Автоматизация процесса охлаждения пивного сусла в теплообменнике

Но в каждом конкретном случае способ реализации отдельных задач, а, следовательно, и алгоритма в целом зависит от аппаратных и программных средств, находящихся в распоряжении разработчика.Перед рассмотрением алгоритма сформулируем общие особенности проектирования системы управления при использовании универсальных контроллеров – это позволит более четко представить разделение задач системы управления между ее узлами, конкретные подходы к их реализации. В нашем проекте система управления включает в себя два интеллектуальных базовых узла – контроллер ПЛК150-220 и операторную панель ИП320. Поэтому первым этапом проектирования после выбора аппаратных средств системы управления является разбивка общего перечня задач системы между ее узлами. Работа контроллера с формальной точки зрения заключается в приеме информации с аналоговых датчиков, опросе контактных датчиков, выполнении необходимых расчетов, выдачи аналоговых и цифровых управляющих сигналов. Работа операторной панели состоит в осуществлении ввода/вывода информации. В соответствии с вышеизложенным, программирование этих узлов ведется независимо друг от друга – их работа алгоритмически между собой не связана. Связаны они между собой фактически только за счет использования общего адресного пространства, причем общего не за счет физической концентрации его в одном месте, а за счет общей сквозной адресации ячеек в блоках памяти базовых узлов системы. Причем программист избавлен даже от рутины «расписывания» этих адресов, основной «труд» при этом берет на себя система программирования. Рассмотрим особенности программного обеспечения ПЛК. Программное обеспечение контроллера состоит из двух частей. Первая часть – это системное программное обеспечение (СПО), которое управляет работой узлов контроллера, занимается организацией их взаимосвязи, внутренней диагностикой. СПО расположено в постоянной памяти в адресном пространстве центрального процессора и всегда готово к работе. Система исполнения кода прикладной программы является составной частью СПО. Система исполнения включает драйверы модулей ввода-вывода и интерфейсов, таймеров и часов реального времени.Другая часть программного обеспечения контроллеров – это прикладные программы управления конкретным процессом. Эти программы создаются разработчиком системы управления.Свои действия системноепрограммное обеспечение контроллера осуществляет периодически (рисунок 4.7). Составным элементом его цикла является выполнение прикладной программы действий, определенных пользователем.Рисунок 4.7 – Цикл CPU ПЛК150-220CPU ПЛК обрабатывает программу циклически. Цикл состоит из нескольких фаз, которые выполняются регулярно и в строгой последовательности. В каждой фазе цикла CPU выполняется одна из конкретных задач:опрос входов;выполнение программы пользователя;обработка коммуникационных запросов;проведение самодиагностики в CPU;установка выходов.ЗаключениеВ ходе выполнения преддипломной практики было проведено исследование технологического процесса охлаждения пивногосолода, а также рассмотрены возможности по автоматизации данного процесса.Задачей автоматизации является поддержание оптимальных параметров ТП приготовления пивногосолода на определенном, наперед заданном значении. С помощью системы автоматизации реализуется индикация параметров процесса на операторской станции, а также возможность изменения с неё настроек регулятора и задания системы. Система автоматического регулирования призвана повысить технические и экономические показатели.Для решения поставленной задачи были рассмотрены современные программируемые логические контроллеры. В отчете проведен анализ наиболее популярных ПЛК различных производителей, проанализированы их достоинства и недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция. При проектировании использовалась современная элементная база производства компании Овен, а также применялись последние достижения проектирования АСУ.Разработанная архитектура системы полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВЕрмолаева, Г.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков : учеб. пособие для вузов / Г.А. Ермолаева, Р.А. Колчева; Мин-во общ. и проф. образования РФ. – М.:, 2000, – 415 с.Ким Т.В. Организация и планирование производства / Т.В. Ким. – М: 2004. – 328с. Суриков В.Н., Буйлов Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств: учебно-методическое пособие. СПбГТУРП. – СПб., 2011, ч.I – 77с.