CC BY
12А.Н. Рыбалев, Р.Д. Редозубов, П.С. Колесников
МОДЕРНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ»
Subject of the article is study laboratory set for discipline «Automation of technologic processes and productions» developed and made by authors. From time of first publication about, the set was been essentially modernized to be more adequate the reality in sphere of industry automation.
Для лабораторных работ по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств» в 2006-2007 гг. нами был разработан стенд на базе лабораторного объекта управления, а также широко используемых в промышленной автоматизации измерительных и нормирующих преобразователей, исполнительных механизмов и управляющей аппаратуры [1].
В [1] был отмечен ряд недостатков этого стенда, связанных непосредственно ограничениями, накладываемыми использованной аппаратурой, - таких как применение морально устаревших и несовершенных технических средств, отсутствие связи с персональным компьютером, невозможность изучения современных промышленных сетевых технологий.
В ноябре 2007 г. кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники АмГУ получила от фирмы «Овен» (через фирму «Байд») по заявке для учебных целей следующие приборы и программное обеспечение производства фирмы «Овен»:
программируемый логический контроллер ПЛК 150- 220. И-М; модуль ввода аналоговый ОВЕН МВА8; модуль вывода управляющий ОВЕН МВУ8 РРККССИУ; адаптер интерфейса ОВЕН АСЗ;
блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУ СТ; блок сетевого фильтра ОВЕН БСФ; блок питания БПЗОБ-ДЗ-24;
программы-конфигураторы модулей МВА8 и МВУ8; система программирования контроллеров на языках стандарта МЭК 61131-3 CoDeSys;
SCADA-система OWEN PROCESS MANAGER (ОРМ). Первоначально предполагалось разместить полученные приборы в существующем шкафу управления, заменив существующую аппаратуру (в частности, контроллер Ремиконт Р130). Однако позднее было решено изготовить новые отдельные стенды, чтобы оставить нормально функционирующий стенд в рабочем состоянии и не нарушать учебный процесс.
В настоящей статье описывается разработанный в 2008 г. учебный программно-технический комплекс на базе программируемого логического контроллера ПЛК150 и модулей МВА8 и МВУ 8 для удаленного и/или автоматического управления различными объектами управления (в частности, в нашем случае, - установкой нагрева и охлаждения воды, описанной в [1]).
Модули ввода-вывода и контроллер размещены в двух шкафах: в первом располагаются модули и дополнительная аппаратура, во втором — только контроллер. Первый шкаф помещен непосредственно возле объекта управления (рис. 1), второй - на некотором расстоянии от него, но в той же аудитории (рис. 2). —J ■ 1
* * » > » * ' * 1
Рис. 1. Размещение шкафа управления лабораторным объектом.
Используя сеть RS 485 (протокол «Овен»), контроллер управляет процессом на объекте, а кроме того через «локальные» входы-выходы -процессами на других лабораторных стендах («Электрические исполнительные механизмы постоянной скорости», «Пневматические исполнительные механизмы»).
Шкаф управления, содержащий модули ввода-вывода, выполнен по возможности максимально универсальным: входы и выходы модулей МВА8 и МВУ 8, помимо стандартного назначения (которое практически полностью повторяет назначение входов-выходов контроллера Ремиконт Р130 ранее созданного стенда), можно использовать свободно. С помощью переключателей возможно соединять входы и выходы с клеммной колодкой для подключения любых измерительных преобразователей и исполнительных механизмов. Выходные силовые цепи заканчиваются розетками. На лицевой
панели размещена мнемосхема, отражающая стандартное назначение шкафа управления (рис. 3).
На лицевой панели шкафа-стенда, содержащего контроллер ПЛК 150, размещена схема внешних цепей конт t
\ h % ?ts.*V«<'»*» , !
Рис.2. Размещение шкафа с контроллером ПЛК 150. роллера и гнезда для подключения датчиков, измерительных преобразователей и исполнительных механизмов (рис. 2).
Упрощенная структурная схема системы управления приведена на рис. 4.
Схема включает в себя экраны визуализации, реализованные в программной среде CoDeSys и SCADA-системе (Supervising Control and Data Acquisition, системе супер- визорного управления и сбора данных) TraceMode, работающих на персональном компьютере ПК, контроллер ПЛК 150, модули ввода/вывода МВА8 и МВУ 8, исполнительный механизм МЭП (механизм электрический пря- моходный) привода воздушной заслонки, термопару ТП, магнитные пускатели ПМ1 и ПМ2, пускатель бесконтактный реверсивный ПБР, преобразователь частоты ПЧ, блок управления симисторами и тиристорами БУСТ, а также систему ручного управления.
Программы, заложенные в ПЛК150, осуществляют управление модулем МВУ8 и опрос модуля МВА8. Модуль МВУ8 формирует управляющие сигналы, а с помощью модуля МВА8 в контроллер и ПК вводится информация о состоянии объекта управления и исполнительных механизмов, а также режимах их работы (ручной/автоматический).
Система управления состоит из нескольких подсистем, которые позволяют организовать управление отдельными исполнительными механизмами.
Подсистема управления магнитными пускателями. Пускатели, коммутирующие силовые розетки, подключены к первому и второму выходам модуля МВУ8 типа «Р». Индикация включения пускателей производится при помощи первого входа МВА8 типа «сухие контакты», который может находиться в четырех состояниях, в зависимости от включения или выключения ПМ1 и ПМ2 соответственно. Трехпозиционные переключатели S1 и S2 (здесь и далее - см.
