Разработка автоматизированной системы управления конвекционной сушильной камеры древесины

 

3.2 Выбор средств автоматизации. Конфигурирование автоматизированной системы управления технологическим процессом сушки древесины

 

Структурно автоматизированная системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) сушки древесины в конвективной сушильной камере спроектирована по распределенному в пространстве модульному принципу. Такой принцип построения, что дает возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода. В практической реализации при построении модульных систем автоматизации на Украине наиболее широкое распространение получили средства автоматизации фирмы Siemens (Германия). Исходя из этого, в качестве управляющего устройства проектируемой систем автоматизации применим программируемый логический контроллер SIMATIC S7-300 DP. Коммуникационные возможности SIMATIC S7-300 поддерживают требуемые функций управления на уровне операционной системы и обеспечат удобство эксплуатации и обслуживания, а также рентабельность решений для построения систем автоматического управления. Кроме этого, промышленные программируемые контроллеры данной серии, обеспечивают требуемые характеристики функционирования проектируемой системы автоматизации, а именно: работу в режиме реального времени; сохранение информации при отключении питания; опрос измерительных преобразователей.

Основываясь на требования к проектируемой системе управления (и количестве входных и выходных сигналов, возможностей обеспечения блокировки и защиты микропроцессорный модуль SIMATIC S7-300 может быть сформирован: процессором CPU 313, модулями ввода, вывода дискретных и аналоговых сигналов. Процессор CPU 313 – это дешевый центральный процессор с расширенным объемом памяти программ, способный выполнять скоростную обработку информации.

Процессор имеет следующие  характеристики:

- микропроцессор со  временем выполнения двоичной команды 600 нс;

- расширенный объем  памяти загружаемой памяти объемом 12 Кбайт;

- гибкие возможности расширения: подключение до 8 модулей;

- диагностический буфер  (для диагностических целей в буфере сохраняется 100 последних сообщений об отказах и прерываниях);

- необслуживаемое сохранение данных: центральный процессор способен сохранять данные без использования буферной батареи (NVRAM);

- сохранение программы  в карте памяти: программа контроллера  может сохраняться в сменной  карте памяти (Flash EEPROM) емкостью до 4 Мбайт;

- часы реального времени;

- встроенные коммуникационные функции:

- связи с панелью оператора;

- стандартные функции S7 связи;

Конструкция контроллера  отличается высокой гибкостью и  удобством обслуживания [10]:

• все модули легко устанавливаются на профильный рельс и фиксируются винтом;
• подключение модулей к внутренней шине контроллера проводится с помощью шинных соединителей;
• наличие фронтальных соединителей, которые разрешают делать замену модулей без демонтажа всех внешних соединений;
• подключение внешних соединений с помощью винтовых или пружинных контактов;
• применение модульных соединений (TOP connection) с 1- 3-или ведущим подключением;
• единая для всех модулей глубина установки; наличие защитных крышек, которые закрывают узлы подключения внешних цепей;
• возможность установки сигнальных модулей и коммуникационных процессоров на любые посадочные места монтажной стойки.

Данная серия ПЛК  имеет модульную конструкцию. C целью  определения конструктивного размещения интерфейсных, функциональных и коммуникационных модулей осуществим конфигурирование в среде Step 7 [10]. Для этого на начальном этапе проектирования распределим устройства по стойкам с учетом их функциональных и коммуникационных возможностей (см. рис. 3.3).

Основной набор модулей  контроллера показан по левую  сторону, дополнительный - по правую сторону. Два набора модулей соединенные в единую систему с помощью интерфейсного модуля IM 360.

Центральная стойка состоит  из следующих модулей:

• блок питания PS 307, который обеспечивает возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230В и распределенных устройств ввода/вывода информации напряжением в 24 В;
• центральный процессор CPU 315-2 DP со встроенным интерфейсом ведущего/ведомого устройства PROFIBUS DP [11];
• модуля дискретных выходов SM 322 (DO8xAC120/230V/1A).

