Модуль управління патронним фільтром
ПАТ "Гнідавський цукровий завод"

Модулі управління у кількості 10шт виготовлені для управління патронними фільтрами ПФФ-40 (8шт) Гнідавського цукрового заводу.

На їх основі на сезон 2017 року розроблено нову систему управління батареєю фільтрів.

фото модуля

Зміст

  1. Призначення модуля управління
  2. Режими роботи модуля
  3. Управління затворами фільтра
  4. Кришка фільтра
  5. Вимірювання рівнів у фільтрі
  6. Індикація на модулі управління
  7. Управління фільтром у режимі АВТО
  8. Електрична схема управління затворами фільтра
  9. Електрична схема вимірювання рівня фільтра
  10. Електричні характеристики модуля

1. Призначення модуля управління наверх

Модуль управління (далі - модуль) керує фільтром сиропу ППФ40.

фото фільтра

Дозволяє керувати механізмами фільтра, відображає положення цих механізмів.

Вимірює 7 рівнів сиропу за допомогою електродів, встановлених у фільтрі та у пульсаційній камері. Індикує рівні світлодіодами на мнемосхемі.

Модуль встановлюється у щит управління батареєю фільтрів (далі - щит). Усі модулі є взаємозамінними без будь-яких додаткових втручань. Номер фільтра задається положеннями перемичок на роз'ємі, що підключається до модуля. Тобто, будь-який екземпляр модуля (наприклад, резервний) може бути встановлений на будь-яке із 8 місць у щиті.

фото щита управління

Через мережу Modbus/TCP підключається до центрального контролера (далі - контролер), передає контролеру всю інформацію про себе та про фільтр. Крім того, у автоматичному режимі дозволяє контролеру керувати механізмами фільтра (крім Кришки).

IP-адреса модуля формується автоматично на основі номера фільтра як: 192.168.55.N, де N - номер фільтра у батареї.

Для діагностики стану модуля використовується сторінка із вбудованого WEB-сервера: №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8

Приклад діагностичної сторінки модуля управління:

скріншот діагностичної сторінки

2. Режими роботи модуля наверх

Модуль управління патронним фільтром має 2 основні режими:

Активний режим визначається кольором червоно/зеленого світлодіода, розміщеного у правому верхньому кутку модуля. На рисунку показано включений режим АВТО:

фото Р/А

Правила роботи режимів модуля:

  1. при подачі живлення модуль розпочинає роботу у тому режимі РУЧ/АВТО, який був активним перед виключенням
  2. переключеня виконується лише кнопкою РУЧ/ АВТО і більше ніяк
  3. переключеня з АВТО в РУЧ можливе у будь-який момент часу на розсуд оператора
  4. при переключенні в режим РУЧ всі команди на затвори залишаються такими ж, як і були перед цим у режимі АВТО
  5. Режим АВТО можна включити лише коли виконані всі умови (інакше натискання на кнопку переключення не буде мати наслідків):
    • кришка закрита (активний сигнал Закрито і неактивний сигнал Відкрито)
    • живлення кришки знято (не світиться оранжевий світлодіод)
    • на жодному із затворів фільтра не має відмови (не блимає лампа відмови)
    • є звязок через ModbusTCP із головним контролером (світлодіод Р/А часто блимає)
  6. переключення у режим АВТО передає управління контролеру, тому подальша поведінка механізмів фільтра (крім Кришки) визначається програмою контролера (опис у окремому документі). Контролер не може подавати живлення Кришки, хоч би і захотів

3. Управління затворами фільтра наверх

Кожен із 8 затворів фільтра керується командою із модуля управління. Наявність команди означає, що на механізм подається напруга 24В постійного струму. Напруга 24В через електро-пневмо перемикач керує положенням пневмоциліндра і, відповідно, затвора.

"Команді" відповідає зелений колір світлодіода відповідного механізму.

Положенню "Відкрито" відповідає червоний колір світлодіода відповідного механізму. Положення затвора визначається спрацьовуванням кінцевого вимикача (далі - кінцевика) затвора. Використовується нормально замкнений контакт кінцевика, який розмикається лише в кінці ходу повністю закритого затвора.

Таким чином, світлодіод затвора через колір дозволяє виявити нормальні та помилкові її положення:

спрацьовування затворів

Кожен затвор має власну кнопку на мнемосхемі модуля для управління у ручному режимі. Просте натискання на кнопку "перевертає" команду на механізм. Натискання на кнопки управління затворами у режимі АВТО не впливають на команди затворів (команди приходять по мережі від контролера).

