Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Структура и особенности систем управления тяжелыми станками 9
1.1 Общие характеристики систем управления в тяжелой промышленности 9
1.2 Особенности архитектуры систем управления тяжелыми станками на примере системы управления гидравлического трубоиспытательного пресса модели П089М 11
1.3. Постановка задачи исследования 32
Глава 2. Методы и средства повышения качества процесса управления тяжелыми станками 34
2.1. Анализ методов и способов повышения надежности процесса управления электроавтоматикой тяжелых станков 34
2.2 Разработка модели проектирования подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами гидравлического трубоиспытательного пресса модели П9046Р 37
2.3. Разработка модели системы динамической визуализации процессов для пресса П089М 55
2.4. Выводы по главе 66
Глава 3. Разработка методики проектирования системы управления тяжелым станком с использованием подсистемы распределенного ввода-вывода и разработки архитектуры построения системы динамической визуализации процессов в режиме реального времени 66
3.1. Общие принципы проектирования системы управления тяжелым станком 66
3.2 Проектирование системы управления тяжелым станком 69
3.3 Реализация системы управления тяжелым станком 82
3.4. Выводы по главе 106
Глава 4. Техническая реализация подсистемы динамической визуализации процессов состояний тяжелого станка на примере пресса П9046Р 106
4.1. Применение человеко-машинного интерфейса (НМІ) 106
4.2 Разработка подсистемы динамического отображения состояний 109
4.3 Реализация системы динамического отображения состояний пресса П9046Р 110
4.4 Выводы по главе 127
Оценка эффективности построения систем на основе принципа распределенного ввода-вывода и процедуры динамического отображения состояний 128
Основные выводы по диссертационной работе 130
Список использованных источников 132
Приложение № 1 134
Приложение № 2 136
- Особенности архитектуры систем управления тяжелыми станками на примере системы управления гидравлического трубоиспытательного пресса модели П089М
- Разработка модели проектирования подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами гидравлического трубоиспытательного пресса модели П9046Р
- Проектирование системы управления тяжелым станком
- Реализация системы динамического отображения состояний пресса П9046Р
Введение к работе
Актуальность работы
Эффективное внедрение систем автоматизации в машиностроительном производстве, особенно в станкостроении, напрямую зависит от применения не только новых технологий, но и применения новых принципов информационного взаимодействия компонентов системы
Все это требует совершенствования как внутренней структуры управления отдельным станком, так и совершенствования средств коммуникации и информационной связи нескольких станков.
Особенно актуальным является применение этих новых средств для тяжелых станков по следующим причинам
Значительный парк тяжелых станков до сих пор имеет устаревшие системы управления электроавтоматикой, что в значительной степени снижает надежность работы станков.
Кроме того, тяжелые станки реализуют ресурсоемкие и сложные технологические процессы, которые состоят из отдельных взаимосвязанных функционально законченных частей, разнесенных на значительные расстояния Это приводит к необходимости наличия физически длинных, громоздких линий связи, состоящих из бухт кабелей, систем коммутации, которые подвержены повреждениям и быстрому износу в цеховых условиях
При этом примитивные средства отображения и визуализации на экранах состояний компонент станка не дают полного представления о динамике развития и реализации технологического процесса в режиме реального времени.
В этом контексте актуальной задачей является, во-первых, разработка и применение новых систем управления электроавтоматикой тяжелых станков, на основе применения новейших конфигураций программируемых логических контроллеров (ПЛК), что значительно повышает надежность работы станка; во-вторых, разработка новых методов и средств организации более эффективного процесса управления всеми взаимосвязанными агрегатами станка, например, на основе распределенного ввода -вывода и внедрения систем динамической визуализации процессов в режиме реального времени; в третьих, разработка общего информационного взаимодействия тяжелых станков и других компонентов производственной структуры, что позволит создать современную единую распределенную систему управления производством, с применением системы SCADA и принципов клиент-серверной структуры.
Основной целью диссертации является повышение эффективности процесса управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера, с реализацией распределенного ввода-вывода и процедуры динамического отображения состояний в режиме реального времени.
