Systém řízení a sběru dat vyvíječe páry

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ Systém řízení a sběru dat vyvíječe páry Číslo projektu: RF-TI3/151 Číslo výsledku: Odpovědný pracovník: Ing. Vladimír Holcman Ph.D. Spolupracovníci: Ing. Robert Macků Ph.D, Ing. Pavel Škarvada Ph.D., Ing. Jiří Šicner, Ing. Pavel Tofel, Ing. Tomáš Trčka Originál smlouvy o využití na kooperujícím pracovišti je uložen na UFYZ FEKT Software vznikl v rámci jednotlivých výzkumných aktivit výzkumného centra. Experimentální část byla realizována na výzkumné infrastruktuře vybudované v rámci projektu CZ.1.05/2.1.00/

2 Centrum senzorických, informačních a komunikačních systému (SIX) operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace. Elektronický řídicí systém vyvíječe čisté páry s deskovým výměníkem Pro řízení systém vyvíječe páry byl použit systém s centrální procesorovou jednotkou AD- CPUW2 (AMIT), která obsahuje vlastní řídicí jádro, operační paměť, zdroj, obvody sériových linek a rozhraní Ethernet. AD-CPUW2 má procesorové jádro řešené formou DualCPU. DualCPU představuje rozdělení na komunikační a procesní část, kde každou z nich obstarává samostatný procesor. Mezi sebou procesory komunikují prostřednictvím SPI sběrnice. Centrální jednotka obsahuje následující komunikační protokol: rozhraní RS232 rozhraní RS485 rozhraní Ethernet slot pro MicroSD kartu webový server Centrální jednotka následně zajišťuje interní komunikaci s dalšími vstupně/výstupními moduly, které následně zajišťují komunikace s jednotlivými senzory a ventily. Celý systém obsahuje: 2 ks vstupních digitálních jednotek, které sbírají binární data převážně od bezpečnostních prvků systému. Jsou použity jednoty AD-DI8A každá s 8 oddělenými vstupy 1 ks výstupních digitálních jednotek, které jsou určeny pro ovládání jednotlivých výkonových prvků a ovládání 16 podtlakových ventilů, 2 ks vstupních analogových jednotek, které jsou určeny pro snímání všech fyzikálních veličin, jako jsou teplota a tlak, 1 ks výstupní analogová jednotka, slouží pro řízení jednotlivých analogových výstupů, jako jsou ventilátor a měnič. Elektronický systém sběru dat z jednotlivých měřicích fyzikálních senzorů Pro řízení systému a sběr dat ze všech snímačů je využitý PLC (Programovatelný logický automat). PLC je relativně malý průmyslový počítač, který se využívá při automatizaci procesů v reálném čase. V našem případě slouží systém PLC pro sběr dat a komunikaci s nadřízeným PC, ve kterém jsou změřená data uložena. Pro sběr dat bylo využito PLC firmy Elsaco, tímto systém byly data ze všech senzorů shromažďována a vizualizačním nástrojem následně vyčítána pro grafické zobrazení a následné uložení do souboru. Sběr dat probíhal s frekvencí 3 HZ u čidel, které měla takovou rychlost odezvy. U ostatních čidel se pak jednalo o rychlost jednoho vzorku za minutu. Dle technického rozboru celého systému byly vybrány stěžení místa celého systému pro sběr dat. Jednalo se o body: Před výměníkem (teplota, tlak) Za výměníkem (teplota, tlak)

3 Před redukčním ventilem tlaku (teplota, tlak) Za redukčním ventilem tlaku (teplota, tlak) Ve vyvíječi páry (vodivost) Vstup demineralizované-vody (vodivost) U všech těchto bodu bylo měření prováděno kontinuálně od startu systému až po jeho ukončení a data byla ukládána do textových souborů. Následně byla data analyzována. Pro sběr dat byl využit systém Elsaco CCPU03 CCPU-03 je kompaktní mikropočítačová jednotka systému PROMOS line 2. Je určena jako centrální jednotka pro větší sestavy nebo jako samostatná komunikační centrála. Standardně je osazena rozhraním USB pro programování aplikací v prostředí FRED a rozhraním Ethernet pro připojení k nadřazené úrovni řízení. Volitelně může být také vybavena kanálem M-BUS pro přímé připojení inteligentních měřicích přístrojů, např. měřičů tepla. Mikropočítač je tak dobrým základem i pro úlohy se složitými výpočty a velkými nároky na paměť, jako jsou například regulační systémy, kompaktní regulátory, jednotky sběru a uchování dat atd. Jednotku tvoří procesorový modul MCPU-01, základní deska vstupů/výstupů a deska indikace. Pomocí této jednotky komunikoval celý systém s nadřazeným vizualizačním nástrojem, který následně ukládal data do souboru. Centrální jednotka je vybavena jak rozhraním Ethernet tak i USB, což umožňovalo vzdálený i centrální monitoring celého procesu. K centrální jednotce byl připojen universální analogový modul CAIO12, který zajišťoval sběr dat z jednotlivých senzorů.

