Разработка системы автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих материалов

2_drawing.dwg

От технологических защит
На двухступенчатое развозбуждение
Система автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих материалов
ТПУ ЭЛТИ группа 7м152
Главная схема присоединения оборудования
ТРАНСПОРТЕР ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
Модуль вводавывода 1
АРМ оператора на базе IBM PC
Модуль вводавывода N
Центральный процессор
Система дозирования и смешивания сыпучих материалов
Блок тормозного резистора (БТР11.1)
рис 1 - печатается на стр.8

Разработка системы автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих.doc

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Направление – Электротехника электромеханика и электротехнологии
Кафедра – электропривода и электрооборудования
Разработка системы автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих материалов.
Пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине «Автоматизация технологических комплексов и систем в промышленности»
Курсовой проект 58 стр. 39 рисунков 27 таблиц 13 источников 1 лист графического материала.
Ключевые слова: автоматизация шнековый питатель электрооборудование измерительное оборудование дозирование.
Объектами автоматизации являются шнековые питатели.
Цель работы - разработка АСУ ТП дозирования и смешивания сыпучих материалов.
В процессе проектирования проводились выбор силового измерительного оборудования выбор устройства управления разработка электрической принципиальной схемы и компоновка шкафов электроавтоматики.
Спроектированная АСУ ТП обладает высокой гибкостью возможностью апгрейда высокой производительностью и точностью дозирования материалов.
Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Мicrosoft Word 2003 на белой бумаге формата А4.
Обоснование функциональной схемы системы автоматизации процесса дозирования сыпучих материалов
Выбор редуктора и электродвигателя шнековых питателей
Выбор силового электрооборудования
Выбор датчиков и элементов измерительной системы
Выбор элементов системы управления
Структурная схема системы управления процессом дозирования и ее исследования на имитационной модели
Разработка схемы электрических соединений
Выбор шкафа электроавтоматики и его компоновка
Производительность труда и эффективность производства во многом определяются степенью автоматизации технологических процессов и что особенно важно для пищевой и перерабатывающей промышленности достоверностью информации о сырьевых потоках и качестве продукции.
По степени автоматизации технологические процессы разделяют на:
Так в частности с целью снижения транспортных затрат по доставке сыпучих материалов была поставлена задача развернуть смешивания сыпучих материалов. В связи с тем высоким требованиям предъявляемыми к производительности цеха и точности дозирования возникла необходимость в разработке АСУ ТП дозирования и смешивания сыпучих материалов.
Основным требованиям которые были предъявлено к АСУ ТП дозирования и смешивания сыпучих материалов стали следующие:
Точность дозирования сыпучих материалов ± 3%;
Производительность за час (1 часов) – 150 тонн.
Конвертация валюты: EUR = 44.0806 RUB.
Для обеспечения высокой надежности программно-аппаратный комплекс должен состоять как минимум из трех уровней. Нижний уровень содержит датчики и исполнительные механизмы. Средний уровень включает в себя управляющий контроллер. Верхний уровень представляет собой автоматизированное рабочее место оператора на базе персонального компьютера.
Технологический процесс дозирования требует максимальную точность дозирования при заданной производительности. Функциональная схема системы автоматизации процесса дозирования сыпучих материалов приведена на рисунке 1.
На рисунке 1 приняты следующие обозначения:
ПЧ – преобразователь частоты;
НСУ – нормирующий суммирующий усилитель;
М – асинхронный двигатель;
ТДВ – тензодатчик веса;
ШП- шнековый питатель;
РБ- расходный бункер;
SQC – концевые выключатели (SQC1 – SQC4).
Рисунок 1 – функциональная схема системы дозирования сыпучих материалов.
На входе регулятора веса программно выполненного в контроллере суммируются сигнал задания на вес поступающий сигнал с нормирующего усилителя пропорциональный текущему весу. Выход регулятора веса является заданием на частоту преобразователя и соответственно скорости вращения мотор-редуктора шнекового питателя. По мере наполнения бункера разница между заданной и действительной массой в бункере уменьшается что приводит к уменьшению скорости электропривода. Остановка двигателя осуществляется на небольшой скорости что положительно сказывается на точности дозирования. После окончания работы первого шнека вступает в работу второй и так далее до заполнения бункера-дозатора. Как только бункер-дозатор заполнен и все шнеки выключены поступает сигнал управления на фидерную сборку реверсивного пуска которая включает двигатель задвижки и открывает ее. Вся отдозированная масса высыпается в бункер смеситель. Смеситель работает по заданному времени как время смешивания закончилось отключается двигатель смесителя и открывается задвижка бункера-смесителя. Также включается двигатель транспортера готовой продукции. Транспортер готовый продукции будет работать по заданному времени.
