AFM023P Podstawowy trenażer sterowania procesami – sprzęt edukacyjny i dydaktyczny1 Przegląd produktu
1.1 Ogólny opis
Sterowanie procesami (ang. *process control*) to skrót oznaczający automatyczne sterowanie procesem produkcyjnym, stanowiące istotną część technologii automatyzacji. Termin ten odnosi się zazwyczaj do ciągłego lub automatycznego sterowania procesem produkcyjnym w przemyśle naftowym, chemicznym, energetycznym, hutniczym, lekkim, materiałów budowlanych, energetyce jądrowej i innych pokrewnych sektorach. We współczesnych procesach produkcji przemysłowej technologia sterowania procesami odgrywa coraz ważniejszą rolę w osiąganiu optymalnych wskaźników technicznych i ekonomicznych, poprawie efektywności gospodarczej i wydajności pracy, polepszaniu warunków pracy oraz ochronie środowiska naturalnego.
Opierając się na kluczowych technologiach i systemach urządzeń, będących ucieleśnieniem systemów automatyzacji i informatyzacji w przedsiębiorstwach procesowych, zaprojektowaliśmy i wyprodukowaliśmy zaawansowane urządzenie dydaktyczne do kompleksowych ćwiczeń laboratoryjnych z zakresu sterowania procesami, tworząc tym samym profesjonalną bazę do praktycznych zajęć inżynierskich.
Niniejsze urządzenie szkoleniowe charakteryzuje się przemyślaną konstrukcją i dużą wszechstronnością. Pozwala ono nie tylko spełnić wymogi dydaktyczne w zakresie zajęć laboratoryjnych na kierunkach związanych z automatyką przemysłową, sterowaniem automatycznym i innymi specjalnościami na poziomie studiów licencjackich i inżynierskich, lecz nadaje się również do wykorzystania przez studentów studiów magisterskich i doktoranckich w ramach prac badawczo-rozwojowych.
1.2 Cechy charakterystyczne
1. Urządzenie wykorzystuje ramę wykonaną z przemysłowych profili aluminiowych, charakteryzuje się przejrzystą konstrukcją oraz otwartym interfejsem.
2. Produkt posiada konstrukcję typu biurkowego (kompaktową), ramę wykonaną w całości ze stopu aluminium oraz modułową budowę, w której obiekt sterowania i system sterowania są odseparowane. Moduły te mogą być ustawiane łącznie na stole roboczym lub rozmieszczane oddzielnie – w zależności od potrzeb.
3. Interfejsy wejściowe i wyjściowe urządzenia cechują się wysoką kompatybilnością. Moduł wykonawczy (napędowy) oraz główny sterownik PLC można łatwo wymieniać; urządzenie może pełnić funkcję obciążenia dla układów elektronicznych, obiektu wykonawczego dla systemów sterowania PLC, a także podlegać rozbudowie i modernizacji w miarę potrzeb.
4. System umożliwia wykorzystanie pięciu rodzajów czujników i urządzeń detekcyjnych – temperatury, przepływu, poziomu cieczy, ciśnienia oraz składu – powszechnie stosowanych w przemyśle, co pozwala na różnicowanie scenariuszy badawczych i projektowanie zróżnicowanych eksperymentów.
5. Koncepcja sterowania z podziałem czasu (ang. *time-sharing control*) umożliwia jednoczesny pomiar dwóch lub trzech parametrów – na przykład jednego zestawu pomiarów przepływu oraz jednego zestawu pomiarów temperatury. Układ obiektu sterowania wykonany jest w całości ze stopu aluminium. Zarówno z estetycznego punktu widzenia, jak i przy zachowaniu rygorów inżynierskich, dokonano przeglądu i zaprojektowano system urządzeń dla profesjonalnego laboratorium procesowego, które zostanie zaaranżowane jako laboratorium pokazowe, odzwierciedlające ducha współczesności.
