Файл: Диплом Автоматизация производства пожаробезопасного термоформируемого пенопласта.pdf

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

27 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

WinCC  является  модульной  системой.  Каждый  модуль  представляет 

собой  редактор,  который  выполняет  определённую  функцию  и  состоит  из 
системы исполнения и системы разработки. 

Ядром  WinCC  является  приложение  ControlCenter,  которое  позволяет 

легко  ориентироваться  по  проекту  и  исполняет  роль  менеджера  всех  опций 
WinCC.  В  ControlCenter  осуществляется  объявление  и  настройка  протокола 
передачи  данных,  а  также  объявление  внутренних  и  внешних  тегов.  В 
объявление 

тегов 

входит 

нормирование, 

преобразование 

форматов, 

установка начальных значений и ряд других полезных функций. 

В стандартный набор опции входят следующие редакторы: 

 GraphicsDesigner  -  графический  редактор,  предназначенный  для 

создания мнемосхем; 

 GlobalScripts  -  служба  обработки  событий  -  это  общее  название  для 

функции и обработчиков событий во  всём WinCC-проекте. С помощью этой 
подсистемы  можно  обрабатывать  событие,  инициированное  любым 
графическим объектом, а также изменять из скрипта эти объекты; 

 TagLogging  -  служба  архивации  для  ведения  оперативных  и 

долговременных архивов; 

 AlarmLogging  -  служба  сообщений,  предназначенная  для  вывода 

сообщений  о  ходе  контролируемого  технологического  процесса  во  время 
работы  WinCC-приложения,  подтверждения  сообщений  оператором  и 
ведения архивов этих сообщений; 

 ReportDesigner  -  встроенный  генератор  отчётов,  состоящий  из 

редактора схемы отчётов и системы генерации отчётов; 

 TextLibrary - редактор для многоязыковой поддержки; 
 UserAdministrator  -  администратор  пользователей  для  контроля  прав 

доступа пользователей WinCC-приложения. 

Отображение 

информации 

о 

работе 

технологического 

объекта 

управления  на  экране  дисплея  осуществляется  при  помощи  видеокадра, 
состоящего из: 

 статических мнемосхем процесса; 
 связываемых  с  ней  динамических  элементов  (переменных  значений 

параметров). 

Основным  видеокадром  процесса  является  функциональная  схема 

автоматизация,  с  показаниями  текущих  значений  измеряемых  параметров 
непосредственно  у  мест  расположения  чувствительных  элементов  в  виде 
цифровых  табло  с  размерностями.  Независимо  от  текущего  видеокадра, 
сообщения  о  различных  событиях  в  системе  должны  выдаваться  оператору 
незамедлительно. 

Далее  весь  процесс  разбивается  на  несколько  видеокадров  с 

изображением  отдельных  стадий  рассматриваемого  процесса,  где  уже  более 
подробно  отображаются  все  контролируемые  и  регулируемые  параметры, 
положения регулирующих клапанов, состояния насосов и т.д. 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

28 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

В  каждый  момент  времени  на  экране  отображается  только  один 

видеокадр. 

Предусмотрена 

система 

мер, 

позволяющая 

оперативно 

перемещаться из одного видеокадра в другой. 

Для  каждого  кадра  отдельно  предусмотрены  видеокадры  сообщений  в 

виде  бланков  и  отчетов,  сигнализации  отклонения  параметров,  видеокадры 
трендов  технологических  параметров  для  детализированного  просмотра  в 
определенный момент времени.

6.5 Описание функциональной схемы автоматизации 
 
Функциональная схема разработана на  основании  поставленных задач  с 

учетом 

требований 

к 

системе 

автоматизации 

производства 

пожаробезопасного  термоформируемого  пенопласта,  а  также  с  учетом 
выбранных  приборов  и  технических  средств  автоматизации.  Описание 
функциональной  схемы  производится  со  ссылками  на  номера  позиций 
приборов  и  регулирующих  клапанов.  Это  существенно  облегчает  чтение 
функциональной схемы. 

В  качестве  примера  приведем  ряд  контролируемых  параметров  и 

средств их измерения. 

