подачи готовой каблучной композиции на конвейер;

- управление вентилем, который включает счетчик 3 для подачи готовой каблучной композиции на конвейер;

- управление вентилем, который предназначен для включения насоса, который закачивает пластификаторы из подземных емкостей в автоматические дозаторы.

2.4 Алгоритмы функционирования АСУТП

В целом функционирование системы состоит из следующих этапов: запуска системы, контроля датчиков и вывод сообщения в случае аварий, в непосредственном запуске различных вариантов работы системы и её выключение. Блок - схема общего алгоритма функционирования представлена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 Блок - схема общего алгоритма функционирования

Рассмотрим более подробно каждый из этапов:

1)      Запуск системы

Система считается запущенной при выполнении следующих условий:

включен насос для пластификаторов и включены вентили №1 и №2 от бункеров для смол №1 и №2 (для производства пластизоля для оболочки);

включен насос для пластификаторов и включен вентиль №3 от бункера для смолы №3 (для производства каблучного пластизоля);

включен насос для пластификаторов и включены вентили №1, №2 и №3 от бункеров для смол №1, №2 и №3 (для производства пластизоля для оболочки и каблучного пластизоля).

)        Контроль датчиков

Алгоритм контроля уровня в смесителе 1 пластизоля для оболочки приведен на рисунке 2.6 (алгоритмы для контроля уровня в смесителе 2 пластизоля для оболочки и в смесителе 3 для каблучного пластизоля аналогичны).

Рисунок 2.6 - Алгоритм контроля уровня в смесителе 1

Рассмотрим алгоритм контроля массы на примере дозатора для смол №1 (рис.2.7). (Алгоритмы для контроля массы в дозаторах для смол №2 и №3, мерниках-дозаторах №1, №2 и №3, счетчиках №1, №2 и №3 аналогичны).

Рисунок 2.7 - Алгоритм контроля массы

3)      Работа системы

Алгоритм проверки запуска процесса: насоса для пластификаторов, вентиля №1 и вентиля №2 или вентиля №3, или вентилей №1, №2 №3 - приведен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Алгоритм проверки запуска процесса

Рассмотрим возникновение аварии на примере бункера 1. Авария возникает при следующих условиях: бункер 1 полон, вентиль 13 включен (включен вакуум-насос), а вентиль 14 не включен (т.е. пластизоль для оболочки не поступает из смесителя 1 через фильтр на конвейер).

Алгоритм возникновения аварии в смесителе 1 приведен на рисунке 2.9 (алгоритмы возникновения аварий в смесителях 2 и 3 аналогичны).

Рисунок 2.9 - Алгоритм возникновения аварии в смесителе 1

4)      Выключение системы

При выключении системы закрываются все вентили и отключаются все насосы.

2.5 Выводы к главе 2

Результатом главы 2 является схема информационных потоков и функциональная схема технологического объекта, отображающая вид датчиков, места расположения датчиков, а также места расположения исполнительных механизмов и пусковых устройств.

Также приведены алгоритмы функционирования АСУТП.

3. Выбор комплекса технических средств

3.1 Выбор контроллера

В настоящее время промышленность предлагает широкий спектр устройств, сочетающих в себе блоки первичной обработки сигнала (фильтрация, масштабирование), аналого-цифрового преобразования, защиты и другие.

При выборе контроллера нам необходимо ориентироваться на систему Trace Mode и специфику области разработки.

Программируемые контроллеры, используемые в производстве, способствуют эффективному и безопасному течению технологических процессов, позволяют быстро перенастроить параметры или устранить ошибки.

Выберем контроллер SIMATIC S7-200.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для построения относительно простых систем автоматического управления, отличающихся минимальными затратами на приобретение аппаратуры и разработку системы. Контроллеры способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и узлов, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети Industrial Ethernet, PROFIBUS-DP, MPI, AS-Interface, MPI, PPI, MODBUS, системы телеметрии, а также через модемы.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 имеют сертификат Госстандарта России, подтверждающий соответствие требованиям стандартов ГОСТ Р.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 характеризуются следующими показателями:

·        Эффективное программирование на языках STL, LAD и FBD.