Исходя из функциональной схемы в процессе проектирования нужно выбрать следующее оборудование.
Двигатели шнековых питателей;
Преобразователь частоты;
Пусковую аппаратуру;
Тензо- датчики веса датчики положения;
Нормирующий суммирующий усилитель;
Кабели автоматические выключатели;
Контроллер блоки релейной коммутации и компьютер.
При проектировании системы дозирования сыпучих материалов необходимо правильно выбрать мощность двигателя и скорость вращения шнекового питателя.
По техническому заданию на проектирование известны параметры механизма и желаемая производительность системы. Производительность шнекового питателя прямо пропорциональна скорости вращения механизма и находится по формуле:
где D - внешний диаметр шнека;
S – шаг винта шнека;
n- скорость вращения шнекового питателя;
j - коэффициент производительности.
Для того чтобы определить скорость вращения шнекового питателя которая требуется для обеспечения заданной производительности системы выражаем ее из формулы (1):
где К3 – коэффициент запаса К3=11-13;
Для горизонтального шнека пассивная область целиком размещается на шнеке при условии SD≤1 и следовательно применима формула:
Тогда по формуле (2) рассчитываем скорость вращения шнекового питателя:
Секундная производительность
Удельный расход энергии
где m=08- коэффициент трения;
- насыпная объемная масса материала (кгм3).
Расчетная мощность на валу привода
Расчетный момент сопротивления на валу
Условия выбора электродвигателя редуктора и мотор-редуктора:
Мощность электродвигателя: ;
Скорость вращения вала: .
Принимаем мотор-редуктор:
цилиндрический двухступенчатый 2МРЦ-200
Таблица 1 – Параметры мотор-редуктора 2МРЦ-200.
Диапазон частот вращения выходного вала для регулируемого исполнения обмин
Крутящий момент на выходном валу Нм
Продолжение таблицы 1.
Номинальная частота двигателя обмин
Выставляем на мотор-редукторе передаточное число равное 63 со скоростью 230 обмин.
Ссылка на сайт производителя:
Основные характеристики двигателя сведены в таблицу 2.
Таблица 2 – Паспортные данные АИР180М4.
Рисунок 2 – Габаритные и присоединительные размеры 2МРЦ-200.
Таблица 3 – Габаритные и присоединительные размеры.
Рисунок 3 – Габаритные и присоединительные размеры АИР180М4.
1 Выбор преобразователя частоты
Так как технологический процесс не требует одновременной работы двух и более шнеков то все двигатели подключаются к одному и тому же преобразователю частоты по очереди через коммутатор из силовых пускателей.
Выбираемый ПЧ должен быть рассчитан на мощность мотор-редуктора т.е. 30 кВт.
Полная номинальная мощность двигателя определяется по формуле (8)
где Q – реактивная мощность двигателя:
По формуле (8) вычислим полную мощность двигателя:
Определим номинальный ток двигателя:
Принимаем к установке частотный преобразователь типа AT06-37 производства корпорации “Триол” (Россия). Параметры которого приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Паспортные данные ПЧ.
Номинальная мощность кВА
Номинальная мощность двигателя кВт
Номинальный ток нагрузки Iн A
х380 В +10% –15% 50(60) Гц ± 2%
(с заземленной либо изолированной нейтралью)
(значение макс. выходного напряжения программируется)
Коэффициент полезного действия
не менее095 (без двигателя)
Коэффициент мощности
Условия окружающей среды:
рабочая температура +1 +40°С
влажность (без конденсации) до 90%.
Кратковременное допустимое отклонение напряжения питающей сети при котором электропривод сохраняет работоспособное состояние
Сопротивление изоляции гальванически не связанных цепей и относительно корпуса не менее
Электрическая прочность изоляции
00 В 50 Гц в течение 1 мин
до 6 аналоговых входов;
до 2 аналоговых выхода;
до 6 дискретных входов;
до 6 релейных выхода;
до 2-х каналов интерфейса RS 485 стандарта Modbus.
