Автоматизация технологического процесса проветривания шахты


ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО



страница4/6
Дата09.01.2018
Размер0.69 Mb.
Название файлаПРИМЕР АТПП.docx
ТипПояснительная записка
1   2   3   4   5   6

5 ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО


ПРОЦЕССА ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТЫ
5.1 Структурная схема системы автоматизации технологического процесса проветривания шахты

В курсовом проекте разработана структурная схема системы автоматизации технологического процесса проветривания шахты с использованием промышленной сети PROFIBUS, которая приведена на рисунке 5.1. Система автоматизации двухуровневая. На нижнем уровне управления расположены микропроцессорные устройства контроля и управления различными объектами системы проветривания, которые объединяются в сеть с помощью цифровой шины.


Для контроля скорости воздуха в системе автоматизации принят измеритель скорости воздушного потока СДСВ 01 (далее измеритель СДСВ). Измеритель СДСВ предназначен для непрерывного измерения скорости движения воздушных потоков в горных выработках, каналах вентиляторов главного проветривания, в воздуховодах систем дегазации. Измеритель СДСВ является микропроцессорным устройством. Встроенный микропроцессор управляет работой СДСВ в режимах измерения и настройки, обеспечивает обработку результатов измерения и отображения информации. Измеритель СДСВ может быть подключен к измерительным и информационно-управляющим системам с цифровым интерфейсом связи на основе RS-485 / Modbus RTU.

Для контроля содержания метана в рудничном воздухе в системе автоматизированного управления процессом проветривания принят датчик метана типа ТХ3263 компании "Интернациональные транспортные системы" - "ИТРАС" [21].



Датчики метана ТХ3263 предназначены для контроля содержания метана в окружающей атмосфере шахтных выработок и на поверхности в диапазоне от 0 до 100% объемной доли метана. Уровень и вид взрывозащиты датчика - РО Iа С.


Рисунок 5.1 - Структурная схема системы автоматизации технологического процесса проветривания шахты

Степень защиты датчика от внешних воздействий - IP54. Датчики ТХ3263 в количестве j располагаются в местах горных выработок в соответствии с требованиями ПБ. Датчик метана предназначенный для эксплуатации в шахтах, в том числе опасных по газу и пыли.

Для передачи информации от датчиков метана в промышленную сеть принят контроллер, программируемый типа ТХ9042.

Контроллер программируемый ТХ9042 предназначен для эксплуатации в шахтах, в том числе опасных по газу и пыли, для чего монтируется в специальных шкафах со степенью защиты - IP65.

 Для автоматизации каждой главной вентиляторной установки приняты две аппаратуры автоматизации: УКАВ-М - аппаратура автоматизации вентиляторной установки главного проветривания и АКВ-М - аппаратура контроля и регистрации параметров шахтных вентиляторов главного проветривания (см. п.2). Для автоматизации каждой вентиляторной установки местного проветривания принята аппаратура контроля проветривания тупиковых выработок АКТВ (см. п.2). Для автоматического контроля состояния вентиляционной двери в систему управления введен адаптер АПД, который разработан в данном дипломном проекте (см. п.5.2).

Обмениваясь по шине данных, контроллеры устройств могут взаимодействовать друг с другом, что необходимо для их согласованной работы. На верхнем уровне управления системы расположена координирующая ЭВМ-рабочая станция оператора.

Как видно из рисунка 5.1, проектируемая система управления, структурирована так, что каждая технологическая установка системы проветривания управляется своим микропроцессорным устройством: (УКАВ-М, АКВ-М) 1 - (УКАВ-М, АКВ-М) n - для n вентиляторных установок главного проветривания; (АКТВ, САР) 1 - (АКТВ, САР) m - для m вентиляторных установок местного проветривания; адаптер АПДk - для k вентиляционных дверей. Такое технологическое разбиения характерно для данного класса PLC-систем. У контроллеров устройств имеются электрические входы / выходы для подключения к ним датчиков и исполнительных механизмов, устройств оповещения и сигнализации. Количество входов / выходов может быть как фиксированное, так и расширяемость с помощью дополнительно модулей ввода / вывода (IO modules). Каждый контроллер непрерывно выполняет заложенную в него программу управления по следующему циклу:


    1. считывание сигналов с датчиков (на рисунке 5.1 датчики обозначены как КД1 - КДn - для n вентиляторных установок главного проветривания; КДМ1 - КДМ m - для m вентиляторных установок местного проветривания; КГБk - для k вентиляционных дверей; СДСВi - измерители скорости воздушного потока в количестве i; ТХ3263j - датчики метана в количестве j).

    2. математическую обработку данных в соответствии с определенным алгоритмом;

    3. формирование управляющих воздействий и их передачу на исполнительные механизмы (на рисунке 5.1 исполнительные механизмы обозначены как ВМ1 - ВМn - для n ленточных участковых конвейеров; ВММ1 - ВММ m - для m ленточных магистральных конвейеров; ВМБ k - для k промежуточных бункеров).

При этом время выполнения всего цикла составляет не более 10-20 мс.

Для обеспечения искрозащиты контроллеров устройств используются искробезопасные разделительные преобразователи, например, компании GM International - это активные барьеры искрозащиты с гальванической развязкой, которые используются в составе систем контроля и управления технологическими процессами, протекающими в взрывоопасной среде .

Рабочая станция оператора на верхнем уровне управления представляет собой персональный компьютер. Она служит для отображения технологической информации в виде интерактивных графических мнемосхем, а также для эффективного управления процессом конвейерного транспорта. На станции оператора устанавливается программный пакет визуализации технологического процесса (SCADA система). SCADA - система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса и поддержку сетевого стандарта по классу промышленного интерфейса PROFIBUS.

В курсовом проекте в качестве SCADA - системы принята система TRACE MODE. Система TRACE MODE создана в архитектуре клиент-сервер и базируется на новейшей распределенной общей модели объектов DCOM, что лежит в основе Windows NT. Обмен данными и командами управления в TRACE MODE осуществляется на двух уровнях: обработка данных в канале (с определённым уровнем обработки) и управления в соответствующих программах, написанных на одном из технологических языков. В состав TRACE MODE входят две технологические языка: ТехноFBD и ТехноIL. Язык ТехноFBD - это визуальный язык программирования алгоритмов. Программа, созданная в рамках этого языка, называется FBD-программой. Программа на языке ТехноFBD разрабатывается путем размещения функциональных блоков в поле редактирования. После размещения блока осуществляется настройка его входов и выходов. Если это необходимо, входы и выходы различных функциональных блоков могут связываться между собой. Так создается диаграмма из блоков, выполняющих необходимый алгоритм. Язык инструкций ТехноIL - это текстовый язык TRACE МОДЕ для разработки программ, выполняющих функции обработки данных и управления. ТехноIL - это расширенный вариант IL-языка международного стандарта IEC 1131-3.

Связь между контроллерами устройств нижнего уровня и диспетчерского уровня устанавливают с помощью рабочей операторской станции. Рабочая опе-раторская станция подключается к контроллерам нижнего уровня управления. Для соединения рабочей операторской станции с контроллером на станции устанавливается специальное программное обеспечение - драйвер ввода / вывода, который поддерживает совместный с контроллером коммуникационный протокол и позволяет прикладным программам считывать из контроллера параметры или наоборот записывать в него. Пакет визуализации обращается к драйверу ввода / вывода каждый раз, когда требуется обновление отображаемой или запись измененных опера тором данных. Для взаимодействия пакета визуализации и драйвера ввода / вывода используется несколько протоколов, наиболее популярные из которых OPC (OLE for Process Control) и NetDDE (Network Dynamic Data Exchange) - это протоколы информационного обмена между различными приложениями.
5.2 Разработка устройства для автоматического реверса вентилятора

главной вентиляторной установки


Разрабатываемое устройство для автоматического реверса вентилятора главной вентиляторной установки (ВГП) типа АУРВ должно своевременно осуществлять реверсирование вентиляционной струи с целью обеспечения безопасности рабочего персонала, а также сокращения зоны поражения и интенсивности пожара. Перевод вентиляторной установки на реверсивный режим работы должен производиться, согласно требованиям ПБ, не более чем за 10 мин.

В курсовом проекте разработан алгоритм автоматического реверса, блок- схема которого приведена на рисунке 5.2. Перечень входных параметров устройства АУРВ приведены в таблице 5.1.


Таблица 5.1 – Перечень входных параметров устройства АУРВ

№ п/п

Наименование входного

параметра



Условное обозначение

Вид

сигнала


Источник

информации



1

вентиляционная ляда №1 открыта

Х1

дискретный

датчик положения

2

вентиляционная ляда №1 закрыта

Х2

дискретный

датчик положения

3

вентиляционная ляда №2 открыта

Х1

дискретный

датчик положения

4

вентиляционная ляда №2 закрыта

Х2

дискретный

датчик положения

5

вентиляционная ляда №3 открыта

Х1

дискретный

датчик положения

6

вентиляционная ляда №3 закрыта

Х2

дискретный

датчик положения

7

вентиляционная ляда №4 открыта

Х1

дискретный

датчик положения

8

вентиляционная ляда №4 закрыта

Х2

дискретный

датчик положения

9

вентиляционная ляда №5 открыта

Х1

дискретный

датчик положения

10

вентиляционная ляда №5 закрыта

Х2

дискретный

датчик положения

11

вентиляционная ляда №6 открыта

Х1

дискретный

датчик положения

12

вентиляционная ляда №6 закрыта

Х2

дискретный

датчик положения

13

подача вентилятора ВГП

Х13

аналоговый

датчик подачи воздуха

Перечень выходных параметров устройства АУРВ приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Перечень выходных параметров устройства АУРВ


№ п/п

Наименование выходного параметра

Условное обозначение

Вид

сигнала


Приемник

информации



1

включить лебедку вентиляционной ляды №1

У1

Дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №1

2

выключить лебедку вентиляционной ляды №1

У2

Дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №1

3

включить лебедку вентиляционной ляды №2

У3

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №2

4

выключить лебедку вентиляционной ляды №2

У4

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №2

5

включить лебедку вентиляционной ляды №3

У5

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №3

6

выключить лебедку вентиляционной ляды №3

У6

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №3

7

включить лебедку вентиляционной ляды №4

У7

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №4

8

выключить лебедку вентиляционной ляды №4

У9

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №4

9

включить лебедку вентиляционной ляды №5

У10

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №5

10

выключить лебедку вентиляционной ляды №5

У11

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №5

11

включить лебедку вентиляционной ляды №6

У12

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №6

12

выключить лебедку вентиляционной ляды №6

У13

дискретный

пускатель ПВИР электродвигателя лебедки вентиляционной ляды №6

13

передача информации в ЭВМ

У13

дискретный

ЭВМ

Блок-схема алгоритма автоматического реверса вентилятора ВГП приведена на рисунке 5.2.



Рисунок 5.2 - Блок-схема алгоритма автоматического реверса вентилятора ВГП

Началом для автоматического реверса вентилятора ВГП является получение команду «Реверс» от диспетчера шахты (см рис. 5.2, блок 2), далее формируются команды управления на включение электродвигателя лебедки каждой из 6 вентиляционных ляд и ляды должны открыться.

По истечении времени реверса, которое составляет 15 мин (по требования ПБ) проверяется положение ляд (блоки 5- 11), если хоть одна ляда не открыта, то формируется сообщение диспетчеру «Реверс не возможен» (блок 12). Если же ляды открыты и датчик подачи воздуха показал «Реверсивное направление потока»(блок 11), то формируется сообщение диспетчеру «Вентилятор работает в реверсивном режиме»(блок 13).



Структурная схема устройства АУРВ приведена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Структурная схема устройства АУРВ


На рисунке 5.3 приняты следующие обозначения:

- ДДС – датчики дискретных сигналов – датчики положения типа ДПМГ2У;

- ДАС – датчик аналогового сигнала – датчик расхода воздуха типа ДРВ ;

- БВД – блок ввода данных;

- БМ – блок микроконтроллера;

- БВВД – блок вывода данных;

- БП – блок питания;

- АПД – адаптер данных от ЭВМ

- БИ – блок индикации

Входные сигналы устройства поступают в блок ввода данных БВД, где осуществляется:



  • во-первых, преобразование токовых сигналов от аналоговых датчиков в сигнал напряжения, для этого используются прецизионные резисторы;

  • во-вторых, осуществляется гальваническую развязки линии связи устройства с контактными датчиками;

  • в-третьих, осуществляется защита микросхем устройства от возможных перенапряжений в соединительных линиях, чем также обеспечивается искробезопасность, что важно для использования устройства в взрывоопасных средах.

