PCT23MKII Тренажер для обучения принципам технологического контроля

ОПИСАНИЕ PCT23MkII Тренажер для обучения принципам технологического контроля

Устройство PCT23MkII (Process Control Trainer) – это настольная система для обучения принципам технологического контроля. Она состоит из рабочего блока, установленного на основании из АБС-пластика, электрической консоли управления и программного обеспечения для осуществления управления, которое можно запустить на любом компьютере с ОС Windows, где имеется свободный USB-порт.

РАБОЧЕЕ УСТРОЙСТВО:

Для демонстрации используется процесс кратковременной пастеризации при высокой температуре. Пастеризация обычно используется для уничтожения бактерий. В ходе процесса температура потока продукта должна поддерживаться на заранее заданном высоком уровне в течение короткого времени. Для этого используется держатель, который замедляет поток продукта. В связи с этим возникают определенные проблемы технологического контроля, в частности, поднимается вопрос времени простоя.

Кроме того, процесс кратковременной обработки при высокой температуре хорошо подходит для обучения методам технологического контроля, поскольку в нем используется трехступенчатый теплообменник (регенерация, нагрев и охлаждение) и клапан отвода для неправильно обработанного продукта. Это важные составляющие технологического процесса, которые поднимают актуальные вопросы технологического контроля и поддерживают интерес в студентах.

Для демонстрации других вопросов технологического контроля используются две емкости подачи, оснащенные датчиками уровня разных типов.

Наполнение и опорожнение этих емкостей осуществляется за счет электромагнитных клапанов. При этом появляется возможность разработки различных методов контроля уровня жидкости и последовательности действий при запуске или выключении устройства.

Устройство оснащено большим количеством измерительных приборов для контроля температуры и поток. Кроме того, присутствует датчик проводимости что позволяет проводить несложные опыты по концентрации процесса.

В состав устройства входят:

• Система подачи с пульсирующим насосом
• Водонагреватель с пульсирующим насосом
• Система охлаждения воды
• Пластинчатый теплообменник с держателем
• Датчик потока на линии подачи
• Датчик проводимости
• Четыре датчика температуры
• Датчик уровня в рабочей емкости
• Датчики слишком высокого и слишком низкого уровня в промывочной емкости и емкости с реагентом
• 2-ходовые электромагнитные клапаны для наполнения емкостей подачи и подачи охлаждающей жидкости на теплообменник
• 3-ходовые электромагнитные клапаны для выбора емкости подачи и отвода неверно обработанного продукта
• Соединения для подключения к электрической консоли

КОНСОЛЬ УПРАВЛЕНИЯ:

Консоль управления, подсоединяемая к рабочему блоку, обеспечивает электронный интерфейс и обработку сигналов, а также связь с компьютером через USB-соединение. Выходные данные датчиков могут отображаться на других устройствах или на встроенном светодиодном дисплее. Выходы также могут использоваться для внешнего отслеживания.

Управляющие сигналы, передаваемые другим устройствам, используются со следующими режимами управления: управление вручную при помощи передней панели консоли, управление с компьютера через USB-соединение, управление на вкл-выкл от внешнего источника (например, ПЛК PCT19BR производства Armfield), или аналоговое направление от внешнего источника (например, ПИД-контроллера PCT20H производства Armfield). Тип сигналов от источника к обоим насосам и нагревателю можно выбрать отдельно.

Консоль также оборудована симулятором неполадок электрического компонента, который воспроизводит неполадки любого управляющего сигнала или сигнала датчиков с низким напряжением. В зависимости от уровня студента неполадки генерируются по отдельности, или несколько неполадок возникает единовременно. Благодаря быстроразъемным фиттингам, которые используются во всех устройствах, можно создать даже неполадки, связанные с трубопроводом.

Устройство осуществляет следующие функции:

• Контроллер скорости насоса подачи
• Контроллер скорости насоса для нагревающей жидкости
• Измерение и регулировка мощности нагревателя
• Измерение температуры (4 датчика, потока и проводимости)
• Цифровые входы (от датчиков) и выходы (к электромагнитным клапанам)
• Единовременное подсоединение всех сигналов к PCT19BR через 50-канальный коннектор с врезными контактами или к ПК через USB-порт
• На передней панели расположены соединительные элементы для подключения дополнительных устройств, например, регистрирующего устройства и контроллеров промышленного значения

рис.1 Консоль управления. Вид спереди

рис. 2 Консоль управления. Вид сзади

рис.3 Консоль управления.Переключатели. Вид сбоку

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

В базовый пакет ПО входят мощные образовательные программы с функциями управления процессом. Программа отображает имитирующую диаграмму процесса в реальном времени и работает с алгоритмами ПИД-управления, причем ключевые параметры настраиваются пользователем. В состав ПО также входит ряд заранее подготовленных учебных упражнений, например, для понимания принципов работы сигналов, единичных петель ПИД-управления различного вида, каскадного ПИД-управления и ПИД-управления со множественными петлями.

