Сажин Р.А. Автоматизация технологических процессов горного производства: учеб. пособие - файл n1.doc

приобрести
Сажин Р.А. Автоматизация технологических процессов горного производства: учеб. пособие
скачать (1698 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1698kb.19.09.2012 16:40скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5


Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

Р.А. Сажин


АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство

Пермского государственного технического университета
2009
УДК 622.6

С14

Рецензенты:

кандидат технических наук И.Я. Сальников,

( ЗАО «Энергосервис» )

кандидат технически наук, доцент

(Пермского государственного технического университета)
Сажин Р.А.

С Автоматизация технологических процессов горного производства: учеб. пособие /

Р.А. Сажин. ? Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. ? с.

ISBN

Рассмотрены вопросы, связанные с принципами работы и устройства систем для автоматизации технологических процессов горного производства. Для каждой технологической операции этого производства представлен анализ структур автоматических систем как в аналоговом так и цифровом исполнении. Приведены структуры алгоритмов управления этими операциями для устройств цифрового исполнения.

Предназначено для студентов очного и очно-заочного отделений горно-нефтяного факультета по специальностям «Электропривод и автоматизация технологических установок и комплексов» .
УДК 622.6

ISBN 978-5-88151-972-8 © ГОУ ВПО «Пермский государственный

технический университет», 2009

ВВЕДЕНИЕ
Техническое перевооружение горного производства включает в себя не только внедрение нового высоко производительного технологического оборудования, но и привязку его к современным средствам автоматического управления, основу которых составляют микропроцессорные системы. Поэтому развитие средств автоматизации (в том числе и цифровых) в настоящее время является ключевым звеном научно технического прогресса не только в горнодобывающей отрасли, но и во всей производственной сфере страны.

В основу работы большинства автоматических систем заложены типовые принципы взаимодействия структурных элементов автоматики на исполнительные устройства технологического оборудования, изучив которые можно не только разобраться в принципе работы любой автоматической системы, но и успешно создавать новые, более совершенные их образцы.

Целью этого учебного пособия является знакомство студентов с основными принципами автоматизации, со структурным и функциональным устройством средств автоматизации основных технологических операций горного производства.


1. ЭТАПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Автоматизация технологических процессов горного производства предусматривает следующие этапы:

  1. Частичную автоматизацию;

  2. Комплексную автоматизацию;

  3. Полную автоматизацию.



На этапе частичной автоматизации горного производства предусматривается перевод на автоматическое управление отдельных технологических машинами или установок. Примером такого этапа автоматизации является автоматическое управление отдельным комбайном, конвейером или вентилятором.

На следующем этапе комплексной автоматизации этого производства предусматривается перевод на совместное автоматическое управление комплекса технологических машин. Например: автоматическое управление добычным технологическим комплексом, состоящим из комбайна, призабойного конвейера и призабойной крепи.

Полная автоматизации производства предполагает автоматизацию всех процессов, входящих в производственный технологический цикл. Этот этап автоматизации реализуется на основе применения средств вычислительной техники и микропроцессорных устройств. В горной промышленности по ряду объективных причин полная автоматизация пока не применяется. В других отраслях промышленности например в легкой и пищевой полностью автоматизированные производства уже существуют.


2. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Автоматизация технологических процессов предполагает решение следующих задач по управлению технологическими процессами:

  1. Автоматическую сигнализацию о состоянии объекта управления;

  2. Автоматический контроль параметров объекта управления;

  3. Автоматическую защиту объекта управления;

  4. Автоматический пуск или останов (в том числе и дистанционный) объекта управления;

  5. Автоматическое регулирование параметров объекта управления.


2.1.Системы автоматической сигнализации
Системы автоматической сигнализации предназначены для дистанционной передачи информации о состоянии объекта управления. Такая система имеет следующую структуру:

ОУ – объект управления.

ВЭ – воспринимающий элемент.

ИУ – исполнительное устройство.

Информация с объекта управления поступает на воспринимающий элемент, который преобразует ее в сигнал и передает его на исполнительное устройство, регистрирующего через этот сигнал состояние объекта управления. Примером такой системы может быть телемеханическая система дистанционной передачи сигнала на пульт диспетчера о работе или простое технологического оборудования.


