Системный анализ вибростола

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Российский государственный  профессионально-педагогический университет»

Институт электроэнергетики  и информатики

Кафедра микропроцессорной  управляющей вычислительной техники

Курсовая работа по дисциплине

Распределенные информационно-управляющие  системы

Системный анализ распределенной информационно-управляющей 

системы цеха по приготовлению резиновых смесей

Выполнил: Береснев А.М..

группа ВТ-501

Проверил: Журавлев В. Ф.

Оглавление

1. Системный анализ вибростола…………………………...……………….3
2. SCADA-система «КАСКАД»……………………………………………..9
3. АСУ ТП процессом приготовления резиновых смесей………………..15

Системный анализ вибростола

Вибростол для  испытания изделий

При эксплуатации электронного оборудования в условиях повышенных вибраций, как- то: на кораблях, автотранспорте и авиации возникают непредвиденные ситуации - нарушение паек и крепления  деталей, которые ведут к выходу из строя и созданию аварий. Визуальная проверка устройств не даёт положительных  результатов, необходимы испытания  в условиях вибрационных и ударных  нагрузок.

Электронное устройство - «Вибростол»  позволяет преобразовать - инвертировать  посредством электронной схемы  постоянный ток в импульсное электромагнитное поле вибрационных катушек.

 В электронном устройстве  имеются регуляторы частоты импульсов  и мощности для модификаций  режимов испытаний.

Схема устройства простая  по исполнению и не содержит дефицитных деталей.

Характеристики:

 Напряжение электросети  180- 220 Вольт.

 Потребляемая мощность  около 200 ватт.

 Частота генератора: низкая 10-130Гц, высокая 36-600Гц.

Принцип работы:

 На металлической плите  вибростола установлена электромагнитная  катушка в пластмассовом каркасе,  который закреплён на сердечнике  Ш - образного трансформатора.

 Прохождение тока по  обмотке катушки вибратора вызывает  притягивание металлического стола  к сердечнику трансформатора  и тем самым вызывает его  колебания, которые передаются  испытываемому изделию.

Основные функциональные части устройства:

1. Входные цепи защиты  от перегрузок и замыканий  в устройстве.

2. Сетевой помехоподавляющий  фильтр.

3. Выпрямитель питания  инвертора.

4. Сглаживающий фильтр  выпрямителя.

5. Регулятор мощности  инвертора.

6. Генератор импульсного  напряжения. с регуляторами частоты

7. Формирователь сигнала  генератора.

8. Двухтактный ключевой  преобразователь - силовой инвертор.

9. Вибратор на электромагнитной  системе.

10. Цепи передачи и  формирования сигнала обратной  связи стабилизации по нагрузке  и температуре.

11. Стабилизатор питания  генератора.

12. Цепь индикации рабочего  состояния.

Описание электронной  схемы 

 Для снижения помех,  возникающих при работе инвертора  со стороны электросети установлен  конденсатор С4 и дроссель Т1  с двумя синфазными обмотками.

 Схема устройства защищена  от перегрузки предохранителем  FU1.

 Сетевой трансформатор  Т2, промышленного изготовления типа  ТН или ТПП, с последовательно  соединенными вторичными обмотками  с суммарным напряжением в  12-16 Вольт при токе 10 Ампер.

Выпрямленный диодным  мостом VD3 –VD6 переменный ток вторичной  обмотки силового трансформатора Т2, после сглаживания оксидным конденсатором  С7 поступает на сток полевого транзистора VT3 - регулятора мощности.

 В цепи затвора транзистора  VT3, для увеличения пределов регулирования  и стабилизации выходного напряжения, установлен параллельный стабилизатор  на микросхеме DA4. Повышение напряжения  на конденсаторе C7 вызывает рост  напряжения на движке установочного  резистора R10,что приведёт к  открытию параллельного стабилизатора  DA4 и шунтированию напряжения  на конденсаторе C9 в цепи затвора  полевого транзистора. Транзистор VT3 закрывается с уменьшением  напряжения на конденсаторе С10.

Для регулировки выходного  напряжения стабилизатора - мощности вибростола, достаточно движок резистора R10 повернуть  в необходимую сторону.

