Интегрированные системы проектирования и управления

Изготавливаются по ТУ 311-00225621. 160-96.В комплекте поставляются блоки питания КАРАТ – 22Блок питания предназначен для питания стабилизированным напряжением 36 (24В).Число каналов: 1,2,4,8.Каналы гальванически развязаны. Имеется защита то короткого замыкания и перегрузок по каждому каналу. Датчики давления АДН-10.3В качестве датчиков давления для агрессивной среды остановим выбор на датчиках серии АДН-10.3[33]Рисунок П2.1 – Датчики серии АДН-10.3 Основное отличие данного многопредельного измерителя-регулятора АДН / АДР от ближайших аналогов в том, что он представляет собой законченный прибор, в котором объединены: первичный датчик давления (разрежения), микропроцессорный узел обработки и два индикатора (цифровой и барографический).Таблица П2.1 Технические характеристики измерителей-регуляторов АДН / АДР:ИзделиеНазначениеДиапазон (кПа) Погрешность (%)123АДР-10.3Регулятор разрежения-2.5…0-5…0-10…01.5АДН-10.3Регулятор давления0...2.50...50...101.5АДН-50.3Регулятор давления0...250...50-1.5АДР-50.3Регулятор разрежения-25...0-50...0-1,5Датчики загазованности СТМ-30Контроль загазованности в блок боксах, компрессорных, на наружных площадках и т.п. осуществляется сигнализаторами довзрывных концентраций типа СГОЭС СТМ-30[33]производства завода Аналитприбор г. Смоленск.Предназначены для автоматического непрерывного контроля довзрывных концентраций многокомпонентных воздушных смесей горючих газов и паров. Область применения: в процессе нефте - и газодобычи, на нефте - и газопроводах, на объектах газовых хозяйств. Тип анализатора – стационарный. Принцип работы датчика - термохимический. Датчики выполнены во взрывозащищенном исполнении 1ExdibIICT6(T3), блоки датчиков выполнены во взрывозащищенном исполнении 1ExdibIICT6(T3). Сигналы состоят из блока сигнализации и питания БСиП, блока датчика, блока обмена информацией БОИ. Сигнализация имеет световую сигнализацию при достижении пороговых концентрации горючих газов или неисправности датчика. СГОЭС состоит из:БД – производит измерения и выдает цифровую индикацию текущей концентрации газов по месту установки и передает нормированный сигнал по 2х проводной связи на БСП.БСП – обрабатывает информацию, поступающую с БД, имеет цифровую индикацию текущей концентрации контролируемых газов. Выдает световой сигнал, замыкает (размыкает) «сухие» контакты реле при достижении пороговых концентрации горючих газов или неисправности датчика.БОИ – сбор информации с БСП, накопление, хранение и передача обработанных данных в информационную систему посредством цифрового интерфейса RS 232. Конструкция позволяет объединять каналы в единые информационные системы для зашиты объектов и упрощает монтаж, обслуживание, проверку и ремонт на объектах.Датчики положения задвижек АДИ[33]Также в качестве датчиков используются конечные выключатели электрозадвижек, определяющие состояние этих исполнительных механизмов (открыто/закрыто), контакты магнитного пускателя ПМ 12-040, определяющие включение/отключение вытяжного вентилятора, который включается при загазованности в котельной.Сигнализатор АДУ-01[33]Предназначен для контроля одного или двух предельных положений уровня жидких некипящих сред в различных технологических резервуарах и хранилищах в стационарных и корабельных условиях, а также на подвижных объектах типа авто- и железнодорожных цистернах.Основные технические характеристики:предел измерения: от 80 до 2 000 мм;погрешность измерения: ± 2 мм при вертикальной установке датчика, ± 4 мм при горизонтальной установке датчика;питание: 220 В, 50 Гц переменного тока или 12 В, 24 В постоянного тока.Сигнализатор выполнен во взрывозащищенном исполнении с маркировкой «0ExiаIIВТ5». Данный прибор обеспечивает контроль исправности подачей постоянного напряжения 24 В в цепь контроля от отдельного источника питания для исполнения "Н" при осушенной точке контроля, для исполнения "О" - при погруженной точке контроля.АДП-01 датчик пламени[33]Датчик-реле контроля пламени АДП-01 предназначен для индикации наличия или отсутствия пламени и формирования сигнала для автоматики защиты котлаОтличительные особенности датчика АДП-01:Реагирует на пульсации пламени;В качестве чувствительного элемента используется фотодиод;Динамический диапазон не менее 90 дБ.Имеет автоматическую регулировку усиления сигнала;Имеет 4-х уровневый светодиодный индикатор величины сигнала пульсаций;Устойчив к вибрации элементов конструкции котлоагрегата.Рисунок П2.2 – АДП-01 датчик пламениТаблица П2.2 – Параметры датчик пламениАДП-01Трансформатор розжига OC33-730 УХЛ 2[33]Высоковольтный трансформатор розжига ОСЗЗ представляет собой специальное однофазное устройство, используемое для прямого поджога топливной смеси. Его основное применение - это розжиг горелок теплогенерирующего оборудования, такого, как: производственные и отопительные котлы, бойлеры, установки-утилизаторы и пр.Обмотка трансформатора подобрана таким образом, чтобы преобразовывать напряжение сети 220В в высоковольтный ток с величиной напряжения от 7.5 до 8.5кВ. Этого напряжения вполне достаточно, чтобы воспламенить топливо.Диапазон рабочих температур находится е пределах от -40С до +60С. Высота рабочего места над уровнем моря не должна превышать 2000 метров.Таблица П2.3 – Параметры Трансформатора розжига OC33-730 УХЛ 2ПараметрЗначениеЗначение номинального первичного напряжения:220ВГенерируемое вторичное напряжение:от 7.5 до 8.5кВПредельное отклонение номинального напряжения питания:±10%Ток в первичной катушке:1,25 АТок вторичной катушки:30 мАДлительность одного цикла:3 минутыВозможное непрерывное горение электрической дуги:не более 7 минутМаксимальное количество последовательных циклов:20Защита устройства (модель OC33-730)IP54Габаритные параметры:170x135x100ммВес:2,65кгТаблица П2.4 – Приборы КиП нижнего уровня Параметр/ДатчикМетран 280 ТСПУАДН-10.3СТМ-30Датчики положения задвижек АДИдатчик пламениАДП-01Контролируемый параметртемпературадавлениезагазованностьположениеНаличие пламени в горелкеТип выходного сигнала0-5мА, 4-20мА/дискретный0-5мА4-20мА4-20мАОткрытый коллекторЕдиницы измерения CМПаНаличие пламениДиапазон измерения4-100-50Погрешность0,25%1%0,25%--Конструктивное исполнения1ExdIIBT41ExdIIBT41ExdIIBT4Рабочие температуры (C)-10+500-1000Производитель «Теплоприбор»«РАСКО»ООО КБ «Агава»ООО КБ «Агава»В качестве клапанов для подачи газа на горелки используем современные электромагнитные клапаны с плавным открытием для исключения пневмоудара производства СП «ТЕРМОБРЕСТ»(Рисунок 3.6)Рисунок П2.4 – Запорный электромагнитный клапан Клапаны электромагнитные двухпозиционные серии ВН с медленным открытием предназначены для использования в системах управления потоками различных газовых сред, в том числе углеводородных газов, газовых фаз сжиженных газов, сжатого воздуха и других неагрессивных газов в качестве запорного органа в различных трубопроводных системах, где необходимо медленное открытие клапана (недопустимо наличие пневмоудара в момент включения).[34] Материал корпуса: алюминиевые сплавы АК12ОЧ, АК12ПЧ; легированная стальИсполнение клапана: общепромышленноеКлиматическое исполнение:  У2 (-45...+40 °С).Время открытия:5...20 с - для DN 25;5...30 с - для DN 32, 40, 50;5...40 с - для DN 65, 80, 100.Время закрытия: не более 1 с.Степень защиты: IP65.Частота включений, 1/ч, не более: 30Полный ресурс, не менее: 50 000 включений.Для автоматизации работы воздушных заслонок перед горелкамии шибера за котлом, в дымовыводящей трубе, используем исполнительный механизм электрические однооборотный (МЭО-16)[11]Рисунок П2.5 – механизм исполнительный электрический однооборотный (МЭО-16)Тип механизмаКрутящий момент,НмВремя полногохода, сПолный ход(доля полногооборота)ПитаниеПотребляемаямощность,Вт, не болееМасса,кг, неболееЭлектродвигательоднофазныйМЭО-16/10-0.2516100.25220, 230, 240В -50Гцоднофазной сети1107ДСОР-110-1.0-136Степень защиты ― 1Р54.Встроенные датчики положения Токовый ― датчик с унифицированным сигналом 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА (механизмы с токовым датчиком комплектуются блоком питания).Режим работы:Вид ― повторно-кратковременный с частыми пусками Б4 по ГОСТ 183;Частота включений ― до 320 в час;Продолжительность включений ― до 25% при нагрузке на выходном органе в пределах от номинальной противодействующей до 0.5 номинального значения сопутствующей;Максимальная частота включений ― 630 в час при продолжительности включений до 25%;При реверсировании интервал времени между выключением и включением на обратное направление ― не менее 50мс.Приложение 3 Расчет контура регулирования системыОсновной задачей проектируемой системы управления является поддержание требуемого уровня температуры в системе теплоснабжения.Для изменения температурыв трубопроводе, необходимо управлять положением заслонки клапана подачи газа. Для определения вида переходного процесса изменения давления, составим схему системы регулирования[2]. Данная схема представлена на рисунке П3.1: РисунокП3.1– Структурная схема объекта управленияПЛК – программируемый логический контроллер; ИП – измерительный преобразователь.ИП представляет собой датчик температуры.В качестве датчиков давления в данном проекте используются преобразователи Метран 276, передаточную функцию которого, для приближенного расчета, можно описать как инерционное звено:где: kИП – коэффициент усиления ИП, примем равным 1. ТИП – постоянная времени измерительного преобразователя.Значение ТИП определим технических параметров преобразователя Метран 276[33]:Время задержки измерения давления т.е. время переходного процесса, то есть время за которое значение сигнала на выходе инерционного звена достигнет выходного значенияне превышает ;Постоянная времени постоянная времени инерционного звена;Общее время задержки датчика в этом случае равно:Коэффициент преобразования kдд определим, исходя из условий, что минимальной температуре Тmin =00С соответствует выходной сигнал датчика Ymin = 4 мA (0,004 А), а максимальному – соответствует выходной сигнал датчика Ymax = 20 мA (0,02 А):.Учитывая найденное значение , запишем передаточную функцию для измерительного преобразователя:.Заслонка описывается так же колебательным звеном с передаточной функцией: где:– коэффициент усиления заслонки;, – постоянная времени заслонки, примем звено с постоянными времени Т1кл = 0,28 с; иТ2кл = 0,45 с., Коэффициент усиления заслонки kЗ, определим, исходя из условий:.Тогда, подставляя в формулу конкретные значения, получаем В качестве регулятора выбран ПИД-регулятор, для настройки которого требуется задание трех параметров: коэффициента усиления пропорционального канала kп, коэффициента усиления интегрального канала kии коэффициента усиления дифференциального канала kд. Дискретное звено учитывает дискретность времени, с которым ПЛК выдает управляющие команды в порты вывода[12]. Период квантования для входных сигналов в системе управления будет отличаться от периода квантования для выходных сигналов. Входные сигналы с портов ввода, будут считываться каждый программный цикл ПЛК, а выходные сигналы на портах вывода будут меняться при переполнении внутреннего таймера–счетчика каждый период ТТС, который можно настроить программным путем. Если учесть, что период переполнения внутреннего таймера–счетчика намного превышает период выполнения программы, то можно считать, что считывание информации с портов ввода представляет собой непрерывный процесс[1].Звено промышленного логического контроллера можно представить в следующем виде : ,где неизвестными параметрами, определяемыми в результате настройки регулятора являются:, .Функциональная схема САР контура управления имеет вид (рисунок П3.2)Рисунок П3.2 - Функциональная схема управления температурой теплоносителяПосле соответствующих структурных преобразований схема примет следующий вид(Рисунок П3.3)Рисунок П3.3 - Структурная схема после преобразованияДля определения характера переходного процесса и выбора коэффициентов усиления регулятора для исследуемого объекта, воспользуемся программой MathLABSimulink[2].Представим исследуемую САР в виде совокупности типовых звеньев:Рисунок П3.4 – Модель исследуемой системы в MathLABСнижая отрицательные моменты от влияния колебательной характеристики заслонки на качество управления системы регулирования, выберем параметры заслонки, равные параметрам ; .Принимаем коэффициент усиления интегрального канала регулятора равным Kи=1 , и соответственно остальные коэфициенты: Kп = 0,45;Kд = 0,078П3.График переходного процесса с данными параметрами представлен на рисунке П3.5.Рисунок П3.5 – График переходного процесса исследуемой САРИз представленного на рисунке П3.5 графика можно сделать следующие выводы:Исследуемый объект устойчив, так как переходный – сходящийся;Характер переходного процесса – апериодический;Длительность переходного процесса составляет 3,47 сек.Логарифмические частотные характеристики L1() и 1() исследуемой модели при исходных настройках регулятора показаны на рисунке П3.6.Рисунок П3.6 – Логарифмические частотные исследуемой модели при исходных настройках регулятораПо данному графику можно сделать вывод, что: поскольку частота среза меньше частоты фазового сдвига, т.е. ωс<ωπ, то система устойчива по критерию Найквиста; частота срезаωс лежит на участке с наклоном -20 дБ/дек; запас устойчивости системы по фазе φз = 92; Таким образом, считаем, что система удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к устойчивости и быстродействию/ Трафик зависимости температуры в теплосети от температуры воздуха представлен на рисунке П3.7.Рисунок П3.7 - График зависимости температуры в сети от температуры наружного воздуха