«220700 Автоматизация технологических Направление подготовки процессов и производств Автоматизация технологических процессов Профиль подготовки и производств в нефтяной и газовой промышленности бакалавр Квалификация ...»

регулированием соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню – каскадная АСР (рис.

5.16в); отключение корректирующего контура может привести к накоплению ошибки при регулировании уровня, так как вследствие неизбежных погрешностей в настройке регулятора соотношения расходы жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны друг другу и вследствие интегрирующих свойств объекта (5.11) уровень в аппарате будет непрерывно нарастать (или убывать).

Рис. 5.16. Схемы непрерывного регулирования уровня:

а – регулирование «на притоке»; б – регулирование «на стоке»; в – каскадная АСР;

1 – регулятор уровня; 2 – регулирующий клапан; 3, 4 – измерители расхода;

В случае когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя (или хладоагента), как это показано на рис. 5.17.

Рис. 5.17. Схема регулирования уровня в испарителе:

1 – испаритель; 2 – регулятор уровня; 3 – регулирующий клапан В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования уровня в каждом конкретном случае должен выполняться с учетом остальных контуров регулирования.

Особое место в системах регулирования уровня занимают АСР уровня в аппаратах с кипящим (псевдосжиженным) слоем зернистого материала (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Регулирование уровня кипящего слоя: а – отводом зернистого материала; б – изменением расхода газа; 1– аппарат с кипящим слоем; 2 – регулятор уровня; 3 – Устойчивое поддержание уровня кипящего слоя возможно в достаточно узких пределах соотношения расхода газа и массы слоя. При значительных колебаниях расхода газа (или расхода зернистого материала) наступает режим уноса слоя или его оседания. Поэтому к точности регулирования уровня кипящего слоя предъявляют особенно высокие требования. В качестве регулирующих воздействий используют расход зернистого материала на входе или выходе аппарата (рис. 5.18а ) или расход газа на ожижение слоя (рис.5.18б ).

Тема 5.4. Регулирование температуры Температура является показателем термодинамического состояния системы и используется как выходная координата при регулировании тепловых процессов. Динамические характеристики объектов в системах регулирования температуры зависят от физико-химических параметров процесса и конструкции аппарата. Поэтому общие рекомендации по выбору АСР температуры сформулировать невозможно и требуется анализ каждого конкретного процесса.

К общим особенностям АСР температуры можно отнести значительную инерционность тепловых процессов.

Рис. 5.19. Динамические характеристики термометра Рассмотрим, например, динамические характеристики термометра в защитном чехле (рис. 5.19а). Структурную схему термометра можно представить как последовательное соединение четырех тепловых емкостей (рис. 5.19б): защитного чехла 1, воздушной прослойки 2, стенки термометра 3 и собственно рабочей жидкости 4.

Если пренебречь тепловым сопротивлением каждого слоя, то все элементы можно аппроксимировать апериодическими звеньями 1-го порядка, уравнения которых имеют вид Mj – масса соответственно чехла, воздушной прослойки, стенки и жидкости;

РJ – удельные теплоемкости; j1, j 2 – коэффициенты теплоотдачи;

F j – поверхности теплоотдачи.

Как видно из уравнений, основными направлениями уменьшения инерционности датчиков температуры являются:

повышение коэффициентов теплоотдачи от среды к чехлу в результате правильного выбора места установки датчика; при этом скорость движения среды должна быть максимальной; при прочих равных условиях более предпочтительна установка термометров в жидкой фазе (по сравнению с газообразной), в конденсирующемся паре (по сравнению с конденсатом) и т. п.;

уменьшение теплового сопротивления и тепловой емкости защитного чехла в результате выбора его материала и толщины;

уменьшение постоянной времени воздушной прослойки за счет применения наполнителей (жидкость, металлическая стружка); у термоэлектрических преобразователей (термопар) рабочий спай припаивается к защитному чехлу;

выбор типа первичного преобразователя; например, при выборе термометра сопротивления, термопары или манометрического термометра необходимо учитывать, что наименьшей инерционностью обладает термопара в малоинерционном исполнении, наибольшей – манометрический термометр.

Тема 5.5. Регулирование параметров состава и качества В процессах химической технологии большую роль играет точное поддержание качественных параметров продуктов (состав газовой смеси, концентрации того или иного вещества в потоке и т. п.). Эти параметры характеризуются сложностью измерения. В ряде случаев для измерения состава используют хроматографическийметод. При этом результат измерения бывает известен в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга на продолжительность цикла работы хроматографа.

Аналогичная ситуация возникает и тогда, когда единственным способом измерения качества продукции является в той или иной степени механизированный анализ проб.

Рис. 5.20. Структурная схема АСР параметра качества продукта:

1 – объект; 2 – анализатор качества; 3 – вычисл. устройство; 4– регулятор Дискретность измерения может привести к значительным дополнительным запаздываниям и снижению динамической точности регулирования. Чтобы уменьшить нежелательное влияние задержки измерения, используют модель связи качества продукта с переменными, которые измеряют непрерывно. Эта модель может быть достаточно простой; коэффициенты модели уточняют, сравнивая рассчитанное по ней и найденное в результате очередного анализа значение качественного параметра. Таким образом, одним из рациональных способов регулирования качества является регулирование по косвенному вычисляемому показателю с уточнением алгоритма его расчета по данным прямых анализов. В промежутках между измерениями показатель качества продукта может быть рассчитан экстраполяцией ранее измеренных значений.

Структурная схема системы регулирования параметра качества продукта показана на рис. 5.20. Вычислительное устройство в общем случае непрерывно рассчитывает оценку показателя качества x(t) по формуле в которой первое слагаемое отражает зависимость х от непрерывно измеряемых переменных процесса или величин, динамически с ними экстраполирующего фильтра.

Для повышения точности регулирования состава и качества применяют приборы с устройством автоматической калибровки. В этом случае система управления производит периодическую калибровку анализаторов состава, корректируя их характеристики.

Раздел 6. Автоматизация базовых технологических процессов Тема 6.1. Автоматизация центробежных насосов.