6. Urządzenie umożliwia realizację podstawowych projektów szkoleniowych z zakresu sterowania procesami; pozwala na wykonywanie funkcji sterowania oraz regulacji PID dla pięciu parametrów: przepływu, temperatury, ciśnienia, poziomu cieczy oraz składu, a także pozwala osiągnąć różnorodne cele dydaktyczne i szkoleniowe.
2 Parametry użytkowe
1. Zasilanie: trójfazowe, pięcioprzewodowe 380 V ± 5%, 50 Hz;
2. Sygnał sterujący: napięciowy 0–10 V / 4–20 mA;
4. Środowisko pracy: -10°C – 40°C; wilgotność względna: 20% – 90% (bez kondensacji);
5. Warunki pracy: temperatura otoczenia -10°C – +40°C; wilgotność względna < 85% (przy 25°C).
3 Budowa produktu
(1) Sekcja sterowania
1. Przekaźnik pomocniczy
2. Moduł zasilania aparatury
3. Sterownik PLC
4. Moduł wyłączników obwodów
5. Stycznik AC
6. Czujnik temperatury
7. Przełącznik
8. Ekran dotykowy
9. Zasilacz 24 V
10. Przemiennik częstotliwości (falownik)
11. Zasilacz regulowany
12. Listwa zaciskowa (złączka)
13. Przyciski i sygnalizatory
(2)
1. Zbiornik wodny z akrylu
2. Skrzynka zasilająca
3. Schemat zasady działania
4. Zbiornik wody grzewczej
5. Rura spiralna (wężownica)
6. Zbiornik magazynowy wody
4 Zakres ćwiczeń
1. Ćwiczenie z zakresu zrozumienia struktury systemu sterowania procesami
(1) Zrozumienie struktury sprzętowej aparatury sterująco-pomiarowej oraz ćwiczenie z zakresu budowy i łączenia układu sterowania
(2) Ćwiczenia z zakresu obsługi i nastawiania parametrów inteligentnych przyrządów pomiarowych (np. inteligentnych przetworników)
(3) Kalibracja czujników (przesunięcie zera i regulacja zakresu pomiarowego)
2. Ćwiczenie z zakresu badania charakterystyk obiektu sterowania
(1) Badanie charakterystyki zbiornika o pojedynczej pojemności
(2) Badanie charakterystyki zbiornika o podwójnej pojemności (dwustopniowego)
3. Ćwiczenie z zakresu systemu sterowania z pojedynczą pętlą
(1) Praktyczne ćwiczenie z systemem sterowania z pojedynczą pętlą
(2) Sterowanie stałym poziomem wody w zbiorniku górnym (lub środkowym, bądź dolnym)
(3) Sterowanie stałym poziomem wody w zbiorniku o podwójnej pojemności
(4) Sterowanie stałą temperaturą wody w stanie statycznym w zbiorniku kotłowym
(5) Sterowanie stałą temperaturą wody w stanie dynamicznym w zbiorniku kotłowym
(6) Sterowanie stałą temperaturą wody w płaszczu wodnym kotła
(7) Sterowanie stałym przepływem w gałęzi z zaworem elektrycznym
4. Ćwiczenie z zakresu systemu sterowania kaskadowego
(1) Praktyczne łączenie układu sterowania kaskadowego
(2) Kaskadowe sterowanie poziomem wody w zbiorniku
(3) Kaskadowe sterowanie poziomem cieczy w zbiorniku dolnym oraz natężeniem przepływu przez elektryczny zawór sterujący
5. Ćwiczenie z zakresu systemu sterowania proporcjonalnego
(1) Sterowanie proporcją przepływów w pojedynczej pętli zamkniętej
(2) Sterowanie proporcją przepływów w podwójnej pętli zamkniętej
6. Ćwiczenie z zakresu sterowania z wykorzystaniem oprogramowania konfiguracyjnego (SCADA)
(1) Temperatura wody Eksperyment sterowania z czystym opóźnieniem
(2) Eksperyment sterowania natężeniem przepływu z czystym opóźnieniem
7. Eksperyment sterowania ciśnieniem
