Модули ввода вывода реферат

Обновлено: 04.07.2024

Название работы: Модули ввода/вывода (МВв/МВыв)

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: Модули выпускают в различном исполнении: входные выходные или комбинированные ввода вывода дискретные логические аналоговые и специальные в обычном или безопасном исполнении и пр. Модуль ввода вывода дискретных сигналов. 36 показан возможный вариант модуля ввода вывода логических сигналов для 8разрядного микроконтроллера.

Дата добавления: 2013-09-04

Размер файла: 36.68 KB

Работу скачали: 9 чел.

Модули ввода/вывода (МВв/МВыв) - это специальные электронные блоки (платы), предназначенные для связи ЦМ с элементами объекта управления (датчиками и исполнительными механизмами). Их подключение к ЦМ ПЛК может быть организовано тремя способами:

– Непосредственно параллельно на внутреннюю шину контроллера с использованием шинных соединителей (рис. 29);

– Параллельно на внутреннюю шину с помощью модулей подключения и дополнительных профильных реек (на расстоянии до 10 м от ЦМ);

– Последовательно с использованием промышленных сетей и устройств связи с удаленными (до сотен и тысяч метров) объектами (рис. 30).

При подборе МВв/МВыв следует учитывать следующие особенности.

1. Адресация конкретных клемм модулей может быть привязана либо к самим модулям, либо к их посадочным местам конструктива ПЛК (гнездам, разъемам);

2. Соотношение количества входов и выходов может быть либо свободно распределяемое пользователем, либо принудительное (как правило, 50 на 50).

3. Коммутация сигнальных проводов может быть выполнена либо на самом модуле, либо с использованием специальных клеммных блоков (что более удобно при ремонте и замене блоков).

4. Модули выпускают в различном исполнении: входные, выходные или комбинированные (ввода/вывода), дискретные (логические), аналоговые и специальные, в обычном или безопасном исполнении, и пр.



Рис. 36. Модуль ввода/вывода дискретных сигналов.

Цель работы: проектирование Модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных сигналов и ввода импульсных сигналов для интерфейса ISA.
Задачи:
Разработка структурной схемы модуля
Разработка принципиальной схемы модуля на дискретных компонентах
Разработка принципиальной схемы модуля на ПЛИС

Файлы: 1 файл

Курсовой.docx

В настоящее время автоматизация технологических процессов является одним из наиболее важных и развивающихся направлений технического прогресса. Разработчики систем управления стремятся проектировать такие системы, которые бы соответствовали современным требованиям. Достаточно важным является простота эксплуатации, высокий уровень стандартизации и унификации проектируемых систем управления, а также их экономически выгодное производство.

Современные системы программного управления технологическим оборудованием проектируются на основе модульного принципа построения, предусматривающего выполнение всех модулей системы как функционально законченных элементов. При этом необходимо обеспечить функциональную, электрическую и механическую совместимость модулей в системе.

Модули ввода-вывода предназначены для преобразования различных сигналов в цифровую форму и взаимодействия с контроллером через шину данных. Каждый модуль представляет собой съемное интерфейсное устройство.

Цель работы: проектирование Модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных сигналов и ввода импульсных сигналов для интерфейса ISA.

  • Разработка структурной схемы модуля
  • Разработка принципиальной схемы модуля на дискретных компонентах
  • Разработка принципиальной схемы модуля на ПЛИС

Данный модуль управляет технологическим оборудованием с характеристиками: 1 аналоговый вход, 1 аналоговый выход, 6 дискретных входов, 6 дискретных выходов.

На структурной схеме изображены элементы входящие в состав модуля ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов, и ввода импульсных сигналов.

С помощью шины адреса задается комбинация адреса к вводным и выводным элементам системы. К вводным элементам относят: входной регистр, АЦП, буфера счетчика. К выходным элементам относят: выходные регистры, ЦАП. Разрядность шины данных: 8 бит. Разрядность шины адреса: 16 бит. Для коммутации сигналов по уровню используется оптогальваническая развязка.

Для выбора адресуемых элементов используется дешифратор адреса, выполненный на микросхемах:

  • "Дешифраторы 3х8" – DD13-DD17
  • "ИЛИ-НЕ" –DD9;
  • "НЕ" –DD7;

В интерфейсе используется 16 разрядная шина адреса. Задание адреса для выбора адресуемых элементов представлено в таблице 1.