Объектом и предметом исследования в данной работе является разработка новых эффективных форм управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе методики построения подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами станка и построения системы динамической визуализации процессов
Задачи исследования. Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи
Обосновать критерии выбора структуры и функции программируемого логического контроллера (ПЛК), с применением принципа распределенного ввода-вывода, как наиболее предпочтительной системы управления электроавтоматикой тяжелого станка
Разработать модель и методику проектирования системы управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера (ПЛК) типа S7-300 (Siemens), с реализацией принципа распределенного ввода-вывода и построения автоматизированной подсистемы динамической визуализации процессов в режиме реального времени, что позволило повысить качество процесса управления станков
Разработать прикладной интерфейс для подсистемы динамической визуализации процессов при управлении тяжелым станком в режиме реального времени на примере гидравлического пресса типа П9046Р
Разработать прикладные программные средства поддержки подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами станка и подсистемы динамической визуализации процессов в режиме реального времени
Оценить факторы повышения эффективности процесса управления тяжелым станком на основе внедрения подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами станка и построения системы динамической визуализации процессов в режиме реального времени
Научная новизна Новыми научными результатами, полученными в работе,
являются
установленные функциональные связи между количеством и качеством средств визуализации состояний узлов тяжелого станка и сокращением ресурсов для принятия решений со стороны оператора станка в режиме реального времени,
модель и методика проектирования системы управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера (ПЛК) типа S7-300 (Siemens) с реализацией принципа распределенного ввода-вывода и построения автоматизированной подсистемы динамической визуализации процессов в режиме реального времени, что позволило повысить качество процесса управления станков,
принцип организации структуры управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе модификации традиционной подсистемы ввода-вывода ПЛК в структуру распределенной системы управления, с вынесением блоков ввода-вывода непосредственно на устройства станка, что увеличивает надежность эксплуатации тяжелого станка,
метод расширения функций контроля состояний узлов станка и повышения качества принятия решения при работе станка на основе построения подсистемы динамической визуализации состояний и процессов работы тяжелого станка в режиме реального времени Методы исследований.
При решении задач, поставленных в работе, были использованы следующие методы теории автоматического управления, аппарат объектно-ориентированного подхода при разработке приложений, методы построения распределенных приложений
Практическая значимость
Практическая значимость работы заключается в повышении эффективности функционирования тяжелого станка на основе разработки распределенной системы управления электроавтоматикой и создания программной поддержки прикладного интерфейса по динамической визуализации процессов станка в режиме реального времени Реализация работы:
Разработанные в работе модели, методика проектирования и реализации подсистемы ввода-вывода ПЛК, как распределенной системы управления, построенной по принципу локальной шины и реализация подсистемы динамической визуализации процессов станка в режиме реального времени внедрены на «Коломенском заводе тяжелых станков», а также используются в учебном процессе студентов по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы публиковались и докладывались на заседаниях кафедры КСУ, на Международном форуме информатизации МФИ-2007// Труды международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии» 16-18 октября 2007 г, в 3-х тт ТЗ - М МЭИ, 2007, на международном семинаре «Конкурентноспособность машиностроительной продукции и производств», Москва, ГОУ МГТУ «Станкин», 2005 г Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 6 работ
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, изложенных на 131 странице машинописного текста, содержит 62 рисунка и 0 таблиц, список использованной литературы из 22 наименований и 2_ приложений на 3 страницах Общий объем работы - 136 страниц
Особенности архитектуры систем управления тяжелыми станками на примере системы управления гидравлического трубоиспытательного пресса модели П089М
Модель П089М предназначена для испытания труб 0530...830мм длиной 12м. Гидравлическим приводом, посредством которого приводятся в движение все механизмы пресса, является индивидуальный масляно-водяной привод, включающий в себя: установки насосов УШ...УН6; гидропанели ГШ...ГП4; установку клапанов УК1...УК4; установки пневмогидроаккумуляторов УА1, УА2; установки манометров УМ1...УМЗ; систему фильтрации и охлаждения масла; трубопровод.
Установки насосов УН1 и УН2 включают в себя аксиально-поршневой насос с производительностью 375 л/мин и предназначены для подачи рабочей жидкости в гидропривод пресса с давлением 28 МПа. Установки насосов УНЗ и УН4 включают в себя два шестеренных насоса. Первый насос с производительностью 182 л/мин предназначен для подачи рабочей жидкости в гидропривод пресса с давлением 20МПа, а второй с производительность 59 л/мин предназначен для подачи рабочей жидкости в гидропривод пресса с давлением 5МПа. Установки насосов УН5 и УН6 включают в себя центробежные насосы с производительностью 360 м /ч и предназначены для подачи технической воды в гидропривод пресса с давлением 0,8МПа.
