Проект автоматизации процессов ферментации и концентрирования кормовых дрожжей

 

При выборе технических средств  автоматизации были учтены следующие  системные требования:

а) серийность выпуска технических средств — продукция ПГ «Метран», ООО «Армагус», ООО «Промприбор», ООО «Инэкотех», а также контроллер фирмы «Advantech»;

б) степень функционального развития — многофункциональность, модификация и комплектность поставки;

в) вид потребляемой энергии — электрические и пневматические;

г) унификация входных и выходных сигналов — преобразователи с унифицированным выходным токовым сигналом 4-20 мА и пневматическим сигналом — 0,02-0,1 МПа;

д) метрологические характеристики – приборы с классом точности до 0,5 и допускаемой основной погрешности ±0,25;

е) надежность — средняя наработка на отказ для датчиков давления (Метран-360) — 150000 ч, гарантийный срок эксплуатации для датчиков давления —3 года, для термопреобразователей — 18 месяцев; средний срок службы для датчиков температуры — 5 лет;

ж) закон регулирования — ПИД-закон.

з) взаимозаменяемости составных частей – блочно-модульный монтаж контроллера [49]

 

2.2.2.3 Экономические требования

 

Экономические требования определяются стоимостной категорией и оптимальными соотношениями «цена/качество», «цена/параметры», «цена/производительность», затраты на монтаж, сервисное обслуживание и др.

 

2.2.2.4 Монтажно-эксплуатационные требования

 

При выборе технических средств  автоматизации были учтены следующие  монтажно-эксплуатационные требования:

а) особенности установки на объекте, технологическом трубопроводе, в непосредственной близости от технологического оборудования (расходомер устанавливается в разрыв трубопровода поз. 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1, 22-1);

б) габаритные размеры монтажной части (длина монтажной части термопреобразователей выбирается в зависимости от диаметра трубопровода);

в) удобство монтажа, эксплуатации и ремонта [46, 47].

 

 

2.3 Выбор аппаратного и программного обеспечения

2.3.1 Описание и характеристика контроллера ADAM-5511

 

ADAM-5511 – созданный на базе  ПК программируемый микроконтроллер  для самостоятельного сбора данных и контроля, ADAM-5511 может контролировать, отслеживать и получать данные через многоканальные модули ввода/вывода. Его IBM-PC совместимое оборудование и операционная система работают на программах, написанных на языках низкого и высокого уровня. Каждая система может обрабатывать до четырех модулей ввода / вывода (до шестидесяти четырех точек ввода-вывода). Система также обеспечивает последовательный порт связи (RS-232/485), позволяя системе общаться с другими устройствами для универсального применения. ADAM-5511 схематично изображен на рисунке 2.1.

Технические характеристики микроконтроллера ADAM-5511

Система

• Процессор: 80188-40, 16-разрядный микропроцессор

• Flash ROM: 256 KB (система Use Only)

• Операционная система: ROM-DOS

• Флэш-диск: 512 КБ (400 КБ свободного пространства для пользователей)

• ОЗУ: 60 КБ резервной свободной  памяти для пользователей 

• Таймер BIOS: Да

• Часы реального времени: Да

• Таймер: Да

• COM1 (3F8): RS-232

- Сигналы: TxD, RxD, GND

- Режим: Асинхронный полного дуплекса, точка-точка

- Разъем: DB-9 контакт 

- Скорость передачи: до 115.2 Kbps

- Максимальная дальность  передачи: 50 футов (15,2 м) 

• COM2 (2F8): RS-485

- Сигналы: Data +, Data -

- Режим: Half Duplex, Multi-Drop

- Разъем: Винтовой зажим 

- Скорость передачи: до 115.2 Kbps

- Максимальная дальность передачи  данных: 1220 м 

• Порт для программирования (RS-232 интерфейс DB-9 разъем)

- Сигналы: Tx, Rx, GND

- Режим: Асинхронный, "точка-точка 

- Разъем: DB-9 контакт 

- Скорость передачи: до 115.2 Kbps

- Максимальная дальность передачи: 15,2 м 

• Подключение до 4-х модулей  ввода/вывода

• Потребляемая мощность процессора: 1,0 Вт

• Светодиодный дисплей: питание, процессор, связь, аккумулятор

Питание

• Напряжение постоянное от 10 до 30 В

• Защита от неправильной полярности

• Потребляемая мощность: 2,0 Вт

Монтаж

• Корпус: KJW с креплением на DIN-рейку «под винт»

• Подключение к винтовым разъемам проводами сечением от 0,5 мм2 до 2,5 мм2 .