Насосы предназначены для перемещения жидкостей. Объект регулирования – трубопровод между двумя аппаратами длиной обычно несколько метров. Особенность объекта регулирования – малая инерционность до нескольких секунд. Основной показатель качества процесса – расход жидкости или ее давление. Основные возмущения:

колебания давления в аппаратах, между которыми расположен трубопровод; изменение вязкости и плотности перемещаемой жидкости.

Схема автоматизации процесса перемещения жидкости центробежным насосом показана на рис. 6.1.

Наиболее простым способом регулирования расхода является дросселирование потока жидкости на линии нагнетания. Схема автоматизации также предусматривает: контроль давления на всасывающей и нагнетающей линиях и сигнализацию на нагнетающей линии; контроль и сигнализацию температуры хладагента, подшипников и обмоток хладагента и смазки, расхода хладагента и смазки;

электродвигателя насоса; контроль и сигнализацию давления, сигнализацию отклонения режима работы двигателя от нормального – перегрузку двигателя. Предусмотрено ручное управление задвижками на линиях всасывания и нагнетания и сигнализация положения задвижек.

Функциональная схема автоматизации процесса перемещения центробежным насосом включает в себя подсистемы регулирования, контроля, сигнализации и защиты (см. рис. 6.1).

Рис. 9.1. Функциональная схема автоматизации процесса перемещения Контроль: температуры – tобм, tподш, tохл`, tохл”, tм”прибором позиции ТRА; давления –Pвс, Pн, Pохл прибором позицииPIА; расходы –Qохл”, Qм” прибором позиции FIА, Q прибором позиции FRC.

Регулирование: изменение Q прибором позиции FRC – методом дросселирования.

Сигнализация: сигнализации подлежат все контролируемые параметры температуры –t>tпред; давления –P Лабораторный практикум > Исследование систем автоматического регулирования > Одноконтурная САР > Одноконтурная_САР.

В левом нижнем углу программы перейдем во вкладку «Ресурсы» и выберем пункт «Конфигурация ПЛК» и ознакомимся с переменными программы регулирования (рис. 5):

Познакомимся непосредственно с программой регулирования, реализованной на языке ST (рис. 6):

PV – переменная регулируемого значения (в данном случае температура); PV_TIME – переменная цикла опроса датчиков; SP – значение уставки; PB, TI, TD – коэффициенты регулятора (пропорциональный, интегральный и дифференциальный соответственно); IMIN, IMAX – минимум и максимум интегральной составляющей соответственно.

Введем рассчитанные в пункте 3, значения ПИД регулятора в программу и посмотрим полученный переходный процесс во вкладке «Визуализация».

Подбирая коэффициенты регулятора PB (пропорциональная часть), TI (интегральная составляющая) и TD (дифференциальная составляющая) достигаем оптимального вида переходного процесса.

Тема: Исследование двухконтурной системы автоматического регулирования.

Цель работы: определение параметров передаточной функции объекта ЭП75 с последующим расчетом системы автоматического регулирования.

Порядок проведения работы:

1. Ознакомление с конструкцией установки.

2. Снятие кривой разгона объекта с помощью программного комплекса CoDeSys.

3. Нахождение параметров передаточной функции объекта стабилизирующего регулятора из кривой разгона.

4. Расчет параметров стабилизирующего регулятора.

5. Нахождение параметров передаточной функции объекта корректирующего регулятора из кривой разгона.

6. Расчет параметров корректирующего регулятора.

7. Получение переходного процесса и оптимизация параметров регулятора экспериментальным путем.

1. Описание установки для проведения лабораторной работы Конструкция. Объектом регулирования в данном случае служит, разработанный автором эмулятор печи ЭП75 (рис. 1). Печь оснащена электрическим нагревателем и вентилятором. Электрический нагреватель (рис. 2) представляет собой печатную плату, на которой размещены два проволочных резистора (ПЭВ) номиналом 2.4 Ком с мощностью рассеивания 25 Вт (ПЭВ25) и номиналом 1.5 Ком с мощностью рассеивания 50 Вт (ПЭВ50). На резистор ПЭВ25 установлен, созданный автором, радиатор, для увеличения мощности рассеивания резистора. Внутри резисторов установлены термометры сопротивления ТСМ 50М.

1 – ТСП 100П, 2 – стальной корпус,3 – вентилятор, 4 – клеммник Печатная плата расположена в стальном коробе, предназначенном для размещения на горизонтальной поверхности. Вентилятор установлен на одной из граней стального короба, а с противоположной стороны находится решетка, для обеспечения циркуляции воздуха внутри объекта. В рабочем пространстве объекта установлен термометр сопротивления ТСП 100П.

1,5 - ТСМ 50М, 2 – ПЭВ50, 3 - радиатор, 4 – ПЭВ25, 6- печатная плата Вся конструкция смонтирована на стол на теплоизолирующие ножки.

Для реализации каскадной схемы регулирования питание к резистору ПЭВ50 подается через твердотельное реле HD-2522-10U.

Автоматическое регулирование температуры в печи производится программируемым логическим контроллером ПЛК-154 производства фирмы ОВЕН (г. Москва).

Сигналы от датчиков температуры поступают на аналоговые входы ПЛК-154, в регуляторе-измерителе сигнал преобразуется и по каналу Ethernet данные поступают в компьютер на плату расширения TCP/IP.

Все данные о ходе процесса выводятся на панель оператора «Овен»

СП270 по протоколу Modbus RTU либо через OPC-сервер в Scada Trace Mode Техническое описание. Для нагрева объёма печи используется резистор ПЭВ50. Если температура в объёме ниже заданного значения, то питание на резистор увеличивается при помощи твердотельного реле HDU. Для реализации каскадной схемы регулирования температура измеряется как объёме печи (самое холодное место), так и на нагревательном элементе (самое горячее место). Для эффективного управления необходимо, чтобы стабилизирующий регулятор был быстрее, чем корректирующий, поэтому регулятор содержит одно ПИД – звено (корректирующее) и одно ПИ – звено (стабилизирующее), включенных последовательно. Первое ПИДзвено, на вход которого подается значение температуры в объёме, вырабатывает значение уставки для второго ПИ - звена. На вход стабилизирующего звена подается температура нагревателя. Когда температура в объёме приближается к заданному значению, твердотельное реле уменьшает питание на резисторе и вовсе сводит его к минимуму до тех пор, пока температура не начнет опускаться ниже установленного значения.