 

 

Рисунок 3.3 – Конфигурация ПЛК в среде Step 7

 

Стойка расширения состоит из следующих модулей:

• модуля аналоговых входов SM 331 (A12x12Bit) в количестве 2 штук. Модули предназначены для обработки сигналов о положении вала исполнительных механизмов заслонок, скоростях вращения проточных вентиляторов, а также обработки сигналов от измерительных преобразователей температуры и влажности. Модуль ввода аналоговых сигналов состоит из программируемого модуля диапазона измерений, на который подается сигнал управления с датчиков. Если блокировка не срабатывает, то сигнал поступает на мультиплексор, где он мультиплексируется и затем поступает на аналого-цифровой преобразователь для преобразования в дискретную форму. Затем сигнал через интерфейс системной шины поступает на микроконтроллер. Питание микросхем внутри модуля производится с помощью внутреннего блока питания.
• аналоговых выходов SM 332 (A12x12Bit). Модуль предназначен для задания угловой скорости вращения проточных вентиляторов.

Распределение аналоговых модулей на стойке расширения вызвано  необходимость подключения к каждому модулю дополнительного источника питания PS 307 с целью компенсации токовых сигналов с датчиков температуры и влажности CVR 3/5 и KVR 3/5/.

На рис 3.4 показаны таблицы конфигурации и распределения адресов входов (I) и выходов (Q) для системы S7-300 (CPU 313-2 DP), который состоит из центральной стойки (0UR) и стойки расширения (1UR).

 

 

Рисунок 3.4 – Таблицы конфигурации и распределения адресов входов (I) и выходов (Q) для системы S7-300

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Автоматизированные системы управления технологическими процессами сушки древесины становится нормой в современном производстве пиломатериалов. В то же время, круг задач, решаемых этими системами, часто ограничен автоматизацией элементарных технологических операций, информационным сопровождением процессов и статистической обработкой данных. Построение эффективных систем управления конечно, немыслимо, без современных аппаратных и программных средств, которые открывают более широкие возможности

Одной из актуальных задач при автоматизации технологического процесса сушки древесины в конвективных камерах, является строгое соблюдение таких параметров сушки, как влажность и температура сушильного агента и древесины. Такое позволяет эффективно решать задачи непосредственного управления, а также весь круг сопутствующих задач, предназначенных для повышения эффективности работы сушильной камеры конвективного типа.

При модернизации системы  управления сушкой древесины проведен анализ технологического процесса и  современных средств автоматизации  конвективных сушильных камер. По результатам анализа поставлены и решены следующие задачи:

1. Управление процессом в сушильной камере, для изменения влажности воздуха в камере путем совместного регулирования температурных режимов и влагопереноса.

2. Разработанная автоматизированная система управления позволяет реализовать различные режимы сушки, что позволяет работать с автоматикой лицам, которые не имеют достаточной подготовки в отрасли сушки древесины.

3. Внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом сушки древесины в конвективных сушильных камерах позволяет повысить:

– эффективность процесса за счет сокращения подготовительной операции сушки;

– качество конечного  продукта за счет точного соблюдения технологических параметров сушки;

 

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

 

1. Громов В.С., Вишнепольский Р.Л., Тимофеев В.Н. Промышленная шина PROFIBUS, способы реализации в АСУ ТП // Средства и системы компьютерной автоматизации. [Цит. 2004, 5 февраля]. - Доступен с <http://www.asutp.ru/?p=600465>
2. Гудвин Г.К. Проектирование систем управления: Пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. – 911 с.
3. Макаров С.В. Технология сушки древесины / С.В. Макаров. М.: Синтекс, 1999. – 213 с.
4. Разживін О.В.. Методичні вказівки до курсового проекту з дисципліни «Технічні засоби автоматизаціїї» (для студентів спеціальності 7.092501 «Автоматизоване управління технологічними процесами»)/Укл.– Краматорськ: ДДМА, 2010. – 2010 с.
5. Сушильное оборудование: Сушильные камеры KATRES. Доступно с: http://derevo.agraf.ru/katalog/sushilnoeoborudovanie/sushki-Katres.
6. Автоматика для сушильных камер AutoDry. Доступно с: http://www.scron.ru/index.html.
7. Арендарчук А.В. Электротермическое оборудование направленного излучения/ А.В. Арендарчук, А.П. Слоботской.–М.: Энергоатомиздат, 1991.–80с.