4 CAIO12 CAIO-12 je periferní jednotka na sběrnici CANopen (CAN2.0A, komunikační rychlost 500 kb/s) s 12 univerzálními pozicemi pro analogové vstupy / výstupy. Tato jednotka byla využita pro sběr dat z jednotlivých senzorů s rychlosti 3 Hz. Řízení jednotky a sběrnicovou komunikaci zajišťuje vestavěný mikropočítač. Na čelním panelu jsou přepínače pro volbu síťové adresy modulu a pro blokování funkce výstupů. Sběrnice se k modulu připojuje propojovacími můstky InCo nebo desetižilovým kabem, který obsahuje vlastní komunikační linku i napájecí napětí. Jednotka je konstrukčně uspořádána v kompaktní krabičce, která se montuje na lištu DIN. Na obrázku je uvedena část vizualizace sloužící k charakterizaci celé soustavy a jako pomocník při rozmístění jednotlivých měřicích uzlů. V každém měřeném bodě je pak umístěn senzor teploty, tlaku případně vodivosti podle charakteristických vlastností jednotlivých měřicích uzlů. Data z jednotlivých senzorů jsou odeslány buď po průmyslové sběrnici RS485 do PLC, případně jsou načteny přímo z převodníku teplota/proud v PLC. Následně jsou data přes TCP/IP protokol odeslána do centrálního PC, na kterém je nastavena on-line komunikace s PLC.

5 Pro měření tlaku byly použity snímače - JUMO dtrans p31 převodník tlaku pro vysoké teploty média Tento převodník tlaku se používá na snímání relativního a absolutního tlaku v kapalných a plynných médiích. Pracuje na piezorezistivním principu. Tlak je pomocí elektronického převodníku přeměněný na elektrický signál. Převodník tlaku JUMO dtrans p31 slouží k měření kapalných a plynných médií především v hygienických aplikacích. Jmenovité měřicí rozsahy jsou od bar do maximálně bar jako dvouvodičová nebo třívodičová varianta. Četnost procesních příslušenství umožňuje výběr mezi svařeným, netěsným, šroubovacím, těsnícím systémem, který zohledňuje modularitu procesního adaptéru JUMO PEKA typ Přípustná teplota média činí až 250 C Pro rychlé měření tlaku byly vybrány sensory s keramickou membránou, které jsou pro tento typ měření uzpůsobeny. Snímač tlaku s keramickou membránou je určen pro měření relativního přetlaku i podtlaku (vůči atmosféře) nebo absolutního tlaku (vůči vakuu) v kapalných i plynných médiích. Díky zvolené konstrukci a použitým materiálům je možno měřit tlak i v médiích agresivního charakteru. Toto spolu se standardizovanými proudovými i napěťovými výstupy je ideální pro navrženou aplikaci. Snímač je montován do pouzdra z odolné korozivzdorné oceli třídy ČSN). Připojovací manometrové šroubení se závitem G1/2, variantně i M20x1,5, je provedeno podle DIN. Plášť pouzdra je vyroben z korozivzdorné oceli třídy (ČSN). Do pouzdra je zabudováno čidlo tlaku s keramickou membránou. Čidlo je v pouzdru těsněno pomocí O kroužku z materiálu FPM (Viton), Na membráně je vytvořen snímací odporový můstek pracující na piezorezistivním principu, jehož základní parametry jsou v průběhu výroby dostavovány laserovým paprskem. Tento signál je zesílen, zkompenzován a kalibrován výstupní elektronikou. Snímače má proudový výstup 4 20mA pro dvouvodičové zapojení a 0 20mA pro třívodičové. Základní parametry senzoru: Jmenovité tlakové rozsahy 0 2MPa Maximální přetlak 200% (400%) rozsahu Chyba nastavení max. 1% (0.5%) Teplotní chyba nuly typ. 0,1 max. 0,3 %/10 C Teplotní chyba rozsahu typ. 0,1 max. 0,3 %/10 C Komp. teplotní rozsah C Provozní teplotní rozsah C Skladovací teplota C Napájecí napětí 12 36V ss Krytí min. IP 54 Rychlost měření <0.2s

6 Pro měření teploty byly použity snímače - SENSIT PTS Tyto odporové snímače jsou určeny pro kontaktní měření teploty do 400 C. Jsou tvořeny kovovým měřicím stonkem a kovovou hlavicí, ve které je umístěna svorkovnice. Snímače se vyrábějí v provedení s hladkým stonkem nebo se stonkem s navařeným šroubením. Stonek je z korozivzdorné oceli třídy (ČSN), hlavice je ze slitiny hliníku. Základní délky měřicích stonků jsou 100, 160, 220, 280 a 400 mm. Kovová hlavice je opatřena kabelovou vývodkou. Snímače vyhovují stupni ochrany IP54 dle ČSN EN Kombinaci snímače a nerezového středového držáku nebo jímky, dodávané jako příslušenství, je možné použít snímače pro měření teploty v různých aplikacích průmyslového prostředí. Snímače je možné použít pro všechny řídicí systémy, které jsou kompatibilní s typy čidel nebo výstupními signály uvedenými v tabulce technických parametrů. Standardní teplotní rozsah použití je -60 až 400 C. Snímače jsou určeny pro provoz v chemicky neagresivním prostředí Typ čidla Pt 1000 Měřící rozsah -60 až 400 C (teplota v okolí hlavice -30 až 100 C) Max. měřící proud 0,1 ma Chyba měření < 0,6% z rozsahu, minimálně 0,5 C Stupeň krytí IP 54 dle ČSN EN Materiál stonku nerez Materiál hlavice hliník Typ průchodky P 16 Hmotnost cca 0,25 kg Odpor připojovacího kabelu: 0,35Ω Rozměry jímky: průměr 5 mm, délka 35mm Délka závitu M10: 12mm Délka snímače bez kabelu: 70mm Přesnost měření: Pt1000 ( C) - 0,2% rozsahu Pt1000 (0 90 C) - 0,2% rozsahu Pt1000 (0 400 C) - 0,25% rozsahu při teplotě okolí 25 C; 0,5% v celém rozsahu prac. teplot měřicí proud max. 1mA

7 Zapojení čidla Pt1000 přes převodník odpor/proud na komunikační směrnici PLC Pro měření vodivosti byly použity snímače - JUMO tecline Lf-VA konduktivní vodivostní sondy v korozivzdorné provedení Vodivostní sondy ve spojení s převodníky pro vodivost se používají ke stanovení elektrolytické vodivosti v kapalinách. Měřicí sondy jsou zhotoveny z fyziologicky nezávadných materiálů odpovídajících požadavkům FDA. Oblasti použití vodivostních sond JUMO v provedení jsou např.: - oblast čistých a ultra čistých vod - farmaceutický a chemický průmysl, potravinářství - výroba polovodičů - iontové výměníky - reverzní osmóza Jsou to 2 - elektrodové měřící články. Elektrody jsou přes měřící snímač "ostřikovány" střídavým napětím. Proud, který prochází tekutinou a elektrodami, je určen podle vodivosti tekutiny. Pro převod dat z vodivostních sond byl použit převodník - JUMO ecotrans Lf 03 - mikroprocesorový převodník Převodník vodivosti JUMO ecotrans Lf 03 měří ve spojení s konduktivními snímači vodivost případně odpor kapalin. Byl využit pro sběr dat z vodivostních senzorů. Typickými oblastmi použití tohoto přístroje jsou zařízení pro monitorování čistoty a úpravy vod, zařízení pro reverzní osmózu a iontové výměníky, příprava vody ve farmaceutickém průmyslu, sledování parametru kondenzátu, oplachové a chladící vody. Obsluha a nastavení přístroje se provádí pomocí tlačítek a integrovaného LC-displeje. Alternativně je možné přístroj konfigurovat pomocí Setup programu. Setup programem je možné vytisknout konfigurační údaje, které následně ulehčují orientaci v dokumentaci.