Таблица 1. Таблица адресов

В интерфейсе используется 8 разрядная шина данных. Для вывода дискретных сигналов используется регистр разрядностью 8 бит - микросхема DD12. С шины данных интерфейса на входы регистра RG2 подаются 6 бит данных. Обращение к регистру осуществляется через логический элемент на входы которого подается сигнал с дешифратора адреса (таблица 1) и сигнал IOR с шины управления. С этого же элемента сигнал через схему задержки поступает на линию ответа I/O CH RDY, т. к используется асинхронный обмен.

Для ввода дискретных сигналов используется регистр разрядностью 8 бит- микросхема DD20. На входы данных регистра с внешнего устройства подаются 4 бита данных. С выхода данного регистра сигналы поступают на шину данных интерфейса. Обращение к регистру осуществляется через логический элемент на входы которого подается сигнал с дешифратора адреса (таблица 1) и сигнал IOW с шины управления. С этого же элемента сигнал поступает на линию ответа I/O CH RDY, т. к используется асинхронный обмен.

Для согласования сигналов по уровню используется оптогальваническая развязка.

Для ввода аналоговых сигналов используются 8 разрядный АЦП с 1 аналоговым входом – DD11. Обращение к АЦП осуществляется через логический элемент, на входы которого подается сигнал с дешифратора адреса (таблица 1) и сигнал IOR с шины управления. Запрос прерывания осуществляется через триггер запроса прерывания – DD10.1, сигнал с выхода которого поступает на линию запроса прерывания IRQ.

Для вывода аналоговых сигналов используются 12 разрядный ЦАП с 1 аналоговым выходом – DD19. Т.к. разрядность шины данных не позволяет одновременно передать все данные на ЦАП, для передачи 8 бит данных используется 8 разрядный регистр - DD18, обращение к которому осуществляется через логический элемент на входы которого подается сигнал с дешифратора адреса (таблица 1) и сигнал IOW с шины управления. С этого же элемента сигнал через схему задержки поступает на линию ответа I/O CH RDY, т. к используется асинхронный обмен. Оставшиеся 4 бита данных подаются непосредственно на входы ЦАП. Обращение к ЦАП осуществляется через логический элемент, на входы которого подается сигнал с дешифратора адреса (таблица 1) и сигнал IOW с шины управления. Перед началом каждого цикла вывода данных на вход сброса ЦАП подаётся сигнал с логического элемента, в результате чего в регистр ЦАП записываются нули. На один вход логического элемента поступает сигнал с дешифратора, совпадающий с тем сигналом, по которому происходит адресация к ЦАП, а на второй вход логического элемента подаётся сигнал IOR.

Так как в схеме линии шины данных и линии сигналов IOR, IOW, Reset используются несколькими микросхемами, то данные сигналы требуют усиления. В качестве усилителей используются повторители DD1, DD2.

2. Разработка принципиальной схемы на дискретных элементах

2.1 Основные особенности

Модуль ввода/вывода аналоговых, дискретных и импульсных сигналов разработан на базе микросхем серии КР1533. Маломощные быстродействующие цифровые интегральные микросхемы серии КР1533 предназначены для организации высокоскоростного обмена и обработки цифровой информации, временного и электрического согласования сигналов в вычислительных системах. Микросхемы серии КР1533 обладают минимальным значением произведения быстродействия на рассеиваемую мощность.

2.2 Описание принципиальной схемы

Управление модулем осуществляется на основе стандартных протоколов интерфейса ISA.

Используемые сигналы управления: Сигнал I/OR(I/O Read – чтение устройства ввода/вывода) активный уровень низкий; Сигнал I/OW(I/O Write – запись в устройство ввода/вывода) активный уровень низкий; Сигнал RESET DRV (Reset Driver – Сброс Устройства) активный уровень высокий; Сигнал прерывания IRQ. Запрос на прерывание вырабатывается при переходе сигнала с низкого уровня на высокий.