Блок микроконтроллера БМ обеспечивает обработку информации и выработку управляющих команд. Блок вывода данных БВВД предназначен для передачи команд управления на исполнительные устройства – пускатели ПВИР, а также осуществляет гальваническую развязку внутренних цепей устройства с линиями связи исполнительных устройств.

Для передачи информации между устройством АУРВ и ЭВМ предназначен адаптер данных АПД, который содержит интерфейс RS485, элементы которого: приемник и передатчик, преобразователь напряже­ния с разделительным трансформато­ром для их питания и оптронные развяз­ки входных цепей, обеспечивают гальваническую развязку линии связи и присоединяемых к ней устройств.

На блок питания БП устройства поступает переменное напряжение 36 В от внешнего источника питания. В качестве источника питания в проекте принят блок питания типа БПУ.1М, серийно выпускаемый ОАО «Макеевский завод шахтной автоматики». Блок питания БПУ.1М предназначен для электроснабжения устройств автоматики, телемеханики, связи и контроля, находящихся во взрывоопасной пыле-газо-воздушной среде. Блоки питания БПУ.1М обеспечивает совместную работу с цифровыми интегральными схемами, в частности, микропроцессорами, с полупроводниковыми устройствами отображения информации, операционными усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, датчиками, электрогидроклапанами, реле. Напряжение питания блока 127/500/600В.

На основании структурной схемы разработана принципиальная электрическая схема устройства АУРВ, которая приведена на рисунке 5.4.Основным элементом схемы является микроконтроллер. Микроконтроллер предназначен для обработки информации, принятия логических решений и формирования управляющих сигналов. Исходя из необходимого количества ножек и наличием АЦП, выбираем микроконтроллер Atmega 16. Напряжение питания микроконтроллера Uмк выбирается в допустимом диапазоне из стандартного ряда, равное 5В.

Напряжение на датчиках принимается равным напряжению линии связи, Uд =12В устройства АУРВ с микроконтроллером. Такой уровень напряжения достаточный для надежного определения срабатывания датчиков.

Аналоговый токовый сигнал от датчика подачи воздуха поступает на повторитель, который реализован на ИМС типа К140УД17- операционный усилитель (ОУ). Этим обеспечивается согласование по мощности и по выходному сопротивлению измерительного преобразователя датчика подачи и входному сопротивлению АЦП микроконтроллера.

Для преобразования токового сигнала от датчика в сигнал напряжения принят резистор R4, величина и которого вычисляется как:


, (5.1)
где: U - входное напряжение усилителя, В; Iд - сила тока от датчика, А;

Мощность резистора R4 вычисляется как:


(5.2)
Согласно стандартному ряду сопротивлений в проекте принят резистор R4 типа МЛТ-0,125-270кОм±5%.

Последовательно с входом операционного усилителя включен резистор R2 сопротивлением 10 кОм - для защиты микросхемы от увеличения силы тока сверх допустимого значения. Для защиты от перенапряжения параллельно входу включен стабилитрон VD1 типа Д814Б [6]. Выход усилителя подключен к входу АЦП микроконтроллера.

Для согласования выбранного уровня напряжения, коммутируемого дискретными датчиками (Uд=12 В), с рабочим напряжением микроконтроллера устройства (Uмк =5 В) принят блок ввода данных БВД, выполненный на оптронах. Одним из параметров при выборе типа оптрона является быстродействие его принимающего элемента, так как при длительном времени переключения входа цифровой микросхемы с одного логического состояния в другое может произойти ее нарушения, что приведет к неустойчивой работы устройства. По справочным данным электрических параметров оптронов принят оптрон типа АОТ101А, как приемник которого служит кремниевый фототранзистор со временем переключения 2 мкс, что достаточно для надежной работы устройства. Входное напряжение оптрона Uвх = 2 В при входном токе Iвх = 20 мА [ 6].

Сопротивление ограничительного резистора R7 и мощность резистора РR7 рассчитывается, исходя из значений напряжения на датчике Uд, входного напряжения Uвх и тока Iвх оптрона по формулам 4.3. и 4.4.


(5.3)

(5.4)
Мощность резистора R7 принимается с запасом по мощности из стандартного ряда, равной 0,25 Вт.

Стабилитрон VD2 служит для защиты оптопары от всплесков обратной ЭДС, которая наводится в протяженной линии связи с датчиком. Диод VD2 должен быть рассчитан на прямой ток 20 мА, поэтому возможно использование практически любого типа диода. В данной схеме принят диод типа КД102А, предельно допустимый прямой ток которого составляет 100 мА [6].

Для вывода команд управления на магнитные пускатели ПВИ, блок вывода данных БВВД содержит тиристорные оптроны типа АОУ103Б [7]. Тип оптрона выбран из условия возможности коммутации промежуточного реле пускателя типа ПВИ 25Б. Для оптрона АОУ103Б величина выходного напряжения составляет Uвых = 200В и величина выходного постоянного тока составляет Iвых = 100 мА, что достаточно для коммутации промежуточных реле пускателя [8].

Исходя из значений входного тока Iвх = 20 мА и входного напряжения Uвх = 2В оптопары, рассчитаны сопротивление и мощность резистора R28 по формулам 4.5 и 4.6 соответственно:


(5.5)

(5.6)

Из стандартного ряда мощностей принимается мощность для резистора R28, равна 0,125 Вт.

Для питания микроконтроллера, требуется напряжение +5 В, поэтому в схеме принят стабилизатор КР142ЕН5А для преобразования +12 в +5 В получаем +5 В.

Выберем конденсаторы из ряда номинальных емкостей:


C1=К53-1-0,1мкФ±20%; C2=К53-1-100мкФ±20%; С3=К53-0,1мкФ±20%; С4=К53-50мкФ±20 C5=К53-1-10мкФ±20%; C6=К53-1-150мкФ±20%; С7=К53-1мкФ±20%;. Выбераем на U=5В стабилизатор КР142ЕН5А.
Для обеспечения индикации принимаем светодиод типа АЛ307А [9]. Основные электрические и световые параметры которого приведены в таблице 5.3.
Таблица 4.2 – Основные параметры светодиода АЛ307А

Тип
прибора

Цвет
свечения

Значения параметров при Т=25°С

Iпр.мах.
mA

Uобр
(Uобр.и)
B

Тк.мах
п.)
°С




Iv. мккд
(L, кд/м2)

Uпр.
B

Iпр.ном.
mA

мах.
mkM

АЛ307А

Красный

150

2

10

0,666

20

2,0

70

Для расчёта ограничительного резистора R34 светодиода HL1 применим следующую формулу:



R34 = , (5.7)

где: Uпит – напряжение питания схемы, Uпит = 5 В; Imax – максимальный ток через светодиод, Imax=20 мА.

Тогда:



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©coolnew.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Теоретические основы
Лабораторная работа
Методические указания
Общая характеристика
Рабочая программа
Теоретические аспекты
Методические рекомендации
Пояснительная записка
Практическая работа
Дипломная работа
Федеральное государственное
История развития
Общие сведения
Учебное пособие
Основная часть
Физическая культура
Теоретическая часть
Направление подготовки
государственное бюджетное
Самостоятельная работа
История возникновения
Практическое задание
Методическая разработка
Краткая характеристика
Выпускная квалификационная
квалификационная работа
бюджетное учреждение
Название дисциплины
государственное образовательное
Гражданское право
Российская академия
Общие положения
образовательное бюджетное
Уголовное право
образовательная организация
история возникновения
Общая часть
теоретические основы
Понятие сущность
Современное состояние
прохождении учебной
Фамилия студента
Правовое регулирование
Техническое задание
Методическое пособие
Финансовое право
Финансовое планирование
Физические основы
Технология производства