Программное обеспечение используется для записи данных и их графического отображения, даже если получены ли управляющие сигналы от внешних устройств или переданы в режиме ручного управления. Данные можно сохранить, чтобы снова к ним вернуться, или экспортировать в Microsoft® Excel.

Кроме того, в пакет программного обеспечения входит комплект демонстрационных экранов, предоставляющих пользователю информацию по настройке, использованию оборудования, анализы результатов и т. д. Для этих же целей разработана и полноценная система справки.

Продвинутые пользователи могут разработать собственные управляющие программы в средах LabVIEW™, MatLab или на языке С. Программы взаимодействуют с устройством через USB-интерфейс, установленный на PCT23, доступен драйвер ПО низкого уровня (DLL), предоставляются инструкции по обеспечению связи между устройствами и ПК.

Для более продвинутого уровня был разработан дополнительный пакет программ, который используется с устройством PCT19BR производства Armfield и знакомит студентов с принципами работы АСУ. Этот пакет (код заказа PCT23SCADA) переводит управление процессом на ПЛК и извлекает данные из ПЛК при помощи модуля связи RS232. После этого данные отображаются на имитирующей диаграмме, благодаря чему компьютер может при использовании АСУ осуществлять супервизорное управление.

ЗАДАНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ:

PCT23MkII тренажер для обучения принципам технологического контроля производства Armfield разработан для изучения материала от первого знакомства с темой технологического контроля до демонстраций новейших передовых методов управления процессом, в том числе с использованием виртуальных математических моделей.

PCT23MkII Упражнения для тренировки

> Отслеживание процесса при помощи компьютера
> Калибровка датчиков

> Динамика процесса I
- Прямой нагрев 
- Непрямой теплообмен 
- Время простоя
- Изменения этапов 
- Потери тепла и тепловой коэффициент полезного действия

> Динамика процесса II
- Взаимодействия петель
- Регенерация тепла
- Непрямое охлаждение
- Понимание принципов технологической нагрузки и вытекающих их них следствий

> Прямое цифровое управление с использованием компьютера
- ПИД-управление уровнем
- ПИД-управление  потоком
- ПИД-управление  температурой
- ПИД-управление  проводимостью
- Непрямое ПИД-управление температурой
- Непрямое ПИД-управление с учетом времени простоя
- ПИД-управление с помехами, вызывающими аварийные сигналы
- Оптимизация контроллера 
- Оптимизация контроллера с учетом времени простоя
- Управление каскадной системы с двумя петлями 
- Управление с двумя петлями и взаимодействиями
- Управление с тремя петлями

> Поиск и диагностика неполадок

Упражнения для тренировки с использованием внешних контроллеров

> Внешний контроллер осуществляет следующие функции*
- Настройка контроллера для управления уровнем, потоком, температурой и проводимостью
- Управление на вкл-выкл
- ПИД-управление по времени
- Пропорциональное ПИД-управление
- Аварийная сигнализация
- Сравнение требований для различных типов управления
- Настройка ПИД-контроллера вручную 
- Автоматическая настройка ПИД-контроллера
- Знакомство с АСУ

> ПИД-управление с использованием ПЛК**
- Знакомство с лестничной логикой
- Единичная петля ПИД-управления, две петли ПИД-управления, сигналы

> Выработка последовательности действий с использованием АСУ и ПК**

* требуется один ПИД-контроллер промышленного значения PCT20H производства Armfield
** требуется один ПЛК промышленного значения PCT19BR производства Armfield

Продвинутый уровень технологического контроля:

Описываемое оборудование подходит для обучения и более сложным темам в области технологического контроля, а также для выполнения проектов и исследовательской работы. 

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ:

• PCT19BR ПЛК промышленного значения

Контроллер Allen Bradley SLC500 с разработанной производителем программой для внедрения лестничных алгоритмов (требуется компьютер, который не входит в комплект поставки). Программа настроена на заводе Armfield для работы с двумя петлями управления на аналоговых вводах-выводах, что подходит для подключения устройства PCT23. При необходимости пользователи могут изменить настройки при помощи компьютера.

• PCT23SCADA: Программное обеспечение для создания автоматизированной системы управления

Программа позволяет продемонстрировать действие автоматизированной системы управления с использованием устройств PCT23 и PCT19BR.

Компоненты ПО:
> SLC500 лестничные алгоритмы, созданные специально для PCT23MkII 
> Каналы связи между PCT23MkII и SLC500, благодаря которым программа осуществляет отображение и записи данных лестничных алгоритмов
> Дополнительные упражнения для PCT23MkII позволяют на привычной основе показать принципы действия автоматизированной системы управления

• PCT20H: ПИД-контроллер промышленного значения

ПИД-контроллер серии Honeywell UDC3300 с входом для напряжения или силы тока. На выходе осуществляется управление с единичной петлей и настройки сигнализации. В комплекте с устройством поставляются также записанные на диске программы для знакомства студентов с основными принципами работы АСУ. При использовании АСУ компьютер (в комплект поставки не входит) может обмениваться данными с контроллером.