  1. Чтение данных с регистра
  2. Запись данных в регистр
  3. Чтение данных с буфера
  4. Чтение данных с АЦП
  5. Запись данных в ЦАП

Дешифратор адреса (ДА) разработан на базе микросхем "DC". В состав ДА входят: задатчик адреса (ЗА) и схема дешифратора (DC). Задатчик адреса предназначен для задания адреса модуля, выбираемого из адресного пространства ША. Задание адреса обеспечивается формированием кода соответствующей разрядности. Задание адреса в данной схеме осуществляется установкой перемычек на джамперных разъёмах Х1-Х4 и с помощью микропереключателей SA1 и SA2 и инверторов. В схеме сравнения сравнивается адрес модуля с ЗА и адрес, выставляемый в данный момент процессором на ША. При равенстве кодов формируется сигнал разрешения дешифрации (РД). DC дешифрирует подаваемый на его входы двоичный код адреса в сигналы ADR выбора элементов в данном модуле. Линии ША, подаваемые на вход DC, определяют адреса занимаемые элементами модуля в адресном пространстве устройств ввода/вывода. В качестве схемы DC (DD17) был выбран дешифратор - демультиплексор 3 на 8 КР1533ИД7.

Процедура чтения данных с регистра

Рис. 1. Временная диаграмма процедуры чтения данных с регистра

Процедура записи данных в регистр

Рис. 2. Временная диаграмма процедуры записи данных в регистр

Процедура чтения данных с буферов

Проектирование модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных и цифровых сигналов, предназначенного для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть. Расчет временных задержек. Выбор резисторов на генераторе.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 25.03.2012
Размер файла 307,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Содержание

  • Введение
  • 1. Разработка структурной схемы
  • 2. Разработка принципиальной схемы
  • 3. Расчетная часть проекта
    • 3.1 Расчет временных задержек
    • 3.2 Расчет нагрузочных резисторов
    • 3.3 Выбор резисторов на генераторе
    • 3.4 Расчет усилителя
    • 3.5 Расчет фильтра питающего напряжения

    Введение

    1. Разработка структурной схемы

    Проектируемая МПСУ предназначена для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть и управления встроенными дискретными вычислительными элементами, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным управлением, по сигналам из сети или в зависимости от состояния дискретных входов.

    В состав структурной схемы входят:

    С помощью шины адреса задается комбинация адреса к вводным или выводным элементам системы, а так же на управляющий элемент, т.е. дешифратор. Дешифратор - это комбинационная схема с несколькими входами и выходами, преобразующая код, подаваемый на входы, в сигнал на одном из выходов, с помощью которого осуществляется управление входными и выходными регистрами, ЦАП, АЦП, буферами на счетчиках и генератором прямоугольных импульсов, через триггер управления. На выходе дешифратора появляется логическая единица, на остальных -- логические нули.

    К вводным элементам относятся: входной регистр, АЦП, буфера счетчика. К выводным элементам: выходные регистры, ЦАП, генератор.

    Регистры осуществляют прием, хранение и передачу информации. В данной системе используются параллельные регистры, то есть схемы разрядов не обмениваются данными между собой. Общими для разрядов обычно являются цепи тактирования, сброса/установки, то есть цепи управления.

    После регистров сигнал проходит через оптопару -- электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприёмника, связанных оптическим каналом и, как правило, объединённых в общем корпусе, предназначенный для развязки системы, т.е. для разделения между собой силовой части от управляющих сигналов. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.

    С дешифратора сигнал так же поступает на буфера обмена, которые используются в системе как вспомогательные элементы для передачи данных от счетчика к шине данных, т.е. в момент, когда с дешифратора на буфер обмена приходит ноль, он позволяет передавать сигнал со счетчика на шину данных. В системе используются асинхронные счетчики числа импульсов -- устройства, на выходах которых получаются двоичные (двоично-десятичные) коды, определяемые числом поступивших импульсов. Асинхронные счётчики строятся на JK-триггерах. Счетчики предназначены для счета импульсов.

    В систему так же включены цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который осуществляет преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд), и аналого-цифровой (АЦП), который преобразует входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

    Микросхемы и дискретные элементы, на которых выполнены структурные блоки:

    -шина данных - СНП64-64В-23-2,

    -выходной 4-разрядный регистр - КР1533ИР38,

    -ОГР на выходных регистрах - К293КП13П,

    -ОГР на входных регистрах - К293ЛП6Р,

    -буфера обмена - КР1533АП4,

    -асинхронные счетчики - КР1533ИЕ7,

    -триггер управления - КР1533ТМ8,

    -генератор на базе кварцевого резонатора RG02,

    -двухкаскадный усилитель на базе транзисторов КТ315А и КТ8330В,

    2. Разработка принципиальной схемы

    Количество импульсов считается через вход +1. В случае если 4-разрядный счетчик переполнен, то он сбрасывается на 0 и посылает сигнал на второй счетчик, потом аналогично на третий. Все биты поступают на буфер. Дешифратор подает управляющий сигнал EZ, который снимает высокоимпедансное состояние с выходов буферов, и информация поступает на шину.

