Автоматизация участка промышленных печей на базе контроллеров DirectLogic
В настоящее время актуальной задачей является оснащение участков испытательных печей современными системами управления, контроля и документирования.
Рассмотрим участок, состоящий из 110 печей сопротивления. Режим работы – непррерывный. Максимальная температура – до 900 градусов Цельсия. Точность поддержания температуры в точке ± 2ºС. Для измерения температуры используется термопара типа ХКА (К).
Система управление выполняет следующие функции:
- двухконтурное регулирование температуры в каждой зоне печи по различным алгоритмам на участках нагрева, выдержки и охлаждения;
- регистрация всех параметров процесса испытания каждого образца (зависимость «температура – время», время разрушения) и архивирование регистрируемых параметров;
- управление всеми испытательными печами из одного места в автоматическом режиме с помощью управляющего компьютера;
- соблюдения заданных параметров испытания и звуковую сигнализацию о данной ситуации.
Система управления обеспечивает работу печей в нескольких режимах: «Ручное управление», «Программирование», «Автоматический».
Режим «Ручное управление» реализован на базе контроллера и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки с соблюдением всех блокировок. Режим обеспечивает завершение автоматизированного цикла в случае его сбоя.
Режим «Программирование» обеспечивает просмотр, ввод и редактирование программ нагрева с любым количеством участков в графическом и цифровом виде. Оператор имеет возможность визуального контроля управляющей программы. Хранение программ организовано на жёстком диске промышленного компьютера.
Автоматический режим реализует рабочий цикл термической обработки при условии ввода оператором паспортных данных на изделия.
Система управления имеет следующую иерархию вычислительных средств:
1. Нижний уровень - набор программируемых контроллеров на базе контроллеров семейства DirectLogic.
2. Передача данных по сети Ethernet.
3. Верхний уровень - персональный компьютер.
Эффективной эксплуатации системы управления на базе контроллеров Direct Logic способствует возможность применения наличие разнообразных модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных портов.
Семейство контроллеров DL06 объединяет девять моделей контроллеров с питанием от постоянного и переменного тока. Дополнительные модули ввода/вывода позволяют гибко увеличивать количество каналов в зависимости от набора датчиков электрической подстанции.
Нижний уровень СУ, реализованный на базе ПЛК модели «D0-06DD2» с дополнительными аналоговыми модулями типа «F0-04THM», «F0-2AD2DA-2», обладает следующими аппаратными ресурсами:
- 20 входов постоянного тока;
- 4 входа – входы с фильтрами, которые могут быть сконфигурированы как высокоскоростные счетчики 7 кГц, как входы прерываний или как импульсные входы с защелкой;
- 16 выходов постоянного тока, 1 А/канал;
- два выхода могут быть использованы как двунаправленные импульсные выходы 10 кГц;
- 16 входов для обработки физических сигналов 0-10 В/4-20 mA, разрешение аналогоцифрового преобразования 16 бит;
- 8 выходов для выдачи физических сигналов 0-10 В/4-20 mA, разрешение цифроаналогового преобразования 16 бит.
Модуль F0-04THM обеспечивает прием информации от термопар по четырем каналам (в каждой зоне печи установлено по две термопары: рабочая и резервная).
Модуль «F0-2AD2DA-2» включает по два аналоговых входа/выхода разрешением 12 бит и предназначен для выдачи управляющего напряжения от 0 до 10 Вольт на блок управления тиристорами.
|
Рис. 1. Структура системы управления участка печей сопротивления |
Важнейшим критерием при выборе контроллера является то, Direct Logic семейства DL06 зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений.
Программное обеспечение ПЛК обеспечивает многоконтурное регулирование температуры с любым количеством участков управляющей программы по ПИД-закону, расширенный диапазон изменения скорости нагрева и охлаждения. Каждый контролируемый параметр на стадии его определения подвергается стандартной математической обработке, которая включает: масштабирование измеренных сигналов, контроль достоверности путём логического анализа значений взаимосвязанных параметров, выбраковку ложных измерений, контроль нарушения заданного диапазона изменения.
Коммуникационный модуль H0-ECOM обеспечивает экономичную и высокоскоростную связь между контроллерами DL06 и компьютером. Данный модуль обеспечивает обмен данными с ЧМИ компьютера с использованием ОРС, модуль работает со стандартным IP адресом и маской подсети, что позволяет использовать его вместе со стандартными маршрутизаторами и коммутаторами. Такимм образом, через узел коммутаторов/концентраторов на 24 точки (1 уровень) и коммутатор второго уровня происходит обмен информацией с верхним уровнем по сети Ethernet.
Оборудование для промышленного Ethernet отличается повышенной отказоустойчивостью и может эксплуатироваться в расширенном диапазоне рабочих температур, в условиях электромагнитных помех и скачков напряжения. Современное коммуникационное оборудование создается на базе новых передовых технологий, оно поддерживает мощные сервисные функции, такие как: защита информационных ресурсов в сети, резервирование соединения, управление группами пользователей, поддержка виртуальных сетей, диагностика и т.д.
Аппаратная часть передачи данных может быть выполнена на базе промышленного коммуникационного оборудования компании Korenix. Среди ее продукции есть классические решения: промышленные управляемые и неуправляемые Ethernet коммутаторы JetNet, мультипортовые платы JetCard, серверы последовательных устройств JetPort и медиа-конверторы JetCon. Ethernet-оборудование Korenix ориентировано на недорогие решения, простоту обслуживания и надежную передачу данных. Все устройства разработаны, произведены и протестированы в соответствии с промышленными стандартами. Они соответствуют сертификатам ISO-9000/EMI/CE/FCC/UL и полностью удовлетворяют требованиям для оборудования, работающего в сложных производственных условиях.
Терминальная задача в составе системы управления термической установки во многом определяет функциональные возможности и удобство управления. Цветной графический многооконный интерфейс оператора реализован средствами языка Visual Basic 6 и работает под управлением операционной системы Windows 2000. Для ввода, редактирования и просмотра управляющий программ нагрева для каждой печи; визуального наблюдения за состоянием механизмов и значениями контролируемых параметров используется мнемосхемы печей, на которой отображается динамика процесса нагрева.
Условное деление установки на функционально-законченные блоки и контуры управления позволило разработать набор мнемосхем с простым механизмом их переключения.
Программное обеспечение верхнего уровня, разработанное средствами языка Visual Basic 6 в среде операционной системы Windows 2000, обеспечивает:
- удобный многооконный интерфейс "оператор-система", в котором реализован простой доступ к информации и средствам управления "нажал и смотри" (Click & Play);
- формирование архивного и аварийного файлов, файла событий;
- советчик оператора;
- коррекцию настроек регуляторов температуры;
- диагностику достоверности текущих значений температуры;
- регистрацию и хранение параметров технологического процесса с привязкой к конкретному изделию и реальному времени;
- конвертирование сформированной базы данных в формат таблицы Excel;
- вывод на принтер паспорта на проведенный процесс;
- сигнализацию при отклонениях технологического процесса: нарушение охлаждения, обрыв термопар;
- контроль событий, ошибок и аварийных ситуаций с записью на электронный носитель с функциями «чёрного» ящика.
Регистрируемая информация включает дату и время выполнения рабочего цикла, значения параметров крана, которые не рекомендуется превышать, режим регистрации.
Таким образом, система управления на базе контроллеров DirectLogic DL06 обеспечивает новые возможности по реализации различных алгоритмов многоконтурного регулирования температуры, обработку различных входных сигналов от датчиков, двухсторонний обмен информацией между контроллерами и компьютером через промышленный Ethernet.