3.2. Вибір та обгрунтування структури системи управління та комплексу технічних засобів з аналізом кількох можливих варіантів
В даний час основна маса вітчизняних виробництв потребують автоматизації в тому чи іншому вигляді. В сучасних умовах ринку виживають ті, хто найбільш конкурентно здатні, хто вміє організувати свої виробничі процеси з найбільшою ефективністю і найменшими затратами. Але як знизити витрати на виробництво без автоматизації підприємства в цілому, а також і автоматизації технологічних процесів? Очевидно, що сучасному підприємству, для того щоб рости і розвиватися, необхідна “нова кров” у вигляді нових технологій і рішень. Комп’ютеризовані системи все більше охоплюють виробничий сектор, на робочих місцях операторів починають з’являтися прості та ефективні засоби для оперативного контролю та управління технологічними процесами.
Не викликає сумнівів те, що грамотно побудована система АСУ ТП – це не тільки набір програмних і апаратних засобів. В більшості випадків – це організаційно-технічне планування і розподілення функцій оператора та технологічного устаткування. Перш за все, це аналіз поточного стану об’єкта автоматизації і вибір саме тих вузлів, які дозволять дійсно на порядок збільшити ті чі інші якісні показники.
Під структурою управління розуміють сукупність частин автоматичної системи, на які вона може бути розділена по визначеній ознаці.
Вибір структури управління об’єктом автоматизації робить вагомий вплив на ефективність його роботи, зниження відносної вартості системи управління, її надійності, ремонтоздатності і т.д.
Система автоматизації складається з об’єкту автоматизації і системи управління цим об’єктом.
Завдяки визначеній взаємодії між об’єктом автоматизації і системою управління, система автоматизації в цілому забезпечує необхідний результат функціонування об’єкта.
Обираємо однорівневу централізовану систему управління.
У цьому випадку для управління котлоагрегатом створюється операторський пункт управління. Всі необхідні засоби автоматичного вимірювання, регулювання, сигналізації відхилення від заданих параметрів основних технологічних змінних розташовуються на пункті управління.
Пункт управління розташований у безпосередній близькості від об’єкта управління, що дозволяє скоротити довжину комунікацій зв’язку з об’єктом і дає можливість обслуговуючому персоналу візуально контролювати роботу технологічного обладнання. Обслуговує такий пункт управління постійно присутній оператор.
Результатом аналізу ТОУ є визначення конкретних задач раціональної структури системи автоматизації.
Найбільш простими структурами систем автоматизації є однорівневі централізовані системи (Рисунок3.1).
Т О У
ПУ
Рисунок 3.1. Структурна схема однорівневої централізованої системи.
Такі системи знаходять застосування для виробництв, в яких ТП функціонально зв’язані між собою. В цих системах створюють індивідуальний пункт управління (ПУ) для цієї ділянки виробництва, які оснащують всіма необхідними засобами автоматизації. В них вирішуються наступні задачі: вимірювання і контроль технологічних величин, сигналізація їх граничних значень, підтримання параметрів, які визначаються технологічним регламентом. В цих системах для ТП одного типу не зважаючи на розбіжності в апаратурному оформленні і якостях продукту, що переробляється, використовуються типові рішення по автоматизації. Складність прив’язки системи автоматизації до конкретного обладнання полягає в правильному виборі величин, що регулюються і точок контролю, які забезпечують систему необхідною і достатньо точною інформацією.
При виборі контролера для автоматизації конкретного технологічного процесу насамперед враховують особливості об’єкта керування, характер інформації, яка підлягає обробці, та перелік алгоритмів керування, які необхідно використовувати для автоматизації даного об’єкту.
Враховуючи різну складність задач керування, які необхідно розв’язати на базі ПЛК, фірми пропонують ряд моделей контролерів, які розрізняються:
Номенклатурою;
Вартістю;
Кількістю використовуваних модулів входів-виходів;
Швидкодії;
Обсягом пам’яті для зберігання програм користувача;
Конструктивного виконання;
Підтримка міжнародних стандартів;
Можливість організації мережі;
Мови програмування;
Самодіагностика і тестування.
Розглянемо можливість реалізації даної системи за допомогою мікропроцесорних контролерів: Реміконт малої канальності типу Р-130, TSX Premium, TSX Micro 3722 .
Реміконт типу Р-130 – це компактний малоканальний багатофункціональний мікропроцесорний контролер, призначений для автоматичного регулювання та логічного управління технологічними процесами .
Всі моделі Р-130 містять засоби оперативного управління, які дозволяють вручну змінювати режими роботи, встановлювати завдання, керувати програмою, вручну управляти виконавчими пристроями, контролювати сигнали та індиціювати помилки .
Проте для систем управління котлоагрегатом його використання неефективне. Тому що одного контролера для системи не достатньо. Це в свою чергу веде до додаткових монтажних робіт, ускладнення при розробці програмного забеспечення, зменшенні надійності системи, необхідності впровадження додаткового обладнання для організації мережі нижнього рівня. МПК Р-130 не підтримує міжнародний стандарт МЕК 1131-3, що визначає структуру п’яти мов програмування: крокових діаграм – LD; функціональних блокових діаграм - FBD; послідовних функціональних схем – SFC; структурованого тексту – ST; інструкцій – IL, які спрощують процес програмування і дають змогу використовувати розроблені програми у контролерах різних виробників.
TSX Micro 3722 являє собою мікропроцесорний пристрій, архітектура якого оптимізована для розв’язанння задач автоматичного управління технологічними процесами. TSX Micro 3722 постачається із заводу-виготовлювача повністю підготовлений до роботи і налагоджується для розв’язанння потрібної задачі безпосередньо на об’єкті. TSX Micro призначений для керування об’єктами, для роботи з якими достатньо кілька сотень дискретних входів-виходів та до 40 аналогових входів-виходів у різних галузях промисловості. Компактний і модульний TSX Micro має невеликий час робочого циклу і велику ємкість пам’яті. Він має широкий діапазон модулів входів-виходів, включаючи віддалені модулі входів-виходів, забеспечує високу швидкість роботи лічильників, високу точність реалізації задач позиціювання, високу точність вимірювання аналогових сигналів, має широкі комунікаційні можливості. Тому, враховуючи, що даний контролер задовільняє всім поставленим вимогам, обираємо саме цей МПК.
ПЛК Modicon TSX Premium – це потужний контролер, який може працювати з 1000 дискретними та сотнями аналогових входів-виходів. Він має розоподілену фізичну структуру; широкий діапазон модулів входів-виходів; багатозадачну операційну систему і потужну систему обробки переривань; вбудовані функції контурів регулювання; широкий діапазон модулів керування позиціюванням, рухом, швидкісні лічильники.
Основним недоліком цього МПК є висока вартість.
До характерних особливостей та вимог, що застосовуються до окремих засобів автоматизації належать :
датчики– основним призначенням датчика є перетворення контрольованої та регульованої величини в уніфікований електричний вихідний сигнал. Найбільш високі вимоги застосовуються до датчиків по точності, чутливості, динамічним властивостям. До інших відносять безвідказність роботи в заданих умовах експлуатації, зносостійкість деталей, простота знаходження та усунення несправностей;
регулюючі пристрої– основним призначенням регулюючих пристроїв є формування закону регулювання. Під законом регулювання прийнято розуміти функціональну залежність вихідного сигналу регулюючого пристрою від вхідного. Основною вимогою є правильний вибір закону регулювання. Закон регулювання вибирається, виходячи з вимог, що застосовуються до якості регулювання і динамічних властивостей регулюючого об’єкта;
виконавчі механізми (ВМ) та регулюючі органи (РО)– в якості виконавчих механізмів в автоматичній системі регулювання застосовуються електричні виконавчі механізми. При виборі BМ необхідно враховувати наступні вимоги: 1) ВМ повинен розвивати перестановочне зусилля, що необхідне для реакції робочих частин РО на всьому діапазоні їх, переміщення при найбільш тяжких допустимих умовах експлуатації; 2) ВМ повинен забезпечувати детектуючу дію, тобто передавати дію лише від регулюючого пристрою до РО; 3) значення основних величин, що характеризують статичні та динамічні властивості ВМ (поріг чутливості, гістерезис, люфт, швидкість переміщення вихідної ланки при максимальному навантаженні, вибіг), повинні бути співвиміряними із значеннями аналогічних величин інших елементів системи регулювання; 4) у будові ВМ бажано мати додаткові пристрої, такі як ручний привід місцевого керування РО, місцевий показник положення вихідної ланки, пристрій ручного регулювання початкового та кінцевого положення робочих частин РО.