Разработка системы автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов

Министерство  образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

“Кузбасский государственный  технический университет” им. Горбачева Т.Ф.

 

Кафедра электропривода и автоматизации

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

 

 

 

 «Разработка системы  автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов»

 

 

 

Автор проекта: Козин Н.И.   

Студент группы: ЭА - 082

 

Проект защищен

с оценкой ______________________

«______» _________________2012 г.

 

Руководитель проекта:

Лобур И.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2012

ВВЕДЕНИЕ

Цель  выполнения курсового проекта по дисциплине «Автоматизация производственных процессов» заключается в получении  студентами навыков проектирования систем автоматизации промышленных установок и технологических  комплексов, а также в закреплении  и расширении их знаний в области  автоматизации промышленного производства.

Тема  курсового проекта – «Разработка  системы автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов».

В ходе курсового проекта, по техническому заданию необходимо разработать  функциональную схему технологического объекта, мнемосхему объекта. После  выбрать технические средства автоматизации  исходя из условий технологической  среды, технологических требований, планируемого уровня капитальных затрат.

Для реализации поставленных задач, необходимо произвести расчет параметров настройки  регулятора для автоматического  регулирования технологического параметра, а так же представить алгоритмическое  и программное обеспечение проектируемой  системы автоматизации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ  НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА  И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТА

Цель управления – поддержание  на заданном уровне весовой производительности ленточного конвейера (при ϑ_лин = const – стабилизация погонной загрузки ленты) при изменении гранулометрического состава материала, его влажности, насыпной плотности.

Задачи системы автоматизации:

1. Регулирование:  стабилизация производительности конвейера (его погонной загрузки) изменением частоты вращения шнека питателя с помощью ЭМС;
2. Контроль параметров:

• погонная загрузка ленты материалом (расход перемещаемого материала);
• уровень материала в бункере (наличие в нем материала на минимальном уровне) ;
• нагрузка (ток) электродвигателя M2;

3. Сигнализация:

• о нормальной работе конвейера (конвейер включен);
• об аварийном отключении конвейера (при отсутствии материала в бункере, при перегрузке электродвигателя М2, при обрыве или проскальзывании ленты);

4. Защита:

• от перегрузки электродвигателя М2;
• от обрыва или проскальзывания ленты;
• от работы конвейера без материала в бункере;

5. Дистанционное управление включением и отключением двигателя М2 оператором с пульта управления.

 

 

Схема автоматизации представлена на рис. 1.

Рис. 1.1. Упрощенная функциональная схема автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов:    ZIRC – узел индикации, регистрации, регулирования по погонной загрузке конвейера (производительность конвейера); SSA – узел защиты и аварийной сигнализации при проскальзывании ленты конвейера; BSA – узел защиты и аварийной сигнализации при обрыве ленты конвейера; HSA – узел дистанционного управления двигателем М2, с оперативной сигнализацией о его работе; EIRSA – узел индикации, регистрации, защиты и аварийной сигнализации по нагрузке (току) двигателя М2; LISA – узел индикации, защиты и аварийной сигнализации по уровню материала в бункере

 

1.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ  К ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ

Система автоматизации объекта  рассматривается как совокупность систем (подсистем) автоматического  регулирования (САР), контроля (САК), защиты (САЗ), сигнализации (САС) и дистанционного управления (СДУ) объектом по команде  оператора. Требования к проектируемым  локальным системам оператора САР, САК, САЗ и САС оформляются  в виде таблиц 1.1 - 1.4.

 

Требования к САР                                Таблица 1.1

Наименование регулируемой величины		Допустимые значения показателей  качества регулирования				Примечание
1. Стабилизация производительности конвейера (его погонной загрузки) Z	60 кг/м	6 кг/м	24 кг/м	100 с	30%	Стабилизация производится путем изменения частоты вращения шнека питателя, с помощью ЭМС

 

 

 

 

 

Требования к САК                                  Таблица 1.2

Наименование контролируемой величины	Диапазон измерения DY, абс. ед.	Точность измерения DY, абс. ед.	Отображение информации	Примечание (характеристика среды функционирования)
1. Погонная загрузка ленты  материалом (расход перемещаемого  материала)    (Zном = 60 кг/м)	36÷84 кг/м	1,8 кг/м	Цифровая индикация и  регистрация в виде графика на дисплее.	Температура tоср= 10- 40 оС;   Влажность Wср ≤ 80 % ;   Вибрации: Ав = 0,1 мм fв=5 Гц
2. Нагрузка (ток) электродвигателя  M2  (Iном = 45 А)	27÷63 А	1,35 А	Цифровая индикация, регистрация  в виде графика на дисплее.
3. Уровень материала в  бункере         (Lном = 1 м)	0,6÷1,4 м	0,03 м	Цифровая индикация

 

 

