Разработка принципиальной электрической схемы

На основании функциональной схемы автоматизации с учётом выбранных приборов и средств автоматизации разработана принципиальная электрическая схема регулирования, управления и блокировки.

Рассмотрим работу схемы автоматического регулирования.

Для регулирования температуры сушки песка в сушильном барабане используется комбинированная система автоматического регулирования, которая работает следующим образом.

Термоэлектрический преобразователь температуры BК1 измеряет температуру дымовых газов на выходе из сушильного барабана и преобразует ее в пропорциональное значение термоЭДС. Сигнал с контактов 1 и 2 преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 13 и 14 модуля ввода сигналов термопар A1.1 цифрового программируемого контроллера. Сигнал текущего значения температуры дымовых газов поступает на вход регулятора температуры, реализованного программным путем в контроллере.

В этот регулятор также поступает сигнал с компенсатора возмущения, реализованного в контроллере программным путем. Как указано выше, в качестве возмущения выступает изменение температуры и влажности песка, поступающего на сушку.

Температура песка измеряется термоэлектрическим преобразователем температуры ВК2 и преобразуется им в пропорциональное значение термоЭДС. Сигнал с контактов 1 и 2 преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 15 и 16 модуля ввода сигналов с термопар A1.1 цифрового программируемого контроллера.

Влажность песка измеряется преобразователем влажности В1N и преобразуется им в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА. Сигнал с контактов 1 и 2 блока зажимов преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 13 и 14 модуля аналогового ввода A1.2.1 цифрового программируемого контроллера. Питание к измерительному преобразователю влажности подается на контакты 7 и 8 блока зажимов от сети переменного тока 220 В, 50 Гц.

Вырабатываемый регулятором температуры сигнал управления через контакты 13, 14 и 15 модуля импульсного вывода A1.3.1 цифрового программируемого контроллера поступает на контакты 1, 2 и 3 магнитного пускателя КМ1 и далее на контакты 1, 2 и 3 электрического исполнительного механизма М1.

Для регулирования влажности высушиваемого песка на выходе из сушильного барабана используем одноконтурную систему регулирования, которая работает следующим образом. Влажность песка измеряется преобразователем влажности В2N и преобразуется им в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА. Сигнал с контактов 1 и 2 блока зажимов преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 15 и 16 модуля аналогового ввода A1.2.1 цифрового программируемого контроллера, в котором программно реализован регулятор влажности. Питание к измерительному преобразователю влажности подается на контакты 7 и 8 блока зажимов от сети переменного тока 220 В, 50 Гц.

Вырабатываемый регулятором влажности сигнал управления через контакты 13, 14 и 15 модуля импульсного вывода A1.3.2 программируемого контроллера поступает на контакты 1, 2 и 3 магнитного пускателя КМ3 и далее на контакты 1, 2 и 3 электрического исполнительного механизма М3.

Для поддержания необходимого разряжения в сушильном барабане песка используем комбинированную систему регулирования, компенсирующую изменение расхода воздуха, поступающего на сушку. Регулирующее воздействие – изменение количества отводимых дымовых газов. Данная система регулирования реализована следующим образом.

Преобразователь давления ВР1 измеряет разрежение в сушильном барабане и преобразует его в стандартный электрический сигнал постоянного тока. Сигнал с контактов 1 и 2 преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 11 и 12 блока питания G3. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя BP1 замкнуты перемычкой. Питание блока питания G3 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 3 и 4 блока питания и поступает на контакты 19 и 20 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. Сигнал текущего значения давления поступает на вход регулятора давления, реализованного программным путём в преобразователе-контроллере.

В этот регулятор также поступает сигнал с компенсатора возмущения, реализованного в контроллере программным путем. Как указано выше, в качестве возмущения выступает изменение расхода воздуха, поступающего на сушку

Информация о расходе воздуха, поступающего в сушильный барабан, поступает с контактов 1 и 2 измерительного преобразователя перепада давления B7N на контакты 15 и 16 блока питания G2. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя B7N замкнуты перемычкой. Питание блока питания G2 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 7 и 8 блока питания и поступает на контакты 17 и 18 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. В преобразователе-контроллере программным путём реализован блок извлечения квадратного корня, который служит для линеаризации статической характеристики измерительного преобразователя перепада давления B7N.

Вырабатываемый регулятором давления сигнал управления через контакты 15, 16 и 17 модуля импульсного вывода A1.3.2 программируемого контроллера поступает на контакты 1, 2 и 3 магнитного пускателя КМ4 и далее на контакты 1, 2 и 3 электрического исполнительного механизма М4.

Для регулирования концентрации отходящих дымовых газов на выходе из сушильного барабана используем каскадную систему регулирования. Корректирующим (внешним) регулятором является регулятор концентрации отходящих дымовых газов, а стабилизирующим (внутренним) – регулятор соотношения “воздух/топливный газ”. В качестве регулирующего воздействия выбираем изменение расхода воздуха, поступающего на горение в сушильный барабан.

Информация о расходе газа, поступающего в сушильный барабан поступает с контактов 1 и 2 измерительного преобразователя перепада давления B5N на контакты 11 и 12 питания G2. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя B5N замкнуты перемычкой. Питание блока питания G2 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 3 и 4 блока питания и поступает на контакты 13 и 14 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. В преобразователе-контроллере программным путём реализован блок извлечения квадратного корня, который служит для линеаризации статической характеристики измерительного преобразователя перепада давления B5N.

Информация о расходе воздуха, поступающего в сушильный барабан, поступает с контактов 1 и 2 измерительного преобразователя перепада давления B6N на контакты 13 и 14 блока питания G2. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя B6N замкнуты перемычкой. Питание блока питания G2 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 5 и 6 блока питания и поступает на контакты 15 и 16 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. В преобразователе-контроллере программным путём реализован блок извлечения квадратного корня, который служит для линеаризации статической характеристики измерительного преобразователя перепада давления B6N.

Анализатор B3N измеряет концентрацию О₂ в отходящих дымовых газах на выходе из сушильного барабана и преобразует его в унифицированный электрический сигнал постоянного тока в диапазоне 4-20 мА. Питание анализатора осуществляется через контакты 7 и 8 блока зажимов от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Сигнал с контактов 1 и 2 блока зажимов анализатора поступает по соединительной линии на контакты 17 и 18 модуля аналогового ввода A1.2.1 цифрового программируемого контроллера. Величина концентрации поступает в регулятор, реализованный в контроллере программным путем. Сюда же поступает сигнал с блоков корнеизвлечения.

Вырабатываемое регулятором концентрации воздействие через контакты 16, 17 и 18 модуля импульсного вывода A1.3.1 программируемого контроллера поступает на контакты 1, 2 и 3 магнитного пускателя КМ2 и далее на контакты 1, 2 и 3 электрического исполнительного механизма М2.

Для поддержания уровня песка в силосе на нужном значении используется одноконтурная система автоматического регулирования уровня, которая работает следующим образом. Измерительный преобразователь уровня B4N измеряет уровень в силосе и преобразует его в стандартный электрический сигнал постоянного тока, пропорциональный уровню песка. Сигнал с контактов 1 и 2 преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 19 и 20 модуля аналогового ввода контроллера А1.2.1. Питание преобразователя осуществляется через контакты 4 и 5 блока зажимов от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Сигнал текущего значения уровня поступает на вход регулятора уровня, реализованного программным путём в преобразователе-контроллере. Вырабатываемое регулятором воздействие через контакты 18, 19, 20 модуля импульсного вывода А1.3.2 преобразователя-контроллера поступает на магнитный пускатель КМ5 и далее на контакты 1,2 и 3 исполнительного механизма.

Рассмотрим работу схемы автоматической блокировки.

Модуль дискетного ввода А1.4.2, питается от блока питания G1, который преобразует напряжение питающей сети 220В в стабилизированное напряжение 5 В. На модуль А1.4.2 поступают сигналы датчиков реле давления. Питание реле давления Р1.1, Р1.2, Р2.1, Р2.2, Р3.1, Р3.2 осуществляется от блока питания G5 через клеммы 1, 2. Сигнал о достижении давлением газа в трубопроводе минимального значения по соединительной линии с контакта Р1.1 двухпредельного реле давления поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 14. При достижении давлением газа в трубопроводе максимального значения дискретный сигнал с рконтакта реле Р1.2 поступает на модуль ввода А1.4.2 на клеммы 13, 15.

Сигнал о достижении давлением воздуха, подаваемого на горение, предельного значения (максимального – через контакт реле Р2.1, минимального – через контакт реле Р2.2) поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 16 и 13, 17 соответственно.

Сигнал о достижении давлением воздуха, подаваемого на сушку, предельного значения (максимального – через контакт реле Р3.1, минимального – через контакт реле Р3.2) поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 18 и 13, 19 соответственно.

Сигнал о достижении давлением воздуха, подаваемого на горение, предельного значения (максимального – через контакт реле Р4.1, минимального – через контакт реле Р4.2) поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 20 и 13, 21 соответственно.

Также на клеммы 13 и 14 модуля дискретного ввода А1.4.1 поступает релейный сигнал с клемм 9 и 10 датчика аварийного снижения скорости транспорте, питающегося напряжением 220 В, 50Гц; на клеммы 15 и 16 – сигнал с 9 и 10 клеммы датчика аврийного снижения скорости элеватора, питающегося напряжением 220 В, 50 Гц; на клеммы 17 и 18 модуля – сигнал с 1 и 2 клеммы измерительного преобразователя уровня, питающегося напряжением 220 В, 50 Гц; на клеммы 19 и 20 модуля – сигнал с клемм 1 и 2 датчика наличия пламени, питающегося напряжением 220 В, 50 Гц.

Модуль дискетного вывода А1.3.3, питается блоком питания G1, который преобразует напряжение питающей сети 220В в стабилизированное напряжение 5 В.

С модуля гальванически связанного дискретного вывода А1.3.3 через клеммы 13, 14, 15 дискретный сигнал поступает на клеммы 2, 3, 4 бесконтактного пускателя КМ6, питание которого осуществляется через клеммы 11, 12 напряжением 220 В, 50 Гц. С клемм 8, 9, 10 пускателя сигнал поступает на клеммы 1, 2, 3 исполнительного механизма М6, управляющего заслонкой бункера песка.

С модуля гальванически связанного дискретного вывода А1.3.3 через клеммы 16, 17, 18 дискретный сигнал поступает на клеммы 2, 3, 4 бесконтактного пускателя КМ7, питание которого осуществляется через клеммы 11, 12 напряжением 220 В, 50 Гц. С клемм 8, 9, 10 пускателя сигнал поступает на клеммы 1, 2, 3 исполнительного механизма М7, управляющего заслонкой силоса песка.

С модуля дискретного вывода А1.3.3 дискретный сигнал через клеммы 22, 23 подается на промежуточное реле напряжение KV1. В ручном режиме реле напряжения питается от блока питания G5 через клеммы 7и 8. При подаче напряжения на реле KV1, замыкаются его контакты KV1.1 и KV1.2 при этом срабатывает электромагнитный клапан YA1, управляющий отсекателем на линии подачи газа.

Для управления электродвигателями вентиляторов используются магнитные пускатели.

В схеме управления электродвигателями и электромагнитными клапанами используется ключ управления SA1 для выбора режима работы: ручного или автоматического. Если переключатель находится в положении 1 (ручное управление) пуск и остановка двигателя осуществляется с помощью кнопочного поста управления SB1. Пост управления имеет две кнопки SB1.1 – «Стоп» и SB1.2 – «Пуск». В ручном режиме пускатель КМ8 питается от блока питания G4 через клеммы 7 и 8. При нажатии на кнопку SB1.2 подается питание на магнитный пускатель КМ8, который, срабатывая, замыкает свой контакт КМ8.1. Таким образом, цепь пускателя остаётся замкнутой при отпускании кнопки SB1.2. Одновременно замыкаются и остальные контакты пускателя (КМ8.2, КМ8.3, КМ8.4) подавая трехфазное напряжение на двигатель М8. При нажатии на кнопку SB1.1 происходит разрыв цепи пускателя КМ8, размыкание контактов КМ8.1, КМ8.2, КМ8.3 и КМ8.4. Происходит остановка двигателя. Так как контакт КМ8.1 разомкнут, при отпускании кнопки SB1.1 питание на пускатель КМ8 не подается.

Управление электродвигателем М8 в автоматическом режиме осуществляется с помощью многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера через модуль дискретного вывода А1.3.3, при этом переключатель режимов SA1 находится в положении 2 (автоматическое управление).

Подача общего питания к электродвигателям вентиляторов, транспортеров, сушильного барабана, шнековых и вибропитателей от сети трехфазного переменного тока 380В 50Гц через общий автоматический выключатель QF1.

При возникновении коротких замыканий автоматический выключатель QF1 отсоединяет электродвигатели от сети. От перегрузок каждый электродвигатель защищён с помощью тепловых реле F1–F6. При перегрузках контакты реле F1.1 – F6.1 размыкают цепь магнитных пускателей КМ1–КМ6.

Питание многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера А1 осуществляется от сети переменного тока 220В 50 Гц через блок питания G1. Напряжение переменного тока 220В 50 Гц через автоматический выключатель SF1 подается на контакты 1 и 2 блока питания, с контактов 7 и 8 снимается пониженное напряжение постоянного тока 5В, которое подается на контакты 1 и 2 модулей ввода-вывода многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера.

Принципиальная электрическая схема и спецификация использованных приборов и технических средств автоматизации приведены в документе ДП 210200.833.2005 Э3.1 и ДП 210200.833.2005 Э3.2.

Расчет АСР

Удовлетворительное качество регулирования в простейшей одноконтурной системе с использованием стандартных законов регулирования можно обеспечить лишь при благоприятных динамических характеристиках объекта. Однако большинству промышленных объектов свойственны значительное чистое запаздывание и большие постоянные времени. В таких случаях даже при оптимальных настройках регуляторов одноконтурные АСР характеризуются большими динамическими ошибками, низкой частотой регулирования и длительными переходными процессами. Для повышения качества регулирования необходим переход от одноконтурных АСР к более сложным системам, использующим дополнительные (корректирующие) импульсы по возмущениям пли вспомогательным выходным координатам. Такие системы кроме обычного стандартного регулятора содержат вспомогательные регулирующие устройства — динамические компенсаторы или дополнительные регуляторы.

При условии, если имеется возможность автоматического измерения наиболее «сильного» возмущающего воздействия на ТОУ, то применяется комбинированная АСР, в которой действие контролируемого возмущения компенсируется специальным устройством с помощью регулятора, находящегося в контуре обратной связи. Таким образом регулирующее воздействие формируется на основании двух принципов регулирования: по отклонению регулируемой переменной от заданного значения и по возмущению. Компенсация возмущения осуществляется путем введения дополнительного управляющего воздействия либо на вход канала регулирования, либо непосредственно на вход регулятора.