    Модули ввода/вывода (I/O-модули) чаще всего используются в качестве слота в ПЛК или как распределенные системы ввода/вывода. В последнее время наблюдается наибольший рост соединений слотов ПЛК. Пять верхних мест заняли следующие соединительные коммуникации: Ethernet, 4-20 мА, Mod-bus RS-485, DeviceNet и беспроводные протоколы. Согласно опросу, проведенному Control Engineering среди своих подписчиков, затраты на модули в последующие 12 месяцев будут такими же или даже превысят уровень текущего года у подавляющей части респондентов (94%).

    Чтобы лучше понять предпочтения и потребности подписчиков в области модулей ввода/вывода, Control Engineering совместно с Reed Corporate Research проводил опросы в феврале 2006 г. и ранее, в декабре 2004 г. Были опрошены подписчики из разных отраслей промышленности, их мнения не совпадали.

    Среди респондентов исследования в феврале 2006 г., которые составляют спецификации, формулируют рекомендации и/или приобретают I/О-модули, 74% делают это для потребностей производства, а 46% приобретают их для комплектации производимого оборудования. Результаты декабрьского опроса 2004 г. показали соотношение соответственно 81% и 41%.

    По результатам опроса 2006 г. около 37% респондентов в основном используют устройства ввода/вывода как для непрерывного, так и для серийного производства, в то время как 16% упоминают только непрерывные процессы; 28% — дискретное производство, 13% — коммунальное обслуживание, 2% — только серийное и 4% — прочее. Если в 2004 г. примерно 45% респондентов в основном использовали модули ввода/вывода как для непрерывного, так и для серийного производства, то 23% упоминали только непрерывное производство; 16% — дискретное производство, 7% — коммунальное обслуживание, 5% — только серийное производство и 4% — прочее.

    Виды модулей

    В 2006 г. по объему применения (свыше 90%) среди модулей ввода/вывода верхнюю позицию занимают устройства с дискретными и аналоговыми входами и дискретными выходами. Это соотношение сохранится и в будущем году.

    В 2004 г. аналоговый вход, дискретный вход, сетевой интерфейс, дискретный выход и аналоговый выход входили в число самых применяемых модулей ввода/вывода (свыше 90%) и ожидается также, что они останутся наиболее распространенными.

    Показатели наибольшего (ок. 95%) и наименьшего (ок. 50%) процента использования в 2006 г. остались примерно такими же, как и в 2004 г. В этих крайних точках редко происходило смещение показателей более чем на 10%. ПИД перешел с 86% в 2004 г. на 74% в 2006 г., показатели для автоматического регулирования — 79% в 2004 г. и 68% в 2006 г. Блоки с сетевыми соединениями и блоки с встроенной логикой с 2004 по 2006 г. увеличились незначительно.

    Области применения модулей ввода/вывода

    В 2006 г. 81% респондентов применяют I/O-модули в ПЛК-системах, 59% вставляют их в ПЛК, 51% применяют в распределенных системах ввода/вывода, 46% используют смонтированные на DIN-рейке поставщиками средств управления на базе ПЛК, 35% — применяют в системах на базе ПК, 25% — в DCS-системах, 22% — смонтированными на DIN-рейке поставщиками, не работающими с контроллерами, 20% — в сетевом шлюзе, 10% — в программируемых контроллерах автоматизации (РАС), 14% — в отдельных точках, 9% — в устройствах IP67 блочного типа, 7% — в устройствах IP67 модульного типа и 2% — в прочих местах.

    В 2006 г. по сравнению с 2004 г. наибольшие изменения были связаны с увеличением на 12% доли модулей, вставляемых в ПЛК, и с уменьшением на 9% доли систем на основе ПК. Это снижение компенсировалось, однако, введением РАС, нового пункта для выбора, представленного в опросе 2006 г. Это объясняет спад в применении, поскольку РАС сочетают в себе логику ПК и надежность ПЛК.