Автоматическое регулирование температуры осуществляется при помощи программного комплекса CoDeSys.

2. Снятие кривой разгона объекта с помощью программного комплекса CoDeSys Для начала запустим программу Разгон_двухконтурная_САР, для это следуем по пути: Рабочий стол > Лабораторный практикум > Исследование систем автоматического регулирования > Двухконтурная САР > Разгон_двухконтурная_САР.

В левом нижнем углу программы перейдем во вкладку «Визуализация»

и выберем пункт «VIS» (рис. 3):

Запустим программу на исполнение, для этого вверху экрана выберем пункт «Онлайн» > «Подключение» и затем «Онлайн» > «Старт». Нажимаем кнопку «Старт», показанную на рис. 2,ждем, пока процесс установится и сохраняем полученный график нажатием клавиши «Print Screen» на клавиатуре. Открывает программу: Пуск > Все программы > Стандартные > Paint. В рабочем окне программы нажимаем сочетание клавиш Ctrl+V и сохраняем полученную кривую разгона на рабочем столе.

3. Нахождение параметров передаточной функции объекта стабилизирующего регулятора из кривой разгона В приведённой схеме основной сигнал у (температура в объёме) поступает на вход корректирующего регулятора Wp2, а промежуточный сигнал y1 (температура резистора ПЭВ50) – на вход стабилизирующего регулятора Wp1. При этом стабилизирующий регулятор воздействует на подачу электропитания. Методика определения оптимальных значений параметров настройки двухконтурных систем основана на возможности расчета одного контура (внутреннего) с входным сигналом y1 независимо от другого (внешнего) с входным сигналом y.

При этом стабилизирующий регулятор рассчитывается по характеристике Wоб1. После определения настроек стабилизующего регулятора производится расчет оптимальных параметров настройки корректирующего регулятора Wр2(р).

Для корректирующего регулятора объектом, называемым эквивалентным заменяющим Wоб, служит система включающая внутренний контур и последовательно соединенный с ним объект с характеристикой Wоб(р).

Передаточная функция замкнутой системы внутреннего контура:

Передаточная функция внешнего контура:

Определим параметры объекта по кривой разгона (рис. 5).

Из кривой разгона находим постоянную времени Т, время запаздывания, время регулирования tр и коэффициент передачи объекта kоб:

Для определения закона регулирования и настроечных параметров регулятора, аппроксимируем кривую разгона передаточной функцией апериодического звена с запаздыванием (3).

Рис. 5 Определение параметров объекта по кривой разгона Значения a и b находим по номограмме (методичка «Исследование одноконтурной системы автоматического регулирования» рис. 4) исходя из соотношения 0.94.

Полученная передаточная функция примет вид:

Исходя из требований регулирования, выберем закон регулирования (в данном примере выбран ПИ закон регулирования).

4. Расчет параметров стабилизирующего регулятора Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид:

Выберем настройки для апериодического регулятора:

Передаточная функция ПИ-регулятора примет вид: (5) 5. Нахождение параметров передаточной функции объекта корректирующего регулятора из кривой разгона Определим параметры объекта по кривой разгона (рис. 6):

Из кривой разгона находим постоянную времени Т, время запаздывания, время регулирования tр и коэффициент передачи объекта kоб:

Для определения закона регулирования и настроечных параметров регулятора, аппроксимируем кривую разгона передаточной функцией апериодического звена с запаздыванием:

Рис. 6. Определение параметров объекта по кривой разгона Значения a и b находим по номограмме (методичка «Исследование одноконтурной системы автоматического регулирования» рис. 4) исходя из соотношения Полученная передаточная функция примет вид:

Исходя из требований регулирования, выберем закон регулирования (в данном примере выбран ПИД закон регулирования).

6. Расчет параметров корректирующего регулятора Передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид:

Выберем настройки для апериодического регулятора:

Передаточная функция ПИД-регулятора примет вид:

7. Получение переходного процесса и оптимизация параметров регулятора экспериментальным путем Для начала запустим программу Одноконтурная_САР, для это следуем по пути: Рабочий стол > Лабораторный практикум > Исследование систем автоматического регулирования > Одноконтурная САР > Одноконтурная_САР.

В левом нижнем углу программы перейдем во вкладку «Ресурсы» и выберем пункт «Конфигурация ПЛК» и ознакомимся с переменными программы регулирования (рис. 7):

реализованной на языке ST (рис. 8):

PV – переменная регулируемого значения (в данном случае температура); PV_TIME – переменная цикла опроса датчиков; SP – значение уставки; PB, TI, TD – коэффициенты регулятора (пропорциональный, интегральный и дифференциальный соответственно); IMIN, IMAX – минимум и максимум интегральной составляющей соответственно.

Введем рассчитанные в пункте 3 и 5 значения ПИД регулятора в программу и посмотрим полученный переходный процесс во вкладке «Визуализация».

Подбирая коэффициенты регулятора PB (пропорциональная часть), TI (интегральная составляющая) и TD (дифференциальная составляющая) достигаем оптимального вида переходного процесса.

Тема: Подключение SCADA TRACE MODE 6 к системе управления.

Цель работы: ознакомление с устройством и принципом работы панели оператора СП270. Получение навыков разработки человеко-машинного интерфейса. Подключение АРМ к объекту управления.

Порядок проведения работы:

1. Настройка контроллера для работы со Scada.

2. Настройка Scada системы Trace Mode 6.

1. Настройка контроллера для работы со Scada Запустим программу, найти которую можно по следующему пути:

Рабочий стол > Лабораторный практикум > Работа со Scada > Одноконтурная_САР+TM6.