    1. Системы автоматического контроля


Системы автоматического контроля предназначены для контроля уровня одного или нескольких параметров объекта управления. Структура системы автоматического контроля следующая:

ОУ – объект управления.

ИП – измерительный преобразователь.

ИУ - исполнительное устройство.

Информация с объекта управления поступает на исполнительный преобразователь (датчик), который преобразует ее в аналоговый сигнал и передает его на исполнительное устройство, регистрирующего через сигнал уровень состояния объекта управления.

Примером такой системы может быть телемеханическая система дистанционного контроля уровня добытого полезного ископаемого в бункерах.


    1. Системы автоматической защиты.


Системы автоматической защиты предназначены для поддержания в заданном пределе уровня одного или нескольких параметров объекта управления. Система автоматической защиты имеет следующую структуру:

ЗС – задающий сигнал

ЭС – элемент сравнения

УУ – устройство управления

Информация с объекта управления поступает на исполнительный преобразователь (датчик), а с него на элемент сравнения, куда одновременно подается задающий сигнал предельного уровня контролируемого параметра. Если уровень сигнала датчика (или измерительного преобразователя) будет выше величины задающего сигнала, то на устройство управления подается сигнал, формирующий управляющее воздействие на объект управления. Примером такой системы может быть система автоматической защиты от перегрузки электросетей или перегрузки привода любой технологической установки.


    1. . Системы автоматического пуска и останова объекта управления.


Эти системы предназначены для автоматического пуска или останова объекта управления. Автоматический пуск или останов объекта управления может осуществляться по сигналам с датчика (измерительного преобразователя) или от воспринимающего элемента. Структура такой системы выглядит следующим образом:

Автоматический пуск объекта управления в такой системе производится по сигналу датчика (измерительного преобразователя) или с помощью пусковой кнопки (воспринимающего элемента), который формируется и подается на устройство управления для управляющего воздействия на объект управления. Аналогично может быть произведен автоматический останов объекта управления. Примером такой системы может быть система автоматического пуска или останова компрессора при поддержании заданного давления в ресивере.


    1. Системы автоматического регулирования объектов управления.


Системы автоматического регулирования объектов управления предназначены для поддержания заданно характера изменения во времени или от другого аргумента параметров работы объектов управления. Структура такой системы зависит от алгоритма управления объектом. Для аналоговых систем эта структура определяется ее алгоритмом, в то время как в цифровых системах эта структура постоянна и типична для большинства таких систем.

Пример: регулирование давления в нефтяном пласте производится нагнетанием жидкости в этот пласт через скважину. Структура аналоговой системы автоматического управления в этом случае зависит от алгоритма управления этим процессом.



  1. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТМАМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОЦЕССОВ ГОРНЫХ РАБОТ



Системы автоматизациитехнологических процессов в горнодобывающей промышленности должны довлетврять следующим требованиям.

  1. Режим работы системы автоматического управления должен соответствовать режиму работы технологического оборудования подлежащего автоматизации.

  2. Системы автоматизации технологических процессов горно-добычных работ должны иметь степень взрывозащиты соответствующую категорийности горных работ.

  3. Системы автоматизации технологических процессов горно-добычных работ должны быть совместимы по энергии питания с основным технологическим процессом.

  4. Технологические процессы, подлежащие автоматизации не должны содержать ручных операций или операций, которые не поддаются автоматизации управления.

  5. Органы управления технологическим оборудованием, подлежащего автоматизации должны быть приспособлены для применения типовых исполнительных элементов систем автоматики.

  6. Системы сбора и обработки информации при автоматизации технологических процессов горно-добычных работ должны иметь степень точности достаточную для поручения необходимого результата.

  7. Оснащение технологических процессов системами автоматизации должно быть экономически целесообразным при выполнении работ в сложных горных условиях.


Автоматизация производственных процессов всегда связана с управлением этими процессами, поэтому первоначально рассмотрим несколько основополагающих понятий, связанных с управляющим процессом.


4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИКИ
4.1. Элементы процесса управления
Автоматизация любого процесса всегда связана с управлением этим процессом с помощью воздействия определенных средств на объект управления.