    Как отмечает Томас Тромблей, менеджер по группе устройств ввода/вывода ArmorBlock в Rockwell Automation, некоторые новые технологии ввода/ вывода обеспечивают гибкость применения таких устройств за счет того, что любые точки могут использоваться как для ввода, так и для вывода. Это упрощает задачу конфигурирования любой системы управления.

    Методы связи

    В 2004 ив 2006 гг. в использующихся в настоящее время и планируемых коммуникациях преобладают протоколы Ethernet и 4-20 мА, оба свыше 70%. За ними следует DeviceNet — около 59% в 2004г. и 43% в 2006 г.

    Опрос 2006 г. был дополнен вопросами по беспроводным, Ethernet и другим протоколам. С учетом этого распределение мест среди сетей по объему применения выглядело следующим образом: Ethernet, 4-20 мА, Modbus RS-485, DeviceNet, беспроводные протоколы, ControlNet, Profibus-DP, HART, CAN-open, FOUNDATION fieldbus, Interbus, LonWorks, Optomux и Seriplex.

    По мнению Хелге Хорнис, менеджера интеллектуальным системам в Pepperl+Fuchs (P+F), к списку можно было бы добавить сети безопасности, которые активно используются, особенно в автоматизации предприятия.

    Роберт Бристоу, менеджер продукта в Honeywell, обращает внимание на значительный рост применения FOUNDATION fieldbus для передачи сигналов технологического процесса. В последнее время значительная часть компаний использует этот протокол, и эта тенденция, по его словам, сохранится в будущем.

    Протоколы Ethernet, беспроводные соединения

    Среди тех, кто использует протокол Ethernet с модулями ввода/вывода, распределение предпочтений по убыванию выглядит следующим образом: TCP/IP, EtherNet/IP, Modbus/TCP, UDP/IP, FOUNDATION fieldbus HSE, Profinet, SER-COS III, Ethernet-Powerlink, EtherCat и OptoMMP. Ведущие протоколы TCP/IP (80%) и EtherNet/IP (78%) значительно опережают Modbus/TCP (38%) и UDP/IP (28%).

    По словам Билла Блэка, менеджера контроллерного оборудования в GE Fanuc Automation, существует множество причин для того, чтобы отдать предпочтение Ethernet: простота установки, стоимость оборудования (серийные коммутаторы и концентраторы) и освоенность технологии.

    Закупки

    Респондентами опроса 2006 г. за последние 12 месяцев было приобретено в среднем 155 I/O-модулей. При этом средняя сумма закупок, приходящаяся на одного респондента, составила 111737 долларов.

    Закупка I/O-модулей в последующие 12 месяцев возрастет у 47% респондентов опроса 2006 г., 47% предполагают, что уровень закупок останется прежним, и только 6% предвидят снижение потребностей. Согласно результатам опроса 2004 г. немногим меньшее число (43%) предполагали увеличение закупок I/O-модулей в следующие 12 месяцев, 53% рассчитывали сохранить закупки на прежнем уровне, и только 4% предсказывали снижение потребностей.

    Для тех, кто делал закупки в 2006 г., основными характеристиками являлись техническая поддержка, ассортимент, коммуникационные возможности и простота применения. Сетевые возможности входят в первую пятерку основных характеристик, а ниже следует такой показатель, как цена (см. диаграмму).

    ИЗДЕЛИЯ С МОДУЛЯМИ ВВОДА/ВЫВОДА

    Гибкость, более простое подключение линии ввода/вывода

    Блок цифрового ввода/вывода без шкафа

    Конфигурация, обеспечивающая максимальную гибкость

    Mitsubishi Electric MELSEC ST

    Высокоскоростной счетный модуль

    High Speed Counter от GE Fanuc

    3 новых модуля связи

    DL05/DL06 от AutomationDirect

    Модули ввода/вывода согласуются с любым контроллером

    Для изготовителей оборудования или конечных пользователей, которые хотят создавать модульные механизмы и архитектуры управления, а также делать возможным распределение точек ввода/вывода по модулям механизма независимо от вида контроллера, компания Schneider Electric расширила свою распределенную систему ввода/вывода Advantys STB (торговая марка Telemecanique) новым набором модулей. Эта расширенная линия предоставляет ограниченный набор функциональных возможностей системы при сниженной удельной стоимости канала. Она также позволяет изготовителям комплектного оборудования оптимизировать соединения распределенного ввода/вывода механизма с модульной системой. Это дает возможность распределить соединения по всему механизму или процессу через один или несколько узлов полевой шины.