В левом нижнем углу экрана выберем вкладку «Ресурсы», во вкладке «Ресурсы» выберем пункт меню «Настройка целевой платформы». Перед нами откроется диалоговое окно «Настройка целевой платформы». Выберем вкладку «Общие» и выберем пункты согласно рис.1:

Рис. 1. Диалоговое окно «Настройка целевой платформы»

Во вкладке «Ресурсы» выберем пункт меню «Рабочая область». Перед нами откроется диалоговое окно «Опции». Выберем пункт «Символьная конфигурация» и нажмем кнопку «Настроить символьный файл» (рис.2).

Выберем необходимые нам переменные которые необходимо передать через OPC сервер в Scada систему (рис. 3).

2. Настройка Scada системы Trace Mode Запустим программу Trace Mode. В левом верхнем углу выберем «Файл» > «Новый» и создадим «Простой» проект.

В окне «Навигатор проекта» щелкнем правой кнопкой мыши по пункту «Источники/Приемники» и выберем «Создать группу» > «OPC» (рис. 4):

Рис. 3. Диалоговое окно «Установка атрибутов объекта»

Щелкнем по «OPC» правой кнопкой мыши и выберем «Создать группу» > «OPC_сервер», далее щелкнем по «OPC_сервер» правой кнопкой мыши и выберем «Создать компонент» > «OPC» и выберем его, нажав на нем левой кнопкой мыши. В пункте «Сервер» нажмем клавишу обзор и выделим необходимые нам переменные из контроллера и нажмем клавишу «Готово»

(рис. 5):

Вид переменной (дискретная или аналоговая) задается в пункте «Формат» (рис. 6):

Теперь мы можем осуществить привязку к аргументу «OPC» и видеть его изменение на экране Scada-системы.

Тема: Конфигурирование панели оператора СП270.

Цель работы: ознакомление с устройством и принципом работы панели оператора СП270. Подключение панели к объекту управления. Знакомство с интерфейсами и протоколами.

Порядок проведения работы:

1. Ознакомление с конструкцией установки.

2. Настройка контроллера для работы с панелью.

3. Настройка программы «Конфигуратор СП200».

1. Описание установки для проведения лабораторной работы Панель оператора СП270. Панель оператора с сенсорным экраном СП270 представляет собой устройство класса «человеко-машинный интерфейс», предназначенное для загрузки управляющей программы (проекта) функционирования ПЛК или др. приборов, к которым подключается панель, мониторинга функционирования и редактирования значений параметров функционирования. Позволяет отображать на экране ход выполнения технологического процесса и редактировать значения параметров, отвечающих за функционирование системы.

Логика работы панели СП270 определяется потребителем в процессе конфигурирования на ПК с использованием программного обеспечения «Конфигуратор СП200».

Панель СП270 предназначена для выполнения следующих функций:

- отображение состояния управляемого объекта в режиме реального времени, с использованием графических пиктограмм (индикаторы, графики, линейки, условные обозначения оборудования и т. д.);

- отображение сенсорных элементов, при помощи которых оператор осуществляет непосредственное управление функционированием объекта;

- управление функционированием ПЛК и/или других приборов; запись и чтение значений регистров ПЛК и/или других приборов, к которым подключается панель;

- оперативное изменение режима работы (изменение внешнего вида экрана и интерфейса управления, параметров управления и пр.) путем загрузки нового проекта;

- работа в режиме Master или Slave.

Технические характеристики представлены в таблице 1. Схема подключения представлена на рис. 1.

Таблица 1Технические характеристики СП Человеко-машинный интерфейс Тип дисплея, диагональ, мм (в дюймах) Цветной TFT, 178 (7) Рабочая зона дисплея (ширинавысота), мм Тип интерфейса для связи с ПЛК и/или другими RS-232, RS- приборами Тип интерфейса для загрузки проекта из ПК RS- Напряжение питания постоянного тока, В 22… Габаритные размеры (ширинанавысотаглубина), мм (20014844,4)± Степень защиты корпуса с лицевой стороны по ГОСТ IP Масса (с элементами крепления), кг, не более 0, Рис. 1. Подключение панели к ПЛК или другим приборам по интерфейсу RS- 2. Настройка контроллера для работы с панелью Запустим программу, найти которую можно по следующему пути:

Рабочий стол > Лабораторный практикум > Работа с панелью > Одноконтурная_САР+панель.

В левом нижнем углу экрана выберем вкладку «Ресурсы», во вкладке «Ресурсы» выберем пункт меню «Конфигурация ПЛК». Перед нами откроется диалоговое окно «Конфигурация ПЛК». Нажав на пустое место окна левой кнопкой мыши выберем: Добавить подэлемент > Modbus Slave.

Далее проделаем последовательность действий представленных на рис. 2.

Действием №1 мы создали интерфейс связи между контроллером и панелью, действием №2 мы создали переменные которые будут отвечать за передачу дискретных сигналов из ПЛК в панель и наоборот, действием № мы создали переменную отвечающую за передачу аналогового сигнала из ПЛК в панель и наоборот. Полученный результат представлен на рис. 3.

Рис. 3. Диалоговое окно «Конфигурация ПЛК» с созданными переменными Для дальнейшего удобства переименуем «AT %QX11.1.0.0: BOOL;

(*Bit 0*)» в «b1», щелкнув по нему два раза левой кнопкой мыши.

В левом нижнем углу экрана выберем вкладку «POU» и на языке программирования ST напишем следующую программу (рис. 4):

Рис. 4. Программа для управления дискретным выходом «DO1» и чтением аналогового сигнала «AT %QW11.2.0: WORD; (* *) [CHANNEL (Q)]»

Строчка send:=REAL_TO_WORD(r_var*EXPT(10, w_dp) нужна для преобразования REAL в WORD, т.к. панель умеет читать только тип данных WORD. Этой строчкой мы передвигаем запятую вправо на количество знаков, заданное в переменной «w_dp».

3. Настройка программы «Конфигуратор СП200»

Запустим программу «Конфигуратор СП200», который находится на рабочем столе.

В левом верхнем углу экрана выберем пункт: Проект > Новый проект.

Перед нами откроется диалоговое окно (рис. 5):

Выбираем «СП270», нажимаем «Далее >». Выбираем «Modbus RTU (Панель мастер)», жмём «Далее >», вводим название проекта и автора проекта, и выбираем «Готово».

