Выбор аппаратных средств системы управления
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Произведем выбор технической реализации системы управления.

Спектр предлагаемой продукции ПЛК чрезвычайно широк. Приведем краткую оценку рынка контроллерных средств [6].

На нем работают все международные лидеры – производители данной продукции (АBB, Emerson, General Electric Fanuc Automation, Foxboro, Honeywell, Metso Automation, Moore Products, Omron, Rockwell Automation, Siemens, Yokogawa, Schneider Automation и др. Всего порядка 15 фирм, каждая из которых предлагает от двух до пяти контроллерных средств разных классов). Около 20 зарубежных производителей меньшего масштаба имеют российских дилеров, внедряющих их контроллерные средства на российских предприятиях (Koyo Electronics, Tornado, Triconex, PEP, Trey, Control Microsystems, GF Power Controls и др.).

Более 20 российских предприятий конкурируют с зарубежными производителями в разных классах контроллерных средств («Автоматика», ДЭП «Импульс», «Инсист Автоматика», «Интеравтоматика», «Квантор», «НИИтеплоприбор», «НВТ-автоматика», ПИК «Прогресс», «Саргон», «Системотехника», ТЕКОН, ЭМИКОН, ОВЕН и др.). Поскольку российские предприятия комплектуют контроллерные средства зарубежными микропроцессорами, стандартными сетями, типовыми системным и программным обеспечением, то продукция отечественного производства оказывается вполне конкурентоспособной по сравнению с импортными аналогами. К сожалению, при этом ее стоимость также становится сопоставимой с зарубежными аналогами.

В таблице 2 приведены некоторые характеристики ПЛК различных фирм. Все они построены по магистрально-модульному принципу, монтируются на панель или DIN-линейку, работают от напряжения +24 В, имеют широкий набор модулей.

Характеристики ПЛК различных производителей


Таблица 2

Тип ПЛК SISMAQ CQM1 SISMAQ C200H SMART 2 ADAM 5510 SIMATIC S7-300 DL 205 SLC 500
Фирма-производитель Omron Omron REP Advantech Siemens PLCDirect Allen-Bradley
Страна Япония Япония Германия США Германия США США
 Диапазон температуры (С) 0+55 0+55 -40+80 -10+70 -25+60 0+60 0+55
Влажность воздуха (%) 10-90 10-90 5-95 5-95 5-95 5-95 5-95
Гарантийный срок (лет) 3 3 3 2 1 1 1
Номенклатура (шт) 42 87 18 12 45 30 80
Количество модулей в каркасе (шт) До 11 3/5/8/10 До 14 4 До 8 3/4/6/9 4/7/10/13
Количество каналов в модуле 8/16/32 8/16/32/64 8 16 8/16/32 4/8/12/16 8/16/32
Размеры модуля (мм) 110 32 107 130 32 118 78 31 70 110 31 75 125 40 120 90 28 75 140 35 145
Вес модуля (г) 160-230 180-300 40-70 65-95 190-300 65-80 190-30
Мощность потребления (Вт) 0,85-1,2 0,24-1,3 0,1-0,27 0,25-0,3 0,6-2,0 0,5-1,0 0,5-2,2

 

Как видно из таблицы контроллеры имеют равные функциональные возможности, близкие технические и эксплуатационные характеристики и даже практически одинаковые размеры. В такой ситуации необходимо определить критерии оценки и выбора ПЛК, удовлетворяющего поставленной задаче.