У
правление 
- это целенаправленное воздействие на  объект управления с целью получения желаемого результата. Принципиально структура одного из видов управления показана на рис. 1.

Рис.1. Структура системы управления объектом.

При любом виде управления всегда существует некоторый результат этого управления, который формируется на выходе объекта управления. Для получения этого результата на вход объекта управления подается управляющее воздействие, которое в свою очередь формируется устройством управления. Часть этого результата в виде информации возвращается обратно на устройство управления через канал обратной связи. Обратная информационная связь необходима для уточнения величины управляющего воздействие на объект и для контроля за состоянием этого объекта. Информация в системе управления может быть представлена в форме сигнала, который может быть; управляющим, задающим, возмущающим и корректирующим. Объект управления и устройство управления подвергаются воздействию со стороны внешней среды в форме внешнего воздействия. Это воздействие, как правило, всегда ухудшает результат управления.
4.2. Функциональные структуры систем управления.
Способ формирования управляющего воздействия на объект управления определяет вид управления, которое по этому признаку может быть:


4.2.1.. Ручное управление
При ручном управлении управляющее воздействие на объект управления производится непосредственно человеком через его мускульное воздействие или через технические устройства, усиливающие это воздействие. Структура этого вида управления показана на рис. 2.

Если мускульного воздействия человека достаточно для управления объектом то человек-оператор (субъект управления) пропорционально формирует это воздействие своим мускульным усилием. И наоборот, если величина сопротивления управлению объектом превышает мускульные возможности субъекта, то в системах ручного управления используются различного типа усилители мускульного воздействия, с помощью которых он в форме управляющего воздействия воздействует на объект управления.





Рис.2. Структура системы ручного управления объектом.
Пример: Использование только мускульного усилия ног велосипедиста достаточно для торможения велосипеда и совершенно не достаточно для торможения подобным образом автомобиля. Поэтому для торможения автомобиля используют вакуумные усилители тормозного усилия, создаваемого ногой водителя,


4.2..2. Автоматическое управление.
При автоматическом управлении управляющее воздействие на объект управления  производится автоматическим управляющим устройством, работающем по заданному алгоритму без всякого участия человека. В этом случае по каналу обратной связи устройство управления получает информацию о результате управления и состоянии объекта управления, на основе которой по заданному алгоритму формируется величина этого воздействия.

По способу формирования управляющего воздействия автоматические устройства управления бывают двух типов:

  1. Работающие по принципу компенсации отклонения результата управления;

  2. Работающие по принципу компенсации внешнего возмущения на объект управления.


4.2..2.1. Структура устройства автоматического управления, работающего по принципу компенсации отклонения результата управления.
Структура устройства автоматического управления, работающего по принципу компенсации отклонения результата управления, представлена на Рис.3. В таких устройствах задающий сигнал сравнивается с информацией (сигналом), полученной по каналу обратной связи о результате управления или о состоянии объекта управления. В случае рассогласования этой информации элемент сравнения вырабатывает сигнал коррекции, который по заданному алгоритму воздействует пропорционально этому отклонению на источник внешней энергии с целью формирования необходимой величины и направления управляющего воздействия на объект управления. Так как информация о результате управления в виде сигнала через канал обратной связи вновь поступает на вход системы управления, то такие системы всегда замкнуты.




Рис.3. Структура системы автоматического управления, работающего по принципу компенсации отклонения результата управления.


Пример: В системе автоматического управления скоростью движения подъемного сосуда шахтной подъемной установки всегда замеряется фактическая скорость подъема. Если по какой то причине эта скорость будет больше заданной, то уменьшается возбуждение подъемного электродвигателя или производится торможение барабана подъемной машины.


4.2.2.2. Структура устройства автоматического управления, работающего по принципу компенсации внешнего возмущения на объект управления.


Структура устройства автоматического управления, работающего по принципу компенсации внешнего воздействия на объект управления, представлена на рис. 4. В таких устройствах информация о внешнем воздействии на объект управления поступает на элемент коррекции, который по заданному алгоритму формирует сигнал управления, воздействующий на источник внешней энергии с целью формирования необходимой величины и направления управляющего воздействия на объект. Так как информация о результате управления не поступает на вход системы управления, то такие системы всегда разомкнуты.