4. Кришка фільтра наверх

Фрагмент мнемосхеми модуля управління, який стосується кришки фільтра, показано на малюнку.

фрагмента мнемо із кришкою

Кришкою фільтра керує лише оператор, по місцю, на власний розсуд, згідно отриманим інструкціям по роботі із фільтром.

Модуль управління використовується для подачі живлення 24В на схему управління кришкою, саме ж відкривання/закривання кришки виконується кнопками на пульті управління кришкою, розміщеному безпосередньо біля фільтра.

Живлення кришки подається/відключається довгим натисканням кнопки кришка на мнемосхемі. Це можливо лише у режимі РУЧ, у режимі ж АВТО живлення кришки не буде подаватись.

При пропаданні сигналу "закрита кришка", або появі сигналу "відкрита кришка" якщо модуль знаходиться у режимі АВТО, він миттєво:

5. Вимірювання рівнів у фільтрі наверх

Модуль вимірює 7 рівнів сиропу за допомогою електродів, встановлених під кришкою фільтра (№1) та у пульсаційній камері (№№2..7). Спрацьовування електрода показуються синіми світлодіодами на мнемосхемі та передаються по мережі у контролер.

На рисунку показано спрацьовування електродів 2,3,4:

індикація рівнів

Окремо виконується індиція факту появи чи пропадання рівня на електроді:

6. Індикація на модулі управління наверх

Будь-яке коротке та довге натискання на будь-яку кнопку відображається коротким засвічуванням червоного світлодіода РЕЖИМ.

Мережевий обмін відображається блиманням світлодіода РУЧ/АВТО. Кожний успішно завершений MODBUS-запит відображається одним коротким погашенням світлодіода. В штатному режимі це виглядає як рівномірне блимання світлодіода.

Помилки. Свідлодіод помилки відображає найбільш приорітетну із помилок, що існують в даний момент (вище - приорітетніше):

  1. при невідомій критичній помилці - лампочка постійно горить
  2. при відсутності звязку - часто блимає
  3. при відмові хоча б одного клапана - блимає двічі по 0.1с з періодом 1.6с

7. Управління фільтром у режимі АВТО наверх

Виконується контролером і через SCADA-систему.

Однак, кнопка РЕЖИМ дозволяє передавати запити контролеру (вони еквівалентні відповідним командам із мнемосхеми SCADA):

  1. "довге" натискання - запит на "регенерацію 1"
  2. "подвійне" натискання - запит на "регенерацію 2"

Реакція на ці команди/запити визначається самим контролером. Наприклад, контроллер може перевести фільтр на регенерацію, якщо інший фільтр у цей момент не знаходиться на регенерації. Якщо ж регенерація іншого фільтра відбувається, команда буде проігнорована.

8. Електрична схема управління затворами фільтра наверх

На рисунку наведено фрагмент схеми управління затвором №1 фільтра. Схеми для затворів №2..№8 аналогічні, змінюється лише позиційне позначення елементів, контакти зовнішнього підключення та найменування проводів. Наприклад, для схеми затвора №5:

схема управління затвором фільтра

Лініями K1.Com (вихід), K1.In (вхід) та K1.Key (вхід) схема підключена до мікроконтролера ATMega6450.

  1. Управління котушкою

    Котушка електропневмоперетворювача затвора підключена до контакту XP1:1 модуля та до спільного провода -19В (корпус фільтра). Кінцевий вимикач затвора підключений до контакту XP1:11 модуля та до спільного провода -19В (корпус фільтра).

    K1.Com є виходом мікроконтролера і може, відповідно до команди мікроконтролера, мати потенціал або +5В. Потенціал +5В є початковим (мікроконтролер має вбудований резистор підтяжки до +5В). При +5В на затворі VT1.3 транзистор закритий, напруга на контакт XP1:1 не подається.

    При на затворі VT1.3 транзистор відкривається, напруга подається на контакт XP1:1 через запобіжник F1, і якщо до контакту підключено електропневмоперетворювач, він спрацьює і подасть повітря на затвор.

    Діод VD1.5 є захисним. Він спрацьовує у момент закриття транзистора VT1.3, коли котушка електро-пневмоперетворювача генерує напругу відємної полярності.

    Факт подачі напруги на затвор відображається світлодіодом VD1.1 (його зеленою частиною). У випадку зіпсованого запобіжника F1 напруга не дійде до затвора, і це буде видно по відсутності зеленого світла.

