Проектирование систем автоматизации

На рисунках 5 и 6 показаны структурные схемы централизованной и децентрализованной систем. Непременной принадлежностью систем являются устройства раздачи химикатов (химстанций), осуществляющие подачу химикатов и красителей в красильные аппараты (КА).

Рисунок 6. Структурная схема децентрализованной АСУ ТП (выдается на дисплей).

 

В централизованной АСУ ТП в качестве центрального вычислителя используется мини - ЭВМ СМ-1. В состав УВК входят: процессор, устройства оперативной памяти, внешние запоминающие устройства на магнитных дисках (ВЗУ), устройства ввода-вывода, в том числе дисплеи Д, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), не показанные на схеме модули аналого-цифрового преобразования, усиления сигналов, устройства связи с объектами (УСО), с пультом оператора в другие модули и устройства.

Средства локальной автоматики (СЛА) представлены устройствами из электрической  ветви ГСП с унифицированными сигналами постоянного тока 0-5 мА. Для регулирования технологических  параметров применена система «Каскад», которая обеспечивает ведение технологического процесса в трех режимах: режиме автоматического управления, при котором задающее воздействие поступает из ЭВМ на аналоговый регулятор, реализующий заданный закон регулирования; режиме автоматизированного управления, при котором задающее воздействие устанавливается оператором, обслуживающим красильный аппарат, с помощью органов управления, размещенных на местном приборном щите (пульте); режиме ручного управления, при котором управление исполнительными механизмами (клапанами подачи воды, химикатов, пара, слива раствора) осуществляется оператором с местного пульта.

Технической базой распределенной системы являются микроЭВМ СМ-1800. В  состав технических средств входят, так же как и в централизованной системе, дисплеи, АЦПУ, ВЗУ, устройства связи с объектами, с пультами операторов и другие устройства и модули.

В децентрализованной системе нет  локальных регуляторов, и микроЭВМ осуществляют непосредственное цифровое управление процессами крашения. ЭВМ, выполняющие эти функции, образуют нижний уровень АСУ ТП. Каждая ЭВМ этого уровня обслуживает 3-5 красильных аппаратов и образует вместе с ними так называемую автоматизированную технологическую группу (АТГ). Таким образом, нижний уровень АСУ ТП - это совокупность нескольких АТГ.

На следующем уровне реализуются функции подсистемы оперативной подготовки режимов крашения и учета расхода ресурсов (см. табл. 1). Для этой цели используются микроЭВМ, соединенные линиями связи с ЭВМ нижнего уровня. По этим линиям передаются в эти ЭВМ данные о режимах крашения для партий полотна (полуфабриката), назначенных к обработке на конкретных красильных аппаратах. На следующем верхнем уровне обрабатывается информация, относящаяся к производству (цеху) в целом. На этом уровне реализуются функции диспетчерского управления. МикроЭВМ этого уровня могут обмениваться информацией с ЭВМ среднего уровня и через них с АТГ. Такая структура позволяет рационально разместить информацию, используемую при управлении, в памяти ЭВМ разных уровней.

Важным свойством децентрализованных систем наряду с высокой надежностью является большая гибкость системы, что проявляется в более простом расширении масштабов системы путем подключения дополнительных АТГ, устойчивости системы к изменению типов красильных аппаратов. У децентрализованных систем имеются и недостатки, один из которых состоит в увеличении доли аппаратуры, выполняющей вспомогательные функции по обеспечению обмена данными. Тем не менее именно распределенные системы считаются в настоящее время наиболее перспективными.

 

5. Информационное и программное  обеспечение АСУ ТП.

 

Информационное обеспечение включает технологическую, технико-экономическую, справочную и оперативную информацию.

Технологическая информация - это  сведения о заданных значениях технологических  параметров процесса крашения: температуры, давления пара, расхода и т.п.

Технико-экономическая информация - это сведения о плане выпуска  продукции, простоях машин, технико-экономической  эффективности.

Справочные данные составляют нормы  расхода химикатов и красителей, наименования и коды артикулов полотна, красителей, оборудования и т.п.

К оперативной информации относятся  сведения о фактическом выпуске продукции по артикулам полотна, состоянии оборудования, значениях параметров технологических процессов и др.

Вся используемая информация определенным образом закодирована в виде организованных массивов (файлов) хранится в памяти ЭВМ. Информационная база - совокупность баз данных, размешенных в памяти ЭВМ соответствующих уровней системы управления. В базе данных верхнего уровня хранятся сведения о регламентированных режимах крашения для всех артикулов полотна (полуфабриката), типов красителей и характеристик цветности. Выборки из этих сведений на каждый день, определяемые на основе оперативных сменно-суточных заданий, передаются на средний уровень. Для выполнения процесса крашения конкретной партии необходимые для этого сведения передаются со среднего уровня на нижний.