    Ethernet I/O со встроенным коммутатором

    Устройства цифрового ввода/вывода

    SmartSlice: удаленные модули ввода/ вывода

    Новое изобретение компании Omron — модули SmartSlice. Большое количество запатентованных интеллектуальных функций делает эту модульную систему одной из наиболее "умных" и, в тоже время, простых в использовании систем удаленного ввода/вывода, представленных на современном рынке. Система SmartSlice позволяет ускорить инжиниринг, упростить диагностику неисправностей и техническое обслуживание и существенно сократить время простоя оборудования, идет ли речь об отдельном агрегате, о технологической линии или о целом заводе.
    Все модули SmartSlice автономно собирают и хранят информацию, которая позволяет заранее планировать техническое обслуживание оборудования. Каждый модуль "запоминает" дату проведения последнего технического обслуживания. Своевременное обнаружение снижения производительности сокращает незапланированные простои и поддерживает производительность оборудования на должном уровне.

    В каждый модуль SmartSlice встроена функция раннего предупреждения, позволяющая планировать техническое обслуживание и предотвращать отказы оборудования. Предупреждения формируются по следующим событиям:

    • Выход напряжения питания за допустимый диапазон (например, из-за повреждения кабеля или ненадежного соединения).

    • Превышение установленного срока технического обслуживания, который может быть задан как временной интервал или количество срабатываний, указывающее на необходимость проведения проверки электромеханических узлов.

    3. Модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного тока.

    В составе FP2 есть комбинированные модули ввода/вывода FP2-XY64D2T и FP2-XY64D2P. Модули имеют по 32 канала на вход и выход с разъемом для соединения с внешними устройствами и характеристиками, по входам совпадающими с характеристиками модулей FP2-64XD2, а по выходам – с модулями FP2-Y64T, FP2-Y64P.

    4. Модули ввода аналоговых сигналов постоянного тока.

    Аналоговые сигналы в FP2 принимаются отдельным модулем УСО FP2-AD8 (8 каналов) и специализированным ЦПУ (для малых систем) FP2-C1A (4 канала на ввод и 1 на вывод). Оба модуля имеют клеммный блок для соединения с датчиками и характеристики, приведенные в табл.5. Каждый канал может быть автономно настроен на любой допустимый диапазон входного напряжения, в том числе на приме сигналов от термопар и термометров сопротивления, с помощью переключателей на задней панели модулей. Модуль ЦПУ FP2-C1A может быть установлен только на кросс-плате ЦПУ (а не на плате расширения)

    Табл. 3. Характеристики модулей аналоговых вводов

    (автономная настройка каждого канала)

    T (-200+250 0 C); R (0-1500 0 C)

    Pt100 (-100+500 0 C); Pt1000 (-100+100 0 C)

    3. Основные решения по автоматизации.

    В процессе нитрования пиридона показателем эффективности является концентрация азотной кислоты в реакторе, и целью управления является её поддержание на заданном уровне (Ск к = Ск кзд ). Расход пиридона на входе в реактор определяется предыдущим технологическим процессом и по нему действуют возмущения, а, следовательно, по нему нельзя регулировать концентрацию Ск к , поэтому изменяют расход азотной кислоты.

    Для выполнения материального баланса по жидкой фазе, определяемого уровнем нитромассы в реакторе, изменяют расход нитромассы в реакторе.

    Для выполнения теплового баланса регулируются температуры в реакторе и в стабилизаторе путём изменения расхода охлаждающей воды на выходе из рубашки реактора и стабилизатора.

    Для обеспечения соотношения перемешивания нитромассы с водой в стабилизаторе 1:2 используется регулятор соотношения расходов, использующий в качестве канала управления расход воды на входе в стабилизатор.

    Уровень смеси в стабилизаторе поддерживается постоянным путём изменения расхода готовой смеси на выходе стабилизатора.

    При недостаточном разряжении в линии отвода окислов азота (что может быть вызвано повышением давления в реакторе или неисправностью вакуум-насоса в линии разряжения) нитромасса из реактора сбрасывается в сбросную ёмкость.

    Система регулирования состоит из 4-х подсистем:

    контролируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе, температуры охлаждающей воды на выходах реактора и стабилизатора, нитромассы и смеси в аппаратах, уровни нитромассы в реакторе, смеси в стабилизаторе и воды в сбросной ёмкости, расход нитромассы на входе стабилизатора, пиридона на входе реактора, давление в линии отвода окислов

    регулируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе, температуры в реакторе и в стабилизаторе, уровни нитромассы в реакторе, смеси в стабилизаторе и воды в сбросной ёмкости, расход воды в стабилизатор

    сигнализируются: отклонение концентрации азотной кислоты в нитромассе, отклонение температур в реакторе и в стабилизаторе от заданных, аварийно-опасная ситуация (повышение давления в реакторе либо отсутствие разряжения в линии отвода окислов азота)

    при отсутствии подачи одного из компонентов прекращается подача и второго, при возникновении опасности взрыва реактора нитромасса сбрасывается в сбросную ёмкость, при недостаточном разряжении в линии отвода окислов азота нитромасса сбрасывается в сбросную ёмкость (во избежание попадания окислов азота в цех)

    На чертеже функциональной схемы автоматизации процесса нитрования пиридона (КП. ПСА.891.А2.01) представлена структура технологического процесса, а так же оснащение его приборами и средствами автоматизации.

    Схема состоит из девяти контуров регулирования.

    (регистрация и регулирование концентрации азотной кислоты в нитромассе Ск к по расходу азотной кислоты Gк, сигнализация существенных отклонений; компенсация возмущений по Gп)

    Концентрация азотной кислоты в нитромассе определяется первичным преобразователем АЖК-3101 (поз. 1а), устанавливаемым на байпасе трубопровода. Унифицированный сигнал 4…20 мА с него поступает на регистратор А542М и на контроллер Matsushita FP-2. Расход пиридона с уксусным ангидридом измеряется с помощью преобразователя РЭН-1 (поз. 1б), откуда поступает на регистратор А542М и, также, на контроллер. В контроллере реализован комбинированный регулятор с подключением компенсатора на вход регулятора. Управляющий сигнал с контроллера поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA1), с помощью которого можно выбрать режим управления: автоматическое управление с помощью МПК или ручное дистанционное с помощью переключателей “больше”, “меньше”. Далее управляющий сигнал поступает на бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.1ж), который с помощью этого маломощного управляющего сигнала обеспечивает коммутацию цепей управления исполнительного механизма МЭО-90 (поз. 3), который в свою очередь воздействует на регулирующий орган. Сигнализация осуществляется с помощью сигнальных ламп, расположенных на щите, и включаемых схемой сигнализации (см. КП.ПСА.891.А2.03).

    (регистрация и регулирование температуры q1 в реакторе по подаче охлаждающей воды Gхл1, температуры q2 в стабилизаторе по подаче охлаждающей воды Gхл2 и сигнализация существенных отклонений)

    (регулирование уровня h нитромассы в реакторе по отбору нитромассы Gвых, уровня воды hв в сбросной ёмкости по подаче воды Gв1, регистрация уровня в стабилизаторе hсм по отбору готовой смеси Gсм)

    Уровень в реакторе, стабилизаторе и сбросной ёмкости определяется буйковым уровнемером LT-100 (поз. 3а, 4а, 6а) с унифицированным выходным сигналом 4…20 мА. Выходной сигнал с первичных преобразователей передаётся на самопишущие миллиамперметры А542М и на аналоговые входы МПК. Управляющие сигналы с МПК поступают на блоки ручного управления БРУ-42 (поз. SA3, SA4, SA6) и, далее, на бесконтактные пускатели ПБР-2М (поз. 2в), которые с помощью этих маломощных сигналов обеспечивают коммутацию цепей управления исполнительных механизмов МЭО-90 (поз. 7, 9, 13), который в свою очередь воздействует на регулирующие органы.