Учитывая специфику устройств, критерии оценки можно разделить на три группы:

1. Технические характеристики

1.1.  Количество каналов ввода/вывода

1.2.  Быстродействие

1.3.  Уровни напряжения входов/выходов

1.4.  Напряжение изоляции

2. Эксплуатационные характеристики

2.1.  Диапазон рабочих температур

2.2.  Относительная влажность воздуха

3. Потребительские свойства

3.1.  Производительность

3.1.1. Время выполнения операции

3.1.2. Функциональность

3.2. Надежность

3.2.1. Наработка на отказ

3.2.2. Среднее время восстановления

3.3.  Затраты

3.3.1. Стоимость приобретения

3.3.1.1. Стоимость оборудования

3.3.1.2. Стоимость монтажа

3.3.2. Стоимость эксплуатации

3.3.2.1. Потребляемая мощность

3.3.2.2. Гарантийный срок

3.4. Массогабаритные характеристики

При этом критериями выбора следует считать потребительские свойства, т.е. соотношение показателей затраты/ производительность/ надежность, а технические и эксплуатационные характеристики ограничениями для процедуры выбора. Т.к. характеристики между собой конфликтны, т.е. улучшение одной характеристики почти всегда приводит к ухудшению другой, необходимо оценивать их применительно к решаемым задачам управления.

Из анализа достоинств и недостатков технических средств управления дискретными технологическими процессами наиболее подходящим управляющим устройством является программируемый контроллер SIMATIC S7-300 фирмы Siemens.

 

Рис.2 ПЛК SIMAITC S7-300

 

Этот выбор основан на следующих основных факторах:

- простоте данного средства автоматизации;

- относительно небольшой стоимости контроллера;

- довольно хорошем быстродействии процессорного модуля;

- достаточном количестве дискретных и аналоговых входов-выходов при возможности их расширения;

- понятном для пользователей программном обеспечении, которое поставляется вместе с контроллером и является относительно недорогим;

- существует широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи;

- есть возможность свободного наращивания функциональных возможностей при модернизации системы управления;

- простое включение контроллера в сетевые конфигурации;

- удобная конструкция и работа с естественным охлаждением.

Приведем назначение и общую техническую характеристику контроллера.

ПЛК S7-300 находит применение для автоматизации машин специального назначения, текстильных, упаковочных машин, машиностроительного оборудования, оборудования для производства технических средств управления и электротехнического оборудования, систем водоснабжения.

Контроллер предназначен для решения следующих задач:

1. сбор информации с датчиков;

2. выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов;

4. программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;

5. математическая обработка информации по различным алгоритмам;

6. обслуживание оператора, прием и исполнение его команд, аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;

11. обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, проверке технического состояния контроллера;

12. самоконтроль и диагностика контроллера, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу;

Программируемые контроллер S7-300 могут включать в свой состав [3]:

- модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от сложности решаемых задач в контроллере могут использоваться более 20 типов центральных процессоров;

- блоки питания (PS) для питания контроллера от сети переменного или постоянного ток;

- сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов;

- коммуникационные процессоры (CP) – интеллектуальные модули, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач в промышленных сетях и системах связи;

- функциональные модули (FM) – интеллектуальные модули, оснащенные встроенным микропроцессором и способные выполнять задачи автоматического регулирования, взвешивания, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора.

- интерфейсные модули (IM) – служат для подключения стоек расширения к базовому блоку контроллера, что позволяет использовать в системе локального ввода-вывода до 32 модулей различного назначения.

    Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания. Все модули устанавливаются на профильную шину S7-300 и фиксируются в рабочих положениях. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей. Порядок размещения модулей в монтажных стойках произвольный, за исключением модулей PS, CPU и IM, которые занимают фиксированные посадочные места.

    Все центральные процессоры S7-300 характеризуются следующими показателями:

- высокое быстродействие;

- загружаемая память в виде микро карты памяти ММС емкостью до 8 Мбайт;

- развитые коммуникационные возможности, одновременная поддержка большого количества активных коммуникационных соединений;

- работа без буферной батареи.

ММС используется для загрузки программы, сохранения данных при перебоях в питании CPU, хранения архива проекта с символьной таблицей и комментариями, а также для архивирования промежуточных данных.

Типовой набор встроенных технологических функций позволяет решать задачи скоростного счета, измерения частоты и длительности периода, ПИД - регулирования, позиционирования, перевода части дискретных выходов в импульсный режим.

Все центральные процессоры S7-300 оснащены востренным интерфейсом MPI, который используется для программирования, диагностики и построения простейших сетевых структур.