  2. Кінцевий вимикач

    Замикання кінцевого вимикача затвора (замикання контакту ХР11:1 на -19В) викликає протікання струму через дільник з резисторів R1.3, R1.6, що призводить до зміни потенціалу на проводі K1.In до , що, в свою чергу:

    • відкриває транзистор VT1.1, який засвічує червону частину світлодіода VD1.1
    • змінює стан входу мікроконтролера із 1 на 0

    Розмикання кінцевого вимикача затвора (вільний контакт ХР11:1) припиняє протікання струму через дільник з резисторів R1.3, R1.6, що призводить до зміни потенціалу на проводі K1.In до , що, в свою чергу:

    • закриває транзистор VT1.1, вимикає червону частину світлодіода VD1.1
    • змінює стан входу мікроконтролера із 0 на 1.
  3. Кнопка управління затвором

    Натискання на кнопку SB1 призводить до замикання провода K1.Key на і змінює стан входу мікроконтролера із 1 на 0.

    Наявність логічного 0 протягом 3-х циклів програми мікроконтролера підряд (75мc) інтерпретується як "коротке натискання на кнопку". Така реалізація підвищує надійність і страхує від випадкових спрацьовувань входу за рахунок електричних завад.

    Відпускання кнопки SB1 призводить до замикання провода K1.Key на +5В і змінює стан входу мікроконтролера із 0 на 1, що миттєво інтерпретується як "відсутність натискання на кнопку".

9. Електрична схема вимірювання рівня фільтра наверх

На рисунку наведено фрагмент схеми вимірювання рівня електродом №1 фільтра. Схеми для електродів №2..№7 аналогічні, змінюється лише позиційне позначення елементів, контакти зовнішнього підключення та найменування проводів. Наприклад, для схеми електрода №5:

схема вимірювання рівня у фільтрі

Лініями L11_In (вхід), L11_Sw (вихід) та L11.Lamp (вихід) схема підключена до мікроконтролера ATMega6450.

  1. Визначення замкненого електроду

    Мікроконтролер один раз за цикл своєї програми (1 раз на 25мс) займається перевіркою спрацювання одного з електродів. Таким чином, перевірка всіх 7 електродів по черзі займає 175мс, або ≈5 разів у секунду. Це робиться для економії струму та часу, оскільки в електрод подається значний струм (до 10мА) на достатньо довгий час.

    Мікроконтролер подає потенціал на провід L11_Sw на час ≈3мс, чим викликає протікання струму через резистор R11.5 та через базу транзистора VT11.1. Транзистор відкривається, на контакт XP2:5 подається напруга. Далі, в залежності від того, чи залитий електрод сипором:

    • коли електрод рівня через сироп замкнено на корпус фільтра (-19В), то з контакту XP2:5 на -19В протікає струм величиною ≈10мА, значення якого задається величиною опору резистора R11.1=430Ом. При цьому на резисторі R11.1 падає напруга 4.3В, а на проводі L11_In встановлюється потенціал ≈0.7В, що інтерпретується входом мікроконтролера як логічний 0.
    • коли електрод рівня не замкнено на корпус фільтра (-19В), то через контакт XP2:5 струм не протікає, на резисторі R11.1 напруга не падає, а на проводі L11_In встановлюється потенціал ≈5.0В, що інтерпретується входом мікроконтролера як логічна 1.

    Через 1мс після початку подачі струму в електрод (час дається на повільне наростання струму за рахунок паразитної індуктивності лінії вимірювання) мікроконтролер протоягом наступних 2мс зчитує значення входу L11_In декілька разів. Якщо більшість прочитаних значень складає логічний 0, вважається, що електрод залитий сиропом. Якщо зчитується логічна 1, вважається, що електрод сиропом не залитий.

  2. Індикація рівня

    При наявності рівня на електроді мікроконтролер записує логічний 0 на вихід L11_Lamp, транзистор VT11.2 відкривається, через світлодіод VD11.2 протікає струм, світлодіод світиться.

    При відсутності рівня на електроді мікроконтролер записує логічну 1 на вихід L11_Lamp, транзистор VT11.2 закривається, через світлодіод VD11.2 струм не протікає, світлодіод не світиться.

10. Електричні характеристики модуля. наверх

Призначення контактів модуля можна побачити безпосередньо на платі біля роз'ємів:

контакти модуля

Живлення модуля виконується постійною напругою 20..30В.

Більш строге обмеження напруги живлення можливе в залежності від типу електропневмоперетворювачів на затворах фільтрів, оскільки команда на них формується від напруги живлення.

Модуль управління споживає струм не більше 250мА за наступних умов:

Активізація команд на затвори та живлення кришки добавляють струм споживання в залежності від типів пневматичних перемикачів.

Допустимий активний опір сиропу на електроді вимірювання рівня - 0..1500 Ом.