Требования к САС                             Таблица 1.3

Наименование сигнализации	Значение переменной, при  которой появляется сигнал, абс. ед.		Оперативная сигнализация о  состоянии оборудования, при котором  появляется сигнал	Вид сигнала	Примечание (вид сигнализации)
1. Нормальная работа конвейера  (конвейер включен)	---	---	Конвейер работает (включен)	Зелёный световой сигнал	Оперативная, о работе конвейера
2. Наличие материала в бункере	L<0,9м		Уровень материала в бункере  ниже нормы	Желтый световой сигнал	Предупредительная
		L<0,2м	Уровень материала в бункере  очень низкий	Красный мигающий световой и звуковой сигналы	Аварийная

 

 

 

Продолжение таблицы 1.3

Наименование сигнализации	Значение переменной, при  которой появляется сигнал, абс. ед.		Оперативная сигнализация о  состоянии оборудования, при котором  появляется сигнал	Вид сигнала	Примечание (вид сигнализации)
3. Аварийное отключение  конвейера при перегрузке	---	I > 70A	Токовая перегрузка двигателя M2	Красный мигающий световой и звуковой сигналы	Аварийная
4. Аварийное отключение  конвейера при проскальзывании или обрыве ленты	---	1,6 м/с	Проскальзывание или обрыв ленты	Красный мигающий световой и звуковой сигналы	Аварийная

 

 

 

 

 

 

 

Требования к САЗ                                Таблица 1.4

Наименование защиты	Перечень возможных состояний  оборудования (механизмов, агрегатов  и т.д.)	Условия перехода оборудования из одного состояния в другое	Примечание (дополнительные требования к системе)
1. Перегрузка электродвигателя  M2	S1 - M2 отключен S2 - Пуск M2 S3 - Работа M2	Переход из состояния S2, S3 в S1 при       I ≥ 70 А.	Наличие аварийной световой и звуковой сигнализации о срабатывании защиты
2. Работа конвейера без  материала в бункере	S1 – Конвейер не работает S2 - Конвейер работает	Переход из состояния S2 в S1 при              L ≤ 0,2 м.
3. Проскальзывание или обрыв ленты конвейера	S1 – Конвейер не работает S2 - Конвейер работает	Переход из состояния S2 в S1 при              S ≤ 1,6 м/с.

 

 

 

 

 

2. Разработка  функциональной схемы автоматизации

2.1. Функциональная  схема автоматизации объекта на базе програмируемых контроллеров и персонального компьютера

Функциональная схема  автоматизации является важнейшим  документом проекта, определяющим состав, функции и технические средства реализации проектируемой системы  автоматизации. Функциональная схема автоматизации разрабатывается на основе технического задания, выполняется по принципу двухуровнего распределенного управления, с использованием современных технических средств автоматизации: датчиков, исполнительных устройств, программируемых логических контроллеров (ПЛК), управляющих персональных компьютеров.

Развернутая функциональная схема автоматизации представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Развернутая функциональная схема автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов, выполненная на базе применения ПЛК и

 персонального компьютера: Z_зад – уставка для регулирования производительности конвейера; V_ав, I_ав, L_ав – уставки аварийной сигнализации по скорости ленты, току двигателя М2, уровню материала в бункере; L_пр – уставка предупредительной сигнализации по уровню материала в бункере; NY – силовой преобразователь (усилитель мощности) для непрерывного управления электродвигателем М1; ZT – датчик погонной загрузки конвейера; ST – датчик скорости (проскальзывания или обрыва) ленты конвейера; NS – магнитный пускатель электродвигателя М2; ET – датчик тока якоря электродвигателя М2; LT – датчик уровня материала в бункере

На  схеме вертикальными непрерывными линиями показаны связи между  элементами системы, а пунктирными  горизонтальными линиями - обработка  сигналов в соответствии с алгоритмами  контроля, регулирования и управления, реализуемыми программным обеспечением системы автоматизации (программами  работы ПЛК и компьютера).

ПЛК выполняет функции локального управляющего устройства. Основное назначение компьютера – создание с помощью SCADA – системы интерфейса «Человек – машина», обеспечивающего:

а) отображение на экране монитора (на мнемосхеме технологического процесса) значений контролируемых параметров цифровыми и световыми сигналами;

б) задание уставок регулирования, защиты и сигнализации;

в) подачу команд дистанционного управления («Включить»/«Выключить» электродвигатель М1) и сигнализацию состояния управляемого механизма, т.е. электродвигателя М1;

г) регистрацию, т.е. архивирование параметров процесса погонной загрузки и тока электродвигателя М1.

На  рис. 2.2 представлена мнемосхема технологического объекта, на котором показаны элементы цифровой и световой индикации значений контролируемых параметров, кнопки дистанционного управления электродвигателем М1 и  световые линейки индикатора его  состояния.