    (регулирование концентрации готовой смеси в стабилизаторе по подаче воды Gв2)

    Задачей данного контура является обеспечение требуемого соотношения расходов воды и нитромассы на входе стабилизатора (1:2). Для этого, с помощью диафрагмы ДК16 (поз. 5а), соединённой импульсными трубками с измерительным преобразователем Сапфир-22ДД (поз. 5б), измеряется расход нитромассы на входе стабилизатора. Выходной сигнал (4…20 мА) с преобразователя поступает на регистратор А542М и, также, на контроллер. В контроллере формируется управляющий сигнал, обеспечивающий расход воды на входе стабилизатора в ДВА раза больший расхода нитромассы. Этот сигнал поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA5) и на бесконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М (поз. 5в)

    (блокировка, контроль и сигнализация разряжения в линии отвода окислов азота P)

    В процессе функционирования реактор требует отвода опасных для здоровья окислов азота. Для этого используется вакуумная линия отвода окислов, разрежение в которой не должно быть выше 600 гПа. Это разрежение измеряется преобразователем вакуума Метран-22ДВ, соединённым с трубопроводом (линией отвода) импульсной трубкой. Унифицированный сигнал с преобразователя поступает на самопишущий миллиамперметр А542М и на контроллер, формирующий сигналы блокировки (подаваемый на магнитный пускатель ПМЕ-121 (поз. 8в)) и сигнализации для срабатывания аварийной сирены. Магнитный пускатель, в свою очередь, коммутирует цепь управления электромагнитного клапана ЭМК (поз. 17), открывающего сбросный трубопровод, соединяющий реактор со сбросной ёмкостью.

    (контроль температур охлаждающей воды после реактора qхл1 и после стабилизатора qхл2)

    Контроль температуры хладоагента на выходе охлаждаемого объекта осуществляется с целью перегрева последнего. Температуры охлаждающей воды на выходах реактора и стабилизатора измеряются термометрами сопротивления (выходной сигнал 4…20мА), подключенными к двухканальному регистратору А542М и параллельно к контроллеру.

    4. Разработка принципиальной схемы автоматизации.

    Принципиальные схемы автоматизации предназначены для отражения взаимосвязей между приборами, средствами автоматизации и вспомогательными элементами, входящими в состав системы автоматизации, с учетом последовательности их работы и принципа действия.

    Принципиальные схемы составляются, исходя из заданных алгоритмов функционирования систем контроля, регулирования, управления, сигнализации и управления.

    На принципиальной схеме в условном виде нанесены приборы, аппараты, средства связи между элементами, блоками и модулями этих устройств. Схема изображена на листе формата А2 (см. прил. КП.891.А02.01).

    5. Компоновка средств автоматизации на щитах.

    Щиты и пульты предназначены для размещения приборов, средств автоматизации, аппаратуры управления, сигнализации, защиты, питания, коммутации и т.п. Щиты и пульты располагаются в производственных и специальных щитовых помещениях (операторских, диспетчерских и т.п.).

    Щит изображен на листе формата А2 (см. прил. КП.891.А02.03). При компоновке средств автоматизации был использован двухсекционный щит ЩШК–2–ЗП-1-1000х1000–УЧ-РОО–ОСТ 3613-76

    6.Построение электрических схем автоматизации.

    Принципиальные электрические схемы (ПЭС) включают:

    Схемы выполнены без соблюдения масштаба и действительного пространственного расположения элементов.

    На ПЭС управления отражена схема организации регулирования соотношения расходов путём изменения подачи воды.

    Технологическая сигнализация в данной работе служит для контроля безопасности рабочих цеха и выполнения технологического регламента. Схема сигнализации обеспечивает подачу световых и звукового сигнала, съем звукового сигнала, проверку исправности средств сигнализации.

    ПЭС изображены в приложении на листе формата А2 (КП.891.А02.02).

    7.Схемы внешних проводок.

    Схема соединений внешних проводок — это комбинированная схема, на которой показаны электрические и трубные связи между приборами и средствами автомати­зации, установленными на технологическом оборудовании, вне щитов и на щитах.

    Схема подключения внешних проводок выполнена на формате А2 (см. прил. КП.891.А02.04).

    Список использованной литературы:

    Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.

    Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

    Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / В.В. Баранов, Т.Х. Беановская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. В.В. Черенкова. - Л.: Машиностроение, 1987. - 847 с.

    Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 1991. - 480 с.

    Методические указания №№ 450, 387, 397, 571.

    Раздел: Технология
    Количество знаков с пробелами: 20627
    Количество таблиц: 3
    Количество изображений: 1

    Читайте также: