Шкаф управления ШВУ-237 и АСУ ТП для линии барабанной сушки

Компания ЭЛТЕКО изготовила трехсекционный шкаф управления ШВУ-237 для автоматизации промышленной линии барабанной сушки. Система объединяет управление сушильным барабаном, вытяжным вентилятором, загрузочным и разгрузочным конвейерами, горелочным устройством и контрольно-измерительными приборами.

Проект включал разработку технического решения, подбор оборудования, производство НКУ 0,4 кВ, программирование ПЛК и панели оператора, организацию частотного регулирования электроприводов, аварийных блокировок, сигнализации и отображения технологических параметров.

В результате заказчик получил готовый шкаф управления, в котором силовая часть, автоматика и операторское управление собраны в единую систему, подготовленную для подключения оборудования линии и проведения пусконаладочных работ.

Описание проекта

Шкаф ШВУ-237 предназначен для управления технологической линией, в составе которой работают:

• сушильный барабан СБН-2-16 мощностью 44 кВт;
• вытяжной вентилятор ВЦП 7-40-12,5 мощностью 75 кВт;
• горелочное устройство общей мощностью 21,5 кВт;
• загрузочный ковшовый цепной конвейер КЦК-5 мощностью 5,5 кВт;
• разгрузочный ковшовый цепной конвейер КЦК-9 мощностью 5,5 кВт;
• датчики температуры, разрежения и контроля вращения.

В процессе работы сырье поступает через загрузочный конвейер в сушильный барабан. Влага удаляется горячим воздухом, создаваемым горелочным устройством, а отработанный воздух проходит через циклон и удаляется вытяжным вентилятором. Высушенный материал передается разгрузочным конвейером на последующее технологическое оборудование.

Техническое задание предусматривало регулирование скорости барабана, вентилятора и конвейера КЦК-5 с помощью преобразователей частоты, контроль температур и разрежения, аварийный останов линии, ведение журнала событий и управление с сенсорной панели.

Задача заказчика

Заказчику требовалось не просто собрать силовой щит для нескольких электродвигателей, а создать единый центр управления сушильной линией.

Шкаф должен был решать несколько взаимосвязанных задач:

• обеспечивать питание и защиту электроприводов;
• регулировать производительность технологических механизмов;
• поддерживать заданные режимы сушки;
• контролировать температуру материала и отходящих газов;
• отслеживать разрежение в аспирационной системе;
• контролировать фактическое вращение барабана;
• формировать предупредительные и аварийные сигналы;
• безопасно останавливать линию при нештатных ситуациях;
• предоставлять оператору понятный интерфейс управления.

Особое значение имела согласованная работа оборудования. Для сушильной линии недостаточно отдельно включить вентилятор, барабан или горелку — необходимо учитывать готовность каждого механизма, выдерживать последовательность пуска и корректно обрабатывать аварийные состояния.

Решение ЭЛТЕКО

Для реализации проекта специалисты ЭЛТЕКО разработали трехсекционный напольный шкаф на базе модульной системы DKC CQE.

Функционально оборудование разделено на силовые секции и секцию автоматизации:

1. Вводная и силовая секция сушильного барабана и конвейера КЦК-5.
2. Силовая секция вытяжного вентилятора и вспомогательных приводов.
3. Секция управления с ПЛК, модулями ввода-вывода, релейной автоматикой и клеммными рядами.

Такое разделение позволило разместить мощные частотные преобразователи, коммутационную аппаратуру и чувствительные цепи управления с учетом удобства обслуживания и снижения влияния электромагнитных помех.

На лицевой панели предусмотрены сенсорная панель оператора, кнопки управления приводами, световая сигнализация, переключатель режимов и кнопка аварийного останова. Требования к органам управления, индикации и отображаемым параметрам были определены техническим заданием.

Состав выполненных работ

В рамках проекта выполнены:

• анализ технического задания и алгоритма работы сушильной линии;
• разработка структуры системы управления;
• подбор силовой, коммутационной и управляющей аппаратуры;
• разработка электрических схем и компоновочных решений;
• производство трехсекционного шкафа управления;
• сборка силовых цепей и цепей автоматики;
• установка медных шин, аппаратов защиты и частотных преобразователей;
• монтаж ПЛК, модулей ввода-вывода и панели оператора;
• организация клеммных рядов для подключения приводов и датчиков;
• маркировка оборудования, проводников и внешних подключений;
• разработка программного обеспечения ПЛК;
• разработка интерфейса HMI;
• настройка аварийных блокировок и сигнализации;
• функциональная проверка шкафа перед передачей заказчику;
• подготовка оборудования к подключению и последующей пусконаладке.

Технические особенности проекта

Частотное регулирование электроприводов

В шкафу предусмотрено частотное управление тремя механизмами:

• сушильным барабаном мощностью 44 кВт;
• вытяжным вентилятором мощностью 75 кВт;
• загрузочным конвейером КЦК-5 мощностью 5,5 кВт.

Для приводов применены преобразователи частоты ESQ с входными ЭМИ-фильтрами и выходными дросселями. Частотное регулирование позволяет изменять скорость механизмов и настраивать работу линии под фактическую загрузку и характеристики обрабатываемого материала.

Конвейер КЦК-9 управляется через отдельную пускозащитную аппаратуру.

Управление на базе Siemens S7-1200

Автоматическая логика реализована на программируемом контроллере Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1215C.

В состав системы также вошли:

• модуль дискретных входов и выходов;
• комбинированный модуль аналоговых входов и выходов;
• модуль аналоговых выходов;
• модуль подключения термосопротивлений;
• коммуникационная плата RS-485;
• источники питания 24 В.

Количество модулей подобрано с учетом подключения приводов, датчиков, аварийных цепей, исполнительных устройств и органов управления.

Панель оператора Weintek

Для управления линией применена сенсорная панель Weintek cMT2108X2 с диагональю 10,1 дюйма.

На экранах HMI предусмотрено отображение:

• текущих температур;
• графиков изменения температуры материала;
• температуры отходящих газов;
• параметров разрежения;
• скорости сушильного барабана;
• скорости вытяжного вентилятора;
• скорости конвейера КЦК-5;
• состояния технологических механизмов;
• аварий и предупреждений;
• журнала событий.

Оператор может выбирать ручной или автоматический режим, задавать необходимые параметры и получать информацию о причинах остановки оборудования.

Контроль температуры и разрежения

Для технологического контроля предусмотрены:

• два термосопротивления Pt100;
• защитная гильза для датчика температуры материала;
• два датчика разрежения;
• четыре индуктивных датчика контроля вращения.

Датчики разрежения используются для оценки состояния аспирационной системы до и после циклона. Это позволяет выявлять изменение воздушного потока, засорение тракта или нарушение работы вентилятора.

Контроль вращения барабана

Четыре индуктивных датчика контролируют движение сушильного барабана.

Если импульсы от датчиков отсутствуют дольше заданного времени, система формирует аварию. В настройках предусмотрены два варианта реакции:

• только предупредительный сигнал;
• предупредительный сигнал с аварийной остановкой линии.

Выдержка времени задается при настройке системы. В техническом задании в качестве исходного контрольного интервала указано 15 секунд.

Аварийная защита

В системе предусмотрен общий контур аварийного останова. При нажатии кнопки «Аварийный стоп» выполняется остановка подключенных механизмов.

Дополнительно реализованы:

• контроль состояния защитных аппаратов;
• сигнализация аварии линии;
• звуковое оповещение;
• световая индикация;
• контроль фаз и параметров питающей сети;
• блокировки, предотвращающие работу оборудования в недопустимых режимах.

Удобство эксплуатации

В шкафу предусмотрены:

• внутреннее освещение;
• сервисная розетка 220 В для подключения ноутбука или роутера;
• принудительная вентиляция секций;
• карман для эксплуатационной документации;
• маркированные клеммные ряды;
• разделение силовых цепей и цепей управления;
• свободный доступ к аппаратуре для проверки и обслуживания.

Основные примененные компоненты

При изготовлении шкафа использованы компоненты промышленного исполнения:

• корпуса и конструктив DKC CQE;
• ПЛК и модули Siemens SIMATIC S7-1200;
• панель оператора Weintek;
• преобразователи частоты, ЭМИ-фильтры и дроссели ESQ;
• автоматические выключатели CHINT;
• источники питания Mean Well;
• устройства управления и сигнализации ANDELI;
• релейная аппаратура Shenler;
• реле контроля напряжения «Новатек-Электро»;
• клеммные решения DEGSON;
• оборудование IEK, EKF, DEKraft и TDM Electric.

Комплектация формировалась с учетом мощностей электродвигателей, количества сигналов, особенностей алгоритма и необходимости дальнейшего технического обслуживания.

Контроль качества

Перед передачей заказчику шкаф прошел заводскую проверку.

Выполнены:

• визуальный контроль монтажа и компоновки;
• проверка соответствия электрическим схемам;
• контроль маркировки аппаратов, проводников и клемм;
• проверка силовых и защитных соединений;
• контроль цепей заземления;
• проверка источников питания и вспомогательных цепей;
• тестирование дискретных и аналоговых сигналов;
• проверка органов управления и индикации;
• тестирование аварийного останова;
• проверка алгоритмов ПЛК;
• проверка экранов, сообщений и журнала событий HMI;
• функциональная имитация основных режимов работы.

Особое внимание уделялось понятности подключения: внешние цепи выведены на маркированные клеммные ряды, а оборудование сгруппировано по функциональному назначению.

Результат для заказчика

Заказчик получил готовый шкаф управления для комплексной автоматизации сушильной линии.

Оборудование обеспечивает:

• централизованное управление технологическими механизмами;
• регулирование скорости основных электроприводов;
• контроль температуры и разрежения;
• раннее выявление отклонений в работе;
• регистрацию аварий и событий;
• безопасную остановку оборудования;
• удобное управление с панели оператора;
• понятное обслуживание силовой части и автоматики;
• готовность к подключению оборудования и проведению ПНР.

Вместо набора отдельных пускателей и регуляторов сформирована единая система, в которой технологические параметры, управление приводами и аварийная защита работают совместно.

Почему это важно для подобных объектов

В сушильных установках качество автоматизации напрямую влияет не только на удобство оператора, но и на стабильность технологического процесса.

Недостаточное разрежение, остановка барабана, неправильная скорость вентилятора или некорректная последовательность пуска могут привести к ухудшению качества продукта, перегреву оборудования и вынужденному простою линии.

Поэтому шкаф управления для такой установки нельзя рассматривать только как металлический корпус с автоматами и частотными преобразователями. Это связующее звено между силовым оборудованием, датчиками, алгоритмом и действиями оператора.

Чем лучше проработаны схемы, блокировки, диагностика и интерфейс HMI, тем быстрее эксплуатационная служба сможет обнаружить причину неисправности и восстановить работу линии.

Компетенции ЭЛТЕКО

ЭЛТЕКО выполняет комплексные проекты промышленной автоматизации:

• проектирование электрощитового оборудования;
• производство НКУ 0,4 кВ;
• изготовление шкафов управления и автоматики;
• разработку АСУ ТП;
• программирование PLC, HMI и SCADA;
• управление электроприводами и преобразователями частоты;
• подключение контрольно-измерительных приборов;
• электромонтажные и пусконаладочные работы;
• модернизацию существующих систем управления;
• техническое сопровождение оборудования.

Работа одной инженерной команды над схемами, сборкой и программным обеспечением уменьшает количество несогласованных решений и упрощает запуск системы на объекте.

Если для вашего оборудования требуется не просто силовой щит, а полноценная система управления технологическим процессом, направьте в ЭЛТЕКО техническое задание, перечень механизмов, электрические схемы или описание алгоритма.

Специалисты компании проанализируют задачу, подберут оборудование и подготовят решение по производству шкафа управления, разработке программного обеспечения и проведению пусконаладочных работ.