Лабораторний стенд «Мікропроцесорні регулятори»

ЗМІСТ Вступ

1.Технічне завдання на розробку навчального лабораторного стенда «мікропроцесорні регулятори

1.1. Призначення стенда та мета дослідження

1.2 Структура лабораторного стенда

1.3 Структура та вимоги до фізичних моделей технологічних керованих об'єктів (ТКО

1.4 Режими роботи АСК ТКО

1.5 Візуалізація процесу керування та дослідження

1.6 Загальні вимоги щодо компоновки обладнання

1.7 Перелік лабораторних робіт Висновки Список використаних джерел ВСТУП Автоматизоване управління технологічними процесами сприяє підвищенню якості та зменшенню витрат на виробництво. Це досягається зменшенням дії людського фактору на виробництво, точнішим діагностуванням та керуванням технологічного процесу за допомогою мікропроцесорних регуляторів та контролерів, тому як наслідок з тих чи інших причин реакція людини на зміну умов технологічного процесу завжди буде запізнілою, що приводить до зниження якості продуктів, збільшенню втрат і пониженню продуктивності апарата. Для демонстрування частково цих та інших переваг автоматичного керування був розроблений навчальний стенд тому що при автоматичному регулюванні процесу роботу технолога замінюють роботою приладів-регуляторів, які більш швидко реагують на збурення, вирівнюючи і стабілізуючи процес. В наслідок цього позбуваються недоліків ручного регулювання, що дає економію у витраті ресурсів і зменшує втрати, забезпечує максимальну продуктивність.

Автоматизована система — це сукупність керованого об'єкта й автоматизованих керуючих пристроїв, у якій частина функцій керування виконує людину. Автоматизована система одержує інформацію від об'єкта керування, передає, перетворить і обробляє її, формує керуючі команди і виконує їх на керованому об'єкті. Людина визначає мету і критерії керування, коректує їх, якщо змінюються умови .

Даний стенд дозволить наочно спостерігати та керувати імітаційними моделями технологічних керованих об'єктів, використовуючи мікропроцесорні регулятори МТР-8−13 і МІК-21−03. Таким чином досягається можливість студентами спробувати безпосередньо керувати реальними об'єктами, дана можливість буде сприяти розвитку майбутніх спеціалістів та магістрів. Метою розроблення стенду являється надання можливості керувати імітованими об'єктами, а також створення верхніх рівнів керування системою за допомогою SCADA системи «Visual Intellect».

Даний лабораторний стенд включає в себе 2 мікропроцесорних регулятори МТР-8−13 і МІК-21−03 та 3 об'єкти імітатори (ТКО № 10,№ 11, № 12). Також окремо виведений і доступний для підключення до одного з регуляторів (в залежності від положення вимикача 6, рис. 1.1) термометр опору ТСМ 50 М для моніторингу температури в лабораторії.

Таким чином був створений потужний і багатофункціональний інструмент для якісного та спеціалізованого навчання студентів.

1. ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ НА РОЗРОБКУ НАВЧАЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА «МІКРОПРОЦЕСОРНІ РЕГУЛЯТОРИ»

1.1 Призначення стенда та мета дослідження Даний лабораторний стенд (рис 1.1) призначений для реалізації АСК технологічними керованими об'єктами (ТКО) з використанням мікропроцесорних регуляторів МТР-8−13 і МІК-21−03 (ПП «Мікрол»).

Метою дослідження є ознайомлення з будовою і функціональними можливостями регуляторів МТР-8−13 і МІК-21−03 та отримання практичних навичок при використанні даних регуляторів в різних режимах регулювання.

1.2 Структура лабораторного стенда Лабораторний стенд відтворює в мініатюрі АСК ТП на прикладі простих фізичних моделей технологічних об'єктів-імітаторів (ТКО № 10,11,12).

1 — мікропроцесорний терморегулятор МТР-8−13; 2 — регулятор мікропроцесорний МІК-21−03; 3,4 — технологічні об'єкти імітатори технологічних процесів; 5 — вимикач живлення; 6 — перемикач режиму відображення температури в лабораторії.

Рис. 1.1 — Зовнішній вигляд навчального лабораторного стенда Даний лабораторний стенд включає в себе 2 мікропроцесорних регулятори МТР-8−13 і МІК-21−03. В комплекті до регуляторів ідуть клемно-блочні з'єднувачі (КБЗ) для підключення датчиків і виконавчих механізмів. До терморегулятора МТР-8−13 ідуть КБЗ-24−03 та КБЗ-30Р-01 (позначка 1, рис 1.2). До регулятора МІК-21−03 — КБЗ-24−02(позначка 2, рис. 1.2). Три об'єкти імітатори (ТКО № 10,№ 11, № 12), що входять у даний стенд монтуються таким чином, що ТКО № 10 розташовується на верхній поличці поворотної панелі, а один з об'єктів ТКО № 11 або ТКО № 12 — на нижній поличці. Також окремо виведений і доступний для підключення до одного з регуляторів термометр опору ТСМ 50 М (позначка 3, рис. 1.2), що призначений для вимірювання робочої температури в лабораторії.

1 — КБЗ-24−03 та КБЗ-30Р-01; 2 — КБЗ-24−02; 3 — термометр опору ТСМ 50 М Рис. 1.2 — Задній вигляд поворотної панелі

АСК має ієрархічну структуру з трьома рівнями керування:

— технологічні керовані об'єкти (моделі об'єктів імітаторів з давачами та виконаючими пристроями);

— локальний рівень керування (мікропроцесорні регулятори МТР-8−13 та МІК-21−03)

— верхній рівень керування — автоматизоване робоче місце (АРМ) дослідника.

1.3 Структура та вимоги до фізичних моделей технологічних керованих об'єктів (ТКО) Для роботи з даним стендом задіяні три об'єкти імітатори технологічного процесу.

Фізична модель ТКО № 10 відтворює роботу нагрівного елементу термоелектронагрівача (нагріваюча спіраль), потужність нагріву якого керується транзисторним ключем і нагнітача повітря (вентилятора)(рис. 1.3)

1 — перемикач режиму «Ручний/Автоматичний»; 2 — перемикач «Вкл/Викл нагріву»; 3 — перемикач «Продуктивність вентилятора»; 4 — роз'єм ХТ1 для підключення аналогових входів та дискретних виходів; 5 — роз'єм для підключення живлення ТКО.

Рис. 1.3. — Вигляд ТКО № 10: а) спереду, б) ззаду Вентилятор може працювати у двох режимах 50% потужності і 100%. Давач температури термометр опору ТСП 50П розміщений між ТЕНом і вентилятором. Таким чином керування даним ТКО може здійснюватися такими способами:

Керування нагрівним елементом в режимі 2-х позиційного і ПІД-ШІМ керування;

Керування вентилятором 2-х та 3-х позиційне, ШІМ керування;

Регулювання мікроклімату нагрівачем і вентилятором задіявши 3-х позиційний регулятор Використання 4-х позиційного регулювання, спроектувавши систему регулювання температури застосувавши нагрівний елемент і два режими роботи вентиляторів (50% і 100% продуктивності).

Засобами оперативного керування служать перемикачі «Ручний/Автоматичний», «Вкл/Викл нагріву» та «Продуктивність вентилятора».

Керування даним ТКО здійснюється за допомогою мікропроцесорного регулятора МТР-8−13.

Фізична модель ТКО № 12 відтворює роботу нагрівного елементу — лампи розжарювання, потужність нагріву якого регулюється тиристорним регулятором потужності БУС-21 (ПП «Мікрол»)(позначення 3 рис. 1.4 б)) і нагнітача повітря (вентилятора)(рис. 1.4).

1- роз'єм ХТ1 для підключення аналогових та дискретних входів/виходів; 2 — роз'єм живлення ТКО; 3 — регулятор потужності БУС-21; 4 — перемикач режиму «Ручний/Автоматичний»; 5 — ручний аналоговий задатчик нагріву; 6 — перемикач «Продуктивність вентилятора».

Рис. 1.4. — Вигляд ТКО № 12: а) спереду, б) ззаду Регулятор потужності БУС-21 кріпиться на рейку DIN яка розташовується на задній панелі корпуса ТКО. Вентилятор в даному об'єкті як і у ТКО № 10 може працювати у двох режимах 50% потужності і 100%. Давач температури термометр опору ТСП 50П розміщений між лампою і вентилятором. Таким чином керування даним ТКО може здійснюватися такими способами:

Керування нагрівним елементом в режимі ПІД-аналогового керування;

Керування вентилятором 2-х та 3-х позиційне, ШІМ керування;

Засобами оперативного керування служать перемикачі «Ручний/Автоматичний», «Аналоговий задатчик нагріву» та «Продуктивність вентилятора».

Керування даним ТКО здійснюється за допомогою мікропроцесорного регулятора МІК-21−03.

Фізична модель ТКО № 11 відтворює роботу нагрівного елементу, потужність нагріву якого керується реверсним керуванням приводу регулятора потужності нагріву і нагнітача повітря (вентилятора)(рис. 1.5)

1 — перемикач «Продуктивність вентилятора».; 2 — кнопки керування приводом (вправо-вліво); 3 — перемикач режиму «Ручний/Автоматичний»; 4 — роз'єм ХТ1 для підключення аналогових та дискретних входів/виходів; 5 — роз'єм живлення ТКО; 6 — електродвигун ний реверсивний привід; 7 — тиристорний регулятор потужності.

Рис. 1.5 — Вигляд ТКО № 11: а) спереду, б) ззаду Вентилятор може працювати у двох режимах 50% потужності і 100%. Давач температури термометр опору ТСП 50П розміщений між ТЕНом і вентилятором. Таким чином керування даним ТКО може здійснюватися такими способами:

ПІД-імульсне керування потужності нагріву нагрівного елемента;

Керування вентилятором 2-х та 3-х позиційне;

ПІД-ШІМ керування вентилятором;

Засобами оперативного керування служать перемикачі «Ручний/Автоматичний», «Керування приводом (вправо-вліво)» та «Продуктивність вентилятора».

Керування даним ТКО здійснюється за допомогою мікропроцесорного регулятора МІК-21−03.

1.4 Режими роботи АСК ТКО Для АСК ТКО передбачені чотири режими роботи:

— інформаційний режим роботи з ручним керуванням (інформаційні лічильні канали використовуються для ручного управління об'єктами імітаторами);

— напівавтоматичний режим роботи (включення нагрівного елементу здійснюється в автоматичному режимі, а вмикання тієї чи іншої степені продуктивності вентилятора в ручному режимі) ;

— автоматичне локальне керування ходом технологічного процесу (процес увімкнення/вимкнення нагріву, тієї чи іншої степені продуктивності вентилятора, керування приводом двигуна «вправо-вліво» реалізується автоматично регуляторами МТР-8−13 і МІК -21−03 з передньої панелі або з використанням ПП «MIC-configurator»);

— режим SCADAсистеми (МТР-8−13 і МІК-21−03 підключені до АРМ-дослідника через гальванічно розділений інтерфейс RS-485, де розроблені в пакеті SCADA-VISUAL INTELLECT або в компоненті MIC-registrator об'єктні вікна оператора для візуалізації та реєстрації ходу технологічного процесу. Приладом перетворення інтерфейсу слугує БПІ-52(рис. 1.6), що підключається до ПК через шину USB).

Рис. 1.6 — перетворювач інтерфейсу БПІ-52

1.5 Візуалізація процесу керування та дослідження Візуалізація процесу дослідження та керування здійснюється у декілька способів:

— контроль температури забезпечується цифровими індикаторами передньої панелі регуляторів МТР-8−13 та МІК-21−03;

— сигналізація вибігу температури за уставки спрацювання дискретних виходів забезпечується відповідними індикаторами передньої панелі регуляторів МТР-8−13, МІК-21−03 та ТКО;

— візуалізація ходу процесу дублюється в SCADAсистемі, там же або в MIC-registrator реєструється та архівується необхідна інформація.

1.6 Загальні вимоги щодо компоновки обладнання Все обладнання лабораторного стенда компонується в підвісній приладній шафі (габаритні розміри 800 Ч 800 Ч 400 мм).

Живлення: ? напруга змінного струму 220 В ± 15 В, частотою 50 Гц;

? стабілізована напруга постійного струму 24 В.

Кола керування силовим обладнанням (клапани, тен, зміщувач) повинні бути гальванічно розв’язані від кіл керування.

Монітор АРМдослідника монтується на приставному столі, а системний блок на підставці спереду стола.

Об'єкти імітатори монтуються зліва на поворотній панелі, яка кріпиться в навісній шафі. Регулятори МТР-8−13 і МІК-21−03 монтуються справа на тій же панелі що ТКО.

1.7 Перелік лабораторних робіт На лабораторному стенді проводяться наступні лабораторні роботи:

1. Ознайомлення з будовою та функціональними можливостями регуляторів МТР-8−13 і МІК-21−03. Основи роботи в «MIC-configurator» та «MIC-registrator». (2 год)

2. Дослідженння роботи регулятора МТР-8−13 в режимі 2-х, 3-х позиційного та ПІД-ШІМ керування.(2 год)

3. Дослідження роботи регулятора МІК-21−03 в режимі імпульсного керування.(2 год)

4. Дослідження роботи регулятора МІК-21−03 в режимі аналогового керування.(2 год) Висновки Таким чином розробка і налагодження даного лабораторного стенда має велике значення в тому розумінні, що студенти отримають можливість безпосереднього регулювання або моніторингу технологічного процесу на об'єктах імітаторах. З’являється можливість ознайомитись з будовою та функціональними можливостями регуляторів вітчизняного виробника ПП «МІКРОЛ», які широко використовуються в АСУ ТП не лише на теренах України, а і в державах колишнього СРСР.

стенд мікропроцесорний регулятор Список використаних джерел Проектирование систем автоматизации технологических процессов /справочное пособие/. А. С. Клюев, Б. В. Лазов, А. А. Клюев, Под редакц. А. С. Клюева ., М., Енергоатомиздат, 1990; 480с.

Емельянов А.И., Канник О. В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие., М., Енергоиздат, 1983; 311с.

Когутяк М.І., Когуч Я. Р., Дранчук М. М. Компютерно-інтегровані технології та їх програмування: Лабораторний практикум.- Івано-Франківськ: Факел, 2003.

Фірмові каталоги «Метран»

Trace MODE 6 & T-Factory. SOFTLOGIC SCADA/HMI MES EAM HRM. Интегрированная платформа для управления производства.