Автоматизация технологических процессов и производств — КиберПедия 

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...

Автоматизация технологических процессов и производств

2018-01-29 581
Автоматизация технологических процессов и производств 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Кафедра АиПЭ

 

Кривоносов В.А.

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

 

Методическое пособие

для студентов специальностей

220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств»,

140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»

(очной, очно-заочной, заочной формы обучения)

 

Одобрено редакционно-издательским советом института

 

Старый Оскол

 

УДК 681.5

ББК 32.965

 

 

Рецензент: к.т.н., доцент кафедры системотехники Харьковского национального университета радиоэлектроники, Чайников С.И.

 

 

Кривоносов В.А. Автоматизация технологических процессов и производств. Методическое пособие. Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2009. – 60 с.

 

 

Методическое пособие по курсу «Автоматизация технологических процессов и производств» для студентов специальности: 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств», 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», очной, очно-заочной, заочной формы обучения.

 

Ó Кривоносов В.А.

Ó СТИ МИСиС


Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ.. 4

1. Краткая история развития АСУ ТП.. 7

1.1 Место АСУ ТП в интегрированной автоматизированной системе управления предприятием 13

2. Функции и состав АСУ ТП.. 14

2.1 Функции АСУТП.. 14

2.2 Состав АСУ ТП.. 16

3. Структура распределенной АСУ ТП.. 21

3.2.1 Сигнальные модули (модули ввода/вывода) 25

3.2.2 Обработка аналоговых сигналов в процессе ввода в контроллер. 28

3.3 Подсистема автоматического управления. 30

3.3.1 ПЛК – аппаратная основа построения подсистемы автоматического управления. 30

3.3.2 Контуры автоматического регулирования. 33

3.3.2.1 Регуляторы прямого действия. 34

Область применения регуляторов температуры РТ-ДО (ДЗ): 36

Рис. 15 Пример использования терморегулятора РТ-ДО в теплообменнике. 36

Технические характеристики регулятора температуры прямого действия РТ-ДО (ДЗ) приведены в таблице 1. 36

3.3.2.2 Регуляторы косвенного действия. 37

3.4 Операторский уровень АСУ ТП.. 42

3.4.1 Аппаратное обеспечение верхнего уровня АСУТП.. 42

3.4.2 Программное обеспечение верхнего уровня. 43

3.4.3 Взаимодействие верхнего и среднего уровней АСУТП.. 44

4. Сети передачи данных в АСУ ТП.. 50

4.1 Полевые шины.. 51

4.2 Сети верхнего уровня. 53

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 57

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 58

Подписано в печать___________ Бумага для множительной техники. 60


ПРЕДИСЛОВИЕ

Повышение качества продукции и экономической эффективности производства являются в настоящее время непременными условиями успешной работы как промышленных гигантов, имеющих международный авторитет и признание, так и сравнительно небольших предприятий, обслуживающих потребности ограниченного региона. Решение этих проблем достигается за счет внедрения современных технологий, оборудования и материалов, механизации и автоматизации производственных процессов.

Современные технологии обогащения руд, выплавки и прокатки металла, добычи, транспортировки и переработки нефти и газа, выработки электрической и тепловой энергии, производства строительных материалов не могут быть реализованы без автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Интеграция АСУ ТП в корпоративную автоматизированную систему позволяет повысить оперативность и эффективность управления предприятием или объединением.

Дисциплина «автоматизация технологических процессов и производств» (АТПиП) является одной из дисциплин, завершающих обучение по одноименной специальности и призванных подготовить студентов к успешному выполнению выпускной квалификационной работы, к дальнейшему участию в разработке и эксплуатации АСУ ТП в реальных производственных условиях. Материал АТПиП в значительной мере опирается на знания, полученные студентами ранее при изучении дисциплин:

- электротехника;

- электроника;

- технологические процессы и производства;

- цифровые и микропроцессорные устройства;

- технические измерения и приборы;

- теория автоматического управления;

- моделирования систем;

- вычислительные машины системы и сети.

Учебная программа дисциплины АТПиП предусматривает:

- изучение теоретической части курса;

- выполнение и сдачу цикла лабораторных работ;

- выполнение и защиту курсового проекта;

- сдачу итогового экзамена по дисциплине.