Система команд центральных процессоров включает в свой состав более 350 инструкций и позволяет выполнять следующие операции:

- логические операции, операции сдвига, вращения, дополнения, операции сравнения, преобразования типов данных, операции с таймерами и счетчиками;

- арифметические операции с фиксированной и плавающей точкой, извлечение квадратного корня, логарифмические операции, тригонометрические операции, операции со скобками;

- операции загрузки, сохранения и перемещения данных, операции переходов, вызова блоков, и другие операции.

Для программирования и конфигурирования S7-300 могут использоваться пакеты STEP 7 или STEP 7 Lite. Кроме того, для программирования контроллеров S7-300 может использоваться также весь набор программного обеспечения Runtime, а также широкий спектр инструментальных средств проектирования.

Промышленные контроллеры строят как модульные аппараты широкой номенклатурой взаимозаменяемых модулей, свободно устанавливаемых в едином каркасе, имеющем общую шину системы.

Для рассмотренных задач управления необходимы следующие модули:

1. Модуль центрального процессора:

Основные технические данные центрального процессора S7-300 CPU 312


Таблица 3

Технические данные CPU 312 Характеристики
Рабочая память 32 КБ
Загружаемая память ММС 64 КБ – 4 МБ
Время выполнения логических операций, мкс  
 Логических 0,2
 с фиксированной точкой 5,0
 с плавающей точкой 6,0
Количество флагов/таймеров/счетчиков 1024/128/128
Количество каналов ввода/вывода, дискретных/аналоговых, не более 256/64
Встроенные интерфейсы MPI
Количество активных коммуникационных соединений, не более 6
Габариты, мм 40х125х30

 

2. Модуль дискретного ввода/вывода

Выберем цифровой модуль ввода/вывода SM 323. Свойства модуля ввода/вывода:

- 16 входов, потенциально развязанных группами по 16;

- 16 выходов, потенциально развязанных группами по 8;

- номинальное входное напряжение 24 В постоянного тока;

-номинальное напряжение на нагрузке 24 В постоянного тока;

- выходы пригодны для переключателей и 2-, 3- и 4-проводных реле близости

- выходы пригодны для электромагнитных вентилей, контакторов постоянного тока и индикаторных ламп.

Технические данные SM 323; DI 16/DO 16 DC 24V


Таблица 4

Технические данные SM 323 Характеристика
Размеры и вес  
Размеры Ш  В  Г (мм) 40  125  117
Вес Около 260 г
Особые данные модуля  
Тактовая синхронизация Нет
Число входов 16
Число выходов 16
Длина кабеля - неэкранированного - экранированного   Макс. 600 м Макс. 1000 м
Напряжения, токи, потенциалы  
Максимальное напряжение на нагрузке 24 В постоянного тока
Число одновременно управляемых входов  
Горизонтальная установка - до  С - до  С   16 8
Вертикальная установка - до  С   16
Суммарный ток выходов (на группу)  
Горизонтальная установка - до  С - до  С   Макс. 4 А Макс. 3 А
Вертикальная установка - до  С Макс. 2 А
Потенциальная развязка - между каналами и задней шиной - между каналами  входы группами по  выходы группами по   Да   16 8
Допустимая разность потенциалов - между различными цепями тока   75 В постоянного тока/ 60 В переменного тока
Изоляция проверена напряжением 500 В постоянного тока
Потребление тока - из задней шины - из источника питания нагрузки (без нагрузки)   Макс. 80 мА Макс 80. мА
Мощность потерь модуля Тип. 6,5 В
Состояние, прерывания, диагностика  
Индикация состояния Зеленый светодиод на каждом канале
Прерывания Отсутствуют
Диагностические функции Отсутствуют
Данные для выбора датчика  
Входное напряжение - номинальное значение - для сигнала «1» - для сигнала «0»   24 В постоянного тока От 13 до 1 В От -30 до 5 В
Входной ток - при сигнале «1»   Тип. 7 мА
Входное запаздывание - с «0» на «1» - с «1» на «0»   От 1,2 до 4,8 мс От 1,2 до 4,8 мс
Входная характеристика В соответствии с IEC 61131, тип 1
Подключение2-проводных реле близости - допустимый ток утечки Возможно Макс. 1,5 мА
Подключение датчиков сигнала С помощью 40 канального фронтштекера
Данные для выбора исполнительного устройства  
Выходное напряжение - выходное напряжение при сигнале «1»   Мин. + (- 0,8 В)
Выходной ток - при сигнале «1»  номинальное значение  допустимый диапазон - при сигнале «0» (остаточный ток)     0,5 А От 5 мА до 0,6 А Макс. 0,5 мА
Выходное запаздывание (для омической нагрузки) - с «0» на «1» - с «1» на «0»     Макс. 100 мкс Макс. 500 мкс
Диапазон сопротивления нагрузки От 48 Ом до 4 кОм
Ламповая нагрузка Макс. 5 В
Параллельное включение 2 выходов - для резервирования управления нагрузкой   - для увеличения мощности   Возможны (только для выходов одной и той же группы) Невозможно
Управление цифровым входом - Частота переключения  при омической нагрузке  при ламповой нагрузке Возможно Макс. 100 Гц Макс. 0,5 Гц Макс. 10 Гц
Ограничение (внутреннее) индуктивного напряжения при отключении Тип. + (-53 В)
Защита выхода от короткого замыкания - порог срабатывания Да, электронная Тип. 1А
Подключение исполнительных устройств С помощью 40-контактного фронтштекера