·        Высокое быстродействие. Время выполнения 1К логических инструкций не превышает 0.22мс.

·        Наличие конфигурируемых реманентных областей памяти для необслуживаемого сохранения данных при перебоях в питании контроллера.

·        3-уровневая парольная защита программы пользователя.

·        Универсальность входов и выходов центральных процессоров: стандартные дискретные входы и выходы, входы скоростного счета, импульсные выходы.

·        Наращивание количества обслуживаемых входов и выходов за счет использования модулей расширения и/или систем распределенного ввода-вывода на основе AS-Interface.

·        Универсальность встроенного интерфейса центральных процессоров: поддержка протоколов PPI/ MPI/ USS/ MODBUS, свободно программируемый порт.

·        Наличие съемных терминальных блоков для подключения внешних цепей, упрощающих выполнение операций монтажа и замены вышедших из строя модулей.

·        Поддержка обработки рецептурных данных.

·        Использование картриджа памяти для регистрации данных и сохранения электронных версий технической документации.

·        Возможность редактирования программы без перевода центрального процессора в режим STOP.

·        Использование страничной адресации блоков данных.

Семейство контроллеров SIMATIC S7-200объединяет в своем составе модули центральных процессоров; коммуникационные модули; модуль позиционирования EM 253; модуль весоизмерения, модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов; модули блоков питания.

Все модули способны работать в диапазоне температур от 0 до +55°C. Для более жестких условий эксплуатации могут использоваться модули семейства SIPLUS S7-200 с диапазоном рабочих температур от - 25 до +70°C.

Конструктивные особенности:

·        Компактные пластиковые корпуса со степенью защиты IP20.

·        Простое подключение внешних цепей через терминальные блоки с контактами под винт. Защита всех токоведущих частей открывающимися пластиковыми крышками.

·        Наличие штатных или опциональных съемных терминальных блоков, позволяющих выполнять замену модулей без демонтажа их внешних цепей.

·        Монтаж на стандартную 35 мм профильную шину или на плоскую поверхность с креплением винтами.

·        Соединение модулей с помощью плоских кабелей, вмонтированных в каждый модуль расширения.

3.2 Выбор датчиков и исполнительных механизмов

Выбор датчиков:

Уровень

Для измерения уровня будет использован датчик-реле уровня РОС-101. Датчик-реле уровня РОС-101 предназначен для контроля уровня электропроводных и неэлектропроводных жидкостей, твердых (кускообразных) сред, зерна и продуктов его размола, а также раздела сред: вода - светлые нефтепродукты, сжиженные углеводородные газы - вода и других жидкостей с резко отличающимися диэлектрическими проницаемостями.

Масса

Для измерения массы будет использован датчик Тензодатчик MLC2. Принцип действия тензодатчика основан на преобразовании деформации сдвига вдоль площадок главных напряжений упругого элемента в электрический сигнал. Тензорезисторы, элементы нормирования и термокомпенсации соединены по мостовой схеме Уитстона (Wheatstone).

Выбор исполнительных механизмов:

На все вентили необходимо поставить исполнительные механизмы, которые позволят открывать и закрывать вентили.

В данном случае подойдут быстрозапорные электромеханизмы МБОВ. Обеспечивает открытие и быстрое закрытие клапана в любой момент времени из любого положения его рабочего органа при автоматическом (за 0,2.1 сек), дистанционном или ручном управлении. Исполнительные механизмы являются дискретными устройствами, что обеспечивает два состояния: закрыт, открыт.

3.3 Выводы к главе 3

В третьей главе были выбраны: контроллер, датчики и исполнительные механизмы, подходящие для конкретной рассматриваемой модели.

Следующим этапом проектирования является разработка программного обеспечения.

4. Разработка программного обеспечения АСУТП

4.1 Выбор программного обеспечения

Из огромного количества продуктов, позволяющих автоматизировать технологический процесс, был выбран наиболее распространенный в России в области SCADA-систем для разработки АСУТП продукт Trace Mode фирмы AdAstra.сe Mode имеет совместимость стандартов с большинством мировых производителей средств промышленной автоматики.Mode - это программный комплекс, предназначенный для разработки, настройки и запуска в реальном времени систем управления технологическими процессами.сe Mode состоит из инструментальной системы и исполнительных модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе Traсe Mode. Traсe Mode основана на новейшей модели распределенного компонентного объекта - DCOM, лежащей в основе Windows NT, поэтому отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУТП на базе Traсe Mode легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные системы.

Основные функции:

) градация инструментальных систем по количеству точек ввода/вывода в одном узле проекта: 128, 1024, 32000х16, 64000х16 открытость для программирования (Visual Basic, Visual C - для 5 версии);

) разработка АСУТП как единого проекта, средства сквозного программирования АСУТП верхнего (АРМ) и нижнего уровня;

) встроенная библиотека, включающая более чем 150 алгоритмов обработки данных и управления;

) средства создания "холодного" и "горячего" резерва;

) средства единого сетевого времени;

) более 200 типов форм графического отображения информации, в том числе графики трендов, мультипликация на основе растровых и векторных изображений;

) просмотр архивной информации в реальном времени, в том числе в виде трендов и таблиц;

) резервирование архивов и автовосстановление после сбоя;

) связь с Internet;

) полностью русифицирована.

4.2 Разработка программного обеспечения АСУТП в Trace Mode

В рамках курсового проекта требуется разработать модель автоматизируемого объекта и пульт управления оператора. На объекте должен отображаться ход процесса. Пульт управления должен предоставлять возможность включения и выключения системы, а также сигнализировать о наличии аварийной ситуации на объекте.

Разработка включает в себя создание базы каналов в соответствующем редакторе, статического рисунка и динамических форм отображения в редакторе представления данных.

База каналов представляет собой совокупность алгоритмов функционирования автоматизированной системы: поведение отдельных информационных потоков в зависимости от поступающих данных и изменения информации внутри самой системы. Такие информационные потоки называются каналом. Совокупность всех каналов, относящихся к конкретной системе, называют базой каналов.

База каналов будет содержать все информационные потоки от датчиков, а также дополнительные каналы для упрощения логического управления объектом. Работа этих каналов осуществляется по алгоритмам управляющих FBD программ. Для каждого канала можно создать управляющую FBD программу.

Статичное изображение - это предполагаемый интерфейс между пользователем и программой. В него закладываются все контрольные элементы и элементы отображения информации для контроля за ТО в процессе его функционирования.

Интерфейс должен позволять пользователю получать точную и своевременную информацию об объекте, а также иметь возможность самому вмешиваться в процесс управления. Чтобы дать пользователю понять, какие из частей системы и каким образом в данный функционируют, используем анимацию, например динамические гистограммы, видео фрагмент и т.д.

Пользовательский интерфейс состоит из двух частей: объект управления и пульт управления. Экранные формы разработанного интерфейса пользователя системы приведены ниже на рисунках 4.1 - 4.4.

Рисунок 4.1 - Объект управления

Рисунок 4.2 - Пульт оператора

Рисунок 4.3 - Тренды

Разработанное программное обеспечение позволяет имитировать работу технологического объекта, а также наблюдать и воздействовать на ход технологического процесса с пульта управления оператора.

4.3 Выводы к главе 4

Результатом данной главы является разработка программного обеспечения АСУТП производства обуви из пластизолей ПВХ в программной среде Trace Mode.

Заключение

Результатом выполнения данного курсового проекта стала разработка АСУТП производства газораспределительной станции. Была разработана модель процесса, которая наглядно позволяет представить реальный технологический процесс. Также были разработаны структурная, функциональная схемы, подобраны измерительные устройства (датчики) и контроллер, который осуществляет управление технологическим процессом. Разработаны алгоритмы управления.