AFM020P Учебный стенд для изучения многомерного регулирования и управления технологическими процессами1 Обзор продукта
1.1 Общее описание
Под «управлением технологическими процессами» (process control) понимается автоматическое управление производственными процессами; это важнейшая составляющая технологий автоматизации. Как правило, речь идет о производственных процессах в таких отраслях, как нефтегазовая и химическая промышленность, электроэнергетика, металлургия, легкая промышленность, производство строительных материалов, ядерная энергетика и др. В современных промышленных производственных процессах технологии управления играют все более важную роль, позволяя достигать оптимальных технико-экономических показателей, повышать экономическую эффективность и производительность труда, улучшать условия труда и обеспечивать защиту окружающей среды.
Опираясь на автоматизацию и информационные системы как на магистральное направление развития технологических отраслей, мы разработали и произвели специализированный лабораторный учебно-практический комплекс для профессиональной подготовки в области управления технологическими процессами, включающий ключевые технологии и системы оборудования. Данный комплекс служит основой для создания специализированной инженерно-практической базы.
Конструкция данного учебного стенда отличается рациональностью и универсальностью. Он позволяет не только удовлетворить требования к проведению лабораторных занятий по таким профильным дисциплинам, как «Промышленная автоматизация», «Автоматическое управление» и смежным курсам, но также подходит для использования аспирантами и научными сотрудниками при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
1.2 Особенности
1. В конструкции используется каркас из промышленных алюминиевых профилей, отличающийся прозрачностью структуры и открытым доступом к элементам. Система предусматривает настольный вариант размещения; благодаря компактности и гибкости компоновки она может быть удобно размещена на рабочем столе, оснащенном компьютером оператора.
2. Изделие имеет настольную конструкцию с каркасом из алюминиевого сплава. Элементы объекта управления и системы управления выполнены в виде раздельных модулей (блоков). Их можно размещать совместно на одной рабочей станции либо использовать по отдельности в зависимости от конкретных задач. Например, подключив блок системы управления к различным имитаторам нагрузки (выполненным в виде навесных блоков), можно трансформировать комплекс в специализированный стенд для обучения программированию ПЛК (программируемых логических контроллеров), что существенно повышает гибкость использования оборудования.
3. Интерфейсы ввода/вывода устройства отличаются высокой совместимостью. Блоки исполнительных механизмов и модули управления на базе ПЛК выполнены в виде сменных навесных блоков. Их можно легко заменять, используя одни модули в качестве электронной нагрузки для проверки схем, а другие — в качестве объектов управления для системы на базе ПЛК; кроме того, предусмотрена возможность расширения и модернизации системы в соответствии с текущими потребностями.
4. В состав комплекса включены широко используемые в промышленности датчики и преобразователи для измерения таких параметров, как температура, расход (поток), уровень жидкости, давление и состав среды. Это позволяет использовать стенд для изучения принципов работы и методов поверки различных типов датчиков.
5. В системе реализован принцип мультиплексного (с разделением по времени) управления, позволяющий одновременно осуществлять сбор данных по двум или трем различным параметрам — например, одновременно измерять расход среды и температуру. Данная система выполнена полностью из алюминиевого сплава; при ее проектировании инженерные решения сочетались с эстетическими принципами. В процессе создания установки были проведены профессиональные лабораторные испытания оборудования, что позволило сформировать современную демонстрационную лабораторию.
6. Базовый блок управления позволяет реализовать полную программу обучения управлению технологическими процессами, обеспечивая контроль и ПИД-регулирование пяти ключевых параметров: расхода, температуры, давления, уровня жидкости и состава среды. Это позволяет эффективно решать широкий спектр задач в рамках учебной практики.
7. В системе используется низконапорный водяной насос; на его выходном патрубке предусмотрены два контура — регулируемый и прямой (байпасный), выбор которых осуществляется в зависимости от требований конкретного эксперимента.
8. Электрические соединения всех датчиков и измерительных приборов выведены на клеммную панель. Это позволяет выбирать необходимые сигнальные цепи в соответствии с требуемыми данными, а также гибко комбинировать датчики и приборы в зависимости от содержания проводимого эксперимента.
9. Интерфейсы ввода-вывода устройства отличаются высокой совместимостью. Исполнительные механизмы и основной блок управления выполнены в виде навесных модулей (блоков), которые легко заменяются. Эти модули могут использоваться как в качестве нагрузки для электронных схем, так и в качестве объектов управления для систем на базе ПЛК; кроме того, предусмотрена возможность расширения и модернизации системы в соответствии с текущими потребностями.
10. В качестве системы электрического управления используется программируемый контроллер (ПЛК) AB 2080-LC50, оснащенный модулями аналогового расширения и другими сопутствующими устройствами. Данная конфигурация представляет собой типовое решение, широко применяемое для автоматизации технологических процессов на малом промышленном оборудовании.
5 Комплекс экспериментов
(1) Эксперимент по измерению уровня жидкости
(2) Эксперимент по регулированию давления
(3) Эксперимент по регулированию температуры
(4) Эксперимент по регулированию расхода
(5) Эксперимент по ПИД-регулированию параметров расхода
(6) Эксперимент по ПИД-регулированию параметров температуры
(7) Эксперимент по ПИД-регулированию параметров качества воды
(8) Эксперимент по ПИД-регулированию параметров давления
(9) Эксперимент по ПИД-регулированию параметров уровня жидкости
(10) Эксперимент с контуром сбора и сравнения сигналов температуры
(11) Эксперимент с контуром сравнения при сборе сигналов расхода
(12) Эксперимент с контуром сравнения при сборе сигналов давления
(13) Эксперимент с контуром сравнения при сборе сигналов уровня жидкости
(14) Практическое освоение одноконтурных систем управления
(15) Эксперимент по регулированию уровня жидкости в резервуаре
(16) Эксперимент по определению параметров регулирования температуры воды в статическом режиме
(17) Эксперимент по определению параметров регулирования температуры воды в динамическом режиме
(18) Эксперимент по определению расходных характеристик электроклапана
(19) Эксперимент по регулированию расхода насоса с изменяемой скоростью вращения
(20) Эксперимент по определению параметров регулирования давления в резервуаре
(21) Эксперимент по защите резервуара от утечек и избыточного давления
(22) Эксперимент по изучению аппаратной структуры устройства контроля и управления технологическими процессами, составлению схем управления и выполнению соединений
(23) Эксперимент по настройке режимов работы и параметров приборов, замене измерительных устройств и т.п.
(24) Калибровка датчиков (сдвиг нуля и настройка диапазона измерений)