Гидропанели ГП1...ГП4 предназначены для управления движением механизмов пресса, являющихся неотъемлемой частью техпроцесса испытания трубы.
Установки клапанов УК1...УК4 предназначены для управления следующими процессами:
Наполнения трубы и технологических манжет (играют роль уплотнителей трубы) технологической водой,
Поддержания соответствующего давления воды в наполненной трубе и манжетах,
Сброса давления воды в трубе (манжетах) после ее испытания.
Установка манометров предназначена для контроля давления управления и аварийного отключения насосов управления в случае превышения давления за предельные значения.
Пневмогидроаккумуляторы УА1, УА2 предназначены для поддержания давления управления в определенном интервале значений, соответствующих нормальной работе гидравлического привода. Это позволяет увеличить производительность пресса и более эффективно расходовать энергетический потенциал гидропривода.
Система фильтрации очищает масло гидропривода от посторонних частиц, что позволяет увеличить производительность пресса и уменьшить время простоя оборудования.
Система охлаждения предназначена для охлаждения рабочей жидкости, что исключает возможность перегрева оборудования и увеличивает сего срок службы.
Система управления пресса.
Основной задачей разработки является создание единой, централизованной СУ, которая позволит управлять техпроцессом испытания трубы под давлением. Поэтому данная СУ должна удовлетворять требованиям высокой надежности и быстродействия. При этом СУ должна обрабатывать информацию в реальном масштабе времени, т.к. процесс испытания трубы составляет 2.5 - 4 минуты. Рассмотрим особенности построения каждой из подсистем в отдельности.
Система управления гидроприводом.
Как уже говорилось выше, гидропривод состоит из установок насосов УН1...УН6, которые приводятся в движение трехфазными асинхронными двигателями переменного тока. Система управления гидроприводом представляет собой совокупность силовых электрошкафов, посредством которых происходит управление гидроприводом (запуск, остановка, а также устройства защиты электродвигателей).
На рис. 1.2 представлена схема управления насосами (УН1...УН4) на примере насоса УН1 [13], которая является общей для всех, единственным отличием является подбор необходимых параметров элементов управления.
Для обеспечения необходимого давления управления (масляный гидропривод) применяются трехфазные асинхронные электродвигатели напряжением 380В переменного тока с частотой 50Гц следующих номиналов: для давления магистрали 28МПа - два электродвигателя мощностью 110 кВт 1500 об/мин, для давления магистрали 20 МПа и 5 МПа — по одному электродвигателю мощностью 75 кВт 1500 об/мин.
Все электродвигатели питаются от общезаводской сети 380В переменного тока частоты 50 Гц. От бросков напряжения в сети каждый электродвигатель защищается автоматическим выключателем (QF01). Также предусмотрена защита двигателя от перегрузок по току, которая обеспечивается реле тока (КА1,КА2), настроенных на 20% превышение тока при работе двигателя на номинальную нагрузку. Для того чтобы предохранить двигатель от перегрева, в данной подсистеме управления насосом Ml установлено тепловое реле (FP1).
После того, как оператор путем нажатия кнопки на пульте управления произвел запуск двигателя Ml, включается реле KV01, которое в свою очередь включает катушку силового контактора КМ 1 (что сигнализирует оператору о запуске двигателя). В первоначальный момент запуска двигателя токовое реле блокируется, т.к. пусковой ток в данном случае превышает номинальный ток и достигает трехкратного увеличения. В случае срабатывания одной из защиты, электродвигатель отключается путем размыкания реле KV01. Остановка двигателя может производиться оператором вручную с пульта управления (см. описание управляющего органа) путем нажатия кнопки «Стоп». При нажатии на кнопку «Аварийный стоп» электродвигатели также отключаются путем размыкания контактов минимального расцепителя автоматического выключателя (QF01). Каждый элемент защиты электродвигателя диагностируется, поэтому при возникновении любого из отказов, сигнал от устройства защиты поступает в контроллер и предоставляется затем оператору в качестве диагностического сообщения на экране терминала.
В отличие от масляного привода запуск водяного привода осуществляется посредством частотного преобразователя MICROMASTER 440, предназначенного для регулирования трехфазных двигателей.
Преобразователь оснащен микропроцессорной системой управления и использует самые современные технологии с IGBT модулями -транзисторами (Insulated Gate Bipolar Transistor = биполярный транзистор с изолированным затвором). Вследствие этого преобразователь является надежным средством для запуска двигателей. Оригинальный способ -широтно-импульсной модуляции с выбором частоты коммутации дает возможность бесшумной работы электродвигателя. Обширные функции защиты обеспечивают эффективную защиту преобразователя и электродвигателя.
Данный преобразователь обладает следующими свойствами: Основные характеристики.
Легко устанавливается, параметрируется и запускается в эксплуатацию.
Малое время отклика на сигналы управления.
Соответствует международным нормам электромагнитной совместимости.
Может работать с источниками энергии сравнимой мощности.
Модульная конструкция для очень гибкой конфигурации.
Высокая частота коммутации для бесшумной работы электродвигателя.
Подробная информация о состоянии и встроенные функции сообщений.
Разработка модели проектирования подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами гидравлического трубоиспытательного пресса модели П9046Р
Этап проектирования системы управления подразумевает под собой несколько частей:
1. проектирование системы управления гидроприводом,
2. проектирование системы управления электроавтоматикой.
Каждый из перечисленных этапов подразумевает под собой не только создание принципиальных схем, но и подбор устройств электроавтоматики, от которого зачастую будет зависеть эффективность и надежность создаваемой системы управления.
Проектирование системы управления гидроприводом.
Как уже говорилось ранее, гидропривод состоит из масляного и водяного приводов, которые работают независимо друг от друга.
Для управления насосами гидроприводов используются асинхронные трехфазные двигатели необходимой мощности. Выбор двигателей осуществляется исходя из технических характеристик насосов управления согласно гидрокинематической схеме. В итоге были выбраны электродвигатели со следующими характеристиками: четыре мощностью 132кВт, 1500 об/мин, 380В, 50Гц; два мощностью 110кВт, 1500 об/мин, 380В, 50Гц и один мощностью 30кВт, 1500 об/мин, 380В, 50Гц. Все электродвигатели имеют встроенную температурную защиту. Степень защиты IP55 позволяет устанавливать электродвигатели непосредственно на насосы управления.
Из технических характеристик двигателей вытекает, что они будут питаться от цеховой сети 380В, 50Гц. Исходя из общих принципов построения системы управления гидроприводами, была построена изображенная на рис. 2.2 схема управления (на примере, управления насосом мощностью 132кВт) [14,17,20]:
Для защиты схемы от бросков напряжения из общезаводской сети 380В,50Гц на входе устанавливается автомат защиты QF01 (3VL47 31-2DC36-2GD1), выбранный исходя из мощности потребления электродвигателя (номинальный ток - 315А, ток теплового расцепителя 250-315А, ток максимального расцепителя 1575-3150А). Данный автомат имеет в своем составе минимальный расцепитель на НОВ, предназначенный для аварийного отключения питания всей схемы в случае нажатия аварийной кнопки с пульта управления.
Автоматический выключатель QF31 (0,6А с 12 кратной отсечкой) предназначен для коммутации цепей управления и элементов электроавтоматики схемы, а также защищает их от внешних бросков напряжения. Работа всех автоматов защиты контролируется ПЛК, и в случае срабатывания одного из них блокируется работа пресса. Для запуска электродвигателя (Ml) используется устройство плавного пуска (UZ1) Sirius 3RW40 (мощностью 132кВт, 23ОА) фирмы Siemens, которое имеет такие встроенные функции как: полупроводниковая защита двигателя и собственная защита устройства от перегрузок; регулируемое токоограничение для плавного пуска и остановки трёхфазных асинхронных двигателей; диапазон номинальной мощности от 75 до 250 кВт (при 400 В).
Выбор данного устройства плавного пуска объясняется следующими его достоинствами: плавный разгон/торможение, безрывковый запуск, сокращение бросков тока, отсутствие колебаний напряжения в сети во время запуска, снижение нагрузки на сеть, снижение механической нагрузки на работающий механизм, значительная экономия пространства и легкий монтаж по сравнению со стандартными устройствами плавного пуска, не требует ухода, очень простое управление. Для защиты двигателя от перегрузки по току в процессе его работы устанавливается токовое реле (КА1), которое ограничивает увеличение тока двигателя на 0,2 от номинального значения.
Индикаторная лампа (HL51) сигнализирует о наличии напряжения питания на устройствах автоматики данной схемы.
По такой схеме строятся остальные системы управления насосами гидроприводов, за исключением насоса рассчитанного на 30кВт. Данный электродвигатель подключается напрямую (без устройства мягкого пуска) к цеховой сети 380В, 50Гц [15,18].
Как и в схеме с устройством мягкого пуска для защиты двигателя от сетевых бросков напряжения устанавливается автомат защиты QF37 (63А с 12 кратной отсечкой). Для защиты двигателя от перегрева устанавливается тепловое реле FP7. RC-цепочка (RC7) предохраняет цепь защиты от бросков напряжения от двигателя в момент его включения.
В совокупности все схемы управления насосами гидроприводов образуют общую систему управления гидроприводом данного пресса.
Таким образом, разработанная схема управления насосом гидропривода удовлетворяет техническим требованиям по эксплуатации и технике безопасности при эксплуатации электродвигателей.
Проектирование системы управления автоматикой.
Первоначальным этапом проектирования системы управления электроавтоматикой является выбор программируемого логического устройства (ПЛК). Из широкого выбора контроллеров, выбор был остановлен на ПЛК фирмы Siemens из семейства S7-300, исходя из следующих соображений [1,2]:
1. Данный контроллер обладает высокой производительностью и позволяет обрабатывать данные в реальном масштабе времени.
2. Выбранный процессор (CPU 314-2DP), входящий в состав ПЛК, имеет в своем составе два встроенных интерфейса (MPI и Profibus DP), позволяющих организовать внутреннюю сеть с использованием станций распределенного ввода/вывода. Помимо этого он имеет в своем составе встроенные аналоговые входы и выходы, что позволит подключить к ним аналоговые датчики давления без дополнительных затрат на приобретение аналоговых модулей.
3. Оборудование завода заказчика в основном построено на автоматике данной фирмы. Поэтому применение контроллера S7-300 позволит организовать в дальнейшем общезаводскую сеть без дополнительных согласующих устройств.
Выбор устройств электроавтоматики.
После выбора ПЛК возникает необходимость в подборе устройств автоматики, непосредственно которыми и будет управлять контроллер. Но прежде, чем производить данный подбор необходимо решить, какие из устройств автоматики будут подключаться непосредственно к ПЛК, а какие к станциям распределенного ввода/вывода.
После анализа гидрокинематической схемы было принято следующее конструктивное решение:
1. все электромагниты подключаются к станциям распределенного ввода/вывода. Такая необходимость вызвана тем, что гидропанели, на которых установлены электромагниты, установлены на гидробаках (баки 1,3,4), а они в свою очередь располагаются на больших расстояниях от кабины пультовой, где расположен ПЛК.
2. все устройства автоматики, принадлежащие системе управления гидроприводом и подлежащие контролю и диагностики со стороны ПЛК, подключаются к станции распределенного ввода/вывода, расположенной непосредственно внутри данной системы управления.
3. все органы управления, расположенные на пультах управления (предназначены для управления прессом в наладочном режиме) подключаются к двум станциям распределенного ввода/вывода, установленных в данных пультах управления.
4. остальные устройства автоматики (бесконтактные датчики положения, манометры, аналоговые датчики давления, реле давления) подключаются непосредственно к ПЛК.
Исходя из этого решения, и строится система управления данного пресса.
Проектирование станций распределенного ввода/вывода.
Согласно гидрокинематической схеме (см. рис. 2.1) , масляный гидробак (бак Б1) содержит в своем составе следующие устройства автоматики:
53 электромагнита, расположенных на шести гидропанелях и семи установках клапанов. Каждый электромагнит имеет мощность потребления ЗОВт. При расчетном постоянном напряжении 24В ток его нагрузки составляет 1,25 А.
5 фильтрующих элемента, содержащих в своем составе бесконтактный индуктивный датчик с рабочим напряжением 24В, током потребления 7мА.
3 пропорциональных электромагнита, управляющих давлением в трубе, манжетах и запорных цилиндрах.
Один уровнемер, контролирующий уровень рабочей жидкости в баке и один термометр, контролирующий температуры данной жидкости. Эти устройства электроавтоматики имеют переменное рабочее напряжение 110В.
Проектирование системы управления тяжелым станком
Следующим этапом создания системы управления является проектирование ее подсистем. Этот этап подразумевает разбиение системы управления на функционально законченные части и определения взаимодействия между ними.
Любую систему управления оборудования в тяжелой промышленности можно разбить на следующие подсистемы (рис. 3.1):
Орган управления,
Подсистема управления гидроприводом,
Подсистема управления механизмами пресса,
Каждая из этих подсистем является независимой от других, т.е. являются функционально законченными частями единой системы управления.
Разработка органа управления.
Орган управления - это пульт управления, посредством которого осуществляется контроль и управление всеми подсистемами в целом. На данном этапе происходит компоновка пульта управления органами управления (переключателями, кнопками) и контроля (программируемый терминал и средства контроля параметров техпроцесса) согласно функциональной диаграмме рис.3.2 [15,16,17,20].
При проектировании пульта управления разработчик должен выполнить следующие задачи, поставленные перед ним:
Определить количество устройств, которые должны подвергаться управлению со стороны пользователя. Устройства управления должны охватывать все подсистемы в полном объеме, т.е. в любой момент времени пользователь должен иметь возможность управлять любым механизмом оборудования. Поэтому первоначально разработчику необходимо узнать специфику работы оборудования, а потом уже определять количество элементов управления.
После данного анализа разработчику необходимо разбить, выбранные им элементы на функциональные группы, что позволит упростить в дальнейшем процесс проектирования. Обычно в оборудовании тяжелой промышленности выделяются следующие группы элементов управления и индикации: переключатели управления механизмами пресса, кнопки и переключатели управления гидроприводом, панель индикации (программируемый терминал и индикаторы аварийных состояний оборудования) и индикаторы основных параметров техпроцесса. Таким образом, на данном этапе разработчику необходимо отсортировать элементы управления по их функциональному назначению.
Следующим этапом проектирования является расположение элементов на органе управления, учитывая при этом разделение дынных элементов по группам. Расположение элементов должно быть представлено согласно данной группировке. Это условие будет способствовать более быстрому обучению пользователей. Помимо этого такое размещение органов управления является более удобным для сложных техпроцессов, имеющих большое количество механизмов, требующих управления.
Определить количество элементов индикации. В данном случае разработчику необходимо знать, какие из параметров техпроцесса должны подвергаться контролю со стороны пользователя. Здесь помимо устройств индикации разработчик определяет тип панели оператора, посредством которой будет реализована система динамического отображения техпроцесса.
После определения количества элементов индикации и панели оператора необходимо разместить их на органе управления, соблюдая при этом основное правило: устройства сигнализации и контроля параметров техпроцесса должны размещаться на пульте управления в области прямой видимости пользователя, т.к. он должен следить за качеством выполнения техпроцесса и немедленно реагировать на любое отклонение от заданного техпроцесса.
Окончательным результатом проектирования пульта управления является создание разработчиком принципиальных и монтажных схем с перечнем элементов на созданный пульт управления. Данная схема должна учитывать взаимосвязь пульта управления с ПЛК, т.к. управление всеми устройствами автоматики производится через управляющую программу, находящуюся в памяти ПЛК. Поэтому на данном этапе разработчик должен спроектировать станцию распределенного ввода/вывода для органа управления. Проектирование заключается в выборе типа данной станции и компоновка ее необходимыми модулями для подключения устройств управления и индикации пульта управления.
Иногда в процессе проектирования органа управления приходится использовать несколько пультов управления. Это связано с большим количеством элементов управления и сложностью выполнения техпроцесса. Поэтому основной задачей разработчика при проектировании нескольких пультов необходимо выполнить те задачи, которые описаны для разработки одного пульта. Основным отличием является то обстоятельство, что разработчику необходимо определить какие функциональные группы элементов управления и индикации и на каких пультах должны размещаться. Группировка элементов может несколько меняться, если проектировщик уверен, что такое расположение элементов будет наиболее удобным, т.е. в данном случае необходимы дизайнерские навыки проектирования и опыт проектирования в данной области.
Разработка подсистемы управления гидроприводом.
После расчета суммарной мощности потребления гидросистемы, проектируется сама подсистема и согласуется с ПЛК, согласно функциональной диаграмме рис.3.3. [17,20,21,22].
Для разработки принципиальных и монтажных схем одного электродвигателя разработчику необходимо выполнить следующие операции:
Выбор электродвигателя, необходимого для функционирования насосной установки. Мощность электродвигателя определяется мощностью потребления насосной установки, на которую устанавливается данный двигатель.
Выбор устройства мягкого пуска для электродвигателя, позволяющего осуществить плавный разгон и торможение двигателя.
Проектирование системы защиты электродвигателя: выбор автомата защиты (защита от бросков напряжения сети), установка токового реле (защита двигателя от перегрузки по току) и теплового реле (фиксирующих перегрев двигателя). В большинстве случаев двигатель заказываются уже со встроенной температурной защитой, поэтому нет необходимости в использовании теплового реле.
Согласование созданной схемы управления и защиты электродвигателя с программируемым логическим контроллером. Здесь определяются сигналы, посредством которых ПЛК будет управлять работой электродвигателя и контролировать его состояние.
Создание принципиальной схемы управления работой электродвигателя
Помимо этого, разрабатываются монтажные схемы силового электрошкафа, в которых размещаются устройства автоматики и управления данным двигателем.
Окончательным этапом проектирования является разработка принципиальных и монтажных схем подсистемы управления гидроприводом. Совокупность всех созданных принципиальных схем управления и будет определять систему управления гидроприводом. В данной подсистеме, как и при проектировании органа управления, разработчику необходимо спроектировать станцию распределенного ввода/вывода для подключения сигналов управления и контроля работой всех электродвигателей гидросистемы.
Разработка подсистемы управления автоматикой пресса.
Следующим этапом проектирования является разработка схемы управления электроавтоматикой пресса, который разбивается на два этапа: проектирование устройств автоматики расположенных на прессе и проектирование системы управления. Оба этих этапа взаимосвязаны между собой, т.к. при проектировании одной части подсистемы могут происходить изменения в другой части. Поэтому функциональная схема построения системы управления электроавтоматики имеет вид (рис. 3.4.) [1,2,21,22].
Реализация системы динамического отображения состояний пресса П9046Р
Система динамического отображения состояний реализуется путем создания программистом специальных экранных форм, которые в свою очередь загружаются в терминал (в основном - это сенсорные панели).
Панель программирования и индикации или программируемый терминал (ПТ) размещен на вертикальной панели пульта управления и предназначен для контроля и ввода оператором технологических параметров, контроля состояний механизмов и хода выполнения технологических операций, вывода текстовых сообщений о причинах отказов и сбоев в работе пресса. ПТ подключен к программируемому контроллеру (ПК) через интерфейс Profibus DP, имеющего высокую скорость передачи данных (до 12 Мбит/с), непосредственно управляющему работой пресса. Устройства обмениваются информацией через области памяти ПЛК.
После подачи напряжения питания на ПТ выводится экран «Заставка» (рис 4.3), который используется в качестве заставки, а также предоставляет информацию о заводе изготовителе данной продукции. На нем расположена кнопка, нажав на которую оператор попадает на экран «Меню» (рис. 4.4). Помимо информации о заводе изготовителе донного программы управления в верхнее части экрана расположены индикаторы системного времени и даты, а также текущего количества испытанных изделий. Верхняя часть данной экранной формы является общей для всех экранных форм, разработанных для данной программы управления панели оператора. Кроме того, в верхней части экрана присутствует строка диагностического сообщения, которое появляется в ней автоматически при возникновении отказов в системе управления, и также является общей для всех экранных форм в данном проекте.
Экран «Меню» предназначен для связи экранных форм в единую подсистему обработки информации, т.е. по нажатию определенной кнопки, расположенной на экране «Меню», оператор может вызвать экран (группу экранов), отражающего данную информацию:
- установки режима работы оператора с терминалом (ввод и контроль технологических параметров;
- визуализации процесса обработки изделия в реальном масштабе времени;
- контроль над состоянием гидросистемы;
- контроля аварийных ситуации посредством диагностических сообщений, которые содержат информацию об аварийных ситуациях, происходящих в процессе обработки изделия, и отказах электроавтоматики.
«Меню» организованы архивы количества прессовок, с помощью которых пользователь (оператор) может просмотреть следующую информацию и произвести действия обработки данного архива:
1. Текущее количество прессовок, определяемое количеством изделий обработанных за текущую смену, а также ему предоставляется информация об общем количестве обработанных изделий с момента начала подсчета, определяемого датой создания первой записи.
