«ПЛКСистемы» - Cтатьи - Особенности автоматизации процесса управления нагревом на базе ПЛК

Особенности автоматизации процесса управления нагревом на базе ПЛК

Функции системы управления нагревом, результатом которых является расчёт управляющих воздействий на тиристорный регулятор, подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные.

К управляющим функциям относят регулирование технологических переменных, оптимальное управление режимами, адаптивное управление; к информационным – сбор, обработка и представление информации для последующего анализа; к вспомогательным функциям - обеспечение контроля за состоянием технических и программных средств системы.

Рассмотрим типовую систему управления термической установки, построенную по структуре PC-PLC: персональный компьютер (верхний уровень), программируемый логический контроллер семейства DL-205 компании PCL Direct by Koyo Inc (нижний уровень).

Контроллер выполняет функции управления нагревом, компьютер выполняет только терминальную задачу управления – ввод, редактирование и сохранение программы нагрева, визуализацию состояния элементов печи, хранение файлов истории технологического процесса, событий и ошибок.

Ввод информации от термопар в ПЛК можно реализовать несколькими вариантами:
- от термопары к модулю модуля F2-04THM;
- по цифровому протоколу от измерительного устройства;
- от термопары через нормализатор и далее к модулю модуля F2-8AD4DA-1.

Первый вариант отличается простотой, невысокой погрешностью измерения (для модуля F2-04THM погрешность измерения составляет ±3ºС). К недостаткам схемы можно отнести влияние помех на точность измерения, отсутствие ряда градуировок на отечественные термопары.

Структурная схема «термопара – модуль ПЛК»

Структурная схема «термопара – модуль ПЛК»

Второй вариант обеспечивает ввод температуры в контроллер без промежуточных устройств аналого-цифрового преобразования. Схема предусматривает использование одно или многоканального прибора с цифровым протоколом по интерфейсу RS 232 или RS485.

Например, многоканальный прецизионный измеритель температуры «МИТ 8» обеспечивает измерение температуры с точностью 0,05 … 0,15 ºС. Прибор имеет встроенную память для записи и хранения результатов измерений. Время измерения одного канала составляет от 2 до 14 секунд. Наличие в приборе интерфейса RS-232 (USB) позволяет создавать автоматизированные системы и комплексы многоцелевого назначения.

Структурная схема «Измерительный прибор с цифровым протоколом - ПЛК»

Структурная схема «Измерительный прибор с цифровым протоколом - ПЛК»

Аналогичными возможностями при большей погрешности измерения обладают приборы типа «Метакон» (г. Н.Новгород), «Термодат» (г. Пермь).

Особенности схемы «ПЛК – измерительный прибор с цифровым протоколом»:

1. Возможность прецизионного измерения температуры.
2. Низкое быстродействие, минимально возможное время измерения одного канала составляет 2 секунды, следовательно, при измерении температуры в шести точках (по две необходимых термопары в каждой зоне установки) время обновления информации будет 12 секунд. Это много, даже учитывая относительно высокую инерционность процесса нагрева.
3. Прибор «МИТ 8» выпускается только в лабораторном исполнении, т.е. возможно некорректное измерение температуры в промышленных условиях (коммутация электрических нагрузок, колебания напряжения питающей сети и прочее).
4. Наличие исключительно только цифрового протокола (интерфейс RS-232) для передачи информации в управляющее устройство, следовательно, невысокая надёжность и большое время обработки сигнала от термопары.
5. Выполнение процесса регулирование в среде реализуется в среде операционной системы Windows, не являющейся операционной системой реального времени и имеющей большое время вычислительного цикла.

Во третьем случае применяются нормализаторы типа «12К3/1УВ/1А/2Р/1Т» (приборы серии Термодат, г. Пермь) или нормализаторы типа «ИПМ 0039» (г. Зеленоград) с максимальной погрешностью измерения 0,1% и выходным аналоговым сигналом 4-20 мА, который передаётся в программируемый контроллер. Аналого-цифровое преобразование в контроллере реализовано на базе модуля F2-8AD4DA-1 (погрешность измерения 0,1%, разрешение 16 бит).

Нормализаторы типа «12К3/1УВ/1А/2Р/1Т» и «ИПМ 0399» являются промышленными устройствами для использования в управлении технологическими процессами в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

Структурная схема «термопара – нормализатор - ПЛК»

Структурная схема «термопара – нормализатор - ПЛК»

Особенности схемы «Нормализатор – ПЛК»:

1. ПЛК – специализированное вычислительное средство для работы в промышленных условиях.
2. Надёжная работа регулятора при помехах и колебаниях напряжения питающей сети.
3. Простота реализации любого закона регулирования температуры, возможность применения встроенного ПИД-регулятора с функцией автонастройки.
4. Встроенная надежная операционная система контроллера, время вычислительного цикла обычно составляет от 10 до 30 миллисекунд, время обновления температуры – 100 миллисекунд.
5. Более высокая, чем у прибора «МИТ-8», погрешность измерения температуры.

Таким образом, при решении конкретных прикладных задач регулирования температуры приходится решать дилемму: точность за счёт надёжности и быстродействия, либо надёжность за счёт точности.



07.09.2009

наверх