Климатические условия

• Рабочая температура: -10 ° до +70 ° С

• Температура хранения: -25 ° до +85 ° C

• Влажность: 5% до 95%,

• Атмосфера: не коррозионная

Рисунок 2.1 – Микроконтроллер ADAM-5511

 

2.3.2 Описание и характеристики модулей ввода/вывода

 

ADAM-5017 16-битный 8-канальный аналоговый входной модуль

Обеспечивает программируемый диапазон входных характеристик на всех каналах. Он принимает входные сигналы: милливольтные сигналы (± 150mV, ± 500mV), сигналы напряжения (± 1, ± 5, ± 10V), токовый входной сигнал (± 20 мА, требуется 125 Ом резистор). Модуль передает данные в компьютер в инженерных единицах (мВ, В или мА). Этот модуль является очень экономичным решением для промышленных измерений и контроля параметров. Его опто-изолированные входы надежно изолированы друг от друга. Этот модуль может выдержать всплески входного напряжения.

ADAM-5024 4-канальный модуль аналогового  выхода

Получает управляющий сигнал с контроллера ADAM-5511. Затем он использует ЦАП для преобразования цифровых данных в выходные сигналы. Есть возможность задать тип выходного сигнала через программное обеспечение. Аналоговый выход может быть настроен в качестве токового выходного сигнала или сигнала по напряжению. Модуль защищен от скачков напряжения, обеспечивая опто-изоляцию до 500 В постоянного напряжения.

ADAM-5050 16-канальный цифровой универсальный модуль ввода/вывода.

Каждый канал может быть независимо настроен на вход или выход с помощью DIP-переключателей. Выходы выполнены  по схеме «открытого коллектора»  Ключи управляются с Адам-5511. Ключи  могут управлять твердотельными реле, которые в свою очередь могут контролировать обогреватели, насосы и энергетическое оборудование. Модуль можно использовать как дискретный вход для получения удаленных цифровых сигналов. [65]

 

2.3.3 Программирование микроконтроллера ADAM 5511 средствами UltraLogik 32

 

Система UltraLogik 32 представляет собой  комплекс программ, исполняемых в рамках единой оболочки под управлением операционной системы WINDOWS 9x, NTx, XP. Система реализована в соответствии с требованиями стандарта IEC 1131- 6 и предназначена для разработки прикладного программного обеспечения сбора данных и управления технологическими процессами, выполняемыми на программируемых контроллерах с открытой архитектурой.

UltraLogik состоит из двух частей: системы программирования и системы  исполнения (рисунок 2.2).

 Система программирования  объединяет  средства подготовки и отладки  программ и  содержит:

• редактор переменных;
• конфигуратор контроллера;
• редакторы программ;
• компилятор;
• загрузчик;
• осциллограф;
• просмотрщик;
• эмулятор;
• драйверы;
• средства удаленной отладки.

Система исполнения функционирует  в контроллере, который может  базироваться как на различных аппаратных платформах. UltraLogik использует метод сетевого взаимодействия между системами исполнения, управляющими технологическим процессом, а также системами визуализации данных. Количество участников сети может достигать 256. В этом числе могут быть любые комбинации систем отладки, SCADA – систем и собственно контроллеров.

 

Рисунок 2.2 – Система программирования и исполнения UltraLogik32

 

В качестве протоколов связи могут использоваться протоколы TCP/IP, IPX, MODBUS, PlcNET, DDE. 

Программа управления объектом в контроллере  представляется как некоторое логическое устройство, описывающее управление технологическим процессом и  операции над переменными величинами этого процесса. Программа может состоять из множества других программ, находящихся  друг с другом  в определенных  отношениях, образующих иерархическое дерево. Каждая программа может иметь состояние “Start” или “Stop”. Состояние “Start” означает, что данная программа будет запущена при включении контроллера. Состояние “Stop” означает, что данная программа может быть запущена другими программами при определенных условиях.

Переменным величинам технологического процесса соответствуют переменные программы, которые характеризуются именем и типом. Переменная - это область памяти, в которой находятся данные, с которыми оперирует программа.

Каждая переменная может иметь  один или несколько атрибутов. Атрибут означает какое-либо свойство переменной независимое от ее типа.

По свойству видимости в проекте  переменные могут быть глобальными  и локальными. Глобальные переменные доступны (видимы) всем программам в  проекте. Локальная переменная доступна только той программе, внутри которой  она объявлена.