Таблица 5 – Функциональные возможности ПЧ.
Управление работой АД во всех режимах:
- пуск по заданному алгоритму;
- длительная работа в заданном диапазоне частот вращения и нагрузок;
- торможение и останов по заданным алгоритмам
Регулирование технологического параметра за счет встроенного ПИД-регулятора
Защита ПЧ АД и механизмов в аварийных и нештатных режимах
Дистанционный прием и обработка сигналов управления задания параметров и режимов в том числе по каналу последовательной связи от управляющих машин и систем высшего уровня
Сигнализация отображение и дистанционная передача информации о параметрах и режимах работы
Учет отработанного времени
Регистрация отказов нештатных и аварийных режимов
Данный ПЧ полностью отвечает нашим требованиям.
Ссылка на сайт производителя:
Ссылка на сайт поставщика:
Рисунок 4 – Схема подключения силовых цепей
Рисунок 5 – Габаритные и присоединительные размеры АТ06-37 исполнение IP21 (основное исполнение).
Рисунок 6 – Габаритные и присоединительные размеры блока тормозного резистора (БТР11.1).
Рисунок 8 – Схема подключения электроприводов (цепи управления) Триол АТ06-37
Рисунок 9 – Размещение органов настройки на базовом модуле СУ электроприводов АТ0405
Таблица 6 - Назначение клеммников цепей управления.
предназначен для подключения внешних дискретных сигналов (6 дискретных входов Rвхода — 2 кОм I 10 20 мА).
программируемые дискретные выходы (250 В 3 А).
многофункциональный клеммник предназначенный для подключения внешних устройств в его состав входят клеммы:
— питание 24 В 05 А для датчика технологического параметра дистанционного пульта и т.п.;
— 2 гальванически не связанных программируемых аналоговых входа (0 5 мА 0(4) 20 мА 0 10 В);
— клеммы подключения внешней кнопки «АВАРИЙНЫЙ СТОП».
— питание 24 В 05 А для датчика технологического параметра;
— 1 аналоговый вход для подключения внешнего потенциометра «ЗАДАНИЕ»;
— 3 дискретных выхода (250 В 01 А).
дискретный выход «Электропривод включён» (250 В 3 А) и 1 программируемый дискретный выход (250 В 3 А).
клеммники используемые при установке дополнительных блоков. Клеммники ХТ15 ХТ16 устанавливаются при наличии следующих субблоков расширения:
— субблок интерфейса
— субблок аналоговых выходов (2 программируемых аналоговых выхода 0-5мА
— субблок аналоговых входов (2 гальванически не связанных программируемых аналоговых входа 0-5мА 0(4)-20мА 0-10В);
— субблок аналоговых входов (4 гальванически связанных программируемых аналоговых входа 0-5мА 0(4)-20мА 0-10В);
— субмодуль технологический.
2 Выбор контакторов автоматов защиты и силовых кабелей
Одним из требований к контакторам автоматам и силовым кабелям:
- должны выдерживать номинальный ток двигателя в длительном режиме.
2.1 Выбор контакторов и автоматов защиты
При производстве выбора использовалась программа по подбору оборудования промышленной автоматики “KOSS ” фирмы Danfoss (Дания). Все данные сведены в таблицу 7.
Номинальный ток двигателя определяется по формуле (10).
Таблица 7 – Параметры автоматов защиты и контакторов и проводов.
Напряжение цепи управления 24 DC220 AC
обозначение на схеме назначение
Выпишем характеристики контакторов и автоматов защит в таблицу 8.
Таблица 8 – Характеристики контакторов автоматов защит.
модификация характеристики
0 кВт380 В50 Гц I=60 A 3 контакта (3 NO)
для двигателей М1-М8
0 В50 Гц I=4000 - 6300 A 3 контакта (3 NO)
кВт380 В50 Гц I=90 A 3 контакта (3 NO)
для двигателей М9 М10 М12
0 В50 Гц I=16 - 25 A 3 контакта (3 NO)
для двигателей М9 М12
0 В50 Гц I=40 – 63 A 3 контакта (3 NO)
0 кВт380 В50 Гц I=72 A 3 контакта (3 NO)
0 В50 Гц I=630 – 900 A 3 контакта (3 NO)
кВт380 В50 Гц I=16 A 3 контакта (3 NO)
0 В50 Гц I=100 – 160 A 3 контакта (3 NO)
дополнительные контакты (1 NC)
для контакторов двигателей М9 М12
дополнительные контакты (1 NO)
для контакторов двигателей М9 М10 М12 М13
для контакторов двигателей М1-М8 М11
автомат QF1 сетевой выключатель (Поставщик 2)
0 В50 Гц I=10 – 16 A
где NO – замыкающий контакт
NC – размыкающий контакт.
Габариты и внешний вид контакторов автоматов защиты привожу ниже.
Ссылка на сайт поставщика 1:
Ссылка на сайт поставщика 2:
Поставщик 1: Концерн ПромСнабКомплект (Россия Москва).
Поставщик 2: ICS group (105082 Россия Москва ул. Ф. Энгельса 67).
Рисунок 10 – Контактор СI 6 – 50.
Рисунок 11 – Контактор СI 9– 30 DC.
Рисунок 12 – Блок дополнительных контактов CB для СI 6– 50.
Рисунок 13 – Габариты блока дополнительного контактов CB для СI 6– 50.
Рисунок 14 – Габариты контактора СI 6-50 CI 9-15 DCEl.
Рисунок 15 – Контактор СI 61 – 86.
Рисунок 16 – Блок дополнительных контактов CBD S-xx для СI 61– 86.
Рисунок 17 – Габариты контактора СI 61 73 86.
Рисунок 18 – Автомат защиты СTI 15.
Рисунок 19 – Габариты автомата защиты СTI 15.
Рисунок 20 – Автомат защиты СTI 100.
Рисунок 21 – Габариты автомата защиты СTI 100.
Рисунок 22 – Автомат защиты NS160N
(крепление на DIN-рейке с помощью переходника).
Рисунок 23 – Габариты автомата защиты NS160N.
2.2 Выбор силовых кабелей
Необходимо выбрать экранированный кабель рассчитанный на ток двигателя ШП. Для остальных двигателей выбирается не экранированный кабель.
Номинальное сечение жилы рассчитываем по формуле (11).
где - сечение жилы мм2.
- экономическая плотность тока Амм2 [1].
Таблица 9 – Экономическая плотность тока [2 таб. 1.3.36].
Согласно [2] для силовых кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией толщина изоляции жил сечением 1-240 мм2 на напряжение 04 кВ принята равной 10-24 мм в зависимости от сечения жил. Толщина экрана лежит в пределах 03 – 09 мм.
Согласно [3 таб 1.12] принимаем толщину изоляции для проводов на номинальное переменное напряжение от 220 до 400 В и сводим в таблицу 7.
Таблица 10 – Толщина пластмассовой и резиновой изоляции мм.
2.2.1 Выбор сечения кабеля рассчитанный на ток двигателя М1
принимаем ближайшее ном. значение .
Для обеспечения высокой надежности рекомендуется выбирать медные жилы.
Принимаем кабель силовой гибкий с медными жилами экранированный КГЭШ (3х16+1х10). Материалы из которых изготовлен кабель приведены в таблице 12. Основные технические характеристики приведены в таблице 11.
Таблица 11 – Технические характеристики кабеля КГЭШ (3х16+1х10).
Число и номинальное сечение жил мм2
Диаметр токопроводящих жил мм
Электрическое сопротивление токопроводящих жил на 1 км при 200С Ом не более
Толщина изоляции экрана основных жил мм
Наружный диаметр кабеля мм
Таблица 12 – Материалы используемые для изготовления кабеля КГЭШ.
Электропроводящие экраны
Двухслойная наружный слой – резина типа РШН
2.2.2 Выбор сечения кабеля рассчитанный на ток двигателя М11
Принимаем кабель силовой гибкий с медными жилами КГ (3х25+1х10). Основные технические характеристики приведены в таблице 13. Материалы из которых изготовлен кабель приведены в таблице 14.
Таблица 13 – Технические характеристики кабеля КГ (3х25+1х10).
Таблица 14 – Материалы используемые для изготовления кабеля КГЭШ.
Резина типа РШТ-2 РШТМ-2 РШТН-1
Изоляционно-защитная оболочка
2.2.3 Выбор сечения кабеля сетевого выключателя QF1
Сечение рассчитывается на ток при работе всех двигателей. (для двигателей М1- М8 учитываем один двигатель согласно режиму работы). Тогда суммарный ток равен 149 А.
Принимаем кабель силовой гибкий с медными жилами КГ (3х50+1х16). Основные технические характеристики приведены в таблице 15. Материалы из которых изготовлен кабель приведены в таблице 14.
Таблица 15 – Технические характеристики кабеля КГ (3х50+1х16).
2.2.4 Выбор сечения кабеля рассчитанный на ток двигателя М10
Принимаем кабель силовой гибкий с медными жилами КГ (3х15+1х15). Основные технические характеристики приведены в таблице 16. Материалы из которых изготовлен кабель приведены в таблице 14.
Таблица 16 – Технические характеристики кабеля КГ (3х15+1х15).
2.2.5 Выбор сечения кабеля рассчитанный на ток двигателя М13
Принимаем кабель силовой гибкий с медными жилами КГ (3х4+1х25). Основные технические характеристики приведены в таблице 17. Материалы из которых изготовлен кабель приведены в таблице 14.
Таблица 17 – Технические характеристики кабеля КГ (3х4+1х25).
2.2.5 Выбор сечения кабеля для цепей управления
Выбираем сечение равное 25 мм2 при расчете на максимальный ток до 8 А. Принимаем кабель силовой гибкий с медными жилами КГ (1х25). Основные технические характеристики приведены в таблице 18. Материалы из которых изготовлен кабель приведены в таблице 14.
Таблица 18 – Технические характеристики кабеля КГ (1х25).
В данном разделе рассматривается выбор датчиков веса нормирующего усилителя и концевых выключателей.
1 Выбор датчиков веса
Для контроля за весом бункера-дозатора необходимо установить как минимум три датчика веса. Так как максимальный вес бункера-дозатора составляет 25 тонн то каждый датчик должен быть рассчитан на 253=83 тонн. Также необходимо учесть вес самого бункера-дозатора и прикрепленного к нему оборудования.
Выбираем тензорезисторный S-образный датчик сжатия-растяжения модификации 60001 производитель Vishay Sensortronics с наибольшим пределом измерения 10 тонн. Основные технические характеристики выбранных тензодатчиков приведены в таблице 19.
Таблица 19 – основные технические характеристики тензодатчиков.
Наибольший предел измерения (НПИ) т
Класс точности по ГОСТ 30129 (МОЗМ Р 60)
Число поверочных интервалов ед.
Направление измеряемого усилия
Рабочий коэффициент передачи (РКП) мВВ
Компенсированный диапазон температур 0С
Рабочий диапазон температур 0С
Допустимая перегрузка % от НПИ
Разрушающая нагрузка % от НПИ не менее
Входное электрическое сопротивление Ом
Выходное электрическое сопротивление Ом
*Напряжение питания постоянного тока не более В
Электрическое сопротивление изоляции ГОм не менее
Степень защиты оболочки по ГОСТ 14254 (МЭК 529-89)
Рисунок 24 - Внешний вид тензодатчика (модификация 60001).
Производитель: предприятие «Vishay Sensortronics» входящее в корпорацию «Vishay Intertechnology Inc» (США)
Стоимость одного датчика составляет от 11000 рублей полные затраты на датчики веса составляют 33000 рублей.
2 Выбор нормирующего устройства
Нормирующее устройство должно иметь как минимум три входа для датчиков и выполнять суммирование входящих сигналов. Исходя из этих условий выбираем нормирующее устройство фирмы Тензо-М СНУ4-010. Технические характеристики приведены в таблицах 12 и 13.
Таблица 20 – Основные технические характеристики СНУ4-010.
Таблица 21 – Подробные технические характеристики СНУ4-010.
Напряжение питания усилителя (постоянное) В
Количество подключаемых датчиков (R=350 Ом)
Потребляемый ток мА не более
Сопротивление нагрузки Ом
Суммарная погрешность в рабочем диапазоне температур %
Допустимый температурный диапазон 0С
Габаритные размеры корпуса (без учета гермовводов) мм
Рисунок 25 – Внешний вид нормирующего устройства.
Нормирующий усилитель может дополнительно поставляться в комплекте с блоком питания. Блок питания выполнен в пластмассовом корпусе с возможностью крепления на DIN-рейку. Выбираем блок питания БП220-2412х2 обеспечивающий питание НСУ. Цена 1445 рублей.
Характеристики БП220-2412х2:
Входное напряжение может быть как постоянным так и переменным.
Переменное входное напряжение — от 170 до 270 В частотой от 45 до 70 Гц.
Постоянное входное напряжение — нестабилизированное от 170 до 270 В.
БП сохраняет свои параметры при подаче входного постоянного напряжения обратной полярности.
Максимальная потребляемая мощность при максимальной нагрузке на выходе — не более 22 Вт.
Выходное напряжение — постоянное (24±5) В; ток нагрузки от 0 до 0.8 А; пульсации от пика до пика не более 800 мВ.
Время установления выходного напряжения до номинального значения во всем диапазоне входного напряжения и температуры окружающей среды не более 1 с.
Выход БП защищен от короткого замыкания. После устранения короткого замыкания работоспособность БП восстанавливается менее чем через 1 с.
3 Выбор концевых выключателей
Выключатели концевые мгновенного действия серии ВК-200 ВК-300 предназначены для срабатывания в электрических цепях управления переменного тока напряжением до 660 В частоты 50-60 Гц и постоянного тока напряжением до 440 В под воздействием управляющих упоров (кулачков) в определенных точках пути контролируемого объекта. Выключатели допускают установку в любом положении в местах не защищенных от попадания пыли и случайного попадания брызг воды или масла падающих вертикально или под углом к вертикали (для ВК 200) или случайного обливания водой или маслом.
Рисунок 26 - Габаритные и установочные размеры ВК-200(300).
Рисунок 27 – Схема присоединения
Таблица 22 - Технические характеристики выключателей ВК 200 (300).
Номинальное напряжение В
переменный ток 5060 Гц
Усилие срабатывания выключателя Н не более
Продолжение таблицы 22.
Усилие отпускания выключателя Н не более
Рабочий ход привода градусов
Время срабатывания не более с
Конструктивное исполнение
Количество и род контактов
Частота включений в час не более
Механическая износостойкость млн. циклов не менее
Коммутационная износостойкость не менее по группам
Итого руб.(с сальником)
Производитель: Завод кранового электрооборудования «LSSINE» (КНР Люши (район Вэньчжоу)).
Таблица 23 – Сравнительный выбор малых модульных ПЛК для системы управления ТП.
(CP 1004) фирма “Teco”
Технические характеристики
1 количество каналов вводавывода;
– дискретные входы выходы
(Т=транзисторы R=реле)
2 уровни напряжения входоввыходов;
4 напряжения изоляции.
Эксплуатационные характеристики
– диапазон рабочих температур;
–относительная влажность %.
Потребительские свойства
– наработка на отказ(MTBF);
– среднее время восстановления(MTTR).
массогабаритные характеристики
Сравнивая параметры каждого сделан выбор в пользу продукции фирмы “Teco”.
В России интересы Teco представляет:
“I-home” (РФ 105118 г. Москва ул. Зеленоградская д. 35 к. 1);
1 Малый модульный ПЛК Tecomat Foxtrot
Этот компактный прибор снабжен процессором энергонезависимой памятью встроенной системой программирования миниатюрной жидкокристаллической панелью и несколькими кнопками для ввода программы и некоторых параметров в процессе работы. Устройство имеет дискретные и аналоговые входы и выходы и различные функциональные программные блоки такие как таймеры счётчики компараторы часы реального времени и многие другие.
Таблица 24 – Параметры модулей фирмы “Teco”.
Процессорный модуль
Блок питания постоянного тока
Основные технические данные условия эксплуатации
предохранитель T25L250B
Постоянные винтовые клеммы макс 25 мм2 RJ-45 (Эзернет)
Постоянные винтовые клеммы макс 25 мм2
Защита от помех на основе МЭК 60529
Потребляемая мощность
Диапазон рабочих температур (°С)
Оптическое изображение состояния
Оптическое изображение состояния вхвых
Продолжение таблицы 24.
Четыре входа можно установить как аналоговые с масштабом работы 0-10 В и различием 10 бит
В DC 5 мс вариант установки на входы DI0-DI3: быстрый счетчик
(2х161х32 bit) инкрементальный датчик положения (20 кГц)
(2х161х32 bit) инкрементальный датчик положения (20 кГц).
Реле 230 В ACDC гальваническая развязка
Реле 230 В ACDC гальв-ая развязка
Защита от индуктивной нагрузки
(RC-элемент варистор диод)
Системные показатели
Контур реального времени
Память программы и таблиц
Дополнительная память программы EEPROM
Дополнительная память бокс данных - Databox
Дополнительная память внешняя
Резервирование RAM и RTC
Интерфейс коммуникации(основной модуль)
RS 485232422 CAN M-Bus ProfibusDP Слейв LON и др. гальваническая развязка
TCL2 подключение до 10 периферийных модулей Фокстрот до 8 CIB Мастер скорость передачи данных 345 кБит
подключение до 32 элементов внутренней монтажной системы
Стоимостные показатели
Ссылка на сайт представителя:
Рисунок 28 – Процессорный модуль CP 1004 (TXN 110 04).
Рисунок 29 – Блок питания PS5024 (TXN 070 10).
а – Периферийный модуль IB-1301 (TXN 113 01)
б – Периферийный модуль IR-1501 (TXN 115 01).
2 Выбор персонального компьютера
Необходимо выбрать недорогой компьютер с низкой производительностью. Компьютер должен иметь сетевую карту со скоростью 100Мб10 Мб VGA – адаптер слоты для присоединения периферийных устройств (мышь клавиатура)
Таблица 25 – Параметры системного блока.
Интегрированная 386 МБайт
Разъемы внешних устройств
× USB 2.0 1 x COM 1 × Parallel 2 × PS2
-85% при 40ºС (работа)
Таблица 26 – Периферийные устройства персонального компьютера.
Acer LCD 17" V173b [1280x1024 2000:1 5мс 176гор176вер]
A4-Tech (KBS-720) Ergo black PS2
A4 OP-35D optical PS2
Creative 2.0 Inspire 245 [2 х 2 Вт]
Рисунок 31 – Персональный компьютер (АРМ оператора).
Структурная схема системы управления процессом дозирования и ее исследования на имитационной модели.
1 Оптимизация контура веса
Рисунок 32 – Структурная схема линеаризованного контура веса
На рисунке приняты следующие обозначения:
- передаточная функция регулятора веса;
- коэффициент передачи шнека.
Разомкнутый контур веса настроенный на модульный оптимум должен иметь следующую передаточную функцию:
где - малая постоянная времени контура веса.
Для определения величины транспортной задержки рассчитаем высоту бункера-дозатора.
где - объем бункера-дозатора;
- максимальная масса насыпаемого груза;
- насыпная объемная плотность.
Согласно (16) определим высоту бункера-дозатора.
Через ускорение свободного падения находим время транспортной задержки соответствующей массе “падающего столба”.
Согласно (17) определим малая постоянная времени контура веса
Принимаем малую некомпенсируемую постоянную контура веса равную величине транспортной задержки шнекового питателя =0594 с.
Протекание процессов по контуру веса имеет медленный характер по сравнению с процессами регулируемого электропривода. Поэтому в данной автоматической системе регулируемый привод можно представить пропорциональным звеном.
где iр – коэффициент передачи редуктора
fрв макс – выходная частота ПЧ.
Согласно (18) определим коэффициент РЭП
Коэффициент шнекового питателя:
Передаточная функция разомкнутого контура веса рассматриваемой системы по теории Кейслера (рисунок 24) определяется следующим образом:
Она должна быть приравнена к желаемой передаточной функции разомкнутого контура. Решая полученное уравнение относительно передаточной функции регулятора веса получаем:
Согласно (22) определим коэффициент регулятора веса
Имитационная модель линеаризованного контура веса разработанная в среде Matlab 7.0Simulink представлена на рисунке 33.
Рисунок 33 - Иммитационная модель линеаризованного контура веса.
Рисунок 34 – Переходный процесс дозирования линеаризованного контура веса
2 Исследование системы дозирования на имитационной модели
Имитационная модель автоматической системы дозирования сыпучих материалов разработанная в среде Matlab 7.0Simulink представлена на рисунке 35.
Рисунок 35 - Иммитационная модель автоматической системы дозирования сыпучих материалов.
Здесь оранжевым цветом выделены блоки моделирующие объект управления – шнековый питатель с заданной производительностью звено транспортной задержки (время падения дозируемого материала) и интегратор (растущая масса бункера-дозатора). Синим цветом выделены блоки моделирующие преобразователь частоты: задатчик интенсивности на входе преобразователя пропорциональное звено. Ограничение выходной частоты на верхнем и нижнем уровнях а также блоки имитирующие отключение электропривода при уменьшении ошибки дозирования ниже заданного уровня. Зеленым цветом выделены блоки задания на вес регулятор веса и блоки моделирующие квантование сигнала задания на скорость по времени и уровню. Датчик веса в модели имеет единичный коэффициент передачи.
Рисунок 36 - Результаты моделирования при задании 2500 кг.
Рисунок 37 - Результаты моделирования при задании 25000 кг.
Выше приведены переходные процессы дозирования 2500 кг (рисунок 36) 25000 кг (рисунок 37) материала. Точность дозирования составила 6 кг пересыпа материала при заданиях требуемой массы 2500 и 25000 кг. В верхнем окне показан график изменения скорости шнекового питателя. В нижнем окне: текущий вес m задание на вес mз и ошибка по весу . Наличие в системе транспортной задержки приводит к тому что после остановки двигателя т.е. потере управляемости системы вес продолжает увеличиваться как минимум на величину массы «падающего столба» материала. Кроме того масса столба уменьшается пропорционально скорости предшествующей остановке шнекового питателя.
В итоге моя система дозирования имеет производительность 200 тч с учетом того что выходная частота ПЧ была 50 Гц. Следовательно можно добиться большей производительности при увеличении выходной частоты однако это уменьшит точность дозирования. Для того чтобы увеличить точность дозирования необходимо учесть «падающий столб» и отключать шнеки немного раньше запланированного.
Принципиальная электрическая схема вынесена в графическую часть курсового проекта и выполнена на одном листе формата А3.
На принципиальной электрической схеме приняты обозначения которые сведены в таблице 27.
Таблица 27 – Перечень блоков принципиальной электрической схемы.
Преобразователь частоты
АРМ оператора (компьютер)
Блок питания БП-220-2412
Блок питания PS5024 (TXN 070 10)
Суммирующее нормирующее устройство СНУ4-010
Процессорный модуль CP 1004 (TXN 110 04).
Периферийный модуль IB-1301 (TXN 113 01).
Периферийный модуль IR-1301 (TXN 115 01).
Выбор шкафа электроавтоматики и его компоновка.
Размещение выбранного оборудования будет производиться в несколько шкафов электроавтоматики. В шкаф №1 будут размещены ПЧ (AT 06-37) и блок тормозного резистора (БТР11.1) (рисунок 38). В шкаф №2 будут размещены модули ПЛК Tecomat Foxtrot (CP 1004 IR-15011 IR-15012 IB-13011 IB-13012) блок питания постоянного тока (PS5024) автоматы защиты (QF1 – QF10) контакторы (KM1 – KM15) и блок питания постоянного тока (БП-220-2412х2) (рисунок 39).
Рисунок 38 – Шкаф №1.
Рисунок 39 –Шкаф №2.
Тензодатчики веса крепятся на бункер-дозатор. Нормирующий суммирующий усилитель крепится возле тензодатчика. Концевые выключатели располагаются возле задвижек бункеров и выполняют защитную функцию следовательно в шкафах электроавтоматики их нельзя разместить.
Шкаф изготавливается на заказ по требованиям заказчика. Цена договорная от 15000 руб.
Поставщик: ICS group (105082 Россия Москва ул. Ф. Энгельса 67).
Ссылка на сайт поставщика :
В ходе выполнения курсового проекта разработал функциональную схему АСУ ТП дозирования сыпучих материалов согласно техническому заданию.
Согласно разработанной функциональной схеме определил требуемой оборудование необходимое для реализации АСУ ТП после чего выбрал все необходимые компоненты системы.
После выбора требуемого оборудования проектируемой системы автоматизации разработал принципиальную электрическую схему соединений и скомпоновал выбранные элементы в двух шкафах электроавтоматики.
Заключительным этапом была разработка структурной схемы системы и моделирование. По результатам моделирования можно сделать вывод что погрешность системы дозирования составляет 6 кг.
В заключении необходимо отметить что спроектированная система имеет возможность для дальнейшего расширения.
Список использованной литературы
Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат 1996.
ПУЭ РФ (7-е издание переработанное и дополненное с изменениями) от 08.07.2002 №204.
Белорусов Н.И. Электрические кабели провода и шнуры: Справочник. М.: Энергоатомиздат 1988.