Решения

Автоматизированные системы управления технологическим процессом

Адаптивное управление уровнем обогрева, а тем более полное отключение системы обогрева позволяет получать существенную экономию электроэнергии.

reshenie26.jpgСистемы промышленного электрообогрева — это системы, главным элементом которых является нагревательный кабель, как резистивный, так и саморегулирующийся, обладающий прекрасными греющими качествами и высокой надежностью. К сожалению, применение даже саморегулирующегося нагревательного кабеля не гарантирует защиту от перегрева обогреваемого продукта. В связи с необходимостью поддержания технологической температуры в определенном диапазоне и с целью предупреждения перегрева, одной из важнейших составляющих систем электрического обогрева является подсистема управления электрообогревом.

Учитывая структурную сложность подсистемы управления, в свою очередь состоящую из подсистем, далее мы будем ее именовать системой управления.

Основными задачами системы управления электрообогревом являются:

  • измерение температуры обогреваемого объекта;
  • поддержание температуры путем включения/выключения системы электрообогрева или плавным изменением мощности;
  • сигнализация о работе системы в нормальном режиме;
  • предупреждение о проблемах, возникающих в работе системы электрообогрева (недогрев или перегрев продукта, пропадание питания);
  • сигнализация об аварийных ситуациях в работе системы (короткое замыкание, повреждение изоляции и, как следствие, срабатывание защитных устройств).

reshenie27.jpg

Структурная схема системы управления электрообогревом в общем виде

Подсистема сбора информации расположена на самом нижнем уровне в структуре системы управления электрообогревом; предназначена, в основном, для измерения температуры обогреваемого объекта и, как правило, состоит из датчиков температуры различного типа, расположенных непосредственно на измеряемом объекте.

Подсистема передачи информации расположена в центре структуры системы управления и предназначена для передачи информации о температуре обогреваемого объекта от подсистемы сбора информации к подсистеме управления и сигнализации. Она состоит из: контрольных коробок, в которых подключаются кабели от датчиков температуры; линий связи; элементов преобразования данных (например, преобразователей, преобразующих сигнал от датчиков сопротивления в унифицированный токовый сигнал (4...20 мА)). В качестве линий связи от коробок до шкафа управления обычно используются контрольные кабели.

Подсистема управления и сигнализации расположена на самом верхнем уровне в структуре системы управления обогревом и предназначена для анализа данных о температуре обогреваемого объекта, принятия решения о включении/выключении электрообогрева и для сигнализации о работе системы.

Система управления электрообогревом строится в основном на основе промышленных регуляторов (терморегуляторов). Терморегуляторы представляют собой электронные устройства, которые с помощью датчиков температуры измеряют температуру обогреваемого объекта и, в зависимости от измеренной текущей температуры и заданных уставок, производят включение/выключение подсистемы электрообогрева. Классическим примером подобных терморегуляторов являются терморегуляторы, производимые компанией «ССТ» 200-й и 400-й серий (РТ200, РТ240; РТ-400, РТ-410, РТ-420).

Система управления, построенная на основе терморегуляторов, имеет как ряд преимуществ, так и ряд существенных недостатков. К преимуществам данной системы можно отнести сравнительно невысокую стоимость, простоту построения и настройки системы, а также независимость каналов управления друг от друга. Недостатками данной системы управления являются ее низкая информативность, высокая стоимость контрольных кабелей при большом количестве точек контроля и существенные ограничения при мониторинге работы системы.

В настоящее время все чаще возникает потребность в более информативных системах управления, обеспечивающих многоточечный контроль температуры и предоставляющих возможность диспетчеризации процесса электрообогрева.

reshenie28.jpg

Структурная схема системы управления с диспетчеризацией

Основой многоточечных систем контроля и автоматизации (МСКиА) процесса обогрева являются программируемые логические контроллеры (ПЛК). ПЛК представляют собой интеллектуальное электронное устройство. Главной отличительной чертой ПЛК является то, что они представляют собой свободно программируемые устройства в отличие от свободно параметрируемых терморегуляторов. Это означает, что если у терморегуляторов возможны лишь изменения ряда параметров, определенных производителем, таких как уставки температуры, временные задержки и прочее, то ПЛК позволяют программировать любые алгоритмы работы и создавать произвольные списки изменяемых параметров. Это является неоспоримым преимуществом ПЛК в тех случаях, когда необходимо создать систему с гибким алгоритмом работы, максимально подстроенным под автоматизируемый объект.

Есть и другие существенные достоинства ПЛК по сравнению с терморегуляторами. Терморегуляторы обладают только аналоговыми входами, настроенными на датчики температуры, и дискретными выходами, управляющими нагревателями. В то же время ПЛК, помимо аналоговых имеют также и дискретные входы. Это дает возможность контролировать такие параметры работы системы как:

  • токи нагрузки;
  • недогрев;
  • перегрев;
  • повреждение;
  • отсутствие питания и пр.
reshenie29.jpg

При этом количество входов-выходов ПЛК может наращиваться с помощью модулей аналогового и дискретного ввода-вывода. Эти модули представляют собой электронные устройства, выполняющие строго определенные функции — сбор информации о состоянии объекта или управление нагревателями. Информация от датчиков передается в ПЛК, который производит управление системой электрообогрева по заданному алгоритму через собственные дискретные выводы или через модули дискретного вывода. ПЛК соединяется с модулями ввода вывода по внутреннему протоколу в том случае, когда ПЛК и модули одной фирмы производителя или по одному из общепризнанных протоколов, например: ModBus RTU, через интерфейс RS232 или RS485. Система управления, построенная таким образом, позволяет реализовать многоточечный контроль и управление электрообогревом. 

Главным преимуществом МСКиА, построенной на основе ПЛК, являются широкие возможности для диспетчеризации системы электрообогрева. МСКиА на основе ПЛК позволяют также организовать автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера и проводить мониторинг и управление системой электрообогрева. Передача данных осуществляется по промышленным протоколам (например, ModBus RTU) или через интерфейс связи RS485 на расстояние до 1 200 м без ретранслятора. Скорость передачи данных по протоколу ModBus RTU может составлять от 96 00 до 115 000 бит/с.

С помощью МСКиА имеется возможность контролировать широкий спектр параметров. АРМ позволяет в удобном виде осуществлять контроль таких параметров как температура объекта в реальном времени, токи в нагрузке, состояние системы (недогрев, перегрев, повреждение) и одновременно производить вычисление количества потребляемой электроэнергии, времени работы системы и других показателей.

reshenie30.jpg

Одним из достоинств АРМ является возможность создавать отчеты в удобном виде (в виде таблиц и графиков по выбранным параметрам) и ведения архива работы системы, что очень важно для совершенствования системы электрообогрева.

Использование встроенного планировщика позволяет гибко менять параметры системы по дням недели и в зависимости от сезона эксплуатации.

В случае, если на объекте уже действует система диспетчеризации иных систем и технологических процессов, имеется возможность передачи от МСКиА данных о системе электрообогрева в систему диспетчеризации заказчика.