 

Рис. 3 Схема подключения и схема принципиальная SM 323

1- Номер канала

2- Индикаторы состояния – зеленые

3- Подключение к задней шине

 

Рис. 4 Соответствие каналов адресам ввода и вывода


3. Модуль ввода

Выбираем модуль ввода SM 321; DI 16×DC 24 V. Свойства модуля ввода:

- 16 входов, потенциально развязанных группами по 16;

- номинальное входное напряжение 24 В постоянного тока;

- пригоден для переключателей и 2-, 3-, 4 – проводных датчиков близости.

Технические данные SM 321; DI 16×DC 24 V

 

Таблица 5

Технические данные SM 321; DI 16×DC 24 V Характеристика
Размеры и вес  
Размеры Ш  В  Г (мм) 40  125  117
Вес Около 200 г
Особые данные модуля  
Тактовая синхронизация Да
Число входов 16
Длина кабеля - неэкранированного - экранированного   Макс. 600 м Макс. 1000 м
Напряжения, токи, потенциалы  
Максимальное напряжение на нагрузке 24 В постоянного тока
Число одновременно управляемых входов  
Горизонтальная установка - до  С - до  С   16 8
Вертикальная установка - до  С   16
Суммарный ток выходов (на группу)  
Горизонтальная установка - до  С - до  С   Макс. 4 А Макс. 3 А
Вертикальная установка - до  С Макс. 2 А
Потенциальная развязка - между каналами и задней шиной - между каналами  входы группами по  выходы группами по   Да   16 8
Допустимая разность потенциалов - между различными цепями тока   75 В постоянного тока/ 60 В переменного тока
Изоляция проверена напряжением 500 В постоянного тока
Потребление тока - из задней шины - из источника питания нагрузки (без нагрузки)   Макс. 130 мА Макс 90 мА
Мощность потерь модуля Тип. 4 В
Состояние, прерывания, диагностика  
Индикация состояния Зеленый светодиод на каждом канале
Прерывания Параметризуемое
Диагностические функции Параметризуемое
Данные для выбора датчика  
Входное напряжение - номинальное значение - для сигнала «1» - для сигнала «0»   24 В постоянного тока От 13 до 1 В От -30 до 5 В
Входной ток - при сигнале «1»   Тип. 7 мА
Входное запаздывание - с «0» на «1» - с «1» на «0»   От 1,2 до 4,8 мс От 1,2 до 4,8 мс
Входная характеристика В соответствии с IEC 61131, тип 1
Подключение2-проводных реле близости - допустимый ток утечки Возможно Макс. 2 мА
Подключение датчиков сигнала С помощью 20-контактного фронтштекера

Рис. 5 Схема подключения SM 321; DI 16×DC 24 V

 

1 – номера каналов;

2 – Индикаторы состояния – зеленые.