Контроль за температурой в реакторе Р56, ванне водной полимеризации 

Х12,  шкафу  воздушной  полимеризации  Х13  (поз.  Т2,  6

1

,  6

2, 

6

3, 

6

4

,  Т9) 

осуществляется  с  помощью  термопреобразователя  ТПУ0304/Ex/М2-Н-И2-
А2В  PGM-t1070,  изготавливаемый  компанией  «Элемер».  Выходной  сигнал 
идет на аналоговый вход контроллера и отображается на станции оператора. 

Контроль  уровня  в  реакторе  Р56  (поз.L43)  осуществляется  с  помощью 

вибрационного  сигнализатора  предельного  уровня  ROSEMOUNT  2120. 
Сигнал  идет  на  дискретный  вход  контроллера  и  отображается  на  станции 
оператора. 

Регулирование  температуры  в  реакторе  Р56.  Температура  измеряется  с 

помощью  термопреобразователя  ТПУ0304/Ex/М2-Н-И2-А2В  PGM-t1070 
«Элемер»  с  унифицированным  выходным  сигналом  (поз.  Т2).  Аналоговый 
сигнал  4…20  мА  с  него  приходит  непосредственно  в  контроллер,  с  него 
поступает на запорно-регулирующий клапан (поз.Т2а). 

 
6.6 Расчет погрешности измерительного канала 
 
В  качестве  примера  рассмотрим  контур  измерения  температуры  в 

реакторе  Р56,  состоящей  из  следующих  звеньев,  определяющих  итоговую 
погрешность: 

 преобразователь  сопротивления  с  унифицированным  выходным 

сигналом ТПУ0304/Ex/М2-Н-И2-А2В PGM-t1070; 

 блок питания; 
 аналого-цифровой  преобразователь  (АЦП)  модуля  ввода  аналоговых 

сигналов SM331. 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

29 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

При  расчете  результирующей  погрешности  измерительного  канала, 

необходимо  определить  число  звеньев  измерительного  канала,  для  каждой 
погрешности  звеньев  определить  ее  вид  и  закон  распределения,  найти 
среднеквадратичное отклонение (СКО). 
 

6.6.1 Погрешность датчика 
 
Основная погрешность датчика температуры нормирована по паспорту и 

составляет 

д

= ±0,25%. 

Погрешности по виду – аддитивная. 
Закон распределения – равномерный. 
Тогда СКО будет определяться по формуле: 

д

=

д

√

,

                                                    (6.1) 

д

=

,

%

√

= 0,144%. 

Для  равномерного  закона  распределения  энтропийный  коэффициент 

k=1,73, эксцесс ɛ=1,8 и контрэксцесс χ=0,745. 

Температурная погрешность датчика составляет 

д

= 0,1%/10 . 

Погрешности по виду – аддитивная. 
Закон распределения – равномерный. 
Известно,  что  температура  окружающего  воздуха  может  изменяться  в 

пределах ±30

о

С, тогда  

д

=

,

∙ 30 = 0,30%.                                     (6.2) 

СКО будет определяться по формуле: 

д

=

д

√

,                                                    (6.3) 

д

=

,

%

√

= 0,173%. 

Для  равномерного  закона  распределения  энтропийный  коэффициент 

k=1,73, эксцесс ɛ=1,8 и контрэксцесс χ=0,745. 

Погрешность датчика от колебания напряжения питания 

нпд

= 0,15%. 

Питание  осуществляется  от  блока  питания  и  погрешность  датчика  от 

колебаний  напряжения  питания  полностью  определяется  погрешностью 
выходного напряжения блока питания. 

Погрешность по виду – мультипликативная. 
Закон распределния – треугольный. 
Так как закон распределения данной погрешности треугольный, то СКО 

будет вычисляться по формуле: 

д

=

нпд

√

,                                                   (6.4) 

д

=

,

%

√

= 0,061%. 

Для  треугольного  закона  распределения  энтропийный  коэффициент 

k=2,02, эксцесс ɛ=2,4 и контрэксцесс χ=0,65. 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

30 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

6.6.2 Погрешность блока питания 
 
Предел основной допускаемой приведенной погрешности по выходному 

каналу для блока питания: 

д

= 0,15%. 

Погрешность по виду – аддитивная. 
Закон распределения – треугольный. 
Следовательно, СКО будет равно: 

БП

=

,

%

√

= 0,061%. 

Для  треугольного  закона  распределения  энтропийный  коэффициент 

k=2,02, эксцесс ɛ=2,4 и контрэксцесс χ=0,65. 

