AFM020P Stanowisko szkoleniowe do regulacji wielozmiennej – sprzęt edukacyjny i dydaktyczny do sterowania procesami1 Przegląd produktu
1.1 Ogólny opis
Sterowanie procesami (ang. *process control*) to skrótowe określenie automatycznego sterowania procesami produkcyjnymi, stanowiące istotny element technologii automatyzacji. Termin ten odnosi się zazwyczaj do procesów produkcyjnych w takich branżach jak: przemysł naftowy, chemiczny, energetyczny, hutniczy, lekki, materiałów budowlanych, energetyka jądrowa itp. We współczesnych procesach produkcji przemysłowej technologie sterowania procesami odgrywają coraz ważniejszą rolę w osiąganiu optymalnych wskaźników technicznych i ekonomicznych, zwiększaniu efektywności ekonomicznej oraz wydajności pracy, a także w poprawie warunków pracy i ochronie środowiska naturalnego.
W przemyśle procesowym, w którym główną osią są systemy automatyzacji i informatyzacji, zaprojektowaliśmy i wyprodukowaliśmy kluczowy system urządzeń i technologii – profesjonalne laboratorium do kompleksowej praktycznej nauki sterowania procesami. Stanowi ono tematyczną bazę inżynierskich ćwiczeń praktycznych dla kierunków specjalistycznych.
Konstrukcja tego zestawu szkoleniowego charakteryzuje się przemyślanym projektem i dużą uniwersalnością. Urządzenie to nie tylko spełnia wymogi dydaktyczne w zakresie zajęć laboratoryjnych dla przedmiotów specjalistycznych (takich jak automatyka przemysłowa czy teoria sterowania), ale nadaje się również do wykorzystania przez studentów studiów podyplomowych oraz pracowników naukowych w ramach prac badawczo-rozwojowych.
1.2 Cechy charakterystyczne
1. Zastosowano ramę wykonaną z przemysłowych profili aluminiowych oraz konstrukcję o przejrzystej budowie i otwartym interfejsie. System przewidziany jest do instalacji typu desktop (na blacie stołu), co zapewnia elastyczność w ustawieniu; stół operacyjny posiada wydzielone miejsce na komputer sterujący.
2. Produkt opiera się na konstrukcji stołowej z ramą ze stopu aluminium. Moduły obiektu sterowania oraz systemu sterowania zaprojektowano w sposób rozłączny: mogą one funkcjonować jako zintegrowana stacja robocza, lecz w razie potrzeby mogą być również używane oddzielnie. Przykładowo, poprzez podłączenie systemu sterowania do różnych modułów obciążenia symulacyjnego (tzw. „wiszących skrzynek”), urządzenie można przekształcić w stanowisko szkoleniowe PLC, co znacząco zwiększa elastyczność jego wykorzystania.
3. Interfejsy wejścia/wyjścia urządzenia charakteryzują się wysoką kompatybilnością. Moduły wykonawcze (napędowe) oraz jednostki sterujące PLC zrealizowano w formie wymiennych modułów typu „wisząca skrzynka”. Mogą one pełnić funkcję obciążenia dla układów elektronicznych lub stanowić obiekt sterowania dla systemu PLC, a także podlegać rozbudowie i modernizacji w zależności od bieżących potrzeb.
4. W urządzeniu szeroko wykorzystano typowe komponenty przemysłowe służące do pomiaru temperatury, przepływu, poziomu cieczy oraz ciśnienia, co umożliwia praktyczne ćwiczenia w zakresie detekcji i obsługi różnego rodzaju czujników.
5. Zastosowano koncepcję sterowania z podziałem czasu (ang. *time-sharing control*), co umożliwia jednoczesny pomiar i akwizycję dwóch lub trzech parametrów procesowych – na przykład zestawu danych dotyczących przepływu oraz zestawu danych dotyczących temperatury. System urządzeń wykonany jest w całości ze stopów aluminium, a jego konstrukcja łączy inżynierską funkcjonalność z wysoką estetyką. Całość została zaprojektowana z myślą o profesjonalnych eksperymentach laboratoryjnych, tworząc nowoczesne laboratorium demonstracyjne.