2. Передвигаться между архивами (кнопки «А» - предыдущий архив, «Т» - последующий архив), т.е. оператор имеет возможность просмотра предыдущих архивов (количество обработанных изделий за предыдущую смену, а также общее количество обработанных изделий на момент данной смены). Помимо этого в случае передвижения оператором между архивами прессовок, у него существует возможность возврата к текущему архиву прессовок, путем нажатия кнопки «Тек».
3. Предоставляется информация о дате начала подсчета обработанных изделий и конце этого подсчета, тем самым, позволяя организовать посменный подсчет обработанных изделий.
4. Обнулять количество обработанных изделий. Причем при нажатии на кнопку «Сбр» происходит создание архива новой смены, а предыдущий архив запоминается в памяти ПЛК, при этом происходит новый подсчет изделий за смену, а общее счетчик общего количества изделий продолжает считать дальше. В случае если в процессе обработки зажегся индикатор «переполнение» (переполнение области памяти ПЛК), то оператору необходимо сбросить показания общего числа изделий (кнопка «Сбр») и данный подсчет будет вестись с этого момента. Но при этом создается новый архив, а старый запоминается.
Таким образом, структура и количество архивов обработанных изделий организовывается в основной программе управления ПЛК, а Управление данной частью программы осуществляется оператором с сенсорной панели путем нажатия соответствующих кнопок управления.
Экран «Ввод и контроль параметров» предназначен для ввода и отображения основных технологических параметров техпроцесса (рис. 4.5). На этом экране оператор может задать: давление испытания трубы, давление в форсирующих цилиндрах, диаметр трубы, толщину стенки трубы, время наполнения и время выдержки под давлением. Все эти параметры являются необходимыми для процесса обработки изделия, т.к. каждый из этих параметров отвечает за свою область обработки техпроцесса. Так, например, параметр «давление испытания» фиксирует ту точку до которой происходит подъем давления в трубе, т.е определяет рабочее давление испытания трубы; а параметр «время выдержки» определяет временной интервал непосредственного испытания изделия под давлением.
Кроме того, оператор может задать технологический режим слежения давления под технологическими манжетами: без слежения и со слежением, которые определяются и организовываются непосредственно в программе управления ПЛК.
Контроль параметров техпроцесса предоставляет оператору возможность контролировать основные параметры техпроцесса в реальном масштабе времени, т.к. элементы данной группы связаны непосредственно с теми устройствами автоматики, которые индицируют данные показания, посредством связи с ними через их области входов в ПЛК. Например, параметр «Коэффициент слежения» представляет собой коэффициент слежения давления в запорных цилиндрах, причем он рассчитывается автоматически в зависимости от диаметра трубы в соответствии с технологией обработки изделия и выводится на экран панель оператора для соответствующего контроля данного параметра.
С помощью панели кнопок управления оператор может перейти: в основное меню (кнопка с изображением домика), на экран «Диагностика» (кнопка «?»), на экран «Техпроцесс 1А. Гидросистема» (кнопка «Техпроцесс»), а также на экран «Ввод параметров густой смазки и параметров промывки трубы» (кнопка «Ввод параметров»).
Экран «Ввод параметров густой смазки и параметров промывки трубы» предназначен для ввода оператором параметров густой смазки и обработки трубы на позиции промывки (рис 4.6).
Для работы схемы густой смазки необходимы следующие параметры: - поле ввода «количество циклов между смазками» определяет интервал между следующей смазкой механизмов в автоматическом режиме пресса. В ручном же режиме режим смазки определяется оператором вручную и запускается с пульта управления специальными кнопками, предназначенными для данного режима работы.
- поле ввода «количество циклов смазки» определяет количество переключений между магистралями станции густой смазки и тем самым определяет интервал работа станции густой смазки. Переключение между магистралями визуально контролируется оператором с помощью индикаторов SQ90, SQ91 (конечные выключатели, фиксирующие наличие густой смазки в соответствующей магистрали).
- поле вывода «текущее количество циклов между смазками» позволяет оператору определить, сколько циклов работы пресса осталось до следующей работы станции густой смазки.
Для обработки изделия (трубы) на позиции промывки необходимы следующие параметры:
- поле ввода «Время промывки трубу» определяет временной интервал обработки изделия на позиции промывки.
- поле ввода «Время ориентации шва трубы» определяет время доводки шва трубы до определенной позиции, после того, как заданный шов найден конечным выключателем (SQ57).