рис.3) позволяют либо включать/выключать пускатели вручную на стенде, либо переводить управление пускателями в автоматический режим;
Подсистема управления исполнительным механизмом. Информация о состоянии исполнительного механизма с его клеммной колодки (положение, срабатывание концевых выключателей) поступает на второй и третий Рис. 5. Мнемосхема лицевой панели шкафа управления лабораторным объектом.
Рис. 4. Упрощенная структурная схема системы управления. входы модуля МВА8 «Резистивный датчик положения задвижки» (до 2 кОм в нашем случае) и «сухие контакты» соответственно. Включение исполнительного механизма осуществляется с помощью пускателя бесконтактного реверсивного двухфазного ПБР-2М, позволяющего пускать ИМ как в прямую, так и в обратную сторону. Управляющие входы ПБР подключены к третьему и четвертому выходам модуля МВУ8 типа «К» (транзисторный ключ) через переключатель S4 перевода управления ПБР из автоматического в ручной режим. Для управления ПБР в ручном режиме непосредственно на стенде используется переключатель S3. Информация о режиме работы ПБР передается системе управления через четвертый вход модуля МВА8 типа «сухие контакты».
Подсистема частотного управления электродвигателем. Для управления частотой вращения двигателя вентилятора используется преобразователь частоты Hitachi S J 100. Управление системой может быть реализовано как в ручном, так и в автоматическом режиме. Переключение между режимами осуществляется посредством переключателя S5. Автоматическое управление осуществляет МВУ8. Управляющий вход ПЧ подключен через переключатель S5 и ограничительное сопротивление к седьмому выходу модуля. Ручное управление осуществляется с помощью переменного сопротивления, соединенного с входами ПЧ. Оно механически связано с идентичным сопротивлением, подключенным к пятому входу МВА8. «Половина» четвертого входа МВА8 служит для индикации режима работы ПЧ.
Подсистема управления тиристорами. Управление тиристорами осуществляется выходами 6 и 8 модуля МВУ8 типа «С» и «У» соответственно. Тиристоры могут управляться как напрямую модулем (прямое управление
тиристорами), так и посредствам БУСТ. Переключение режимов осуществляется переключателем S6. При переводе его в соответствующее положение шестой выход МВУ8 через ограничительное сопротивление подключается напрямую к управляющим электродам тиристоров. Переключатель S7 осуществляет переход из автоматического в ручной режим управления БУСТ. В автоматическом режиме он связывает восьмой выход МВУ 8 с управляющими входами БУСТ, который через свои выходы управляет тиристорами. В ручном режиме управление БУСТ осуществляется посредствам переменного сопротивления, которое жестко связано с идентичным сопротивлением, подключенным к шестому входу модуля МВА8.
Размещение элементов в шкафу управления показано на рис. 5.
* I
Рис. 5. Размещение элементов системы в шкафу управления.
Конфигурирование приборов МВА8 и МВУ8 производится по сети RS-485. Персональный компьютер подключается к сети через адаптер интерфейса RS232/RS485 ОВЕН АСЗ. Конфигурирование производится с помощью программ «Конфигуратор МВА8» и «Конфигуратор МВУ 8» и включает настройку сетевых параметров и задание конфигураций приборов, т.е. полных наборов значений их параметров. В частности, для модуля МВА8, имеющего универсальные входы, в результате конфигурирования определяется назначение всех входов.
Программирование ПЛК 150 осуществляется в среде программирования CoDeSys. Для управления объектом были разработаны технологические программы, реализующие релейное и непрерывное (ПИД-) регулирование температуры воды в баке лабораторного объекта с воздействием на нагреватель. С помощью встроенного в CoDeSys редактора визуализации был создан экран визуализации для персонального компьютера (рис. 6), с помо щью которого осуществляется оперативное управление объектом. CtotM efthc projijp JWOfj А«)«^« (^ | JWO'H '. neiw»: • J
РДООЯДМ 6ЙЯОВ g. j MP1 HE UPftWlVAEM~i ® | MP2 N5 UPR*.VLYAeU~] $ | меруяиснйЕО |
ф Г PCfVRUCH K6G I
* [PftYAMOE IPftftV tiristI EME CF CONNECT О
• .sac* . i
RESET! ДО! UAL: ■open; cussei Rl
"c1
» . , . MHjXj • S.1f9T %.t»*«
* Фг ttiif* |
Puc. 6. Экран визуализации.
Экран позволяет регистрировать температуру воды, наблюдать текущее состояние цепей управления объектом, осуществлять дистанционное управление исполнительными механизмами и запускать технологические программы ПЛК150.
Кроме того, в системе TraceMode был разработан монитор реального времени, главный экран которого показан на рис. 7. В данном случае связь SCADA-системы с контроллером осуществляется по протоколу Modbus TCP/IP, а программы управления выполняются непосредственно на персональном компьютере (контроллер является пассивным элементом системы).
_ ;_ч, .'•'-,»-. j .л 7».г". т й
Рис. 7. Главный экран монитора реального времени.
В заключение следует отметить, что разработанные программы являются по существу первой тестовой версией программного обеспечения системы управления лабораторным объектом. Цель их создания - отработка взаимодействия различных аппаратных и программных средств. В будущем предполагается совершенствовать программное обеспечение в рамках выполнения студентами лабораторных, курсовых и дипломных проектов.
1. Рыбалев А.Н., Редозубов Р.Д., Колесников П С. Разработка лабораторного стенда по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств». - Благовещенск: Вестник АмГУ. - 2007, Вып. 39. - С. 79-83.