Рис.4. Структура устройства автоматического управления, работающего по принципу компенсации внешнего возмущения.
Пример: В системе автоматического поддержания температуры городской теплосети всегда замеряется температура окружающей среды. С понижением температуры наружного воздуха температура теплоносителя в этой сети пропорционально повышается для поддержания постоянной температуры в отапливаемых помещениях. И наоборот.


4.2..3. Автоматизированное управление.
Автоматизированное управление (рис.5) относится к комбинированному, человекомашинному способу управления, при котором управляющее воздействие на объект производится автоматическим управляющим устройством, работающему по заданному алгоритму без участия человека до тех пор, пока объект управления аботает в пределах заданного режима.

Если же под действием внешней среды режим работы объекта управления

Выходит за рамки заданных значений то в работу вступает субъект управления ( оператор) , который при этом выполняет одно из de[ возможных действий.

Он прежде всего корректирует величину задающих сигналов или алгоритм управления. Если эти действия субъекта не дают необходимого результата то он управляет объектов вручную. После выхода из аварийной ситуации дальнейшее управление объектом снова производится в автоматическом режиме.


Рис. 6. Структура системы автоматизированного управления объектом
Аварийная ситуация требует от оператора перехода действий, связанных с вводом новых уровней задающих сигналов или с корректировкой алгоритмов управления. Примером автоматизированной системы может быть система управления самолетом.

На этапе взлета управление самолетом производится пилотом в ручном режиме. Как только самолетом будут достигнуты заданная высота, направление и скорость полета, пилот переводит его управление в автоматизированный режим, который выполняется автопилотом. При этом пилот по приборам только наблюдает за параметрами полета. В случае аварийной ситуации пилот корректирует задающие сигналы системы автоматики или в критической ситуации переходит на ручной режим управления, т.е. отключает автопилот. При посадке самолета меняется алгоритм управления, поэтому в этом случае автопилот переводится в режим автоматической посадки самолета.

5. ЭЛЕМЕПНТЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ ДИСКРЕТНЫХ АВОМАТОВ
Большинство систем автоматического управления в своем составе имеют элементы, которые работают в режиме «включено-выключено» по сигналам поступающим от соответствующих датчиков. Такие системы принято назвать дискретными автоматами. Описание свойств и состояния этих автоматов производится наукой называемой «Теория работы дискретных автоматов».
5.1.Характеристика дискретного автомата.


Дискретный автомат – это абстрактное управляющее устройство дискретного действия с некоторой постоянной структурой. Наглядно дискретный автомат можно представить как некоторый материальный объект (прямоугольник или ящик (рис.6)), на входе которого последовательно появляются импульсные входные сигналы, в результате действия которых последовательно меняется внутреннее состояние этого автомата, а на его выходе так же последовательно возникают соответствующие выходные сигналы, являющиеся результатом управления.





Рис.6 Структурная схема дискретного автомата
Совокупность всех входных сигналов дискретного автомата называется его входным алфавитом. Пусть в нашем случае этот алфавит задается следующей совокупностью символов:


X = {x1,x2,x3,x4,x5,x6, ... xn}

(1)



Совокупность всех выходных сигналов дискретного автомата называется его выходным алфавитом. В нашем случае этот алфавит задается следующей совокупностью символов:


Y = {y1,y2,y3,y4,y5,y6, ... yn}

(2)



Совокупность всех сигналов внутренних состояний дискретного автомата называется алфавитом его внутренних состояний. Пусть в нашем случае этот алфавит задается совокупностью следующих символов:


A = {a1,a2,a3,a4,a5,a6, ... an}

(3)



Промежуток времени между двумя последовательными состояниями дискретного автомата называется его рабочим таком. В момент смены такта меняется как внутреннее состояние автомата, так и величина сигнала на его выходе.

Если продолжительность такта определяется только длительностью входного сигнала, то такой режим работы дискретного автомата называется асинхронным. Если продолжительность такта определяется внешним источником (генератором тактовых импульсов), то такой режим работы дискретного автомата называется синхронным. Если такт входного сигнала формируется автоматом, а такт его внутреннего состояния внешним источником, то такой режим работы дискретного автомата называется согласованным.