 Конденсатор С8 снижает  уровень помех на управляющем  входе микросхемы параллельного  стабилизатора DA4, С9 - полевого транзистора  VT3.

 Регулируемое напряжение  с истока полевого транзистора  VT3 поступает на двухтактный инвертор  на полевых транзисторах VT1,VT2.

Нагрузкой инвертора является трансформатор T3 используемый в качестве электромагнитного вибратора. Первичная  высокоомная обмотка трансформатора удалена. Вторичные обмотки соединены  последовательно, с отводом от средней  точки. Выбросы напряжения, вызванные  переключением транзисторами VT1,VT2 тока в обмотках, рекуперируются через  высокочастотные диоды VD7-8 обратно в цепи питания, с накоплением в оксидном конденсаторе С10.

Для создания двухтактного сигнала на катушке вибратора, между  мультивибратором на микросхеме DD1 и  выходным усилителем мощности на полевых  транзисторах VT1,VT2 установлен триггер DD1.1, и при чередовании импульсов  счёта уровни напряжения на выходах 1,2 DD1 кольцевого триггера меняются.

 Управляющие импульсы  сигнала в противофазе через  резисторы R7, R8 поступают с триггера  на микросхеме DD1 на затворы полевых  транзисторов VT1,VT2. Назначение резисторов R7,R8 – снижение входного тока  транзисторов, вызванного большой  входной ёмкостью.

 Сигнал в виде последовательных  импульсов определённой скважности  на вход 3 триггера DD1 поступает с  выхода 3DA2 –генератора на аналоговом  таймере DA1.

Режимы:

 Регулятор частоты  R2 - «Плавно» и переключатель SA1—«Грубо»  позволяют выбрать приемлемый  диапазон частот вибратора в  зависимости от технического  задания испытаний изделия. 

 Питание генератора  на м/с DA1 и формирователя импульсов  DD1 выполнено от аналогового стабилизатора  напряжения на микросхеме DA3.

 Электронную защиту  транзисторов инвертора от перегрузки  выполняет цепь отрицательной  обратной связи с цепи стоков  полевых транзисторов, резистора  R15, на вход 5DA2 - модификации схемы  таймера генератора DA1.

 Понижение напряжения  на этом выводе вызывает увеличение  частоты генератора, без изменения  скважности, что в конечном результате  приводит к снижению мощности  на вибраторе T3.

 Параллельный стабилизатор  на микросхеме DA2 позволяет увеличить  чувствительность цепи обратной  связи.

 Терморезистор R11 отслеживает  предельное повышение температуры  ключевых транзисторов инвертора.

 Работа электронной  схемы индицируется светодиодом  HL1.

 Частота колебаний  вибростола устанавливается регулятором  R2 -«Плавно» и переключателем  частоты генератора SA1.

 Резистор R5 цепи отрицательной  обратной связи имеется возможность  установить максимальную мощность  вибростола, в автоматическом режиме.

Устройство монтажа:

 При выполнении исследовательских  работ регулятором R10 – «Мощность»  подать колебания на вибростол  с испытываемым изделием, регулятором  частоты вибрации установить  приемлемую или требуемую частоту  и мощность колебаний. Схема  устройства выполняется в печатном  монтаже, полевые транзисторы  VT1,VT2 снабжаются общим радиатором, и закреплены на изолирующие  прокладки.

 Ручки переменных резисторов R2, R10 необходимо вывести на переднюю  панель прибора устройства, для  удобства регулирования. При недостаточной  мощности устройства или его  производительности установить  дополнительные вибраторы, параллельно  существующего Т3 или увеличить  количество устройств.

Катушки вибростола и питателя выполнены из силовых трансформаторов  мощностью не менее 100 ватт с Ш - образным железом собранном без пластин  перекрытия. При прохождении импульса тока по обмотке катушки, металлическая  основа вибростола притягивается к  магнитной системе трансформатора, а при отсутствии тока возвращается в исходное состояние с возникновением колебаний. Исходные параметры обмоток 50- 60 витков диаметром ПЭЛ - 1,6 мм каждая.

 Печатная схема устройства  и силовой трансформатор Т2  закрепляются в металлическом  корпусе, подключение катушек  трансформатора Т3 выполняется  изолированным проводом сечением  не менее 2мм.

