Выбор и обоснование элементов АСУ

 

Использование АСУ при термической обработке повышает качество продукции и облегчает труд обслуживающего персонала. Современное оборудование и новые методы автоматического управления позволяют снизить затраты на ремонт и обслуживание оборудования, получить экономический эффект от рационального использования энергоресурсов вследствие оптимального управления технологическим процессом. Рассмотрим проектное решения модернизации системы управления электропечами с учетом таких технологических потребностей, как точное регулирование температуры, возможности быстрой смены режимов при обработке различных видов изделий.

Для более сложных систем с управлением тремя и более нагревательными зонами, а также работой вентиляторов и других исполнительных механизмов наиболее приемлемой станет система с управляющим устройством в виде программируемого логического контроллера, например, ОВЕН ПЛК. Примером такого типа установок может служить самый распространённый в промышленности тип печей – камерная электрическая печь сопротивления, либо колпаковая электропечь. В этих печах, в зависимости от конструкции, могут быть три зоны нагрева.

Рисунок 10 - ОВЕН ПЛК100/150/154

 

ОВЕН ПЛК100/150/154 – моноблочные контроллеры с дискретными и аналоговыми входами/выходами на борту для автоматизации малых систем.

Назначение:

- Создание систем управления малыми и средними объектами.

- Построение систем диспетчеризации.

- Управление малыми станками и механизмами

Преимущества:

- Компактный корпус с креплением на DIN-рейку.

- Дискретные и аналоговые1 входы/выходы «на борту» с возможностью расширения их количества путем подключения внешних модулей ввода/вывода по любому из встроенных интерфейсов.

- Скорость работы дискретных входов – до 10 КГц при использовании подмодулей счетчика.

- Большое количество интерфейсов на борту:

Ethernet;

RS-485;

RS-232 Debug;

RS-2322;

USB Device2.

 

Таблица 3 - Технические параметры

Аналоговые входы	4
Аналоговые выходы	4
Напряжение питания	~90...264 В 47...63 Гц
Потребляемая мощность, не более	15 ВА
Индикаторы на передней панели	Дискр. вх.: 6 шт. Дискр. вых.: 4 шт.
Центральный процессор	32-разрядный RISC-процессор 200 МГц на базе ядра АRМ9
Типы поддерживаемых сигналов	0...1 В, 0...10 В, –50...+50 мВ 0…5 мА, 0(4)…20 мА 0…5 кОм
Время опроса одного входа	0,5 с
Предел основной приведенной погрешности	±0,5 %

 

В качестве регулирующего устройства в системе управления электропечью используется двухканальный программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151, два канала которого регулируют температуру на нагревательных элементах.

Рисунок 11 - ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151

 

Универсальный двухканальный программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151 применяется для создания систем управления различного уровня сложности – от контуров локального регулирования до комплексных систем управления объектами с интеграцией в АСУ.

Прибор выпускается в корпусах 2-х типов: настенном Н и щитовом Щ1.

Функциональные возможности прибора ОВЕН ТРМ151

- Один или два канала программного пошагового регулирования

- Два встроенных универсальных входа и два выхода

- Программное управление различными исполнительными механизмами:

2-х позиционными (ТЭНы, двигатели)

3-х позиционными (задвижки, краны)

дополнительными устройствами (заслонки, жалюзи, дымо- или парогенераторы и т.п.).

- Автонастройка ПИД-регуляторов по современному эффективному алгоритму

- Режим ручного управления выходной мощностью регулятора

- Линейка стандартных модификаций для наиболее распространенных технологических процессов

- Широкие возможности конфигурирования с ЭВМ или с передней панели прибора:

- различные уровни доступа для оператора, технолога и наладчика системы

- для каждой стандартной модификации прибора – свой удобно организованный набор параметров

- Программы быстрого старта, разработанные специально для каждой модификации

- Возможность быстрого доступа к уставкам при программировании прибора с передней панели

Линейка стандартных модификаций для распространенных технологических процессов

Для упрощения конфигурирования прибора ТРМ151 компания ОВЕН разработала линейку модификаций, ориентированных на решение типовых задач автоматизации.

Каждая модификация имеет жесткую структуру, которую конфигурировать не требуется. Пользователю остается только задать рабочие параметры.

Таблица 4. - Технические характеристики

Напряжение питания	90/245В
Частота напряжения питания	47/63Гц
Потребляемая мощность	Не более 6ВА
Количество входов для подключения датчиков	2
Время опроса одного входа	0,3с
Количество выходных элементов	2

 

ТРМ151 может контролировать:

- нахождение регулируемой величины в заданных пределах (для этого служит блок «инспектор»);

- работоспособность измерителей (проверка на обрыв, замыкание, выход за допустимый диапазон и т. д.)

- работоспособность выходных элементов (LBA-авария).

При этом ТРМ151 анализирует критичность аварийной ситуации. Например, на определенном шаге программы технолога произошел обрыв датчика, который не задействован на данном шаге. Прибор в этом случае, не останавливая выполнение программы, сигнализирует о неисправности, позволяя ее вовремя устранить без прерывания технологического цикла. Однако если произошла поломка нужного в данный момент измерителя, то ТРМ151 останавливает программу технолога и переводит объект в режим АВАРИЯ. При этом в режиме АВАРИЯ все выходные устройства не отключаются, а переходят на заранее заданную аварийную мощность.

Исполнительным устройством служит блок управления симисторами и тиристорами ОВЕН БУСТ, (рисунок 12), который обеспечивает точность автоматической регулировки мощности на нагревательных элементах печи методом фазового управления.

Рисунок 12 - БУСТ блок управления тиристорами и симисторами

 

Предназначен для управления симисторами или тиристорами, работающими с активной нагрузкой: нагревательными элементами печей, инфракрасными лампами и др.

БУСТ рекомендуется использовать для регулирования мощности совместно с ПИД-регуляторами ОВЕН ТРМ101, ТРМ10, ТРМ151.

Прибор выпускается в корпусе настенного крепления Н1.

Функциональные возможности:

- Автоматическое регулирование мощности активной нагрузки с помощью сигналов управления 0(4)…20 мА, 0…5 мА, 0…10 В, поступающих от регулятора (например, ОВЕН ТРМ101, ТРМ10, ТРМ151)

- Ручное регулирование мощности с помощью внешнего переменного резистора 10 кОм

- Два метода управления симисторами или тиристорами, в зависимости от инерционности нагрузки и уровня помех в сети

- Защита силовых тиристоров или симисторов при возникновении аварийных ситуаций: короткого замыкания или превышения номинального тока в нагрузке (с использованием внешних трансформаторов тока)

- Плавный выход на заданный уровень мощности для предотвращения резких перегрузок питающей сети

- Светодиодная индикация уровня мощности (10 уровней от 0 до 100 %)

- Возможность внешней блокировки управления нагрузкой

- Работа с одно-, двух- и трехфазной нагрузкой

Таблица 5 - Технические характеристики

Напряжение питания	220 В 50 Гц
Допустимое отклонение номинального напряжения	–15...+10 %
Входное сопротивление входа управления	200 кОм
Макс. допустимый преобразованный трансформатором ток нагрузки на входах контроля	2 А
Максимальный импульсный ток управления	не более 600 мА
Число используемых фаз	1...3
Габаритные размеры корпуса	145×105×55 мм

 

Для регулирования мощности на нагрузке прибор позволяет формировать управляющие тиристорами или симисторами сигналы двумя методами: фазовым или по числу полупериодов. Выбор метода управления зависит от инерционности и характера нагрузки.

При фазовом методе в зависимости от величины сигнала на входе БУСТа меняется угол открытия симистора или тиристора. Прибор обеспечивает 256 уровней изменения угла открытия полупроводников на один полупериод, что позволяет плавно изменять напряжение на нагрузке. Фазовый метод используется для управления малоинерционными объектами, быстро реагирующими на изменение напряжения на нагревателе, а также при управлении освещением. Однако такой метод управления не может защитить питающую сеть от помех, так как переключение полупроводниковых элементов происходит не при нулевом значении сетевого напряжения.

Метод управления по числу полупериодов позволяет значительно уменьшить уровень помех в электросети за счет включения и отключения нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Однако период следования управляющих сигналов с БУСТа составляет 256 целых полупериодов колебаний сетевого напряжения, или 2,56 с, поэтому этот метод применим только для инерционных нагрузок. Количество полупериодов на выходе БУСТа, а значит мощность на нагрузке, зависит от величины сигнала на входе БУСТа: при максимальном уровне сигнала (100 %) на нагрузку подаются все 256 полупериодов, при 50 % – 128, при минимальном уровне полупроводниковые элементы закрыты и на нагрузку напряжение не поступает.

Для расширения входов и получения дополнительной возможности измерения температуры в самом изделии или в муфеле печи применяется модуль ввода ОВЕН МВА8.

Рисунок 13 - Модуль ввода аналоговый

 

Восьмиканальный универсальный измерительный модуль ввода для распределенных систем управления в сети RS-485.

Может использоваться в качестве модуля расширения входов для ОВЕН ПЛК или программируемых контроллеров других производителей.

Модуль ввода МВА8 работает в сети RS-485 при наличии в ней «мастера», при этом сам МВА8 не является «мастером» сети.

Модуль ввода выпускается в корпусе типа Д9 с креплением на DIN-рейку.

Основные функции модуля ввода

- Восемь универсальных входов для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня и других физических величин

- Цифровая фильтрация и коррекция входных сигналов, масштабирование показаний датчиков с унифицированным выходным сигналом (активных датчиков)

- Передача измеренных значений по интерфейсу RS-485

- Поддержка распространенных протоколов Modbus (ASCII, RTU), DCON, ОВЕН

- Бесплатная программа «КОНФИГУРАТОР МВА8»:

- конфигурирование прибора на ПК;

- регистрация текущих измерений.

- Помехоустойчивость благодаря импульсному источнику питания 90...264 В частотой 47...63 Гц

 

 

Таблица 6 - Технические характеристики

Напряжение питания	90…245 В переменного тока частотой 47…63 Гц
Потребляемая мощность	не более 6 ВА
Количество входов	8
Минимальное время опроса	2 с
Максимальный ток нагрузки источника питания активных датчиков	180 мА
Напряжение источника питания активных датчиков	24±3 В постоянного тока
Габаритные размеры корпуса	157×86×58 мм

 

Обмен данными между регуляторами и модулем аналогового ввода осуществляется при помощи компьютера, для согласования интерфейсов RS-485/RS-232 (рисунок 14)  используется преобразователь интерфейса ОВЕН АС3-М[4]

 

Рисунок 14 - Преобразователь интерфейса ОВЕН АС3-М

 

Предназначен для взаимного преобразования сигналов интерфейсов RS-232 и RS-485. Позволяет подключать к промышленной информационной сети RS-485 устройство с интерфейсом RS-232 (персональный компьютер, считыватель штрих-кодов, электронные весы и т. д.)[5]

Основные функции

- Взаимное преобразование сигналов интерфейсов RS-485 и RS-232

- Автоматическое определение направления передачи данных

- Гальваническая изоляция входов между собой и от питающей сети

- Напряжение питания =24 В или ~230 В

- Встроенные согласующие резисторы

 

 

Таблица 7 - Технические характеристики

Потребляемая мощность	не более 0,5 ВА
Допустимое напряжение гальванической изоляции входов	не менее 1500 В
Диапазон напряжения входного сигнала	±5…15 В
Диапазон напряжения выходного сигнала	±9…11 В
Используемые линии передачи данных	TxD, RxD, GND
Габаритные размеры	54×95×57 мм
Скорость обмена данными	до 115200 бит/с

 

Разработанная система позволяет выполнять режим отжига любой степени сложности. Смена уставок в системе регулирования температуры осуществляется автоматически по разработанной технологом программе. Программы технолога создаются на компьютере верхнего уровня и заносятся в каждый прибор ТРМ151.

Система позволяет задавать скорость изменения температуры (увеличение или уменьшение до заданного значения) в каждой нагревательной зоне по индивидуальному графику, что обеспечивает равномерный нагрев изделия во всех точках. Возможен переход с одной программы на другую по достижении определенного значения любого из параметров температуры или времени. Сбор данных с каждой печи осуществляется при помощи SCADA-системы. Предложенная система регулирования температуры может быть реализована в любых электропечах с одной или двумя нагревательными зонами.