5.2.Формальные языки описания дискретных автоматов.
Для описания работы дискретного автомата используются следующие языковые средства:

  1. Таблицы переходов (функции ?);

  2. Таблицы выходов(функции ?);

  3. Графы переходов;

  4. Граф - схемы алгоритмов;

  5. Логические схемы алгоритмов.


5.2.1.Таблица переходов (функция ?)
Внутренне состояние дискретного автомата в конкретный момент времени описывается табличной функцией, смысловое содержание которой представлено в табл. 1.

Таблица 1




а1

а2

а3

а4

Смысл этой таблицы состоит в том, что некоторый дискретный автомат последовательно за четыре такта получает на свой вход сигналы: Х1;Х2;Х3;Х4.

Х1

а1

а3

-

а1

Х2

-

а1

а1

а2

Х3

а4

-

а2

а3

Х4

-

-

-

а2


Этот дискретный автомат может произвольно принимать четыре возможных внутренних состояния: а1,а2,а3,а4. Согласно этой таблице при действии сигнала Х1 автомат из состояния а1 остается в этом же состоянии, но из состояния а2 переходит в состояние а3 , а из состояния а4 возвращается в состояние а1. В этом такте состояние а3 автомата безразлично, т. к. из него возможен переход в любое другое состояние. Согласно этой таблице аналогично объясняются переходы состояний автомата в последующих тактах.
5.2.2. Таблица выходов (функция ? )
Таблицей выходов каждому внутреннему состоянию дискретного автомата на соответствующем такте задается величина выходного сигнала. В общем случае это описывается табличной функцией ?[a(t),x(t)], смысловое содержание которой представлено в табл. 2.

Таблица 2




а1

а2

а3

а4

Смысл этой таблицы состоит в том, что за четыре входных такта Х1;Х2;Х3;Х4 дискретный автомат формирует конкретный входной сигнал при соответствующем

Х1

y1

y3

-

y4

Х2

-

y1

y1

y2

Х3

y4

-

y2

y3

Х4

-

-

-

y4


внутреннем его состоянии : а1,а2, а3,а4.

Согласно табл. 2 при действии сигнала Х1 на выходе автомата при его внутреннем состоянии а1 формируется сигнал y1, а в состоянии а4 этот автомат выдает сигнал y4. Состояние а3 в этом такте безразлично.

Для описания работы дискретного автомата с помощью графа строится обобщенная таблица переходов, в которой объединяется содержание двух предыдущих таблиц.

Таблица 3




а1

а2

а3

а4

Таблица 3 иллюстрирует принцип этого объединения. Такая таблица является основой для построения графа переходов. Если в таблице 3 не все клетки заполнены

Х1

а1/y1

а3/y3

-

а1/y4

Х2

-

а1/y1

а1/y1

а2/y2

Х3

а4/y4

-

а2/y2

а3/y3

Х4

-

-

-

а2/y4



(определены), то такой автомат считается не полностью определенным или частичным.


5.2.3.Построение графа переходов дискретного состояния автомата.

Для наглядности принципа последовательности функционирования автомата строятся графы, состоящие из системы вершин и ребер направлений. Каждая вершина графа соответствует конкретному его внутреннему состоянию. Ребро графа указывает направление перехода автомата из одного состояние в другое.

На рис.7 приведен граф автомата, описанного таблицей 3. Произвольно расставив вершины состояний автомата: а1, а2, а3, а4 согласно таблицы 3 обозначим ребрами направления перехода автомата из одного состояния в другое. Так в такте Х1 автомат из состояния а1 вновь приходит в это состояние. Ребро такого направления (исходящего и входящего в одну и туже вершину) называется петлей. Далее в этом же такте из вершины а2 ребро направляем в вершину а3, а из вершины а4 в вершину а1 и так далее о каждому такту. В итоге получим результирующий граф переходов, представленный на рис.7. Этот граф может быть представлением одной из форм алгоритма работы дискретного автомата. За начало этого алгоритма принимается та вершина графа, из которой только выходят ребра, и нет в ней входящих ребер. Аналогично за конец а
лгоритма принимается та вершина графа, в которую только входят все ребра, и нет в ней выходящих ребер.