Все металлические части: вибростол и корпус прибора должны быть заземлены и подключены к  проводу заземления, монтаж выполняется  с соблюдением правил техники  безопасности.

 На фотографии печатной  платы отсутствует диодный мост VD3-VD6 установленный в отдельном  варианте, также диоды VD7,VD8 заменены  отдельной диодной сборкой типа 2BL2040CT.

Структурно–функциональная схема

Классификация информационных процессов в устройстве

Информационные процессы в модулях

SCADA-система «КАСКАД»

SCADA-система «КАСКАД» –  гибкая, масштабируемая вертикальная SCADA-система, предназначенная для  построения автоматизированных  систем управления технологическими  процессами (АСУТП), автоматизированных  систем контроля и учета энергии  (АСКУЭ), автоматизированных систем  оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) и других систем промышленной  автоматизации.

SCADA «КАСКАД» с успехом  применяется в химической, нефтехимической,  газовой, металлургической и других  отраслях промышленности, в энергетике  и ЖКХ. SCADA «КАСКАД» выполняет  все функции, присущие современным  SCADA-системам, имея при этом ряд  преимуществ в части открытости, надежности, возможности расширения  функциональности.

SoftLogic-система программирования KLogic используется для программирования  микропроцессорных контроллеров  с открытой архитектурой. На сегодня  SoftLogic-система KLogic поддерживает более  10 различных платформ контроллерной  техники и порядка 40 протоколов  взаимодействия с устройствами  и модулями ввода-вывода, причем  эти списки постоянно пополняются  новыми разработками. Большое количество  поддерживаемых устройств, а также  высокое быстродействие и доступность  в овладении инструментарием  KLogic позволяют в короткое время  реализовать проект автоматизации  любой сложности. SoftLogic-система KLogic может применяться как отдельно, так и совместно со SCADA-системой  «КАСКАД».

На базе программных продуктов  «КАСКАД» и KLogic отработан целый ряд  эффективных типовых решений  для создания систем автоматизации  широкого спектра и назначения. Около  сотни известных нам системных  интеграторов самостоятельно используют программные продукты нашей разработки и производства в разрабатываемых  ими собственных проектах систем промышленной автоматизации и диспетчеризации.

Все спецификации для расширения функциональности программного обеспечения  и реализации возможностей интеграции с другими системами поставляются в открытом виде.

Программные продукты сертифицированы  «КАСКАД» и KLogic, имеют Сертификаты  соответствия Госстандарта России.

Исключительными правами  на SCADA-систему «КАСКАД» и SoftLogic-систему KLogic обладает ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары (Свидетельства о государственной  регистрации программы для ЭВМ  №2009610420 от 19.01.2009 г. и №2009610911 от 10.02.2009 г.).

Выполняемые функции

• Сбор и регистрация первичной информации о ходе технологического процесса;
• Обработка информации по алгоритмам пользователя;
• Предоставление информации в виде мнемосхем технологического процесса;
• Оперативное, диспетчерское управление;
• Ведение истории технологического процесса;
• Просмотр и анализ хода технологического процесса;
• Формирование отчетной документации;
• Экспорт оперативной и исторической информации в WEB;
• Сигнализация и регистрация событий и нарушений в ходе технологического процесса;
• Регистрация всех действий операторов;
• Настройка прав пользователей, уровней доступа.