В рабочем окне программы выберем элементы: «Кнопка управления битом», «Цифровой ввод», «График архивных данных» и перенесем их на экран «Screen1» (рис. 6):

Рис. 6. Рабочее пространство программы «Конфигуратор СП270»

Кнопка управления битом будет отвечать за управление дискретным сигналом, цифровой ввод – за отображение значения температуры (аналоговый сигнал), а график архивных данных будет показывать зависимость температуры от времени.

Для начала настроим кнопку управления битом. Для этого щелкнем по ней два раза левой кнопкой мыши. Перед нами откроется диалоговое окно «Кнопка управления битом». Настроим кнопку в соответствии с рис. 7:

Рис. 7. Диалоговое окно «Кнопка управления битом»

Во вкладке «Действие» диалогового окна «Кнопка управления битом»

поставим переключатель на «Реверс», чтобы кнопка могла принимать два состояния: включено и выключено (т.е. логическая единица и логический ноль).

Перейдем к элементу «Цифровой ввод». Для этого щелкнем по нему два раза левой кнопкой мыши. Перед нами откроется диалоговое окно «Цифровой дисплей». Настроим элемент в соответствии с рис. 8:

Перейдем к элементу «График архивных данных». Для этого щелкнем по нему два раза левой кнопкой мыши. Перед нами откроется диалоговое окно «График архивных данных», нажимаем кнопку «Добавить», щелкнем по добавленной строчке два раза левой кнопкой мыши и настроем открывшееся окно согласно рис. 9:

Теперь мы можем видеть изменения параметров контроллера прямо на экране панели СП270.

5.4. Краткое описание практических занятий 5.4.1. Перечень практических занятий (наименования, темы) 1 Знакомство с устройством контроллера компании ОВЕН.

2 Знакомство с силовыми элементами систем управления 3Подключение вторичных приборов к объектам управления 4 Применение GSM-модемов для дистанционного опроса приборов учета энергии 5 Получение навыков разработки АСУ ТП в интегрированной среде разработки TRACE MODE 5.4.2. Методические указания по выполнению заданий на практических занятиях Практическое занятие № Знакомство с устройством контроллера компании ОВЕН.

Цель занятия: Ознакомиться с назначением и устройством контроллера ПЛК-154-220. Получить навыки программирования контроллера.

Задание: Изучить руководство по эксплуатации для контроллера ПЛКознакомиться с номенклатурой входов и выходов.

Из предложенного оборудования разработать и смонтировать систему аварийной сигнализации процесса нагревания. Написать программу при помощи пакета программирования CoDeSys и загрузить ее в контроллер.

Результат:В процессе нагрева объекта при достижении определенного значения температуры ( не более 100 0С) должна сработать аварийная сигнализация и включиться звонок.

Практическое занятие № Знакомство с силовыми элементами систем управления Цель занятия: Ознакомиться с назначением и устройством различных силовых элементов для управления активной нагрузкой систем управления.

Получить практические навыки работы с силовым оборудованием и подключением его к активной нагрузке.

Задание: Изучить руководства по эксплуатации для предложенного оборудования. Ознакомиться с областями и условиями их применения.

Подключить объект управления с активной нагрузкой к аналоговому выходу контроллера посредством силового элемента. Написать программу при помощи пакета программирования CoDeSys и загрузить ее в контроллер ( можно использовать программу, написанную для первого занятия с доработкой). На вторичном приборе наблюдать изменение питающего напряжения на нагрузке.

Практическое занятие № Подключение вторичных приборов к объектам управления Цель занятия: Ознакомиться с назначением и устройством различных вторичных приборов. Получить практические навыки подключения различных датчиков к вторичным приборам и вывода полученной информации на экран монитора.

Задание: Изучить руководства по эксплуатации на вторичные приборы и датчики. Подключить датчики к вторичным приборам. Получить информацию на табло прибора. Создать проект в интегрированной среде разработки TRACE MODE «Подключение прибора к SCADA- системе TRACE MODE» и вывести информацию на экран монитора по одному из предложенных преподавателем интерфейсов.

Практическое занятие № Применение GSM-модемов для дистанционного опроса приборов Цель занятия: Ознакомиться с назначением и устройством приборов учета электроэнергии. Получить практические навыки в области дистанционного опроса приборов учета энергии по различным каналом связи, включая радиоканал.

Задание: Изучить руководства по эксплуатации на приборы учета.

Разработать структурную и монтажную схемы подключения приборов к удаленному компьютеру, используя предложенное преподавателем оборудование. Подключить нагрузку и снять дистанционно показания с приборов учета. Вывести информацию на экран монитора.

Практическое занятие № Получение навыков разработки АСУ ТП в интегрированной среде разработки TRACE MODE Цель занятия: Ознакомиться с интегрированной средой разработки АСУ ТП TRACE MODE 6. Получить практические навыки создания систем визуализации (HMI-интерфейс).

Задание:Ознакомиться с интегрированной средой разработки АСУ ТП TRACE MODE 6. Первый шаг- освоить «Быстрый старт», позволяющий начинающим создавать простейшие проекты без глубокого изучения всей системы. Создать систему мониторинга, содержащую один узел АРМ, отображающую с помощью различных средств операторского интерфейса значения внутреннего генератора сигнала. При проектировании использовать механизм автопостроения каналов TRACE MODE 6 методом «от шаблонов», позволяющий создавать каналы в узле по аргументам шаблонов, где в качестве шаблонов будут выступать такие компоненты проекта как экран и программа. В дальнейшем, в состав системы ввести функцию управления, реализовать взаимодействие с приложением Windows по протоколу обмена DDE, а в завершение произвести подключение аналогового сигнала от модуля удаленного ввода.

Отчеты по практическим работам оформляются в соответствии с требованиями методических указаний по выполнению каждой работы и требованиями стандарта СТО ИрГТУ.005-2007. Отчет должен содержать титульный лист, цель работы, теоретическую часть, выводы по работе, ответы на контрольные вопросы и решения задач, список литературы. Отчет должен быть оформлен на бумажном носителе (формат А4). В отчетных материалах привести скрин-шоты написанных программ, полученных трендов, экранных форм. Привести разработанные монтажные и принципиальные электрические схемы 5.5. Краткое описание видов самостоятельной работы 5.5.1. Общий перечень видов самостоятельной работы -проработка теоретического материала;

-подготовка к лабораторным работам;

-подготовка к практическим занятиям;

-выполнение исследовательской работы;

-подготовка к текущему контролю;

-подготовка к итоговому контролю (экзамену).

5.5.2 Методические рекомендации по выполнению каждого вида самостоятельной работы Для успешного освоения пройденного лекционного материала и знаний полученных на лабораторных и практических занятиях студент должен выполнить необходимый объем самостоятельной работы.

В процессе самостоятельной подготовки для закрепления теоретических знаний, а также подготовки к проверке знаний необходимо:

- читать конспект лекций, регулярно повторяя пройденные темы;

- изучать теоретический материал с помощью основной и дополнительной литературы и информационных ресурсов;

- изучать теоретическую часть при подготовке к проведению и защите лабораторных работ.

В практических работах студенту необходимо изучить дополнительный материал по дисциплине, не вошедший в основной лекционный курс, ответить на контрольные вопросы и решить задачи.

При подготовке к экзамену необходимо иметь собственный конспект лекций, повторить пройденный материал и темы лабораторных работ и практических занятий, выполнить курсовой проект и представить его на проверку преподавателю.

1. Проработка теоретического материала Самостоятельная работа студентов проводится в соответствии с используемыми в учебном процессе видами учебных занятий.

Изучение дополнительного материала по дисциплине является обязательной составляющей СРС. В рамках этого вида СРС студент должен изучать теоретический материал, используя:

- собственный конспект лекций;

- теоретические разделы практических занятий;

- основную и дополнительную литературу по дисциплине;

- интернет-ресурсы.

Изучать материал рекомендуется последовательно по содержанию учебника. Следует прочитать весь материал, не затронутый на лекции.

После изучения темы по учебнику (учебному пособию) желательно осуществить самопроверку приобретенных знаний по перечню вопросов, приведенных в конце главы, а если их нет, то самостоятельно составить перечень вопросов для самопроверки. Критерием оценки по данному виду СРС служит свободное ориентирование студента в изученном теоретическом материале.

2. Подготовка к практическим работам Практические занятия содержат дополнительный материал по дисциплине, как вошедший, так и не вошедший в основной лекционный курс и предназначены для формирования у студентов навыков практического применения теоретических сведений (монтаж схем, программирование контроллеров и т.д.). Во время практического занятия студенты должны самостоятельно выполнить задания преподавателя.

3. Выполнение исследовательской работы Цель работы:

- ознакомить студентов с методами научных исследований;

- приобретение навыков создания автоматизированных систем управления технологическими процессами;

изучение сетевых технологий на практике.

Содержание заданий: в каждом задании на исследовательскую работу приводится постановка задачи, раскрывающая тему работы, набор исходных данных и состав требований к методике исследований; сведения из теории.

Требования к отчетным материалам:

по исследовательской работе, выбранной студентом, представляется отчет, который оформляется в печатном виде в соответствии с СТО, и должен содержать следующие пункты:

-постановка задачи;

-модели и алгоритм решения задачи;

-краткое изложение методики выполнения работы;

-анализ полученных результатов и основные выводы.

Для обработки результатов рекомендуется использовать универсальные программные продукты (MathСad, Excel).

4. Подготовка к текущему контролю Для проведения текущего контроля успеваемости студентов по дисциплине используются тесты или вопросы, с помощью которых оцениваются знания по пройденному материалу дисциплины.

При подготовке к текущему контролю студенту необходимо проработать пройденный лекционный материал.

5. Подготовка к итоговому контролю (экзамену) Итоговая аттестация по дисциплине осуществляется путем сдачи экзамена.

Допуск к экзамену:

- выполненный и защищенный курсовой проект.

Методические указания по выполнению курсового проекта "Автоматизация технологических процессов и производств" Цель работы - систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств».

Тема курсового проекта, объем, и исходные данные согласуются с руководителем. Цель курсового проектирования заключается в разработке проекта автоматизации конкретного технологического процесса. Проект состоит из следующих разделов: анализ этого процесса как объекта автоматизации, выбор комплекса технических средств системы автоматического контроля и регулирования данного технологического процесса на основе использования современных средств вычислительной техники, описание принципа работы используемых технических средств, разработка структурных, функциональных и принципиальных схем управления и сигнализации, разработка алгоритмов и программ для микропроцессорных систем.

Исходными данными для выполнения курсовой работы могут быть материалы производственной практики, научно-исследовательской работы студентов, техническая документация проектных институтов, предприятий и т.д.

Курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части. Текстовая часть оформляется в соответствии с ГОСТ 2.105-95 ЕСКД и СТП ИрГТУ 05 - 2007. Графическая часть выполняется согласно требованиям ГОСТ 21.404-85, состоит из 1,5-2 листов формата А4 с изображением принципиальных и структурных схем управления.

Пояснительная записка (15-20 листов) содержит следующие разделы:

1. Содержание 2. Введение.

3. Технологическая часть.

4. Анализ процесса как объекта управления.

5. Выбор и описание технических средств, применяемых для автоматизации данного технологического процесса.

6. Разработка функциональной схемы технологического процесса.

7. Расчетная часть.

8. Разработка проекта системы визуализации в пакете TRACE MODE 9. Заключение 10. Список литературы.

Во введении необходимо показать состояние, перспективы развития и уровень автоматизации конкретного производства, сформулировать цель курсового проекта.

В технологической части дается описание процесса с характеристиками основных и вспомогательных технологических параметров, подлежащих контролю или регулированию.

Далее дается описание технологического процесса. Приводятся рациональные схемы регулирования, при этом нужно иметь в виду, что если состояние объекта характеризуется одной или несколькими регулируемыми величинами, не связанными между собой, то для регулирования могут быть использованы одна или несколько одноконтурных АСР.

В четвертом разделе приводится анализ процесса как объекта автоматизации, в результате которого определяются управляемые управляющие и возмущающие переменные, а также передаточные функции систем управления.

В пятом разделе приводится обоснование применяемых технических средств, их подробное описание, функциональные возможности и принципы действия каждого из применяемых устройств. При использовании средств вычислительной техники приводится обоснование выбора соответствующих средств, описывается их структура и возможности, устройство связи с объектом, а также схемы алгоритмов управления.

Особое внимание необходимо обратить на анализ входных и выходных сигналов технических средств, информационную совместимость различных устройств, принцип работы входных и выходных преобразователей.

принципиальные электрические схемы управления, схемы сигнализации.

Функциональная схема предназначена для изучения общего принципа действия устройств и разъяснения процессов, протекающих в отдельных функциональных цепях. В схеме на изображениях технологических коммутаций и оборудования обозначают запорные и регулирующие органы, расположение отборных устройств и первичных приборов. Прочтение этих схем дает представление о степени автоматизации, связях между технологическим процессом и различными по функциональному назначению системами автоматизации. В схемах управления должна быть предусмотрена возможность ручного (дистанционного) и автоматического управления исполнительными устройствами, включать в себя все элементы автоматического контроля и управления. Приборы, средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показывают в соответствии с ГОСТ 21.404-85.

В седьмом разделе на основании анализа технологических особенностей процесса и конструкции агрегата разрабатывается общая схема системы автоматического управления технологическим процессом.

Здесь целесообразно проработать возможность использования математической модели процесса для целей управления; установить критерии оптимизации и определить ограничения, налагаемые на параметры объекта и управления. На основании полученных результатов разрабатываются структурная схема АСУ ТП с использованием средств ВТ, а также структурная схема алгоритмов расчета по модели и алгоритмов управления и оптимизации.

Выбор той или иной структуры АСУ ТП должен быть сделан на основании сравнительного анализа технико-экономических показателей различных систем.

В теоретической части проекта должны использоваться современные методы идентификации моделей и синтеза АСУ: математическая статистика, теория автоматического управления, теория оптимизации и т. д.

Инженерные расчеты могут включать: расчеты дроссельных регулирующих органов, измерительных устройств, настроек локальных регуляторов системы, проверку качества переходных процессов при выбранных настройках регуляторов (использование критериев устойчивости, построение переходного процесса), выбор исполнительных механизмов, расчеты электрических схем контроля, управления и защиты.

Если возникает необходимость разработки нестандартного оборудования или аппаратуры, то в состав курсового проекта входит раздел, посвященный самостоятельной разработке принципов работы и конструкций этого оборудования, приборов или устройств с их лабораторным или производственным исследованием.

В ряде случаев в специальную часть включается спецификация приборов и средств автоматизации, используемых в проекте АСУ.

Инженерные расчеты, выбор оптимальных настроек регуляторов и других параметров систем должны производиться с использованием ВТ.

В восьмом разделе приводится разработанный студентом проект системы визуализации (HMI- интерфейс).

В конце пояснительной записки приводится заключение и пронумерованный список используемой литературы, в котором обязательно указывается год издания источника и номер страницы ссылки.

5.5.4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 1. Хапусов В.Г., Ершов П.Р. Автоматизация технологических процессов и производств: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. –300с.

2. Храменков В.Г. Автоматизация производственных процессов : учеб.

пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2011. 343 с.

3. Салов В.М. Автоматизация технологических процессов и производств :

метод. указания к дипломному проектированию / В.М. Салов, В.Г. Хапусов, А.В. Баев, П.П. Бубеев, Н.Г. Вьюкова. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2011. 33 с.

4. Ахметов С.А. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа : учеб. пособие / С.А. Ахметов, М.Х. Ишмияров, А.П. Веревкин; под ред. С.А. Ахметова. – М. : Химия, 2005. – 736 с.

5. Теория автоматического управления : учеб. для вузов / В.Я. Ротач. – 3-е изд., стереотип. – М. : Изд-во МЭИ, 2005. – 399 с.

6. Пьявченко Т.А. Проектирование АСУ ТП в SCADA-системе TraceMode 6 :

учеб. пособие. – Таганрог : Изд-во Юж. федер. ун-та, 2007. 78 с.

7. Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов основных химических производств. –СПб. : Изд-во СПбГТУ, 2003. –134 с.

8. Интегрированная среда разработки SCADA TRACE MODE 6.

компания AdAstrA г. Москва. Лицензионное программное обеспечение (кафедра АПП);

9. Программное обеспечение «Среда программирования CoDeSys».

6. Применяемые образовательные технологии При реализации данной программы применяются инновационные технологии обучения, активные и интерактивные формы проведения занятий, указанные в таблице 2.

Таблица 2 - Применяемые образовательные технологии Лекция пресс-конференция 2 часа Проектный метод 7. Методы и технологии контроля уровня подготовки по дисциплине 7.1 Виды контрольных мероприятий, применяемых контрольноизмерительных технологий и средств.

По времени педагогический контроль делится на текущий и итоговый.

По формам систему контроля образуют: экзамен, устное собеседование (при защите разных форм отчетности), письменная контрольная работа, реферат, тестирование, лабораторные работы.

Компьютерная тестирующая система - учебное издание, которое обеспечивает, с одной стороны, возможность самоконтроля для обучаемого, а с другой - принимает на себя рутинную часть текущего или итогового контроля. Компьютерная тестирующая система может представляет собой отдельную программу.

7.2 Критерии оценки уровня освоения учебной программы Контроль качества подготовленности по дисциплине осуществляется путем проверки теоретической подготовки в форме:

промежуточного тестирования, экзамена в конце семестра, выполнение курсового проекта, уровень подготовленности определяется с использованием системы рейтинговых оценок.

РЕЙТИНГОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИСЦИПЛИНЫ

Промежуточное тестирование Выполнение курсового проекта Результаты практических занятий Защита отчетов по лабораторным работам Экзамен Рейтинговые баллы выставляются за каждую выполненную в полном соответствии со всеми требованиями, как по содержанию, так и по оформлению, а также защищенную работу, предусмотренную планом.

7.3 Контрольно-измерительные материалы и другие оценочные средства для итоговой аттестации по дисциплине.

Для оценки знаний учащихся проводится экзамен, в ходе которого учащийся должен ответить на три вопроса экзаменационного билета. Пример:

Вопрос 1. Классификация процессов как объектов управления Вопрос 2. Типовые законы автоматического регулирования и настроечные параметры регуляторов Вопрос 3. Схемы непрерывного регулирования уровня 1. Цели и задачи автоматизации технологических процессов и производств.

2.Классификация автоматизированных систем управления технологическими процессами и производством.

3. Основные компоненты автоматизированных систем управления.

Классификация технологических процессов непрерывного типа.

4. Типовые задачи управления химико-технологическими процессами 5. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации 6. Структура системы управления объектом 7. Математическое описание объектов управления 8. Виды динамических моделей систем 9. Экспериментальные методы построения моделей 10. Теоретико - физические методы построения модели 11. Классификация систем автоматического управления 12. Преобразование структурных схем линейных систем управления 13. Устойчивость систем автоматического управления (САР) 14. Качественные показатели САР 15. Типовые законы автоматического регулирования и настроечные параметры регуляторов 16. САР с усложненной структурой 17. Регулирование расхода 18. Регулирование давления 19. Регулирование давления 20. Регулирование уровня 21. Регулирование параметров состава и качества 22. Автоматизация базовых технологических процессов 8. Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины 8.1. Основная учебная литература 1. Хапусов В.Г., Ершов П.Р. Автоматизация технологических процессов и производств: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. – 300с.

2. Храменков В.Г. Автоматизация производственных процессов : учеб.

пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2011. 343 с.

3. Салов В.М. Автоматизация технологических процессов и производств : метод. указания к дипломному проектированию / В.М. Салов, В.Г. Хапусов, А.В. Баев, П.П. Бубеев, Н.Г. Вьюкова. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2011. 33 с.

4. Ахметов С.А. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа : учеб. пособие / С.А. Ахметов, М.Х. Ишмияров, А.П. Веревкин; под ред. С.А. Ахметова. – М. : Химия, 2005. – 736 с.

5. Теория автоматического управления : учеб. для вузов / В.Я. Ротач. – 3-е изд., стереотип. – М. : Изд-во МЭИ, 2005. – 399 с.

6. Пьявченко Т.А. Проектирование АСУ ТП в SCADA-системе TraceMode 6 : учеб. пособие. – Таганрог : Изд-во Юж. федер. ун-та, 2007.

78 с.

7. Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов основных химических производств. –СПб. : Изд-во СПбГТУ, 2003. –134 с.

8.2. Дополнительная учебная и справочная литература.

1. Автоматическое регулирование технологических процессов :

учеб. пособие. – 2-е изд., расшир. / В.Ф. Комиссарчик и др.. – Тверь : Издво ТГТУ, 2001. – 248 с.

2. Автоматическое управление в химической промышленности :

учебник / под ред. Е.Г. Дудникова. – М. : Химия, 1987. – 368 с.

3. Баев А.В. Расчет линейных систем автоматического регулирования :

учеб. пособие / А.В. Баев, В.М. Салов, В.В. Елшин. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2003. – 71 с.

4. ГОСТ 21.408–93. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов.

5. ГОСТ 21.404–85. Обозначения условных приборов и средств автоматизации 6. Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности : учебник / В.А. Голубятников, В.В. Шувалов. – М. : Химия, 1985. – 352 с.

7. Кафаров В.В. Анализ и синтез химико-технологических систем / В.В.

Кафаров, В. Мешалкин. – М. : Химия, 1991. – 432 с.

8. Кулаков М.В. Технические измерения и приборы для химических производств. – М. : Машиностроение, 1983. – 424 с.

9. Полоцкий Л.М. Автоматизация химических производств : учеб.

пособие / Л.М. Полоцкий, Г.И. Лапшенков. – М. : Химия, 1982. – 296 с.

10. Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. – М. : Химия, 1991. – 480 с.

8.3. Электронные образовательные ресурсы:

8.3.1. Ресурсы ИрГТУ, доступные в библиотеке университета или в локальной сети университета.

1. ДСК-1860. Технические средства автоматизации:Методические материалы для студентов заочной формы обучения/Сост.Ершов П.Р.Иркутск:ИрГТУ, 2010(электронный ресурс).

2. ДСК-1540. Интегрированные системы проектирования и управления:

Методические указания к лабораторным работам/Сост.П.Р.Ершов, С.И.Половнева, А.А.Колодин.- Иркутск: ИрГТУ, 2008 (электронный ресурс).

3. А.П. Чапышев. Интегрированные системы проектирования и управления.

ИрГТУ, ДСК-1013, 2006 г. (Электронный курс) 8.3.2. Ресурсы сети Интернет 1. www. AdAstrA.ru (свободный доступ после регистрации) 2. www.scada.ru 3. www.asutp.ru 4. www.rtsoft.ru 5. www.prosoft.ru 6.http://dcs-scada.narod.ru/ 7.www.industrialauto.ru 8.http://promasu.50megs.com 9. Books.eldirect.ru 10. twirpx.ru 9. Рекомендуемые специализированные программные средства 1. Интегрированная среда разработки SCADA TRACE MODE 6.

компания AdAstrA г. Москва.

Лицензионное программное обеспечение (кафедра АПП);

2. Среда программирования CoDeSys.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины Занятия по курсу «Автоматизация технологических процессов и производств» проводятся в специализированных лабораториях кафедры «Автоматизация производственных процессов». Лаборатории оснащены современным оборудованием для создания автоматизированных систем управления ведущих фирм, таких как СИМЕНС, ОВЕН, ФЕСТО. В перечень технических средств входят: технологические объекты, контроллеры, модули ввода-вывода, преобразователи интерфейсов, блоки питания, исполнительные механизмы, пуско-регулирующая аппаратура, эмуляторы аналоговых и дискретных сигналов, панели операторов, программируемые реле, специализированные клеммники, аппаратура для формирования различных каналов связи (оптоволоконный кабель, GSM-модем, витая пара), а также современное программное обеспечение для программирования контроллеров и создания SCADA-систем.