Суриков В.Н., Малютин И.Б., Серебряков Н.П. Автоматизация технологических процессов и производств: учебно-методическое пособие по дипломному проектированию. СПбГТУРП. – СПб., 2011. – 66 с.Буйлов Г.П., Доронин В.А., Серебряков Н.П. Автоматизированные системы управления теплоэнергетическими процессами и процессами отрасли: учебное пособие. СПбГТУРП. – СПб., 2001. – 116 с.Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1999.–464с.:ил.Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М. : Горячая линия — Телеком, 2008. - 608 с.Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП – Каталог №6/2006.Сайт компании ОВЕН. Оборудование для автоматизации. http://www.owen.ru/Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1999.–464с.:ил.Приложение 1.Конфигурирование областей ввода/вывод контроллера ПЛК150-220 для совместной работы с операторной панелью ИП320.Перед разработкой алгоритма управляющей программы определим конфигурацию областей ввода/вывода контроллера. Область ввода/вывода ПЛК включают в себя (дискретные и аналоговые) входы и выходы, модули расширения функционала (в том числе организующие обмен информацией между ПЛК и отдельными приборами и устройствами, связанными по сети с ПЛК). Обмен данными программа ПЛК осуществляет через область ввода/вывода (%I и %Q). Конфигурация ПЛК150-220 имеет вид, представленный на рисунке 3.1: Рисунок П1.1 – Конфигурация областей ввода/вывод ПЛК150-220Задание конфигурации ПЛК осуществляется в среде разработки «CoDeSys» с помощью утилиты PLC Configuration (Конфигуратор ПЛК), расположенной во вкладке ресурсов Организатора объектов. В экранной форме отображается конфигурация ПЛК – ряд модулей, каналов, параметров в соответствующих окнах.Конфигурация ПЛК определяет аппаратные средства нашей системы. Здесь задается распределение адресов входов/выходов контроллера, что определяет привязку проекта к аппаратным средствам. На основе описания конфигурации ПЛК «CoDeSys» проверяет правильность задания МЭК адресов, используемых в программах, на их соответствие фактически имеющимся аппаратным средствам.Память контроллера представляют собой совокупность общих и для операторной панели и для контроллера ячеек памяти. Общее бесконфликтное использование памяти контроллера и самим контроллером и операторной панелью обеспечивается системным программным обеспечением контроллера. Иными словами, операторная панель и контроллер функционируют и программируются как два самостоятельно независимо работающих устройства, которые имеют общее адресное пространство памяти. Поэтому программа контроллера в основном просто пользуется параметрами и условиями, которые выбирает из соответствующих ячеек памяти, куда их занесла операторная панель. В свою очередь, результаты расчетов всего технологического процесса, выполняемые контроллером, сохраняются в общей памяти и могут использоваться как контроллером для выполнения следующих расчетов, так и операторной панелью для предоставления оператору необходимой информации о параметрах линии. Специальные операции ввода с портов контроллера осуществляются его программой лишь при оперативном опросе датчиков состояния оборудования. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что для организации обмена данными между панелью оператора ИП320 и ОВЕН ПЛК в памяти контроллера следует выделить ячейки памяти (набор регистров). ПЛК в нашем случае работает в режиме «ведомый (slave)», когда устройство пассивно отвечает на запросы отдельного «мастера» – операторной панели. Поэтому в конфигураторе ПЛК добавим модуль Modbus (slave)[VAR], служащий для связи с операторной панелью. В контекстном меню выберем интерфейс для связи с объектом, по которому подключаемся к ИП320 – RS-485.Протокол Modbusрассматривает каждое устройство, включая и модуль Modbus (slave), как память, набор неких конкретных регистров или бит. В ОВЕН ПЛК память общая для всех переменных, к ней можно адресоваться как побитно, так и по регистрам. Биты нумеруются от 0 до n побитно, а регистры – также от 0 до n, но по регистрам (т.е. по 2 байта). Для обмена данными между контроллером и панелью нам необходимо создать в модуле Modbusslaveнеобходимое количество регистров. Нам требуется создать две 2-х байтные переменные (регистры) (2 byte), две 4-х байтные переменные (Float), каждая из которых содержит по два регистра, и переменную размером 8 бит (8 bits). Последовательнодобавляем в ModBus (Slave)[VAR] соответствующие переменные и получаем конфигурацию, необходимую для обмена данными между ПЛК и панелью оператора (рисунок П1.2). Для удобства обращения к переменным им можно присвоить имена. Так регистрам (2 byte) присвоим имена Reg1 и Code, переменным Float – Ves и Izm_ves. 8-битной переменной присвоим имя BIT.Созданные переменные автоматически получают соответствующие адреса, или номера, регистров. Таким образом, переменной 8 bits присваивается номер 0, нумерация битов – с 0 по 7. Регистр Reg1 получает номер 1, регистры, входящие в состав переменной Ves, – номера 2 и 3, регистры, входящие в состав переменной Izm_ves, – номера 4 и 5, регистр Code – номер 6 соответственно.Рисунок П1.2 – Конфигурация ПЛК для работы с ИП320На этом конфигурирование контроллера для работы с панелью ИП320 завершено.При работе с элементами ввода-вывода человеко-машинного интерфейса (например, с операторными панелями) программист для выдачи данных определяет лишь место на экране для нужной переменной и адрес, по которому она располагается в общем адресном пространстве. После окончания ввода данных соответствующая переменная оказывается записанной по нужному адресу памяти соответствующего базового компонента системы. Приведем таблицу П1.1, в которой отобразим функциональное назначение переменных.Таблица П1.1 – Функциональное назначение переменныхАдресацияпеременныхИмя переменнойНумерациярегистровФункциональное назначение переменныхQB9.1.0BIT0Переменная, в которой хранятся значения битов, использующиеся как условия переходаQW9.2.0Reg11Переменная, в которую записываются номера отображаемых экрановQD9.3.0Ves2,3Переменная, в которую с панели задается значение расходаQD9.4.0Izm_ves4,5Переменная, из которой считывается нарастание расхода и выводится на экран панелиQW9.5.0Code6Переменная, в которую с панели задается значение кодаНа этом конфигурирование контроллера для работы с панелью ИП320 завершено.При работе с элементами ввода-вывода человеко-машинного интерфейса (например, с операторными панелями) программист для выдачи данных определяет лишь место на экране для нужной переменной и адрес, по которому она располагается в общем адресном пространстве. После окончания ввода данных соответствующая переменная оказывается записанной по нужному адресу памяти соответствующего базового компонента системы. Программное обеспечение операторной панели позволяет создавать и редактировать пользовательские экраны сообщений, производит опрос стандартных кнопок, осуществляет настройку обмена данными между панелью и ПЛК. В разрабатываемом проекте программирование операторной панели ведется с помощью программного пакета «Конфигуратор ИП320».Алгоритм работы системы управления на контроллере ОВЕН ПЛК150-220Для четкого понимания алгоритма работы системы управления и программы остановимся еще раз на рассмотрении порядка работы линии с точки зрения оператора и хода технологического процесса.После включения питания работа линии начинается с задания оператором значений конечного расхода и кода продукции. Эти действия оператор выполняет с операторной панели. Контроллер в это время не просто получает данные для организации дальнейшей работы линии, но и следит за работоспособностью ее узлов. Таким образом, проводится диагностика оборудования и тем самым исключаются нештатные или аварийные ситуации в дальнейшей работе линии. Если эти установки произведены успешно, то линия запускается и останавливается при достижении заданных установок. В случае отказа оборудования или аварийной ситуации линия также останавливается.Описанный порядок работы линии полностью отражается в общем алгоритме. Рассмотрим схему алгоритма (рисунок П1.3). После подачи питания на контроллер, встроенное программное обеспечение проводит самодиагностику контроллера и модулей расширения. В случае успешной диагностики запускается программа, записанная во внутреннюю энергонезависимую память. Программа выполняется циклически. Начальные установки в памяти контроллера не позволяют запуститься линии сразу же после подачи питания. Для запуска линии необходимо нажать кнопку «ПУСК» на панели управления, при этом кнопка «СТОП», имеющая более высокий приоритет при опросе входов, не должна быть нажата.После нажатия кнопки «ПУСК» контроллер переходит в режим выполнения программы пользователя. В начале программы происходит опрос датчиков состояния технологического оборудования, и, если оборудование в норме, проверяется температура пивного сусла на выходе теплообменника.