Основные характеристики

• Функционирование на платформе Windows NT/2000/XP;
• Поддержка стандарта OPC DA 2.0;
• Резервирование рабочих станций, серверов, баз данных;
• Распределенная архитектура «Клиент-Сервер»;
• Использование SQL-сервера Firebird 1.5 для управления базами данных;
• Передача накопленных данных в базы данных MS SQL Server, Oracle и других СУБД стандарта SQL;
• Модуль визуализации с большим выбором разнообразных объектов для отображения оперативной и исторической информации и управления технологическим процессом;
• Расширяемая архитектура сервера доступа к данным и модуля визуализации по принципу «плагинов»;
• Мощный и быстродействующий механизм хранения истории;
• Самодостаточный модуль формирования отчетной документации с возможностью экспорта в MS Excel и HTML;
• Развитый механизм звуковой сигнализации;
• Встроенная поддержка распространенных типов отечественной и зарубежной контроллерной техники («ТЕКОН», «ДЭП», «Овен», «Волмаг», Siemens, Beckhoff, Allen-Bradley, ICP DAS, Advantech и другие) как на уровне «КАСКАД», так и KLogic;
• Обширная библиотека поддерживаемых готовых программных модулей (драйверов) и открытая возможность подключения специфических устройств (модули ввода/вывода, счетчики электрической и тепловой энергии, счетчики материальных потоков, интеллектуальные датчики, устройства GPS-навигации, устройства плавного пуска, частотно-регулируемые приводы, преобразователи частоты, насосные станции управления и др.);
• Возможность использования архивов устройств - механизм «докачки истории»;
• Открытые интерфейсы для расширения функциональности.

Структура SCADA «КАСКАД»

«КАСКАД» является комплексом 32-разрядных приложений для Windows, в  состав которого входят следующие функциональные модули:

Серверные модули:

• сервер доступа к данным (СДД);
• модули доступа к данным (МДД) – интерфейсные модули для доступа к данным различных устройств;
• модули обработки данных (МОД) – модули расширения СДД.

Клиентские  модули:

• модуль визуализации (диалоговая среда контроля и управления);
• модуль сигнализации;
• модуль просмотра истории технологического процесса;
• модуль формирования рапортов;
• модуль регистрации событий и просмотра архива событий;
• модуль публикации в Web (Web-сервер).

Модули «КАСКАД» работают независимо друг от друга, поэтому одновременно могут: формироваться отчет, анализироваться  исторические данные, осуществляться контроль хода технологического процесса и т.д.

В состав SCADA-системы «КАСКАД» также входит ряд утилит, упрощающих пользователю работу с системой. Основные их них:

Центр управления – программная оболочка, способная при необходимости подменить стандартную оболочку Windows и осуществлять запуск только модулей и программ, разрешенных администратором SCADA-системы.

Кроме того, Центр управления позволяет выполнять следующие  задачи:

• автоматический запуск приложений при запуске оболочки, а также по расписанию;
• автоматическое формирование рапортов по расписанию;
• отправка сформированных рапортов и произвольных файлов по электронной почте по инициативе и автоматически по расписанию.

Утилита настройки групповых политик GroupPolicy – утилита, упрощающая настройку политик Windows (отключение запуска диспетчера задач, замена explorer.exe и т.д.) для ограничения запуска пользователями несанкционированных приложений.

Сторожевой  таймер KASKAD Watchdog Timer – утилита контроля работоспособности всех модулей SCADA-системы, позволяющая исключить постороннее вмешательство – выгрузку приложений, блокировку приложения вследствие вирусных атак и т.д.

ОРС-сервер – приложение, позволяющее получить доступ к данным SCADA-системы «КАСКАД» из других приложений по технологии OPC.

Особенности SCADA «КАСКАД»

Для функционирования объекта  автоматизации в условиях изменения  его характеристик и значений параметров в «КАСКАД» предусмотрена  возможность изменения пользователем  мнемосхем, экранных и печатных форм отчетной документации и др. Приспособляемость  «КАСКАД» к изменениям, вызванным  ростом потребительских запросов заказчика, обеспечивается модульной структурой построения программного обеспечения.

SCADA «КАСКАД» создана в  соответствии с международными  стандартами и технологиями открытых  систем, чем обеспечивается возможность  пользователя свободно выбирать  базовые программные и аппаратные  средства из широкого спектра  продуктов различных производителей  и не попадать в зависимость  от одной или нескольких фирм.

Поддержка других платформ и протоколов осуществима по желанию  заказчика при предоставлении опытных  образцов контроллерной техники  и устройств. Бесплатно предоставляется SDK для самостоятельной разработки новых функциональных блоков и протоколов. Список поддерживаемых протоколов постоянно  расширяется.