 

4. Блок питания

Блок питания предназначен для питания контроллера, а также для датчиков и исполнительных устройств.

Выбираем блок питания PS 307; 10А.

Этот блок питания отличается следующими основными свойствами:

- выходной ток 10 А;

- номинальное выходное напряжение 24 В постоянного тока; регулируемой, устойчивое при коротком замыкании и холостом ходу;

- подключение к однофазной системе переменного тока (номинальное входное напряжение 120/230 В переменного тока, 50/60 Гц)

- надежная гальваническая развязка;

- может быть использован как источник питания нагрузки.

3. Модуль дискретного ввода

Технические данные PS 307; 10А


Таблица 6

Технические данные PS 307; 10А Характеристика
Размеры и вес  
Размеры Ш  В  Г Вес   200  125  120 1,2 кг
Входные данные  
Входное напряжение - номинальное значение Частота сети - номинальное значение - допустимый диапазон   120/230 В переменного тока   50 Гц или 60 Гц От 47 Гц до 63 Гц
Номинальный водной ток - при 230 В - при 120 В   1,7 А 3,5 А
Пусковой ток (при ) 55 А
Выходные данные  
Выходное напряжение - номинальное значение - допустимый диапазон - время нарастания   24 В постоянного тока 24 В  5%, устойчиво без нагрузки Макс. 2,5 с
Выходной ток - номинальное значение   10 А, параллельное включение не допускается
Защита от короткого замыкания Электронная, без фиксации
Остаточные пульсации Макс. 150 мВ (пиковое значение)
Электрические параметры  
Класс защиты I, с проводом защитного заземления
Параметры изоляции - номинальное напряжение - испытательное напряжение   250 В переменного тока 2800 В постоянного тока
Надежная гальваническая развязка Схема с безопасным сверхнизким напряжением
Буферизация исчезновения напряжения сети (при 93 в или 187 В) - темп повторения   Мин. 20 мс Мин. 1 с
КПД 89%
Потребляемая мощность 270 Вт
Мощность потерь Тип. 30 Вт
Диагностика  
Индикатор наличия выходного напряжения Да, зеленый светодиод

Рис. 6 схема подключения PS 307; 10 А

 

1. Индикатор наличия выходного напряжения 24 В постоянного тока.

2. Переключатель для выбора сетевого напряжения.

3. Выключатель напряжения 24 В постоянного тока.

4. Клеммы для подключения сетевого напряжения и защитного провода.

5. Клеммы для выходного напряжения 24 В постоянного тока.

6. Компенсатор натяжения проводов.

Для анализа положения ПР, выдвижения/задвижения рук ПР, сжатия/разжатия схвата рук ПР, открытия/закрытия электрической печи в систему управления РТК необходимо обеспечить датчиками. Датчики положения являются первичными источниками информации для систем автоматики.

Выбор датчиков связан как с техническими, так и с экономическими предпосылками. Поэтому должны быть приняты во внимание все аспекты их применения.

Наиболее эффективными и удобными для решения данных задач получения информации о положении объектов управления будут путевые выключатели. Они производятся двух типов – контактные и бесконтактные.

В условиях заводского цеха наиболее надежными будут бесконтактные путевые выключатели. Именно бесконтактные датчики положения могут располагаться в зоне воздействия вибраций, пыли, воды, агрессивных жидкостей, предельных температур, и надежность их работы определяет надежность работы системы управления. Они практически нечувствительны к влиянию окружающей среды, не содержат деталей, подлежащих износу, поэтому могут использоваться в промышленных условиях повышенной сложности во многих областях автоматизации. Бесконтактные выключатели применяются для обнаружения металлических объектов, обеспечивают экономичный метод бесконтактного обнаружения металлических объектов. Используются в первую очередь при высоких требованиях надежности, точности срабатывания, срока службы, частоты коммутации и т.д. Принцип действия: в датчике создается высокочастотное переменное поле, которое излучается от активной поверхности самого датчика, при приближении объекта к активной поверхности датчик срабатывает.

Поэтому большинство путевых выключателей будет в системе управления бесконтактные.

Бесконтактные путевые выключатели классифицируются по конструктивному исполнению, по конструктивной совместимости с оборудованием и условиями эксплуатации, по совместимости со схемой электроавтоматики.

Таким образом, для контроля положения ПР, разжима/зажима схвата рук ПР, выдвижения/задвижения рук ПР выбираем бесконтактыне путевые выключатели. Для контроля открытия/закрытия электрической печи можно выбрать контактные путевые выключатели.

В настоящее время выпускается достаточно много датчиков различными фирмами. Приведем несколько примеров бесконтактных путевых выключателей, индуктивного принципа действия и их характеристики.

Характеристики SICK IH 06 [9]

Таблица 7

Величина Значение
Диаметр, мм 6,5
Напряжение питания, В 24
Род тока Постоянный
Ток потребления, мА Менее 200
Частота коммутации, Гц 5000
Степень защиты IP 67

 

Характеристики SIMATIC PXI 300 [10]

 

Таблица 8

Величина Значение
Диаметр, мм 8
Напряжение питания, В 24
Род тока Постоянный
Выходной ток, мА 13…25
Частота коммутации, Гц 1500
Степень защиты IP 67

 

Характеристики OMRON E2A-S08-S02-D [11]

 

Таблица 9

Величина Значение
Диаметр, мм 8
Напряжение питания, В 24
Частота коммутации, Гц 1500
Вес 65 г
Степень защиты IP 67

 

Выбираем датчик SIMATIC PXI 300 компании Siemens.

Для контроля открытия/закрытия электрической печи выбираем контактные путевые выключатели.

Технические данные контактного конечного выключателя серии ВПК-2110Б [8]

Таблица 10

Данные Значение
Номинальный коммутируемый ток, А 10
Номинальное коммутируемое напряжение постоянного тока 440 В
Рабочий ход Не более 5,3 мм
Число полюсов 1
Масса, кг 0,41

 

Поворот ПР в заданные позиции и открытие/закрытие электрической печи будет осуществляться электрическим трехфазным асинхронным двигателем.

Для дистанционного управления двигателем (пуска, остановки, изменения направления) необходим магнитный пускатель.

Технические характеристики магнитного пускателя ПМ12-010 ОАО «Новосибирский завод низковольтной аппаратуры».

Технические магнитного пускателя ПМ12-010

 

Таблица 11

Данные Значение
Номинальный коммутируемый ток, А 10
Номинальное коммутируемое напряжение постоянного тока, В 380
Номинальное напряжение катушек управления, В 24
Число полюсов 1
Время срабатывания, мс 17-27
Масса, кг 0,41
Общий ресурс, млн. циклов 20

 

Зажим/разжим схвата рук ПР, выдвижение/задвижение рук ПР будет реализовано при помощи пневмопривода.

Следовательно, необходимо выбрать пневмораспределитель, в составе, которого есть электромагнит. Ведущим мировым поставщиком пневмоаппаратуры является международный концерн FESTO [5].

Универсальный распределитель FESTO тип CPE – это компактный распределитель. Малые размеры и вес позволяют установку непосредственно на приводе.

Технические данные пневомраспределителя FESTO CPE

 

Таблица 12

Технические данные Характеристика
Присоединение М5…3/8”
Ширина, мм 10/14/18/24
Расход , л/мин    180…3,200
Напряжение, В  24 В постоянного тока

 

Структурная схема управления РТК горячей штамповкой приведена в графической части курсовой работы на листе 3.

 







Дата: 2019-12-10, просмотров: 296.