Глобальные переменные могут иметь следующие атрибуты:

константа - число, значение которого не может быть изменено программой;

входная  переменная, логически соединенная с входом контроллера;

выходная переменная, логически  соединенная с выходом  контроллера;

сетевая переменная доступная всем узлам сети;

удаленная переменная другого узла сети;

сохраняемая переменная сохраняется  в энергонезависимой памяти.

При запуске программы значение переменной считывается из энергонезависимой памяти и записывается в память в конце каждого цикла контроллера. Если по каким-либо причинам значение переменной не может быть корректно считано из энергонезависимой памяти (техническая неисправность, сбой данных и т.п.), тогда переменной присваивается значение по умолчанию, заданное в программе. [61]

 

2.3.4 Циклограмма работы контроллера запрограммированного в системе UltraLogik32

 

Работа контроллера имеет циклический  характер. Весь контролируемый технологический процесс разбивается на ряд формальных независимых задач, каждая из которых обслуживается отдельной программой. Программы выполняются поочередно с одинаковым приоритетом. Очередность выполнения программ устанавливается пользователем. Циклограмма работы контроллера изображена на рисунке 2.3.

 

Рисунок 2.3 – Циклограмма работы контроллера

 

Создание проекта с помощью  системы UltraLogik32 состоит из последовательности следующих действий:

- создание проекта;

- заполнение таблиц глобальных  переменных;

- конфигурирование контроллера;

- привязка переменных к входам и выходам контроллера;

- разработка программ;

- компиляция;

- эмуляция и предварительная  отладка программ;

- сетевая отладка программы.

Далее рассмотрим подробнее каждое действие:

Создание проекта

В меню “Проект” выберем строку “Новый” . Откроется окно нового проекта, введем имя проекта NewProject, а в поле “Имя файла” имя Myprj.PLC (рисунок 2.4).

 

Рисунок 2.4 – Окно нового проекта

 

Создание глобальных переменных

 Создадим список глобальных  переменных, для этого щелкнем  на ветви “Переменные”. В правой части окна Менеджера проектов откроется первая строка таблицы переменных, а на главном окне активизируется панель инструментов Variable. Нажмем на кнопку “создать переменную” « ». Активизируется окно “Создать новую переменную”. В следующие поля окна введем необходимую информацию, в результате получим список переменных для каждого контроллера (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Список переменных, входящих в проект

 

Конфигурирование контроллера

На дереве проекта, на изображении  1-го контроллера сделаем щелчок. В правой части менеджера проекта введем в поля информацию (рисунок 2.6), проделаем такую же операцию для 2-го и 3-го контроллера.

 

Рисунок 2.6 – Окно выбора контроллера

 

После выбора аппаратной модели, выберем  модули ввода/вывода, для этого: на дереве проекта нажмем на условное изображение контроллера ADAM-5511. В рабочем поле менеджера проекта откроется окно конфигурирования контроллера. В поле “Используется” установим флажок Com1.

Сделаем щелчок в строке 1 таблицы  “Установленные модули”. В открывшемся окне выберите модуль ADAM-5017, для 2-го, 3-го и 4-го слотов так же выбираем модуль ADAM-5017 (рисунок 2.7). Для контроллера №2 во все четыре слота устанавливаем модули ADAM-5024. Для контроллера №3 в первые два слота устанавливаем модули ADAM-5050.

 

Рисунок 2.7 – Окно выбора модулей ввода / вывода

 

Привязка переменных к входам и выходам контроллера

После выбора модулей, настроим выбранные модули и привязки переменных к входам и выходам контроллера, для того откроем лист с закладкой COM1 и произведем настройку порта (рисунок 2.8).

 

Рисунок 2.8 – Окно настройки параметров порта COM1

Введем сетевой адрес контроллера  в соответствующее поле.

Осуществим привязку входных переменных AI1…AI8 к входам модуля следующим образом: сделаем щелчок правой кнопкой мыши на нулевом входе модуля, откроется контекстное меню, выберем пункт “Направление/Ввод” . Нулевой канал конфигурируется  входным (рисунок 2.9). Затем сделаем щелчок  левой кнопкой мыши по строке окна конфигурирования и присвоим входным переменным, имена входных переменных AI1 и т.д. Проделаем аналогичную процедуру для остальных модулей.

 

Рисунок 2.9 – Окно конфигурирования модуля ввода ADAM-5017

 

Разработка программы

Для создания списка программ проекта  сделаем щелчок на элементе дерева проекта “Список программ”. Появится контекстное меню (рисунок 2.10).