Рис 7. Граф переходов состояний автомата.
5.2.4. Граф-схемы алгоритмов
Последовательность функционирования дискретного автомата мажет быть представлена в виде структурного алгоритма через его граф схему. Основу граф-схемы алгоритма составляют структурные блоки или операторы структуры, которые могут быть следующими:

  1. Начала, конца;

  2. Ввода, вывода;

  3. Линейными (или следования);

  4. Ветвления;

  5. Цикла;

  6. Подпрограммными.


Рассмотрим принцип построения граф-схемы алгоритма на примере фрагмента алгоритма работы автоматического регулятора температуры, представленного на рис.8. После ввода задающих параметров, определяющих верхнюю и нижнюю границу регулирования температуры, производится опрос датчика температуры. Если нижняя граница заданного температурного диапазона будет ниже фактической температуры, то алгоритм переключается на повторный опрос датчика (так реализуется петля графа). Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока при нажатии на кнопку «пуск» не выполнится условие «да». После чего произойдет переход на включение нагревателя. Продолжение алгоритма будет аналогичным, только контроль в этом случае будет происходить по верхней границе температурного диапазона, при превышении которого произойдет переход к выключению нагревателя




Рис.8. Алгоритм работы регулятора температуры.


5.2.5. Логические схемы алгоритмов.

В этой схеме на вход логического элемента «И» одновременно подаются три сигнала от датчиков контроля параметров некоторого объекта. Если сигналы датчиков Х2 и Х3 одновременно нулевые, а сигнал датчика Х1 единичен то на выходе этого элемента формируется единичный сигнал, который через транзисторный ключ удерживает пусковое реле «Р» объекта во включенном состоянии.
Функциональная последовательность работы дискретного автомата мажет быть структурно представлена в виде логической блок схемы. Рассмотрим принцип построения таких схем на примере защитной автоматики, представлено- го на рис.9.





Рис.9. Логическая блок-схема системы защиты.
При появлении единичного сигнала хотя бы на одном из входов Х2 или Х3 или логического нуля на входе Х1 элемента «ИЛИ-НЕ» переводит его выходной сигнал в нулевое состояние, в результате чего пусковое реле «Р» отключается.


5.3.Структурный синтез дискретных автоматов как систем управления.
Для структурного синтеза дискретного автомата выберем нижний уровень системы управления шахтного водоотлива. Функциональная структурная схема этой системы представлена на рис.10.





Рис.10. Функциональная схема системы управления шахтного водоотлива.
На этой схеме приняты следующие обозначения:

БЗ – Блок задержки времени;

ДПЗз – Датчик положения задвижки (закрыто);

ДПЗо - Датчик положения задвижки (открыто);

t1 - Время заливки насоса ;

t2 - Время набора производительности насосом;

УУ - Устройство управления насосом;

ДН - Двигатель насоса;

ЗУ - Устройство заливки насоса;

ПЗ - Привод задвижки;

Н - Насос;

З - Задвижка.
С верхнего уровня управления этой системы на вход устройства управления поступает сигнал «пуск» (или «стоп»), который одновременно запускает блок задержки времени. Этот блок последовательно выдает два временных сигнала. Первый сигнал «t1» регистрирует время заливки насоса, второй сигнал «t2» регистрирует время разгона привода насоса. Входные сигналы датчиков ДПЗз и ДПЗо фиксируют положение задвижки «З» (открыто или закрыто). Один из выходных сигналов устройства управления включают устройство заливки насоса «ЗУ», а другие приводы главного насоса «ДН» и задвижки «ПЗ». Положение задвижки. контролируется датчиком положения

з
На рис.11. представлен упрощенный вариант схемы системы управления шахтным водоотливом, которая будет использована как дискретная система управления этим процессом. На основе этой схемы построим табличные функции ? и ? , которые соответственно представим в таблицах 3, 4 и 5. 
адвижки «ДПЗ».




Рис.11. Упрощенная схема системы управления шахтного водоотлива.


Тактовое состояния входных сигналов в этой системе отражено в табл. 3.

Пояснение содержания таблицы 3 Цикл управления насосом шахтного водоотлива состоит из восьми тактов. В такте Х0 система находится в состоянии ожидания приема с верхнего уровня управления сигнала «пуск». Сигналы t1 и t2 в этом такте находятся на безразличном уровне, так как таймеры не запущены. Сигнал датчика ДПЗ0 имеет нулевой уровень, потому что задвижка закрыта, а

сигнал датчика ДПЗз имеет наоборот единичный уровень. Эти сигналы не меняют своего состояния в течение пяти тактов, пока задвижка остается закрытой. В такте Х1 на вход «пуск/стоп» устройства управления приходит единичный пусковой сигнал, который остается таким в течении последующих шести тактов.

Таблица 3.




Пуск/ /стоп

t1

t2

ДПЗо

ДПЗз

После получения этого сигнала блок задержки времени запускает заливочное устройство и таймер t1, поэтому на этом входе первоначально появляется нулевой сигнал запуска таймера. На следующем такте Х2 таймер t1 выдает единичный сигнал прекращения заливки насоса.

Х0

0

-

-

0

1

Х1

1

0

-

0

1

Х2

1

1

-

0

1

Х3

1

-

0

0

1

Х4

1

-

1

0

1

Х5

1

-

-

1

0

Х6

1

-

-

1

0

Х7

х

-

-

0

1




















На такте Х3 блок задержки времени запускает таймер t2 , который контролирует время запуска двигателя главного насоса. На этом такте и далее параметр t1 переходит уже в безразличное состояние. На такте Х4 заканчивается переходной процесс пуска двигателя насоса поэтому параметр t2 переходит на единичный уровень.

На такте Х5 насос переходит на рабочий режим откачки воды, поэтому система управления включает привод задвижки на открытие, в результате чего параметры ДПЗ0 и ДПЗз противоположно меняются, а вход t2 становится безразличным. Такт Х6 является основным рабочим тактом. Сигналы этого такта остаются такими же, как и в предыдущем такте. Одновременно в этом такте производится контроль работоспособности системы управления. В случае появления аварийного сигнала система управления переходит на такт Х7, на котором закрывается задвижка и выключается привод насоса, в результате чего параметры ДПЗ0 и ДПЗз снова противоположно меняются.

Состояние выходных сигналов системы управления представлено в табл. 4.


Где:

Y0 – нулевое состояние системы

Y1 - заливка насоса

Y2 - включение насоса,

отключение заливки

Y3 - работа насоса и открытие

Задвижки

Y4 - отключение насоса и закрытие задвижки




Таблица 4




ЗУ

ДН

ПЗо

ПЗз

Y0

0

0

0

0

Y1

1

0

0

0

Y2

0

1

0

0

Y3

0

1

1

0

Y4

0

0

0

1



Пояснение содержания таблицы 4 При действии выходного сигнала Y0 (нулевое состояние системы) все устройства водоотлива отключены.

При появлении выходного сигнала Y1 включается заливочное устройство остальные устройства пока отключены. Выходной сигнал Y2 выключает заливочное устройство и включает двигатель главного насоса. Сигнал Y3 открывает задвижку при работающем приводе насоса, а сигнал Y4 закрывает задвижку и отключает привод насоса.

Для построения графа алгоритма системы управления шахтного водоотлива построим таблицу 5, в которой объединим содержание двух предыдущих таблиц..

Таблтца 5




а1

а2

а3

а4

а5

а6

Список внутренних состояний

а1 – начальное состояние;

а2 – заливка насоса;

а3 – включение двигателя

насоса;

а4 – включение привода

задвижки и работа

насоса;

а5 – нормальная работа

Х0

а1/ Y0

а1/ Y0

а1/ Y0

а6/ Y4

а6/ Y4

а6/ Y4

Х1

а2/ Y1

а2/ Y1

-

-

-

а6/ Y4

Х2

-

а3/ Y2

-

-

-

а6/ Y4

Х3

-

-

а3/ Y2

-

-

а6/ Y4

Х4

-

-

а4/ Y3

-

-

а6/ Y4

Х5

-

-

-

а4/ Y3




а6/ Y4

Х6

-

-

-

а5/ Y2

а5/ Y2

а6/ Y4

Х7

-

-

-

-

-

а1/ Y4

насоса с открытой

задвижкой;