 
6.6.3  Погрешность  модуля  аналогового  ввода  микропроцессорного 

контроллера 

 
Основная погрешность  

АЦП

= 0,5%. 

Погрешность по виду – аддитивная. 
Закон распределения – равномерный. 
Следовательно, СКО будет равно: 

АЦП

=

, %

√

= 0,289%. 

Для  равномерного  закона  распределения  энтропийный  коэффициент 

k=1,73, эксцесс ɛ=1,8 и контрэксцесс χ=0,745. 

Температурная погрешность 

ТАЦП

= 0,15%. 

Погрешность по виду – аддитивная. 
Закон распределения – равномерный. 
Следовательно, СКО будет равно: 

АЦП

=

,

%

√

= 0,087%. 

Для  равномерного  закона  распределения  энтропийный  коэффициент 

k=1,73, эксцесс ɛ=1,8 и контрэксцесс χ=0,745. 

Погрешность  модуля  аналогового  ввода  от  колебаний  напряжения 

питания 

НАЦП

= 0,15%. 

Она определяется погрешностью выходного напряжения блока питания. 
Погрешность по виду – мультипликативная. 
Закон распределения – треугольный. 
Следовательно, СКО будет равно: 

АЦП

=

,

%

√

= 0,061%. 

Для  равномерного  закона  распределения  энтропийный  коэффициент 

k=2,02, эксцесс ɛ=2,4 и контрэксцесс χ=0,65. 

 
6.6.4 Суммирование погрешностей 
 
Расчет  результирующей  погрешности  канала  сводится  к  вычислению 

приведенной  погрешности  в  начале  шкалы,  которая  складывается  только  из 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

31 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

аддитивных  составляющих  и  в  конце  диапазона  из  всех  составляющих. 
Будем  считать,  что  все  суммируемые  погрешности  некоррелированные 
(независимые). 

Погрешность  канала  в  начале  шкалы  складывается  из  пяти  аддитивных 

составляющих:

Д

= 0,144%,

ТД

= 0,174%,

БП

= 0,061%,

АЦП

=

0,289%,

ТАЦП

= 0,087%. 

Видно,  что  на  точность  измерений  существенное  влияние  оказывают 

основная погрешность датчика и основная погрешность АЦП модуля SM331. 

Сумма 

СКО 

основной 

погрешности 

термопреобразователя 

сопротивления и АЦП находится по формуле: 

=

Д

+

АЦП

,                                           (6.5) 

=

(0,144 + 0,289 ) = 0,323%. 

Суммируемые  составляющие  распределены  равномерно,  поэтому 

результирующее распределение является трапецеидальным. 

Для  определения  эксцесса  и  энтропийного  коэффициента  этого 

распределения нужно рассчитать все дисперсии второго слагаемого в общей 
дисперсии по формуле: 

=

АЦП

Д

АЦП

,                                              (6.6) 

=

,

,

= 0,8

. 

Эксцесс этого распределения находится по формуле: 

=

∙

+ 6 ∙

∙ (1 −

) +

∙ (1 −

) ,                   (6.7) 

= 1,8 ∙ 0,8 + 6 ∙ 0,8 ∙ 0,2 + 1,8 ∙ 0,2 = 2,18. 

Контрэксцесс определяется по формуле: 

=

√

,                                                  (6.8) 

=

√ ,

. 

Энтропийный  коэффициент  при  весе  второй  составляющей  P=0,2  равен 

k=1,95. 

Таким 

образом, 

среднеквадратичное 

отклонение 

погрешности 

измерительного  канала  в  начале  шкалы 

=

Н

= 0,323% ,  энтропийный 

коэффициент  k

Н

=1,95.  Энтропийное  значение  погрешности  в  начале  шкалы 

определяется по формуле: 

Н

=

Н

∙

Н

,                                            (6.9) 

Н

= 0,323 ∙ 1,95 = 0,63%. 

Для  расчета  погрешности  в  конце  диапазона  к  полученному  значению 

Н

= 0,323%  необходимо  добавить  мультипликативные  составляющие 

БП

= 0,061% и 

НАЦП

= 0,061%. 

Суммировать необходимо геометрически и поочередно. 
Суммируем 

Н

 и 

БП

: 

=

(

Н

+

БП

),                                         (6.10)