6. Podstawowy moduł sterujący umożliwia realizację programu szkoleniowego z zakresu sterowania procesami technologicznymi. Pozwala na sterowanie pięcioma parametrami – natężeniem przepływu, temperaturą, ciśnieniem, poziomem cieczy oraz składem – a także na wykorzystanie funkcji regulacji PID, co pozwala na osiągnięcie szerokiego zakresu celów dydaktycznych.
7. W systemie zastosowano niskociśnieniową pompę wody, której wylot wyposażono w układ z zaworem regulacyjnym oraz układ obejściowy (bypass); wybór ścieżki przepływu odbywa się w zależności od wymagań danego eksperymentu.
8. Okablowanie wszystkich czujników i przyrządów pomiarowych doprowadzono do listwy zaciskowej. Umożliwia to elastyczny dobór obwodów czujników w zależności od wymaganych danych oraz swobodne konfigurowanie zestawów czujników i przyrządów stosownie do tematyki ćwiczeń.
9. Interfejsy wejścia/wyjścia urządzenia charakteryzują się wysoką kompatybilnością. Zarówno moduły wykonawcze, jak i główna jednostka sterująca mają formę paneli montowanych w systemie wiszącym, co ułatwia ich wymianę. Mogą one pełnić funkcję obciążenia dla obwodów elektronicznych, a także stanowić obiekt sterowania dla systemów PLC, z możliwością rozbudowy i modernizacji w zależności od potrzeb.
10. Układ sterowania elektrycznego oparty jest na sterowniku PLC typu AB 2080-LC50, wyposażonym w moduły rozszerzeń analogowych oraz inne niezbędne podzespoły. Stanowi on standardową, powszechnie stosowaną konfigurację sterowania dla procesów realizowanych w niewielkich instalacjach przemysłowych.
5 Kompletny zestaw eksperymentów
(1) Eksperyment pomiaru poziomu cieczy
(2) Eksperyment sterowania ciśnieniem
(3) Eksperyment sterowania temperaturą
(4) Eksperyment sterowania przepływem
(5) Eksperyment sterowania PID parametrów przepływu
(6) Eksperyment sterowania PID parametrów temperatury
(7) Eksperyment sterowania PID parametrów jakości wody
(8) Eksperyment sterowania PID parametrów ciśnienia
(9) Eksperyment sterowania PID parametrów poziomu cieczy
(10) Eksperyment akwizycji sygnału temperatury i pętli porównawczej
(11) Eksperyment pętli porównawczej akwizycji sygnału przepływu
(12) Eksperyment pętli porównawczej akwizycji sygnału ciśnienia
(13) Eksperyment pętli porównawczej akwizycji sygnału poziomu cieczy
(14) Ćwiczenie z zakresu systemów sterowania jednopętlowego
(15) Eksperyment sterowania poziomem cieczy w zbiorniku
(16) Eksperyment wyznaczania charakterystyki sterowania temperaturą wody w stanie statycznym
(17) Eksperyment wyznaczania charakterystyki sterowania temperaturą wody w stanie dynamicznym
(18) Eksperyment wyznaczania charakterystyki przepływu zaworu elektrycznego
(19) Eksperyment sterowania wydatkiem pompy o regulowanej prędkości obrotowej
(20) Eksperyment wyznaczania charakterystyki sterowania ciśnieniem w zbiorniku
(21) Eksperyment ochrony zbiornika wody przed wyciekiem i spadkiem ciśnienia
(22) Eksperyment zapoznawczy oraz montażu i podłączania schematów sterowania w oparciu o strukturę sprzętową urządzenia do sterowania i detekcji procesów
(23) Eksperyment z zakresu regulacji pracy i nastaw parametrów przyrządów pomiarowych, wymiany przyrządów itp.
(24) Kalibracja czujników (przesunięcie zera i regulacja zakresu pomiarowego)
