Автоматизация комплекса дробления по предприятию ООО

ПЛК позволяет выполнять множество функций: предоставлять разнообразные аналоговые и цифровые входные и выходные интерфейсы, обрабатывать сигналы, преобразовать данные, производить обмен информацией с использованием различных коммуникационных протоколов. Выбор программируемого логического контроллера производится по каталогам фирм-изготовителей или на сайтах этих фирм с учетом следующих соображений.1.Поскольку проектируемая система является модернизируемой частьюсуществующей системы управления, необходимо обеспечить её совместимость с остальной частью комплекса.Поэтому входы и выходывыбранного ПЛК должны иметь стандартизованную модификацию.2.Оборудование комплекса дробления работает в неблагоприятных условиях, однако щиты управления находятся в операторской, микроклимат в данном помещении нормализован. 3. Определим по схеме автоматизации число дискретных и аналоговых устройств. В таблице 7 приведен перечень входных и выходных дискретных и аналоговых сигналов ПЛК для одной секции, в случае двух секций количество сигналов удваивается. Таблица 7 Дискретные и аналоговые входные и выходные сигналы ПЛКНаименование системы управленияВходные сигналыВыходные сигналыаналоговыедискретныеаналоговыедискретныеСтабилизация производительности цикла по исходной руде с коррекцией по уровню загрузки МСР231-Стабилизация уровня руды в пасти дробилки2624Контроль загрузки щековой дробилки1--2Контроль гранулометрического состава руды2---Контроль температуры подшипников дробилок4--4ВСЕГО119310Таким образом, ПЛК должен иметь 11 аналоговых входов, 3 аналоговых выхода, 9 дискретных входов и 10 дискретных выходов.5.Специальные функции контроллера в проектируемой системе не требуются.6.Определяем тип процессора, объем памяти программ и данных, количество устройств, подключаемых к системе, объем программы, типы команд программы, время сканирования, типовой закон регулирования (ПИ, ПИД). Память данных вычисляется как сумма памяти, необходимой для динамической обработки данных, и памяти, необходимой системе для реализации всех значений. Если приложения требует хранения архива, то размер необходимых таблиц данных определяет требуемую модель процессора.Для расчета памяти программ принимаем 10 байт для каждого дискретного и 25 байт для каждого аналогового канала по рекомендациям.Требуемый объем памяти: 25 байт 14 аналоговых входов/выходов + 15 байт 19 дискретных входов/выходов, получим 635 байт. Программа, обеспечивающая работу с архивами данных, занимает 1 кБ. Следовательно, принимаем минимальный объем памяти 2кБ.7.Требуются дистанционные модули ввода/вывода в системе, соответственно необходимПЛК, поддерживающий такие возможности. Расстояние до удаленных подсистем – до 10 м.8.Контроллер должен поддерживать стандартные протоколы обмена данными для взаимодействия с ЭВМ.9.Требования к программированию процессора - традиционные команды программирования на языке релейной логики.Всем требованиям удовлетворяет программируемый контроллер ПЛК154-220.А-LПО "ОВЕН". Конструкция контроллера ПЛК154-220.А-L, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, высокое удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность построения систем автоматического управления технологическим процессом дробления.Перечень выбранных модулей ПЛК:- Контроллер ПЛК154-220.А-L;- Модуль ввода-вывода дискретных сигналов МК110-8ДН.4Р;- Модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-8А.Синтез локальной автоматической системы регулирования.Выбор датчика и вторичного прибора.Учитывая специфику проектируемой системы автоматизации комплекса измельчения в условиях ОАО "ДИНУР", выбираемый датчик расхода должен удовлетворять следующим требованиям:- быть приспособленным для работы в условиях измеряемой среды (вибрация, шумы от рядом работающих электродвигателей);- иметь стандартные выходные сигналы (0-5, 4-20 мА);- иметь драйвер для связи датчика с контроллером.В качестве датчика массового расхода исходной руды используем весоизмерительный датчик и датчик скорости, входящие в состав конвейерных весов Milltronics MCS, которые обеспечивают непрерывное взвешивание свободного потока разнообразных материалов. Использование в весах тензодатчиков обеспечивает быструю реакцию на вертикальное усилие и мгновенный отклик на появление нагрузки. Это гарантирует точность и измерений и повторяемость при неравномерно распределенной нагрузке и высокой скорости ленты. Работая совместно с микропроцессорным интегратором, Milltronics MСS обеспечивает отображение на экране: расхода в конкретный момент времени, суммарного расхода, нагрузки на ленту и скорости потока сыпучих материалов на ленточном конвейере. Датчик скорости измеряет скорость ленты конвейера, передавая результаты на интегратор. Весы устанавливаются на конвейер.Датчиком корректирующего контура будет служить микрофонное устройство аппаратно-программного комплекса «Ньютон-15». Аппаратно-программный комплекс обеспечивает: - непрерывный контроль загрузки дробилки по параметрам вибро- и акустического сигналов, получаемых с соответствующих датчиков; - визуальное представление входных сигналов и их спектральных характеристик; - измерение и отображение интегральных значений сигналов в полном диапазоне частот (общий уровень сигналов) и в пяти частотных - поддиапазонах выбираемых пользователем; - формирование базы данных, отражающей временные изменения параметров вибро- и акустического сигналов в заданных диапазонах частот; - формирование выходных управляющих сигналов, реализующих функцию комплексной суммы параметров входных сигналов и нормализованных в принятом в автоматизации стандарте (4 - 20 мА). В состав сигнализатора входят микрофонное устройство, вибродатчик (акселерометр), усилитель входных сигналов, контроллер и модуль выходного сигнала.В качестве датчика металлических предметов используется металлоискатель типа «Фрегат-М», предназначенный для защиты дробильного оборудования железорудных горно-обогатительных комбинатов от поломок в результате попадания в поток дробимой руды недробимых металлических тел.Защита осуществляется путем обнаружения металлических тел металлоискателем в потоке руды на ленточном конвейере и выдачи команды на остановку конвейера с последующим извлечением металлического тела вручную, или наавтоматический металлоискатель при наличии такового. Лента конвейера, на котором устанавливается металлоискатель, должна быть резинотканевой (не на металлической основе).Выбор регулятора и расчет его настроек.Выбор закона регулирования производится на основе имеющихся динамических и статических характеристик объекта регулирования по принятому каналу управления, требованиям к показателям качества процесса регулирования, функций и структуры схемы автоматизации.По основному каналу Рм1 - Qр зададим требования к показателям качества переходного процесса регулирования.- остаточное отклонение регулируемой величины = 0;- время регулирования tpmin;- динамический коэффициент регулирования Rд = 0,45;- допустимое перерегулирования = 0;- максимально допустимое отклонение у1 – min.Этим требованиям удовлетворяет граничный апериодический процесс.Как видно из требований качества в переходном процессе остаточное отклонение регулируемой величины отсутствует, следовательно в регуляторе должна присутствовать интегральная составляющая, т.е. подходят И-, ПИ- и ПИД регуляторы.Уточнение выбора регулятора проводим по графикам Rд - 0/Т0. Для рассматриваемого канала управления подходят ПИ- и ПИД законы регулирования. Длительность (быстродействие) переходного процессаопределяетсявременем регулирования,в течение которого, начиная с момента приложения воздействия на систему, отклонения значений регулируемой величины от ее установившегося значения будут меньше заранее заданного значения. На основе проверки заданного времени регулирования, производимой по графическим зависимостям р/0 -0/Т0, выбираем ПИ- закон регулирования, сочетающий точность И-регулирования и быстродействие П-регулирования.Алгоритмическая схема двухконтурной системы автоматического регулированиякомплексом дробления показана на рисунке 20.Рисунок 20. Алгоритмическая схема двухконтурной системы автоматического регулированияНа рисунке 20обозначено:W01(p) – передаточная функция питателя с ленточным конвейером по каналу управления "частота вращения питателя – расход руды в мельницу", W02(p) – передаточная функция щековой дробилки по каналу управления "расход руды в дробилку – мощность привода", Wв1(p) – передаточная функция питателя с ленточным конвейером по каналу возмущения по исходной руде, Wв2(p) – передаточная функция конусной дробилки по каналу возмущения по содержанию готового класса в продукте, Wр1(p) – передаточная функция регулятора основного контура,Wр2(p) – передаточная функция регулятора корректирующего контура,Рзм1 – заданное значение мощности привода дробилки,Рм1 – мощность привода дробилки,n – частота вращения привода питателя,Qзp – руда, поступающая на питатель,Qnp – заданное значение производительности питателя,Qp – производительность питателя,р-0,074 – содержание готового класса крупности в выходном продукте.Вычислим значения настроечных параметров ПИ-регулятора Wp1(p) по формулам:Тu = 0.80 + 0.5 T0.kD = 0.6 2.94/ 0.15/5 = 2.352 м3/ч/С;Тu = 0.8 5+ 0.5 2.94 = 5.47 c.Для расчета настроечных параметров регулятора корректирующего контура снимем разгонную характеристику по каналу "nn – Aш". По разгонной характеристике – рисунок 21 – определим параметры объекта, объединяющего основной контур регулирования и управляемый объект корректирующего контура Wо2(p).Рисунок 21. Разгонная характеристика объектаПо разгонной характеристике определяем динамические параметры аппроксимированного объектаК=0,99, оз = 77 с, Тоз = 145 с.Определяем тип регулятора корректирующего контура. Отношение оз/Тоз равно 77/145 = 0,53, следовательно, выбираем непрерывный регулятор.Так как перегрузка дробилок недопустима, требования к переходному процессу корректирующего канала регулирования такие же, как для основного контура. Рассчитаем его настроечные параметрыдля апериодического процесса:Кр2 = 0,6145/0,99/77=1,13;Тu2 = 0,8 77+0,5145=134 с.Выбор исполнительных элементов системы.В системах автоматизации технологических процессов, как правило, применяются серийно изготавливаемые регулирующие органы. Выбор конкретного типоразмера регулирующего органа производится по каталогам серийной продукции с учетом выбранной ветви ГСП в процессе выполнения расчета, выявляющего пригодность выбираемого органа в тех или иных конкретных условиях эксплуатации. При этом должны учитываться как свойства и рабочие параметры протекавшей через регулирующий орган среды, так и другие условия и требования, являющиеся следствием общих требований, предъявляемых к системе автоматизации и к объекту управления в целом.Регулирующим воздействием в рассматриваемой автоматической системе регулирования комплексом является изменение частоты вращения электропривода питателя, поэтому в качестве регулирующего органа выбираем преобразователь частоты Altivar 71 ATV71HU40N4 SchneiderElectric. Серия преобразователей частоты (ПЧ) Altivar 71 предназначена для двигателей мощностью от 0,37 до 500 кВт. Преобразователь частоты Altivar 71 содержит следующие функции по обслуживанию, контролю и диагностике:- встроенные функции проверки ПЧ с экранами диагностики на выносном графическом терминале;- отображение состояния входов/выходов;- отображение состояния связи по различным портам;- функция осциллографа, доступная с программным обеспечением PowerSuite; - управление несколькими ПЧ благодаря перезаписываемой памяти микропроцессора;- дистанционное использование этих функций при подключении преобразователя к модему через разъем Modbus;- идентификация всех составных элементов преобразователя частоты, в частности версии ПО;- хронология неисправностей со значениями 16 переменных, зафиксированных в момент появления неисправности; - перезапись языков терминала;- возможность сохранения в ПЧ сообщения размером до 5 строк по 24 символа.Преобразователь частоты Altivar 71 оснащен общим разъемом сети Modbus или CANopen для точного управления движением с высоким быстродействием, конфигурирования, настройки и контроля. Второй разъем позволяет подключить операторскую панель Magelis для диалога с ПЧ. Существует возможность соединения с другими коммуникационными шинами с использованием коммуникационных карт. Доступны следующие коммуникационные протоколы: Ethernet TCP/IP, Fipio, ModbusPlus, ProfibusDP, DeviceNet и др.Возможность раздельного питания цепей управления позволяет поддерживать коммуникационную связь (контроль, диагностика) даже при отсутствии силового питания.Расчет надежности системы.Расчет надежности системы производим упрощенным методом, когда все элементы системы считаются соединенными последовательно и отказы не зависят друг от друга. Основным показателем надёжности элементов сложных системявляется интенсивность отказов — отношение плотности распределения к вероятности безотказной работы объекта.В таблице 7 представлены значения интенсивности отказов каждого элемента проектируемой системы автоматического регулирования, взятые из инструкций к приборам. По данным таблицы определяем интенсивность отказов всей системы как сумму интенсивностей отказов каждого элемента: = 0,810-5 + 0,910-5 + 0,310-5 + 1,210-5 + 0,210-5 + 0,210-5 +0,510-5 = 4.110-5.Таблица 7Значения интенсивности отказов элементов проектируемой локальной САРНаименование элементаЗначение интенсивности отказов 10-5, Датчик скорости SiemensMilltronicRBSS0,8Весоизмерительный датчик SiemensMilltronicMСS0,9Измерительный преобразователь Accumass BW5000,3Звукометрический датчик 1,2Преобразователь «Ньютон-15»0,2ПЛК ОВЕН0,2Преобразователь частоты Altivar 710,5Наработка на отказ (среднее время безотказной работы) представляет собой математическое ожидание наработки объекта до первого отказаТС = 1/ = 1 / 4.1 10-5 = 24390 чВероятность безотказной работы системы за время t определяется формулойПри t = 2000 ч вероятность безотказной работы системы составила РС = 0,93.Моделирование локальной системы регулирования.Моделирование и снятие разгонных характеристик производим в программе ScilabXcos 5.2.2.Рисунок 22Разгонная характеристика объекта по каналам «β-0,074 – Qp» с корректирующим регулятором и без негоПолучим разгонную характеристику стабилизирующего контура по каналу «β-0,074 – Qp» при расчетных параметрах настройки основного регулятора - рисунок22.Рисунок 23.Разгонная характеристика системы по каналу возмущения «ΔQрп-Qp» с корректором и без корректораКак показал график переходной характеристики, качество процесса регулирования не удовлетворяет заданным требованиям по времени регулирования и значению перерегулирования. Подбираем настройки регулятора, добиваясь качественного переходного процесса. Оптимальными настройками примем следующие кр1 = 2 и Т = 6 с. На рисунке24 показаны переходные процессы по основному контуру регулирования с оптимальными настройками регулятора. Переходные характеристики по каналу возмущения «n – Qp» с рассчитанными (1) и оптимальными (2) настройками регулятора без корректирующего контура показаны на рис. 24.Рисунок 24 График переходного процесса по основному контуру регулирования с оптимальными настройками регулятора с коррекцией и без коррекции.Рисунок 25 Переходной процесс по основному контуру регулирования с оптимальными настройками регулятора, с единичными возмущающими воздействиями, с корректирующим звеном и без него.По графикам, полученным в результате моделирования, можно сделать вывод, что после изменения настроечных параметров регуляторов как основного, так и корректирующего, качество переходных процессов существенно улучшилось. Следовательно, найденные параметры считаем оптимальными, что не исключает их дальнейшей корректировки при наладке регуляторов в условиях действующей фабрики.Статическая и динамическая настройка системы.В зависимости от выбранной структуры системы управления основными параметрами статической и динамической настройки могут быть различные переменные и параметры. При применении программируемого контроллера в качестве регулятора с формированием сигнала рассогласования основными   параметрами настройки являются: - коэффициент пропорциональности,- постоянные времени интегрирования и дифференцирования,- коэффициент дифференцирования для  формирования ПИ и ПИД законов регулирования, - масштабные коэффициенты,- постоянные времени интегратора, дифференциаторов и апериодических звеньев, - другие переменные при формировании сигнала рассогласования,- зона нечувствительности.Выбор оптимальных значений этих параметров определяется динамическими характеристиками регулируемого объекта и технологическихтребований к характеру переходных процессов. Расчет оптимальных настроек производится по одной из общепринятых методик. Полученные величины оптимальных настроек устанавливаются с помощью графического интерфейса системы визуализации. Величина зоны нечувствительности устанавливается, исходя из допустимой величины отклонения  регулируемой величины в установленном режиме и допустимой частоты срабатываний исполнительного механизма. Обычно выбирают зону нечувствительности равной половине отклонения регулируемой величины. Настройка системы регулирования частоты вращения двигателя питателя осуществляется при помощи программного обеспечения PowerSuite, общего для всей гаммы изделий Altivar.Программное обеспечение PowerSuite для ПК предназначено для установки управляющих устройств для следующих приводных устройств Telemecanique:- пусковых контроллеров TeSys U;- систем управления двигателями TeSys T;- устройств плавного пуска и торможения Altistart;- преобразователей частоты для приводов с регулируемой скоростью Altivar;- преобразователей для сервоприводов Lexium 05.Оно включает различные функции, предназначенные для следующих этапов установки:- подготовка конфигураций;- ввод в эксплуатацию;- текущее обслуживание.Для облегчения ввода в эксплуатацию и технического обслуживания программное обеспечение PowerSuite совместимо с беспроводной связью Bluetooth®.Программное обеспечение PowerSuite может применяться автономно для подготовки исходного файла конфигурации приводного устройства.После подключения ПК к приводному устройству программное обеспечение PowerSuite может использоваться для:- пересылки подготовленной конфигурации;- настройки;- контроля, включая новые функциональные возможности: осциллограф; быстрый осциллограф (минимальная развертка 2 мс); визуализацию коммуникационных параметров;-управления;- сохранения конечной конфигурации.ЗаключениеЦелью курсового проекта "Автоматизация технологического комплекса дробления в условиях предприятия ОАО "ДИНУР" являлось проектирование системы автоматизации технологического комплекса дробления, для выполнения указанной цели были решены следующие задачи: - обоснована необходимость и эффективность автоматизации технологического комплекса; - проведен анализ технологического комплекса дробления, как управляемого объекта, на основании анализа получена математическая модель комплекса;- выполнен библиографический и патентный обзор по автоматическому контролю и управлению технологическим комплексом, на основе чего разработана схема автоматизации отделения измельчения на данном предприятии;- выполнен анализ статических и динамических характеристик отдельных свойств механизмов и комплекса в целом, на основе чего был выбран основной канал управления – стабилизация подачи исходной руды путем воздействия на электропривод питателя.Проведено математическое моделирование технологического комплекса в программе MatlabSimulink, выполнен расчет настроек регуляторов стабилизирующего и корректирующего контуров, осуществлен выбор основных элементов системы, выполнен расчет надежности системы.Список использованных источниковПрокофьев Е.В.: Автоматизация технологических процессов и производств. Часть 1. Ект. УГГУ, 2006-138 с. Троп А.Е., Козин. В.З., Прокофьев Е.В. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик: М.: Недра, 1986.-303с. Прокофьев Е.В., Ефремов В.Н. Структурная и параметрическая идентификация технологических комплексов обогащения: Учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2000. – 101 с.Прокофьев Е.В. Автоматизация технологических процессов и производств: Методическое пособие по выполнению курсового проекта, Екатеринбург: Издание УГГУ 2007, 44 с.Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Клюев А.А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990, 464 с.Козин В.З. Экспериментальное моделирование и оптимизация процессов. М: Недра, 1984 – 112 с.Электронный ресурс. Сайт ОАО «ДИНУР» http://www.dinur.ru/Электронный ресурс. «Автоматизация процессов измельчения в обогащении и металлургии»Улитенко К.Я. к. т. н., зам. генерального директора, Соколов И.В. с. н. с., Маркин Р.П. н. с., Найденов А.П. инженер. ОАО «Союзцветметавтоматика». http://www.scma.ru/ru/Ulitenko_Avtomatik.pdfПриложенияПриложение АПриложение Б