Данное методическое пособие охватывает материал теоретической части дисциплины

 

Введение

История развития человечества показывает, что распределение трудовых ресурсов всех стран по видам деятельности существенно зависит от уровня развития страны. На начальном этапе (низкий уровень), когда главной проблемой была проблема обеспечения населения продуктами питания, 70 – 90 % трудоспособных жителей страны занимались сельским хозяйством, 10 – 20 % - промышленным производством (ремесленники), а всего 2 – 5 % занимались управлением и информационным обслуживанием.

Механизация – это замена ручного труда в сфере материального производства (выработка, переработка вещества или энергии) работой машин и механизмов. Развитие механизации сельского хозяйства приводило, с одной стороны, к тому, что достаточное количество продуктов питания производило меньшее количество населения, а с другой – производство средств механизации труда требовало новых рабочих рук. Поэтому по мере роста уровня развития стран происходил переток трудовых ресурсов в промышленное производство.

В свою очередь, развитие промышленного производства, его механизация, появление паровых машин, усложнение организационной структуры предприятий приводило к усложнению задач управления и информационного обслуживания. Исторический опыт показывает, что чем выше уровень развития общества, тем больший удельный вес в общем объеме работ занимают работы, связанные с управлением и информационным обслуживанием.

На современном этапе обработка информации и управление становятся решающим фактором повышения уровня развития страны во всех остальных сферах, включая сельскохозяйственное и промышленное производство, транспорт, строительство, здравоохранение, образование, науку и, наконец, охрану общественного порядка и оборону страны. То есть обработка информации становится важнейшим элементом любой сферы человеческой деятельности. Не случайно появление термина информационные технологии – процесс получения и преобразования информации, вещества или энергии из начального состояния в заданное конечное с помощью методов, программных и аппаратных средств информатики. Информатика – наука о методах сбора, накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ.

Замена физического труда человека в процессе создания материальных благ работой машин и механизмов называют механизацией работ. Использование автоматических устройств (прежде всего, вычислительной техники) в процессах обработки информации называют автоматизацией. Ведущие по уровню экономического и научного развития страны мира сегодня переориентировались из сферы материального производства в сферу развития национальных информационных ресурсов. При этом основным объектом для инвестиций стали так называемые наукоемкие изделия, т.е. изделия, в стоимости которых более 5 % составляют расходы на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР). Так в производстве аппаратных и программных средств вычислительной техники доля НИОКР примерно в 3 раза выше, чем в металлообрабатывающей.

Наибольший эффект аппаратные и программные средства автоматизации приносят в составе автоматизированных систем. Автоматизированная система (АС) – это система, состоящая из персонала и комплекса автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций. В зависимости от объекта автоматизации, а также от назначения и функций системы различают автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные информационные системы (АИС), автоматизированные системы контроля и учета (АСКУ), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) и т.п.

В свою очередь, в зависимости от объекта автоматизации, в категорию АСУ попадают и автоматизированные системы управления производством (АСУП) и автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). АСУП предназначены для автоматизации задач управления организационно-экономического характера (планирование производства; учет материалов, продукции, энергии, финансов и кадров; снабжение сырьем, материалами и полуфабрикатами; сбыт продукции; управление транспортом и т.п.).

АСУ ТП – это АСУ, предназначенные для выработки и реализации управляющих воздействий на технологических объектах управления (ТОУ) с целью обеспечения наивысшего качества функционирования ТОУ. ТОУ – это совокупность технологического оборудования (электродвигатели, насосные агрегаты, вентиляторы, печи, горелки, котлы и т.п.) и реализованного на нем по соответствующим регламентам технологического процесса. Качество функционирования АСУ ТП оценивается критерием качества управления. Критерий качества управления – численный показатель (скалярный или векторный), характеризующий эффективность работы ТОУ, значение которого зависит от управляющих воздействий. В качестве критериев могут использоваться как технологические параметры (температура, давление, максимальное отклонение от заданного размера, содержание железа в концентрате), так и технико-экономические показатели (удельные затраты сырья и энергии, прибыль, производительность при выполнении требований по качеству и т.п.).

Не меньшую роль, чем критерий качества управления, в функционировании АСУ ТП играют ограничения, которые должны соблюдаться при выработке управляющих воздействий. Ограничения бывают двух видов: физические, которые не могут быть нарушены даже при неправильном выборе управляющих воздействий, и технологические, которые в принципе могут быть нарушены, но эти нарушения приводят к значительному ущербу. Примером физического ограничения является максимальный расход природного газа на горелку при полностью открытой заслонке. Примером технологических ограничений являются ограничения на уровень металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Выход за ограничения может приводить к дефектам в непрерывно литой заготовке.

На современных предприятиях АСУП и АСУ ТП функционируют, как правило, в составе единой интегрированной по информации корпоративной АСУ, имеющей иерархическую структуру. На нижнем уровне управление осуществляется совокупностью взаимосвязанных АСУ ТП технологических агрегатов, участков и цехов, а на верхнем – АСУП. С верхнего уровня в АСУ ТП поступает плановая и директивная информация, в обратном направлении идет поток отчетных данных технико-экономического характера (количество израсходованного сырья и электроэнергии, объем и номенклатура произведенной продукции, время и причины простоев).

Дисциплина АТПиП направлена, в основном, на изучение АСУ ТП: их функций и перечня решаемых задач; состава и структуры; алгоритмов регулирования и управления, реализуемых в автоматическом режиме; современных тенденций развития рынка аппаратных и программных средств АСУ ТП.

 

Функции и состав АСУ ТП

Функции АСУТП

Перечень функций АСУ ТП весьма обширен и зависит от конкретного объекта автоматизации [2,3]. Однако все эти функции принято делить на три категории:

- информационные функции АСУ ТП;

- управляющие функции АСУ ТП;

- вспомогательные функции АСУ ТП.

К информационным относят функции, главным содержанием которых является сбор, предварительная обработка, хранение, передача и представление информации пользователям в удобном для них виде. Пользователями могут быть люди, а также различные функциональные задачи. В состав типовых информационных функций входят:

- сбор информации о технологических параметрах и состоянии оборудования;

- фильтрация входных сигналов от высокочастотных помех измерения;

- пересчет сигналов в физические величины;

- контроль технологических параметров на физическую достоверность, на соответствие технологическому регламенту, на достижение аварийных границ;

- косвенные измерения параметров (получение оценки технологического параметра, который непосредственно не измеряются, в результате математической обработки измеряемых сигналов, функционально связанных с этим параметром). Примером косвенных измерений является оценка концентрации серной кислоты по результатам измерения её плотности и температуры;

- оценка состояния технологического оборудования;

- ручной ввод информации в систему с использованием пульта оператора или клавиатуры;

- обмен информацией между вычислительными средствами АСУ ТП (контроллеры, станции распределенной периферии, рабочие и инженерные станции, серверы);

- формирование и выдача сигналов световой и звуковой сигнализаций;

- визуализация информации в удобном для оперативного персонала виде;

- архивирование информации о ходе технологического процесса, о нарушениях технологического регламента, о возникновении аварийных ситуаций;

- ведение базы данных реального времени;

- подсчет технико-экономических показателей производства;

- прогнозирование аварийных ситуаций (например, формируется сообщение: «Температура подшипника растет, через 15 минут будет достигнут максимально допустимый уровень»);

- обмен данными со смежными и вышестоящими системами управления;

- формирование сменных и суточных отчетов.

К управляющим функциям АСУ ТП относятся функции, результатами которых является выработка и реализация управляющих воздействий на объект управления. Типовыми управляющими функциями АСУ ТП являются:

- определение и реализация оптимального режима функционирования каждого из технологических агрегатов;

- стабилизация технологических параметров (давлений, температур, уровней);

- программное управление изменением технологических параметров (реализация заданного графика изменения температуры в печи);

- поддержание определенного соотношения между параметрами (например, соотношение газ/воздух на горелке, соотношение руда/вода в мельнице мокрого самоизмельчения);

- логическое управление технологическим оборудованием (например, при достижении заданного уровня воды в емкости № 1, выключить насос № 1, включить нагреватель емкости № 1, проверить уровень в емкости № 2, если он ниже нормы, включить насос № 2);

- пуск и останов отдельных агрегатов и технологической линии в целом;

- аварийное отключение (например, отсечка подачи газа на горелку при снижении давления в газовой магистрали, продувка камеры сгорания воздухом);

- выдача оператору рекомендаций по управлению процессом (например, «Рекомендуется снизить подачу руды в мельницу на 25 т/час из-за угрозы завала»).

Вспомогательные функции АСУ ТП состоят в контроле функционирования технических и программных средств самой системы автоматизации. Контроллеры, станции распределенной периферии, панели оператора, инженерные станции, SCADA системы имеют в своем составе развитые средства диагностики.

 

Состав АСУ ТП

Знакомство с каталогами, сайтами, рекламными материалами ведущих мировых производителей систем автоматизации [5,6], а также фирм - системных интеграторов в области АСУ ТП, могут создать впечатление, что АСУ ТП – это просто совокупность технических средств (hard) и программного обеспечения (so ft). Безусловно, технические средства и программное обеспечение - очень важные элементы системы автоматизации, во многом определяющие уровень и потенциальные возможности АСУ ТП. Однако, только глубокая проработка всех составных частей системы, вопросов их взаимодействия и совместимости, обеспечивают успешное функционирование автоматизированного объекта.

В состав АСУ ТП входят следующие компоненты:

- информационное обеспечение;

- техническое обеспечение;

- математическое обеспечение;

- программное обеспечение;

- организационное обеспечение;

- метрологическое обеспечение;

- эргономическое обеспечение;

- оперативный персонал.

2.2.1 Информационное обеспечение АСУ ТП включает:

- исходные данные, используемые в процессе разработки или эксплуатации системы;

- промежуточные данные, хранящиеся в базах данных реального времени, используемые для дальнейшей обработки;

- выходные данные, передаваемые для реализации на исполнительные устройства, отображаемые визуально на панелях операторов, табло и мониторах рабочих станций, передаваемых пользователям в электронном или бумажном виде;

- принятые формы входных и выходных документов (электронных или бумажных);

- принятая система кодирования информации;

- электронные архивы данных.

В состав информационного обеспечения входят внемашинные (на бумажных носителях) и внутримашинные (на электронных носителях) компоненты. Так, например, к внемашинным компонентам можно отнести технологический регламент, определяющий допустимые пределы изменения технологических параметров, условия аварийных отключений, порядок пуска и останова оборудования и т.п. К внутримашинному информационному обеспечению относятся входные сигналы, поступающие от датчиков, а также выходные сигналы на исполнительные устройства, архивы нарушений технологического регламента, графики изменений контролируемых параметров, сформированные на экране монитора и т.п.

2.2.2 Техническое (аппаратное) обеспечение – это комплекс технических средств, обеспечивающих выполнение всех функций АСУ ТП, а также обеспечивающих взаимодействие персонала с техническими средствами системы и с технологическим процессом. В состав технического обеспечения входят:

- средства сбора информации (измерительные преобразователи, счетчики, сигнализаторы, устройства ручного ввода);

- исполнительные устройства;

- программируемые логические контроллеры;

- устройства распределенного ввода/вывода;

- операторские станции;

- инженерные станции;

- серверы;

- панели оператора;

- программаторы;

- сетевые адаптеры;

- преобразователи частоты;

- пускатели;

- концевые выключатели;

- кабели связи;

- табло;

- устройства световой и звуковой сигнализации.

2.2.3 Математическое обеспечение – это совокупность математических моделей, методов, алгоритмов решения различных задач, используемая на этапе проектирования и в процессе эксплуатации АСУ ТП. К этому виду обеспечения относятся:

- методы фильтрации сигналов;

- методы идентификации математических моделей;

- математические модели объектов управления;

- методы анализа, синтеза и настройки контуров регулирования;

- алгоритмы управления и регулирования;

- методы анализа устойчивости и точности систем;

- методы и алгоритмы оптимизации (поиска экстремума);

- методы принятия решений;

- алгоритмы адаптации параметров системы управления;

- алгоритмы косвенных измерений;

- методы прогнозирования случайных последовательностей;

- методы наблюдения состояния динамической системы;

- интеллектуальные алгоритмы управления.

2.2.4 Программное обеспечение – совокупность программ, обеспечивающих функционирование всех цифровых вычислительных средств АСУ ТП (контроллеры, серверы, рабочие и инженерные станции, программаторы, панели оператора), а также решающих все функциональные задачи на этапах разработки, наладки, тестирования и эксплуатации системы. Программное обеспечение принято делить на две категории:

- общее программное обеспечение, включающее операционные системы, SCADA-системы, пакеты программ для программирования контроллеров, компиляторы, редакторы и т.п. Общее программное обеспечение не привязано к конкретному объекту автоматизации, закупается и поставляется так же, как и технические средства.

- специальное программное обеспечение – это программы, разработанные для конкретной АСУ ТП. К этой категории относятся программы для контроллеров, реализующие определенные функциональные задачи обработки информации и управления; программы, сгенерированные в среде SCADA-системы для визуализации, архивирования данных конкретного технологического процесса.

2.2.5 Организационное обеспечение совокупность документов, устанавливающих порядок и правила функционирования оперативного персонала АСУ ТП, а также организационные мероприятия, направленные на успешное внедрение системы и на безопасное ведение технологического процесса. В частности, к организационному обеспечению относятся:

- технологический регламент производства в условиях функционирования АСУ ТП;

- описание функциональной, организационной и технической структур автоматизированного технологического комплекса;

- штатное расписание, должностные инструкции технологического и оперативного персонала в условиях функционирования АСУ ТП;

- инструкция по пуску и останову технологических агрегатов в условиях АСУ ТП;

- обучение персонала работе с АСУ ТП;

- правила техники безопасности в условиях АСУ ТП.

2.2.6 Метрологическое обеспечение - установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.

Возможность применения результатов измерений для правильного и эффективного решения любой задачи определяется следующими тремя условиями:

- результаты измерений выражаются в узаконенных (установленных законодательством России) единицах;

- значения показателей точности результатов измерений известны с необходимой заданной достоверностью;

- значения показателей точности обеспечивают оптимальное в соответствии с выбранными критериями решение задачи, для которой эти результаты предназначены (результаты измерений получены с требуемой точностью).

Если результаты измерений удовлетворяют первым двум условиям, то о них известно всё, что необходимо знать для принятия обоснованного решения о возможности их использования. Такие результаты можно сопоставлять, они могут использоваться в различных сочетаниях, различными людьми, организациями. В этом случае говорят, что обеспечено единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Правила и нормы по обеспечению единства измерений установлены в Законе РФ «Об обеспечении единства измерений» и в нормативных актах Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

Третье из перечисленных выше условий определяет требования к точности применяемых методов и средств измерений. Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок и, как следствие, к экономическим потерям. Завышенные требования к точности измерений требуют дополнительных затрат на приобретение более дорогих средств измерений. Поэтому это требование влияет не только на метрологические, но и на экономические показатели системы.

Если при измерениях соблюдаются все три условия (обеспечивается и единство, и требуемая точность измерений), то говорят о метрологическом обеспечении.

Необходимо отметить, что в АСУ ТП данные, полученные от измерительных преобразователей, проходят целый ряд этапов обработки и преобразования:

- аналоговая фильтрация от высокочастотных помех;

- дискретизация сигнала во времени;

- аналого-цифровое преобразование с определенной разрядностью;

- цифровая фильтрация.

Такая обработка, в общем случае, изменяет метрологические характеристики результирующих данных в сравнении с исходными данными от датчика, вносит временную задержку. Поэтому для корректного использования данных АСУ ТП (например, данных коммерческого учета тепловой и электрической энергии) необходимо выполнить оценку метрологических характеристик этих данных с учетом всех этапов обработки.

2.2.7 Эргономическое обеспечение – это нормы эргономики и инженерной психологии, положенные в основу проектирования АСУ ТП. Прежде всего, это касается организации пультов оператора, мнемосхем, табло, устройств световой и звуковой сигнализации и других элементов так называемого человеко-машинного интерфейса системы. Эргономика и инженерная психология помогает выбрать рациональное расположение автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала, формы отображения информации на мониторах и табло, вид технологической клавиатуры и т.п.

Разработка АСУ ТП без учета рекомендаций эргономики повышает вероятность ошибок оперативного персонала, увеличивает время реакции на событие, вызывает дополнительные психологические нагрузки. Типовые аппаратно-программные решения ведущих производителей систем автоматизации выполнены в соответствии с современными требованиями эргономики, инженерной психологии и технической эстетики.

2.2.8 Оперативный персонал – состоит из технологов-операторов диспетчеров), аппаратчиков, машинистов, осуществляющих контроль и управление технологическим объектом и эксплуатационного персонала служб КИПиА, обеспечивающих правильное функционирование всех технических и программных средств АСУ ТП. Следует заметить, что, несмотря на повышение уровня автоматизации технологических процессов, роль оперативного персонала в АСУ ТП остается чрезвычайно высокой. Состав оперативного персонала конкретной АСУ ТП и установленные взаимоотношения между его работниками определяют организационную структуру системы.

Еще раз отметим, что эффективное функционирование АСУ ТП может быть достигнуто лишь в случае правильного выбора и постоянного взаимодействия всех видов обеспечения АСУ ТП. Так, например, высокие технические характеристики аппаратных средств и современное общее программное обеспечение окажутся невостребованными, если в математическом и специальном программном обеспечении не будет необходимых математических моделей, методов, алгоритмов и программ, если квалификация оперативного персонала не позволит в полной мере использовать возможности АСУ ТП.

 

Регуляторы прямого действия

Простейшим примером регулятора прямого действия является поплавковый регулятор уровня жидкости в емкости. Так поплавковый регулятор поддерживает уровень бензина в камере карбюратора автомобиля. При возрастании уровня бензина поплавок поднимается и с использованием рычага с игольчатым клапаном перекрывает поступление бензина в камеру. Снижение уровня бензина вызывает опускание поплавка и открытие клапана. Клапан перемещается за счет внутренней энергии, обусловленной выталкивающей силой, действующей на поплавок.

Другим примером промышленного регулятора прямого действия является регулятор температуры РТ-ДО (ДЗ), внешний вид которого приведен на рисунке 14.

 

 

Рис. 14 Регулятор температуры прямого действия РТ-ДО (ДЗ)

 

Регулятор температуры прямого действия типа РТ-ДО (ДЗ) предназначен для автоматического поддержания температуры регулируемой среды путем изменения расхода пара, жидких и газообразных сред, неагрессивных к материалам регулятора (корпус СЧ-15, седло 40Х13 или БрОЗЦ7С5Н1, клапан 20Х13, шток и термобаллон термосистемы 12Х18Н10Т). Регулятор РТ-ДО - с двухходовым нормально открытым регулирующим органом; РТ-ДЗ - с двухходовым нормально закрытым регулирующим органом. Также по спецзаказу прибор может комплектоваться фильтром соответствующего диаметра условного прохода, ответными приварными стальными фланцами, возможно исполнение корпусных деталей из стали 25 или 12Х18Н10Т.

Принцип действия регулятора:

Термобаллон регулятора (на рис. 14 справа) помещается в среду, температуру которой необходимо регулировать. Термобаллон соединен герметичным трубопроводом с сильфоном, на котором закреплен шток регулирующего органа. Термобаллон, трубопровод и сильфон заполнены жидкостью. При повышенной температуре регулируемой среды жидкость расширяется, увеличивая объем сильфона и перемещая шток регулирующего органа в сторону закрытия. Расход теплоносителя снижается, что приводит к снижению температуры регулируемой среды.

Регулятор имеет винт настройки и шкалу с использованием которых устанавливается задание по температуре.

 

Область применения регуляторов температуры РТ-ДО (ДЗ):

- для систем центрального отопления;
- охладителей двигателей, конденсаторов и очистных станций;
- парогенераторов, печей, теплообменников, бойлеров, цистерн;
- обезжиривающих установок и гальванических сушильных шкафов;
- сушильных помещений и теплиц;
- трубопроводных магистралей.

Пример установки регулятора РТ-ДО на теплообменник горячего водоснабжения приведен на рисунке 15. Регулятор меняет подачу греющей воды (коричневый трубопровод) в теплообменник в зависимости от температуры воды, поступающей потребителю (зеленый трубопровод).

 

Рис. 15 Пример использования терморегулятора РТ-ДО в теплообменнике

Таблица 1.

Технические характеристики регулятора РТ-ДО (ДЗ)

 

Ду, мм          
Макс. dР на регулирующем органе, МПа 0,6 0,6 0,6 0,4 0,4
Условная пропускная способность Kv, м³/ч 2,5 6,3 16,0 25,0 60,0
Условное давление регулирующей среды, МПа до 1,0 до 1,0 до 1,0 до 1,0 до 0,63
Зона пропорциональности, °С, не более       12,5 12,5

 

Температура рабочей среды, °С от -15 до +225
Зона нечувствительности, °С, не более  
Протечка в % от Kv, не более 0,1
Длина дистанционной связи, м 1,6; 2,5; 4; 6; 10
Диапазоны настройки, °С 0-40; 20-60; 40-80; 60-100; 80-120; 100-140; 120-160; 140-180
Постоянная времени, с, не более  

 

Операторский уровень АСУ ТП

Полевые шины

Главной функцией полевой шины является обеспечение сетевого взаимодействия между контроллерами и удаленной периферией (например, узлами ввода/вывода). Помимо этого, к полевой шине могут подключаться различные контрольно-измерительные приборы и исполнительные устройства (Field Devices), снабженные соответствующими сетевыми интерфейсами. Такие устройства часто называют интеллектуальными (Intelligent Field Devices), так как они поддерживают высокоуровневые протоколы сетевого обмена.

Как уже было отмечено, существует множество стандартов полевых шин, наиболее распространенными из которых являются:

1) Profibus DP;

2) Profibus PA;

3) Foundation Fieldbus;

4) Modbus RTU;

5) HART;

6) DeviceNet;

Несмотря на нюансы реализации каждого из стандартов (скорость передачи данных, формат кадра, физическая среда), у них есть одна общая черта – используемый алгоритм сетевого обмена данными, основанный на классическом принципе Master-Slave или его небольших модификациях. Современные полевые шины удовлетворяют строгим техническим требованиям, благодаря чему становится возможной их эксплуатация в тяжелых промышленных условиях. К этим требованиям относятся:

1. Детерминированность. Под этим подразумевается, что передача сообщения из одного узла сети в другой занимает строго фиксированный отрезок времени. Офисные сети, построенные по технологии Ethernet, - это отличный пример недетерминированной сети. Сам алгоритм доступа к разделяемой среде по методу CSMA/CD не определяет время, за которое кадр из одного узла сети будет передан другому, и, строго говоря, нет никаких гарантий, что кадр вообще дойдет до адресата. Для промышленных сетей это недопустимо. Время передачи сообщения должно быть ограничено и в общем случае, с учетом количества узлов, скорости передачи данных и длины сообщений, может быть заранее рассчитано.

2. Поддержка больших расстояний. Это существенное требование, ведь расстояние между объектами управления может порой достигать нескольких километров. Применяемый протокол должен быть ориентирован на использование в сетях большой протяженности.

3. Защита от электромагнитных наводок. Длинные линии в особенности подвержены пагубному влиянию электромагнитных помех, излучаемых различными электрическими агрегатами. Сильные помехи в линии могут исказить передаваемые данные до неузнаваемости. Для защиты от таких помех применяют специальные экранированные кабели, а также оптоволокно, которое, в силу световой природы информационного сигнала, вообще нечувствительно к электромагнитным наводкам. Кроме этого, в промышленных сетях должны использоваться специальные методы цифрового кодирования данных, препятствующие их искажению в процессе передачи или, по крайней мере, позволяющие эффективно детектировать искаженные данные принимающим узлом.

4. Упрочненная механическая конструкция кабелей и соединителей. Здесь тоже нет ничего удивительного, если представить, в каких условиях зачастую приходится прокладывать коммуникационные линии. Кабели и соединители должны быть прочными, долговечными и приспособленными для использования в самых тяжелых условиях (в том числе в агрессивных атмосферах, в условиях повышенного уровня вибраций, влажности).

По виду физической среды передачи данных полевые шины делятся на два типа:

1. Полевые шины, построенные на базе оптоволоконного кабеля.Преимущества использования оптоволокна очевидны: возможность построения протяженных коммуникационных линий (протяженностью до 10 км и более); большая полоса пропускания; нечувствительность к электромагнитным помехам; возможность прокладки во взрывоопасных зонах. Недостатки: относительно высокая стоимость кабеля; сложность физического подключения и соединения кабелей. Эти работы должны выполняться квалифицированными специалистами.

2. Полевые шины, построенные на базе медного кабеля. Как правило, это двухпроводной кабель типа “витая пара” со специальной изоляцией и экранированием. Преимущества: приемлемая цена; легкость прокладки и выполнения физических соединений. Недостатки: подвержен влиянию электромагнитных наводок; ограниченная протяженность кабельных линий; меньшая по сравнению с оптоволокном полоса пропускания.

Примером модуля, обеспечивающего подключение контроллера Simatic S7-300 к сети Profibus DP c оптоволоконным кабелем, является коммуникационный процессор CP 342-5 FO. Для подключения S7-300 к сети Profibus DP c медным кабелем можно использовать модуль CP 342-5.

Сети верхнего уровня

Сети верхнего уровня АСУ ТП служат для переда


Поделиться с друзьями:

Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.147 с.