Автоматизация шкафа управления воздуходувками

Одной из главных составляющих в процессе организации надежной и безопасной работы АЭС являются автоматизированные системы управления и защиты технологических объектов. Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) — комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Как правило АСУ ТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации в ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства [1].

В состав программно-технических комплексов АСУ ТП входят три уровня оборудования, соединенные передающими данные и команды управления сетями:

• к нижнему уровню (полевому) относятся датчики производственных линий, механизмы исполнения и сенсоры;
• средний уровень состоит из программируемых логических контроллеров и терминальных модулей (PLC, PAC, RTU и других), передающих информацию от высшего уровня к полевому. Управление контроллерами осуществляется при помощи предварительно написанных циклических алгоритмов (прием данных- обработка- выдача управляющих команд). Чаще всего программируемые логические контроллеры задействуются в работе станков с ЧПУ;
• на высшем уровне проводятся визуализация, мониторинг и сбор данных, которые осуществляются диспетчером через персональный компьютер. При этом, если контролируется работа локального агрегата, для компьютеров разрабатывается ПО человеко-машинного интерфейса (HMI-панели), а для контроля над системой агрегатов, машин и механизмов используются комплексы диспетчеризации (SCADA-системы), для которых инженером АСУ ТП также создается программное обеспечение [2].

Областью применения АСУ ТП может служить автоматизация системы управления воздуходувками.

Воздуходувки или газодувки — это категория нагнетательных машин, которая по давлению нагнетания является промежуточной между вентиляторами и компрессорами. В качестве нижней границы давления нагнетания для компрессоров обычно принимают уровень порядка 1,5 атм. по абсолютному или 0,5 атм. по обычному давлению.

Управление работой воздуходувок и электромагнитных клапанов осуществляется непосредственно при помощи органов ручного управления шкафа управления воздуходувками по месту установки воздуходувок. Поскольку такое управление не является оптимальным, необходимо разработать встраиваемый в шкаф модуль управления, с помощью которого возможно управлять работой воздуходувок в автоматическом режиме с удаленного пульта управления на базе ЭВМ [3].

Шкаф управления воздуходувками предназначен для управления двумя или четырьмя клапанами электромагнитными и двумя компрессорами газовыми.

Существующие аналоги разрабатываемого устройства разрабатывает компания National Instruments, это комплект, состоящий из NI cRIO-9403 и NI cRIO-9068, другой зарубежный аналог DVP-32ES01R2 производит фирма Delta Electronics. Но так как эти аналоги зарубежные, то возникает необходимость разработки и согласования решения о применении импортной продукции на объекте использования атомной энергии, еще один аналог разрабатывает компания ОВЕН под названием ПЛК200. Но этот аналог не подходит по техническим требованиям, а именно по температурному диапазону.

В текущем исполнении шкафа управления предусмотрено двухкратное резервирование, в связи с этим в шкаф должны встраиваться два модуля: основной и резервный. Каждый модуль управления воздуходувками должен состоять из следующих функционально законченных устройств, каждое из которых выполняет определенную функцию: устройство ввода, устройство вывода, управляющий контроллер, преобразователь напряжения, генератор, преобразователь интерфейса, термодатчик, блок установки адреса, блок индикации.

Для введения модуля управления должен быть модернизирован шкаф управления воздуходувками. Должны быть введены модули повторителей интерфейса NL-485C-2, предназначенные для передачи информации до 1,5 км, установлены дополнительные реле для дублирования кнопок управления, заменен двухпозиционный переключатель на трехпозиционный с выбором режима «Авто», добавлена индикация режима «Авто» и индикатор неисправности при возникновении рассогласования в работе модулей управления или отсутствия связи с ЭВМ.

Разработанная структурная схема состоит из устройства ввода на 12 входов, микроконтроллера, генератора, преобразователей интерфейса и напряжения, термодатчика, блока индикации, блока установки адреса и устройства выхода на 11 выходов.

На основе структурной схемы была разработана функциональная схема устройства, которая состоит из оптопар на входе и выходе, микроконтроллера на микросхеме 1886ВЕ2УК и блоков, описанных ранее.

На основе функциональной схемы была разработана принципиальная схема устройства, также разработана схема соединения шкафа, с введенным модулем управления.

Модуль управления воздуходувками выполнен в виде законченного блока с креплением на панель. Он состоит из основания, крышки, планки, двух плат и кабеля заземления.

Основная плата закрепляется на основании корпуса. Дополнительная плата установлена над основной на планке. Модуль закрыт крышкой. Для защиты модуля от воздействующий внешних факторов крышка и основание покрыты порошковой краской. Для обеспечения электрического контакта между крышкой и планкой установлен кабель заземления.

На левой панели крышки установлена табличка с указанием обозначения, даты изготовления и заводского номера модуля управления и болт заземления. Пружинные клеммы для подключения проводов, переключатели установки адреса, светодиоды и индикаторы расположены на основной плате и вынесены на верхнюю часть модуля через окно крышки.

В модуле управления применяются следующие материалы: сталь, стеклотекстолит фольгированный.

Для автоматизации разработки модуля управления была использована среда «КОМПАС-3D» (рис.1).

Рис. 1. 3D модель модуля управления

1. Втюрин В.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами: учебное пособие. – Санкт-Петербург: Изд-во СПб ГЛА им. С.М. Кирова, 2006
2. Лебедев К.Н. Автоматизированные системы управления технологическими процессами: учебное пособие. – Зерноград: Изд-во ФГОУ ВПО АЧГАА, 2008
3. Новиков А.И. Системы управления работой оборудования: учебное пособие. – Санкт-Петербург: Изд-во СПб ГТУ РП, 2013