При создании распределенных автоматизированных систем «КАСКАД» обеспечивает:

• интегрирование в единую систему АСКУЭ и АСУТП средств различных производителей, выполненных в стандарте открытых систем;
• наращивание системы, резервирование;
• сравнительно невысокую стоимость системы;
• повышение надежности и живучести систем;
• единую технологию программирования контроллеров различных фирм и переносимость технологических программ пользователя;
• сопряжение с различными SCADA-системами через стандартные средства межзадачного обмена Windows-приложений (DDE, ОРС).

Особенности Softlogic-системы klogic

SoftLogic-система KLogic состоит  из исполнительной системы, выполняющейся  в контроллере, и инструментальной  среды разработки, функционирующей  на платформе Win32.

Исполнительная система  контроллера обладает широкими коммуникационными  возможностями, позволяющими организовывать обмен по каналам RS-485 и Ethernet, а также  по каналам сотовой связи GSM/GPRS. Поддерживается обмен с верхним уровнем по протоколам OPC, МЭК 60870-5-101, МЭК 60870-5-104, МЭК 60870-5-103.

Инструментальная система  позволяет разрабатывать технологические  программы с использованием языков МЭК 61131-3: функциональных блоков-схем (FBD) и диаграмм состояний (SFC).

SoftLogic-система KLogic обеспечивает:

• поддержку панелей оператора;
• ведение архивов в контроллере;
• поддержку дублирования и резервирования контроллеров, имеет открытые интерфейсы для расширения функциональности.

Автоматизированная  система управления технологическим процессом приготовления резиновых смесей

Назначение

Система управления предназначена  для комплексной автоматизации  процесса приготовления резиновых  смесей на шинных и резинотехнических  заводах. Она обеспечивает выпуск продукции  в соотвествии с техническим  регламентом, постоянный контроль параметров смешения и ведение архива процесса производства для соответствия стандартам качества. Система управления обеспечивает подачу сырья и контроль состояния  оборудования цеха с выдачей аварийных  сообщений.

Особенности технологического процесса

Технологический процесс  приготовления резиновых смесей осуществляет сложная территориально-распределенная производственная система, которая  состоит из нескольких технологических  линий смешения, транспортной системы  и складских помещений.

Рисунок 1. Структурная схема  системы приготовления резиновых  смесей и распределенной АСУТП

В качестве исходных компонентов  в систему поступают:

1) кипный и гранулированный  каучук,

2) технический углерод,

3) гранулированные ингредиенты,

4) жидкие мягчители.

Смесь готовится по рецептам, содержащим состав компонентов и  технологический регламент процесса смешения. Технологами разработано  более сотни рецептов в зависимости  от наличия компонентов и требуемых  характеристик резины. Небольшие  нарушения технологических процессов  могут приводить к неустранимому  снижению качества или браку выпускаемой  заводом конечной продукции.

Линии смешения являются объектами  периодического действия и содержат следующие основные узлы:

1) узел взвешивания компонентов,

2) смеситель,

3) экструдер,

4) узел охлаждения,

5) систему аспирации.

Транспортная система  осуществляет подачу компонентов в  линии смешения, транспортировку  продукции на склад, рециркуляцию с  целью предотвращения слеживания.

Цель внедрения

Своевременное получение  всей необходимой для технологического процесса информации.

Синхронизация работы всех агрегатов в распределенной технической  системе.

Обеспечение максимальной надежности и отказоустойчивости системы, т.е. возможность работы ее частей в автономном режиме.

Информационно-управляющая  система представляет собой многоуровневую распределенную систему, которая позволяет  собирать и хранить всю необходимую  в ходе технологического процесса информацию, а также обеспечивает максимальную надежность и отказоустойчивость работы. Сравнительная характеристика системы  приведена в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительная  характеристика информационно-управляющей  системы

Реализация

Технические средства информационно-управляющей  системы представляют собой многоуровневую структуру, изображенную на рис. 2.

Рисунок 2. Структура средств  технического обеспечения системы  управления

Распределенная информационно-управляющая  система представляет собой совокупность самостоятельных, имеющих возможность  работать автономно подсистем, которые, в то же время, тесно интегрированы  между собой и представляют собой  строгую единую информационно-управляющую  структуру. В состав распределенной информационно-управляющей системы  приготовления резиновых смесей входят следующие функциональные компоненты: