Автоматизация процесса сгущения красного шлама

gn="justify">     Для устойчивости замкнутой системы  необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от 0 до ∞ не охватывала точку с координатами (–1; j0). Если АФЧХ разомкнутой системы проходит через точку с координатами (–1; j0), то система будет на колебательной границе устойчивости.

     Критерий Найквиста позволяет наглядно проследить влияние изменения параметров передаточной функции на устойчивость системы.

     Для исследования устойчивости по критерию Найквиста размыкаем систему, как  показано на рисунке 11.

     

     Рисунок 11 – Структурная схема разомкнутой системы w1 

     Найденные коэффициенты регулятора для правильного  получения годографа Найквиста  вписываем в блок PID Controller. Далее, вызвав посредством меню File-Export диалоговое окно LTI Viewer Export, задаём имя модели w1 в графе Export As, а затем командой Export to WorkSpace передать данные в рабочее пространство (базу данных) WorkSpace программы MATLAB и закрыть три последних окна, не сохраняя проект.

     Найдём  передаточную функцию разомкнутой  системы w1 при помощи команды tf(w1)

     >> tf(w1)

     Transfer function from input "w1/In1" to output "w1/Out1":

     0.09662 s + 0.005233

     --------------------

       s^2 + 0.003333 s

     Далее получаем АФЧХ для оценки устойчивости при помощи команды nyquist(w1) и получаем годограф Найквиста, который показан на рисунке 12, по нему оцениваем запасы устойчивости после замыкания системы объекта регулирования с запаздыванием.

     >> nyquist(w1)

Рисунок 12 – Годограф Найквиста 

     Система после замыкания будет устойчивой с бесконечными запасами по амплитуде (Gain Margin), с запасом по фазе – 65,1 градусов и по запаздыванию  – 10,5 секунд. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     8 Выбор аппаратуры  и средств автоматизации 
 

     Для измерения уровня  в мешалке шлама и баке слива сгустителя применимы гидростатические уровнемеры VEGABAR –66 с вторичным прибором VEGAMET 513 , фирмы VEGA.

       Отличительной чертой датчиков  преобразователей фирмы VEGA является  простота в обращении,  перенастройка  датчика возможна в процессе  работы, непрерывная индикация измеряемого  параметра по месту при помощи  дисплея, существенно облегчает работу аппаратчиков технологических смен. Долговременная стабильность 0,1%/2 года. Минимальное загрязнение благодаря эффекту самоочищения.

     Применение: измерение уровня и давления жидких веществ в резервуарах. Чувствительный элемент: керамическая измерительная ячейка CERTEC с удлинением. Диапазон измерения: -0,005  ...  60,0  МПа. Точность измерения: плюс минус 0,1 %. Рабочая температура: минус 20 плюс 60 °С. Выходной сигнал  4-20 мА. Срок службы 10 лет.

     Для измерения расхода используется электромагнитный расходомером   Promag 53W. Работает на основе принципа электромагнитной индукции.

     В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, в проводнике, движущемся в магнитном поле, наводится ЭДС. В магнито-индуктивном методе измерения расхода роль движущегося проводника играет поток среды. Индуцируемое напряжение, пропорциональное скорости потока, подается на усилитель через пару электродов. Объемный расход вычисляется через площадь поперечного сечения трубопровода. Магнитное поле генерируется постоянным током с переключающейся полярностью. Расходомер состоит из первичного измерительного преобразователя – катушки с электродами и электронного блока, осуществляющего преобразование сигнала напряжения с электродов катушки в унифицированный токовый сигнал 0 – 20 мА постоянного тока.

     Эти расходомеры являются идеальными измерительными приборами протекающего вещества для  жидкостей, пульп, пласт с определённой минимальной электропроводимостью.

     Электромагнитный  расходомер для измерения расхода  любых жидкостей с проводимостью меньше 5 мкСм/см. Обладает высокой точностью измерений (для данной модели плюс минус 0.2% ).

     К преимуществам данного расходомера  можно отнести: высокую точность измерения (плюс минус 0.2%), не вызывают падения давления, не имеют движущихся или вдающихся в трубу частей, не подвергаются механическому износу, отсутствие  вторичного преобразователя, наличие систем самодиагностики, встроенный индикатор, детектор пустой трубы, компактность и низкую чувствительность к влиянию щелочной и высокотемпературной среды (от минус 20 до плюс 60⁰С). Раз в год необходимо подвергнуть осмотру.

     Удобство  в обслуживании: тактильное управление (настройка без открытия корпуса), упрощенное меню для быстрой настройки на месте.

     Приёмник  расхода практически не требует  обслуживания. Предел допустимой основной погрешности  - 0,5%. Срок службы 18 лет.

     Расходомер  находящийся под конусом сгустителя - кариолисовый расходомер Promass 83 M.  Promass 83 M - универсальный многопараметрический расходомер для жидкостей  и газов.

     Принцип измерения базируется на контролируемом возбуждении  сил Кориолиса. Такие  силы всегда присутствуют, когда одновременно имеют место поступательное и  вращательное движение.

     Измерительные трубы всегда приводятся в  колебание на их резонансной частоте. Эта частота автоматически подстраивается при изменении массы, а следовательно плотности колебательной системы, то есть резонансная частота есть функция плотности среды, что позволяет микропроцессору выдавать сигнал плотности.

     Измерительная система состоит из трансмиттера и сенсора.

     Характеристика  трансмиттера:

      -жидкокристаллический дисплей;

      -настройка при помощи «виртуальных  кнопок»;

     -ориентированное  на применение Quick Setup;

     -измерение  массового расхода, температуры и плотности, а также производных параметров (концентрации).

     Сенсор: высокопрочный сенсор для процессов  с высоким давлением, с защитным сосудом, для сред с температурой до 150˚С.

     Они обладают повышенной точностью измерения  плюс минус 10 %.

       Исполнительный механизм МЭО с постоянной  скоростью  предназначен  для перемещения регулирующих органов в  соответствии с коммутирующими  сигналами управляющих   устройств. Принцип   работы   механизмов    заключается в преобразовании  сигнала,  поступающего  от  регулирующих   или   управляющих устройств,  во  вращательное перемещение выходного вала. Токовый  датчик устанавливается на механизмы с полным ходом выходного вала 0,25 оборотов.

      Технические характеристики:

      -напряжение питания - 220/380 В.,50 Гц;

      -вибрация - до 30 Гц;

      -диапазон температуры окружающей среды от минус  30 до плюс 50°C;

      -потребляемая мощность - 260 Вт.

     Для управления, сбора и хранения информации используется контроллер GE FANUC серии 90-30.

       Контроллеры GE Fanuc имеют модульную структуру, позволяющую гибко подбирать конфигурацию, исходя из потребностей заказчика. Вся информация о конфигурации модуля, адресах каналов ввода-вывода, диапазонах аналоговых сигналов хранится в памяти контроллера, модуль перед его установкой не требует конфигурирования. В состав контроллера GE Fanuc 90-30 может входить свыше 100 модулей центрального процессора, ввода-вывода и коммуникаций, что позволяет решить широкий круг задач при создании АСУ ТП.

       Данные  в модуле процессора контроллера GE Fanuc 90-30 хранятся в так называемой Flash-памяти, что обеспечивает сохранение информации даже в случае внезапного отключения электропитания.

       Для подачи резистивного сигнала от термосопротивления могут быть использованы модули RTD (Resistive Temperature Detectors).

       Аналоговые  модули ввода - вывода работают с напряжением 0-(+10) В, -10-(10)В, а также с токами 4-20 мА и 0-20 мА. Высокая точность АЦП (12-16 bit) позволяет получить приемлимое качество при вводе сигналов 0-5 мА - наиболее часто встречающихся на объектах бывшего СССР. Это позволяет проводит поэтапную реконструкцию систем управления: в начале вместо устаревших средств установить PLC GE Fanuc, а в дальнейшем установить современные датчики с выходным сигналом 0-20,4-20 мА. После этого необходимо лишь модифицировать программу контроллера сохранив установленные на первом этапе модули ввода. В контроллере также имеются модули ввода сигналов с термопар и термосопротивлений. Для подключения термопар имеются модули АЦП с диапазонами входных сигналов +/-25, +/-50, +/-100 мВ.

       Аналоговые  модули поддерживают автоматическое масштабирование отсчетов АЦП в заданные пользователем физические единицы и обратное преобразование. На уровне модуля осуществляется контроль нарушений параметров технологического процесса, а также за выходом показаний за пределы возможных значений измерения, свидетельствующим о неисправности входных цепей.

       Дискретные  модули вывода выпускаются как на транзисторной так и релейной базе. Транзисторные модули обеспечивают выходной ток 0,5 А при напряжении 24 В. Релейные модули способны коммутировать переменный ток 220 В с силой до 8 А.

       Большинство дискретных модулей является универсальными, они могут быть отконфигурированы  как модули ввода, вывода и комбинированные. Все модули ввода-вывода имеют изоляцию входных - выходных цепей от системной шины ПЛК, прочность изоляции составляет от 1500 до 2000 В. Количество входов/выходов в одном модуле может быть 4, 8, 16, 32 наиболее распространены 8 и 16 канальные.

       Для обмена информацией между контроллерами  и сервером используются так называемые коммуникационные модули.GE Fanuc предлагает целый ряд опций связи - от простого последовательного порта до высокоскоростного интерфейса локальных сетей. Если потребуется локальная сеть с повышенной скоростью передачи, то локальная сеть Genius позволяет связать до 32 устройств с помощью витой пары при скорости передачи до 153 кбод.

       GE FANUC использует промышленные стандарты Ethernet TCP/IP для серии 90-30. Интерфейс Ethernet позволяет включать ПЛК непосредственно в локальные сети Ethernet для работы приложений и удаленного программирования в режиме ON LINE. Кроме того, данные могут быть переданы между ПЛК и РС одновременно. Доступ может быть обработан по internet.

Серия 90-30 может  использоваться в приложении, имеющих  от 32 до 4000 точек ввода-вывода. Для интеграции системы используют промышленные сетевые стандарты Genius Bus, World FIP, Profibus DP, Interbus-S, DeviceNet, or SDS.

       Базовым средством интегрирования контроллера GE Fanuc в систему управления технологическим  процессом является пакет программ Versa Pro. Модули GE Fanuc не имеют конфигурационных переключателей и перемычек, все конфигурирование контроллера выполняется при помощи Versa Pro. Это же средство используется для программирования контроллеров, диагностики их технического состояния и отладки программ.

       Для программирования контроллеров GE Fanuc обычно используется язык релейно-контактной логики, широко применяемый для приложений автоматизации промышленности. Versa Pro поддерживает структурированное написание программ с использованием процедур, присвоение символьных имен входам, выходам и ячейкам памяти, комментарии к строкам программы. Если задача управления требует выполнения сложных логических операций или расчетов, возможно программирование на языках C и State Logic.

       Данный  язык программирования предоставляет обширные возможности. Программа представляет собой графическое поле: слева – входы, справа – выходы, посередине – блоки (триггеры, сумматоры, ПИД-регуляторы и т.д.), где описываются входные и выходные переменные и соединяются проводником или ссылками

       В таблицу 5 сведена общая характеристика контроллера GE Fanuc серии 90-30. 

       Таблица 5 - Характеристика контроллера.