При работе системы формируются  различные выходные сообщения о  ее функционировании. Часть из них (оперативные сообщения) выдается на дисплей, другие (сообщения учетного характера) печатаются на АЦПУ по установленным формам в виде документов.

Программное обеспечение (ПО) включает общее и специальное обеспечение. Общее ПО - это группы служебных программ (операционная система), необходимых для обеспечения эффективной работы всех технических средств в процессе функционирования системы, а также для повышения удобства работы пользователей и технического обслуживания системы. Операционная система обеспечивает управление процессами в реальном времени, т.е. в темпе протекания управляемого процесса, а также работу УВК по управлению процессами крашения одновременно в нескольких красильных аппаратах (мультипрограммный режим работы УВК).

Специальное, или прикладное, ПО предназначено  для решения функциональных задач АСУ ТП. Прикладное ПО разрабатывается при создании конкретной системы, хотя при этом и не исключается применение стандартных или ранее разработанных программ.

 

6. Комплекс технических средств  АСУ ТП красильно-отделочного  производства.

 

Комплекс технических средств (КТС) АСУ ТП состоит из двух основных частей: средств локальной автоматики (СЛА) и средств вычислительной техники (СВТ).

Системы локальной автоматики содержат средства контроля, регулирования, управления, включая исполнительные механизмы

В традиционных схемах автоматизации  красильно-отделочных производств управление технологическими процессами осуществлялось вручную с использованием показывающих средств контроля, что не позволяло создавать взаимосвязанную систему управления всем комплексом технологических процессов в целом. Последнее стало возможным с появлением и развитием КТС, позволяющего реализовать АСУ ТП.

На базе СВТ создаются УВК, включающие собственно ЭВМ (мини- или микроЭВМ), периферийное оборудование (дисплеи, печатающие устройства, диски) и устройства связи с объектом (УСО).

Устройства связи с объектом представляют собой специализированные по типу обрабатываемой информации или  сигналов технические средства, построенные по модульному принципу, к которым в основном относятся: модуль ввода аналоговой информации (МВВА), модуль вывода аналоговой информации (МВА), модуль ввода числоимпульсных сигналов (МВВЧ), модуль ввода дискретной информации (МВВД), модуль вывода дискретной информации (МВД).

Таблица 2.

Характеристики средств измерения  входных параметров красильной машины с химической станцией

 

Позиция по рисунку 7 Приложения	Измеряемые параметры	Вид сигнала	Уровень сигнала	Тип датчика или приемника
1-1, 1-2, 1-3, 1-4	Расход химикатов и красителей	Число-импульсный	Сухой контакт	Пневмореле
2-1	Температура    раствора     в красильной машине	Аналоговый	47,71-86,87 Ом	ТСМ-5071 5Ц2.821 310-03
3-1	Уровень раствора	Аналоговый	0-5 мА	РУС - В - 122 - ПСФ - 1,0 - 1,0
4-1	Начало подачи химикатов в приемный бак	Дискретный	Сухой контакт	СУС-14-ПП - 01И- 1(0.25)
9-1	Признак    режима    работы машины	Дискретный	Сухой контакт	Тумблер ТП1-2
10-1	Начало выполнения ручных операций	Дискретный	Сухой контакт	Тумблер ТП1-2
11-1	Состояние главного привода	Дискретный	Сухой контакт	Магнитный пускатель

Упрощенно объект управления можно  представить как состоящий из общецеховых магистралей (пара, воды, сжатого воздуха, электроэнергии) и  непосредственно красильных аппаратов с химической станцией (Приложение, рисунок 7).

Для практической реализации задач  АСУ ТП в зависимости от состава  оборудования требуется контролировать ряд параметров, представленных в  таблице 2.

Для красильных аппаратов с химической станцией необходимо контролировать: расход химикатов и красителей; температуру, уровень, управление главным приводом в красильных аппаратах периодического действия; начало подачи химикатов; управление клапанами пара, воды, слива раствора; управление дозированием химикатов; признаки режима работы машины; команды УВК на выполнение ручных операций; начало выполнения ручных операций; состояние главного привода машины.

 

Таблица 3.

Характеристика средств измерения  выходных параметров красильной машины с химической станцией

Позиция по рисунку 7 Приложения	Измеряемые параметры	Вид сигнала	Уровень сигнала	Тип датчика или приемника
3-3	Управление            главным приводом машины	Позиционный	Сухой контакт	Магнитный пускатель
5-3	Управление клапаном пара	Аналоговый	0,02-0,1 МПа	25ч32НЖ
6-2	Управление клапаном воды	Позиционный	0,02 - 0,14 МПа	В3-4
7-2	Управление клапаном слива	Позиционный	0,02 - 0,14 МПа	МИМ ППХ -250-25-016-11
9-1 … 9-16	Дозирование химикатов	Позиционный	0,02 - 0,14 МПа	Электропневмо преобразователь П1ПР5
1-Н1, 1-Н2,  1-Н3, 1-Н4, 1-Н5, 1-Н6	Команды  УВК  на   выполнение ручных операций	Позиционный	24В	Сигнальные табло ТКМ 1-1-1А

 

Основные характеристики средств  измерения, контроля и индикации, применяемые  в АСУ ТП красильно-отделочных производств, приведены в таблице 3, где для каждой позиции схемы автоматизации указаны параметры, вид и уровень сигнала, тип используемого датчика или приемника информации.

Схемы автоматизации составляются на основе принципиальных схем для  отдельных параметров. Порядок рассмотрения принципиальных схем должен соответствовать переходам на функциональной схеме слева направо от одной схемы к другой.

 

7. Принципиальная электрическая  схема красильного аппарата.

 

Схема контроля расхода двух химикатов  представлена на рисунке 1 Приложения. При подаче химиката в красильную машину замыкаются контакты реле протока РПИ-20-1 (Приложение, рисунок 1а), поз. 1-1 и 1-2, напряжение подается на катушку реле РПУ-0, поз. 10-К1 (Приложение, рисунок 1б), при замыкании контакта которого сигнал поступает через модуль МВВЧ в УВК, где производится обработка сигналов и учет расхода химикатов.

Температура раствора в ванне контролируется термопреобразователем сопротивления  ТСМ - 5071, поз. 2-1 (Приложение, рисунок 2). Изменение сопротивления преобразуется преобразователем ПТ-ТС-68, поз. 2-2, в пропорциональный сигнал, который разветвляется посредством двух последовательно и одного встречно включенных стабилитронов КС 156, поз. 1-VD1, 1-VD2, 1-VD3 на два параллельных сигнала. Один сигнал подается на миллиамперметр М1690, поз. 2-3, для визуального контроля температуры раствора, второй - через резистор, поз. R1, на вход 1 модуля ввода аналоговых сигналов МВВА, входящего в КТC.

Уровень раствора контролируется уровнемером  типа РУС, состоящего из первичного преобразователя, поз. 3-1, и измерительного преобразователя, поз. 3-2 (Приложение, рисунок 7), выходной сигнал которого разветвляется на два параллельных сигнала. Один сигнал подается на миллиамперметр, поз. 3-3, для визуального контроля уровня раствора в ванне, второй через резистор на вход модуля МВВА. Миллиамперметр снабжен электроконтактным устройством, нормально - разомкнутый контакт которого замыкается в момент достижения раствором нижнего уровня при сливе и через промежуточное реле и магнитный пускатель воздействует на главный привод красильной машины, отключает его и подготавливает цель к повторному включению.

Начало подачи растворов и химикатов  в приемный бачок контролируется уровнемером типа СУС, состоящим из первичного преобразователя, поз. 4-1, и вторичного преобразователя, поз. 4-2, замыкающего свой контакт в момент начала подачи любого из химикатов. Схема построена таким образом, что напряжение в цепь контакта подается только при замыкании контакта тумблера ТП1-2, поз. 9-1, происходящего при работе красильной машины в автоматическом режиме.

Управление клапаном пара, а следовательно, и температурой раствора осуществляется в двух режимах (Приложение, рисунок 3).

В состоянии тумблера, поз. 9-1, "Автомат" напряжение подается на электрический вход электропневмопреобразователя, поз. 5-2. При этом на выходную пневмоклемму 1 преобразователя подается управляющий пневматический сигнал с входной пневмоклеммы 11, т.е. преобразованный электропневмопреобразователем типа ЭПП, поз. 5-1. аналоговый управляющий сигнал от выхода 1 модуля вывода аналоговых сигналов MBА. Управляющий пневматический сигнал с пневмоклеммы 1 преобразователя, поз. 5-2, поступает на клапан пара, поз. 5-3, снабженный мембранным пневматическим исполнительным механизмом, открывающим (закрывающим) клапан пропорционально величине сигнала. Одновременно сигнал подается на манометр типа МТ, поз. 5-5, для визуального контроля его величины.