а6 – выключение привода

насоса и закрытие

задвижки.
Пояснение содержания таблицы 5. Во время такта Х0 система находится в состоянии ожидания, при этом любая попытка включения привода в состояниях а4 , а5, а6 вызывает появление сигнала Y4.обеспечивающего возврат В такте Х1 из начального состояния система переходит в состояние заливки насоса и находится в этом состоянии в течение следующего такта. В такте Х3 включается привод главного насоса. После его в такте Х4 при работающем насосе производится включение привода задвижки. В этом состоянии система находится весь следующий такт Х5. Такт Х6 является основным тактом работы насоса при открытой задвижке. Такт Х7 является режимом работы насоса при аварии, при котором закрывается задвижка и выключается привод насоса, после чего система переходит к начальному состоянию.

Далее на основе таблицы 5 строим граф алгоритма управления по выше изложенной методике. Общий вид этого графа представлен на Рис.12.

шахтного водоотлива, который представлен на Рис.12.



Рис.12. Граф переходов состояний системы управления шахтного водоотлива.
Этот граф имеет шесть вершин устойчивых состояний, на каждой из которых имеется петля циклового ожидания события, среди которых :

х0/у0 – (а1) ожидание нажатия кнопки пуск;

х1/у1 – (а2) ожидание окончания заливки насоса;

х3/у2 – (а3) ожидание окончания набора производительности насоса;

х5/у3 – (а4) ожидание окончания переключения задвижки (на открытие);

х6/у2 – (а5 ) работы насоса в нормальном режиме и ожидание окончания

этого режима;

(х0 х1 х2 х3 х4 х5 х6 х7)/у4 – (а6) ожидание окончания переключения

задвижки (на закрытие).
На основе этого графа строим алгоритм автоматической работа насоса


5.4 Алгоритм работы насоса водоотлива.


Имя

вершины

графа






а1



а2





а3





а4






а5




а6







Рис.13. Алгоритм управления насосом шахтного водоотлива.

Представленный на рис. 13. алгоритм управления насосом шахтного водоотлива совмещен с вершинами графа, представленного на рис. 12. Насос шахтного водоотлива, как дискретный автомат, после запуска этого алгоритма находится в состоянии а1, в котором все выходные сигналы обнулены и в ожидании нажатия кнопки «пуск» он переходит на петлевой цикл опроса состояния этой кнопки. Пока эта кнопка не нажата этот цикл продолжается.

После нажатия копки «пуск» автомат переходит в состояние а2, в котором производится запуск таймера t1, а так же включение заливочного насоса. Если же заливочный насос не включился то происходит возврат в состояние а1, т.е. в исходное состояние этого автомата. При запуске заливочного насоса таймером t1 производится контроль времени заданного на заливку насоса с учетом состояния пусковой кнопки. При проверке этих условий алгоритм снова находится в петлевом цикле в течении времени t1 (это петля при вершине а2). По истечении этого временного отрезка происходит выход из петлевого цикла в состояние а3.

В этом состоянии (вершина а3) происходит включение привода рабочего насоса и одновременное выключение заливочного насоса. Кроме того, в этом состоянии включается таймер t2, который контролирует время включения привода асоса. В случае если одного из этих включений не произошло, то снова происходит возврат к вершине а1, т.е. в исходное состояние автомата.. По истечении этого временного отрезка происходит выход автомата из петлевого цикла в состояние а4. В этом состоянии при работающем двигателе рабочего насоса производится включение привода задвижки на открытие. Если же в этом случае задвижка не откроется или остановится двигатель рабочего насоса, то произойдет переход автомата в состояние а6, в котором обнуляются все его выходные сигналы и он снова перейдет в начальное состояние ожидания пуска. При нормальной же работе указных приводов и полного открытия задвижки происходит переход автомата в следующее состояние а5, в котором отключается привод открытой задвижки при работающем двигателе рабочего насоса.

Состояние а5 является основным рабочим состоянием насоса шахтного водоотлива. Оно продолжатся до тех пор, пока не будет подана команда «стоп» или пока не сработают аварийные датчики. Если это произойдет, то автомат переходит в состояние а6, в котором происходит закрытие задвижки и выключение привода насоса, после чего автомат переходит в состояние а1, т.е. в режим ожидания при нулевых значениях выходных сигналов.
  1.   1   2   3   4   5


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации