Автоматизация. 4

Содержание

 

	Введение. Исходные данные на проектирование	4
1.	Разработка функциональной схемы автоматизации	7
2.	Выбор и обоснование приборов и схем автоматизации	9
3.	Выбор контроллера и модулей ввода-вывода	12
	Заключение	14
	Список использованных источников	15

 

 

Введение

Управление любым технологическим  процессом или объектом в форме  ручного или автоматического  воздействия возможно лишь при наличии  измерительной информации об отдельных параметрах, характеризующих процесс или состояние объекта.

Технологические измерения  и измерительные приборы используются при управлении (ручном или автоматическом) многими технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства.

Средства измерений  играют важную роль при построении современных автоматических систем регулирования отдельных технологических параметров и  процессов (АСР) и особенно автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), которые требуют представления большого количества измерительной информации в форме, удобной для сбора, дальнейшего преобразования, обработки и представления ее, а в ряде случаев для дистанционной передачи в выше - или нижестоящие уровни иерархической структуры управления различными производствами.

В пищевой промышленности широко применяются общепромышленные приборы и средства автоматизации для измерения и автоматического регулирования температуры, давления, расхода, уровня и т.д., а также специальные приборы – влагомеры, жиромеры, спиртометры и т.д. (в основном приборы и средства автоматизации для анализа состава и свойств исходного сырья, полуфабрикатов и готовых пищевых продуктов).

Использование измерительных  устройств – приборов, измерительных  преобразователей и других технических  средств – способствует техническому прогрессу, росту производительности труда и повышению культуры производства.

Целью данной курсовой работы является ознакомление с принципами построения современных систем автоматизации технологических процессов, реализованных на базе промышленных контроллеров и ЭВМ.

В ходе выполнения работы решаются следующие задачи:

- ознакомление с методикой разработки функциональных схем автоматизации технологических процессов, на базе серийно выпускаемых приборов и промышленных контроллеров;

- ознакомление с характеристиками современных приборов и cсредств автоматизации;

- изучение основных подходов к обоснованному выбору приборов и технических средств автоматизации;

- изучение действующих стандартов и других нормативных документов регламентирующих правила оформления технической документации по автоматизации технологических процессов.

 

Исходные данные для проектирования

Исходный продукт охлаждается  до температуры 0-2  °С в установке глубокого охлаждения 1. Далее продукт поступает в трехступенчатый фильтр (ступени Ф1, Ф2, Ф3) насосом Н1. После фильтрации готовый продукт поступает в резервуар 2 для хранения либо на розлив. Во избежание попадания в резервуар кислорода в него под давлением закачивается углекислый газ.

 

Перечень измеряемых и регулируемых переменных 

1. Автоматическое регулирование:
• Температура продукта на выходе 1 расходом хладагента;
• Расход продукта на входе в 2;
• Расход продукта на входе в Ф1 по давлению в фильтре Ф1; 
2. Измерение и регистрация на ЭВМ:
• Температура продукта на входе 1;
• Давление в фильтрах Ф1, Ф2, Ф3;
• Расход готового продукта;
• Величина рН готового продукта на выходе из Ф3; 
3. Измерение:
• Величина рН готового продукта на выходе из Ф3;
• Давление в фильтре Ф3;
• Температура продукта на выходе из 1; 
4. Сигнализация:
• Уровень в резервуаре 2;
• Давление в фильтре Ф1;
• Концентрация кислорода в готовом продукте; 
5. Автоматическая блокировка:
• Отключение электродвигателя насоса по давлению в Ф1;
• Отключение подачи продукта по величине рН на выходе из Ф3;

6) Управление:

• Управление клапаном розлива.

 

Значения контролируемых параметров:

- температура продукта в секции 1: 0-2 °С;

- расход продукта: 3 т/ч = 3 м³/ч;

- расход хладагента: 2 м³/ч;

- давление продукта: 5кгс/см²;

- давление хладагента: 5 кгс/см²;

- уровень в сборниках: 1м.

 

Расчет диаметров  трубопроводов

Диаметр трубопроводов  можно определить по расходу продукта:

 

d_вн = , м,       (1)

 

где Q – расход продукта, м³/с;

W – скорость продукта (жидкости), м/с;

dвн – внутренний диаметр трубопровода, м.

Оптимальная скорость прохождения  жидкости соответствует минимуму эксплуатационных расходов. Поэтому при расчете трубопроводов скорость движения ориентировочно может быть принята в следующих интервалах:

Движение жидкости при подаче насосом, м/с                                  1-2,5

Движение самотеком, м/с                                                                  0,1-0,5

Для газов, м/с                                                                                     5-20

Для паров, м/с                                                                                    15-40

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для подачи хладагента. Объемный расход воды Q = 2 м³/ч =0,0006 м³/с. Скорость движения хладагента по трубопроводу принимаем W = 0.3 . Расчет производим по формуле (1):

 

d_вн = = 0,05

 

Принимаем для подачи воды стальные нержавеющие трубы из пищевой стали с внутренним диаметром dвн = 50мм.

Произведем расчет внутреннего  диаметра трубопровода для расхода продукта, поступающего в установку 1 и далее с помощью насоса в трехступенчатый фильтр. Объемный расход продукта, поступающего в фильтр с помощью насоса принимаем Q = 3 м³/ч=0,0009м³/с. Скорость движения продукта по трубопроводу принимаем W = 2м/с. Расчет производим по формуле (1):

d_вн = = 0,024

Принимаем для подачи продукта стальные нержавеющие трубы из пищевой стали с внутренним диаметром dвн =  50 мм.

Произведем расчет внутреннего  диаметра трубопровода для расхода продукта, поступающего из фильтра самотёком. Объемный расход продукта принимаем Q = 3 м³/ч=0,0009 м³/с. Скорость движения продукта по трубопроводу принимаем W = 0,5 м/с. Расчет производим по формуле (1):

 

d_вн = = 0,048

Принимаем для подачи продукта стальные нержавеющие трубы из пищевой стали с внутренним диаметром dвн =  50 мм.

 

Исходя из расчета для всех трубопроводов выбираем стандартные выпускаемые промышленностью нержавеющие трубы для пищевых веществ  dвн =  50 мм.

 

1.Разработка функциональной  схемы автоматизации

Для регулирования температуры продукта расходом хладагента подобрали термопреобразователь сопротивления ТСМ Метран-203 (поз. 6а), подобрали данный прибор, т.к. он работает с газообразными и жидкими неагрессивными средами. Данный прибор может работать в паре с автоматическим миллиамперметром КПУ-1-501 (поз. 6б), подобрали этот прибор, т.к. он может работать с термопреобразователем сопротивления и является показывающим миллиамперметром. Для регулирования подобрали прибор регулирующий Р25.2.1(2) (поз. 6в), у которого входные сигналы: 2 входа термопреобразователей градуировок 21 и 23 или унифицированных сигналов 0-5, 0-20 мА, сигнал подается на вход модуля аналогового ввода контроллера. Регулирование осуществляется при помощи клапана электромагнитного РТЭК-6 (поз. 6е), подобрали именно электромагнитный исполнительный механизм, т.к. он используется в позиционных системах регулирования. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода через магнитный пускатель (поз. 6г).

Для регулирования расхода продукта на входе в  емкость 2 подобрали диафрагму измерительную ДКС 0,6-50 (поз. 8а), затем сигнал поступает на дифманометр бесшкальный ДМ -Э1 (поз. 8б), подобрали именно этот прибор, т.к. он может работать с диафрагмой и имеет электрический выход 0-5 мА. Для регулирования подобрали прибор регулирующий Р25.2.1(2) (поз. 8в), у которого входные сигналы: 2 входа термопреобразователей градуировок 21 и 23 или унифицированных сигналов 0-5, 0-20 мА, сигнал подается на вход модуля аналогового ввода контроллера. Регулирование осуществляется при помощи клапана электромагнитного РТЭК-6 (поз. 8е), подобрали именно электромагнитный исполнительный механизм, т.к. он используется в позиционных системах регулирования. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода через магнитный пускатель (поз. 8г).

Регулирование расхода продукта после насоса по давлению в фильтре Ф1 осуществляется при помощи сильфонного дифманометра с электрическим выходным сигналом 0-5 или 0-20 мА, выходной сигнал линейный по перепаду давления (поз. 3а). Для регулирования подобрали прибор, регулирующий Р25.2.1(2) (поз. 3б), у которого входные сигналы: 2 входа термопреобразователей градуировок 21 и 23 или унифицированных сигналов 0-5, 0-20 мА, сигнал подается на вход модуля аналогового ввода контроллера.

Для измерения и регистрации на ЭВМ температуры охлаждения подобрали термопреобразователь сопротивления ТСМ Метран-203 (поз. 1а), подобрали данный прибор, т.к. он работает с газообразными и жидкими неагрессивными средами. Данный прибор может работать в паре с автоматическим уравновешенным мостом КСМ2-079 (поз. 1б), сигнал подается на вход модуля аналогового ввода контроллера.

Для измерения и регистрации давления в фильтрах Ф1, Ф2, Ф3 подобрали сильфонный дифманометр с электрическим выходным сигналом 0-5 или 0-20 мА, выходной сигнал линейный по перепаду давления (поз. 3а, 4а, 5а). Далее - автоматический уровновешенный мост показывающий и самопишущий КСМ2-079(поз. 3б,4б,5б). Может комплектоваться дополнительными устройствами: двухконтактным сигнализирующим и устройством с электрическим выходом 0-5 мА без линеаризации.

Для измерения и регистарции расхода готового продукта подобрали диафрагму измерительную ДКС 0,6-50 (поз. 2а), затем сигнал поступает на дифманометр бесшкальный ДМ - Э1 (поз. 2б), подобрали именно этот прибор, т.к. он может работать с диафрагмой и имеет электрический выход 0-5 мА. Далее - автоматический уровновешенный мост показывающий и самопишущий КСМ2-079(поз. 2в). Может комплектоваться дополнительными устройствами: двухконтактным сигнализирующим и устройством с электрическим выходом 0-5 мА без линеаризации, сигнал подается на вход модуля аналогового ввода контроллера.

Для измерения и регистрации величины рН готового продукта на выходе из фильтра Ф3 подобрали измерительную систему рН РН 200, имеющий цифровую индикацию  по месту и выходной сигнал: 4…20 мА. Пределы измерения: 0…14 ед. рН. Погрешность ±0,1 ед. рН (поз. 7а), подобрали данный прибор, т.к. он работает с жидкими неагрессивными средами Т=-5…105 °С, Р=0…500 кПа, сигнал подается на вход модуля аналогового ввода контроллера.

Для измерения давления продукта в фильтре Ф3 подобрали манометр показывающий ОБМ1-100 (поз. 12а), пределы измерения 0…6 кГс/см² .

Измерение сигнализации верхнего уровня в емкости 2 осуществляется уровнемером буйковым (поз. 9а). Далее - сигнализатор предельного уровня Еchoel 910 (поз. 9б). Для сигнализации предельно допустимого верхнего уровня на щит установлена сигнальная лампа HL2, сигнал подается на вход модуля дискретного вывода контроллера.

Автоматическая блокировка отключения насоса при крайних значениях давления в фильтре Ф1 осуществляется при помощи пускателя магнитного (поз. 3е) и кнопки (поз. 3д).

Автоматическая блокировка отключения подачи продукта на розлив по величине рН осуществляется при помощи пускателя магнитного (поз. 7б) и кнопки (поз. 7в), сигнал с которого подается на клапан (поз. 7г).

Управление процесса розлива осуществляется с помощью  клапана запорно-регулирующего ГА 68003-050 (поз. 11а)

 

2.Выбор и обоснование приборов и схем автоматизации

 

Термопреобразователь сопративления Метран-203

Предел измерения: -50-+150 ^оС.

Номинальная статическая характеристика: 50 М

Класс допуска: В, С

 

Автоматический миллиамперметр КПУ1-501.

Предназначен для работы в комплекте с устройствами, преобразующими различные параметры в унифицированный сигнал постоянного тока или напряжения постоянного тока.

Класс точности 0.5.

Входной сигнал 0-5 мА.

Число точек измерения 1.

Прибор не комплектуется  дополнительными устройствами.

 

Прибор регулирующий Р25.2.1(2).

Предназначен для алгебраического  суммирования сигналов от измерительных преобразователей с сигналом от встроенного или внешнего датчика (т.е. получения сигнала рассогласования) и формирования выходного  сигнала в соответствии с заданным законом регулирования для управления электрическими исполнительными механизмами.

Вид и диапазон входного сигнала: унифицированный сигнал 0-5 мА.

Выходные сигналы: импульсы напряжения 24 В постоянного тока в соответствии с ПИ – законом регулирования.

Имеет встроенную станцию  управления, с помощью которой  выбирается режим управления исполнительным механизмом: ручной или автоматический. Имеется встроенный указатель положения исполнительного механизма. 

 

Клапан электромагнитный РТЭК-6

Д_у=50 мм

Т= -10…+35 ^оС

Р_у=6

 

Диафрагма измерительная ДКС

Условный проход: Ду=50 мм

Условное давление: Р_у=0,6 МПа

 

Дифманометр бесшкальный  ДМ -Э1

Нижний предел измерения 0 кг/см².

Верхний предел 0,16-1 кПа.

Класс точности 1; 1.5.

Электрический выход 0-5 мА.

 

Автоматический миллиамперметр КСУ-1-001.

Предназначен для работы в комплекте с устройствами, преобразующими различные параметры в унифицированный сигнал постоянного тока или напряжения постоянного тока.

Класс точности 0.5.

Входной сигнал 0-5 мА.

Число точек измерения 1.

Прибор не комплектуется  дополнительными устройствами.

 

Сильфонный дифманометр бесшкальный с электрическим выходом ДС-ЭЗ

Класс точности 0.6; 1;1,5.

Предел измерения: 0…4-6; 3-10; 16-25 кПа.

Электрический выходной сигнал 0-5 или 0-20 мА, выходной сигнал линейный по перепаду давления.

 

Автоматический уравновешенный мост показывающий и самопишущий КСМ2-079

Класс точности по записи 1.

Может комплектоваться  дополнительными устройствами: двухконтактным сигнализирующим и устройством с электрическим выходом 0-5 мА без линеаризации.

 

Уровнемер буйковый УБ-Э.

Предназначен для преобразования уровня жидкостей с плотностью 600-2500 кг/м³ и температурой –40-100⁰С в унифицированный сигнал 0-5 мА.

Пределы измерений уровнемеров  зависят от размеров буйка (диаметра и длины), для данного уровнемера – 1.5.

Предел измерения: 3 м.

Диаметр 14 мм.

Длина 3000 мм.

 

Сигнализатор предельного уровня Еchoel 910

Диапазон измерения от 30 мм до 2540 мм

 

Измерительная система  рН РН 200

Контролируемая среда: жидкость Т=-5…105 °С, Р=0…500 кПа;

Форма представления  информации: цифровая индикация, выходной сигнал: 4…20 мА

Пределы измерения: 0…14 ед. рН

Погрешность ±0,1 ед. рН

 

Кислородомер мембранный автоматический АКП-205

Измеряемый компонент: кислород

Контролируемая среда: технологический раствор

Пределы измерения 0…100 мг/л

 

Манометр показывающий ОБМ1-100

Пределы измерения 0…6 кГс/см²

Класс точности 2,5

 

Клапан запорно-регулирующий ГА 58003-050

Д_у=50 мм, Р_у=1,6 МПа, Т= до 150 ^оС

 

Магнитный пускатель  ПМЛ-2100.

 

Кнопочная станция ПМЗ-2В.

 

3. Выбор контроллера и модулей ввода-вывода

Программируемые контроллеры предназначены для построения систем контроля и управления технологическими процессами, осуществляют ввод измерительной информации в АСУТП, ее обработку, а также формируют выходные сигналы управления исполнительными механизмами.

В качестве контроллера подобрали ADAM-5000 фирмы Advantech. Он предназначен для работы в системах управления и сбора данных. Управление устройствами осуществляет удаленный компьютер, формирующий команды, которые затем передаются по сети RS-485.

Система ADAM-5000/485 состоит из следующих частей: 

1. Системный блок ADAM-5000/485. Содержит плату центрального процессора, преобразователь питания, 4 слота расширения, встроенный коммуникационный порт RS-232 и 1 встроенный коммуникационный порт RS-485. Одна плата центрального процессора ADAM-5000/485 может поддерживать до 64 каналов ввода-вывода в четырех слотах расширения. Эти каналы могут быть назначены как входные или выходные. 
2. Модули ввода-вывода. Дискретные модули работают с сигналами 10...30 В постоянного тока, или имеют релейные выходы. Аналоговые модули имеют разрешение 16 разрядов и могут быть запрограммированы пользователем на работу в различных диапазонах сигналов, включая биполярные. Каждое устройство ADAM-5000/485 позволяет установить до четырех модулей ввода-вывода в любой комбинации (до 64 точек контроля).

Для работы с системой ADAM-5000 поставляются следующее программное обеспечение: утилиты DOS предназначенные для конфигурирования пользовательской системы; динамическая библиотека (DLL) обеспечивает запись информации в Windows- приложения, Сервер Динамического Обмена Данными (DDE), обеспечивает связь с популярными Windows-приложениями.

В ходе курсовой работы подобрали  контроллер серии ADAM-5000 фирмы Advantech, укомплектованный модулями:

- аналогового ввода от термопреобразователей сопротивления ADAM-5013;

- аналогового ввода ADAM-5017;

- дискретного ввода  ADAM-5052;

- дискретного вывода ADAM-5056.

 

Таблица 1 - Технические характеристики модуля аналогового ввода от термопреобразователей сопротивления ADAM-5013
Наименование характеристики	Значение характеристики
Количество аналоговых каналов	3
Типы поддерживаемых термопреобразователей сопротивления	PtnNi
Варианты подключения	2-х, 3-х и 4-проводное
Основная погрешность измерения	±0,1 %

 

Таблица 2 - Технические характеристики модуля аналогового ввода

ADAM-5017

Наименование характеристики	Значение характеристики
Каналы аналогового ввода	Восемь дифференциальных
Тип аналогового входа	В, мВ и мА
Входной диапазон	±150 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±5 В, ±10 В, ±20 мА
Точность	±0,1%

 

Таблица 3 - Технические характеристики модуля дискретного ввода ADAM-5052

Наименование характеристики	Значение характеристики
Количество каналов ввода	8 независимых
Дискретный ввод	Уровень логического «0»: не более 1 В; уровень логической «1»: от 3,5 до 30 В;

 

Таблица 4 - Технические характеристики модуля дискретного вывода ADAM-5056
Наименование характеристики	Значение характеристики
Каналы дискретного вывода	16
Тип дискретного выхода	Открытый коллектор до 30 В, ток нагрузки 100 мА, максимальная выходная мощность 450 мВт

 

Заключение

Измерительные преобразователи  и приборы для получения измерительной информации о ходе технологических процессов, предназначенных для управления в заданных или оптимальных режимах, являются основными, а порой и единственными техническими средствами для получения прямых или косвенных показателей управляемых процессов.

Объективная и надежная информация может быть получена в  случае, когда используются приборы  и средства, отвечающие требованиям  контролируемых приборов и устройств. Необходимо выбрать именно те, которые в данных конкретных условиях наилучшим образом могут удовлетворять требованиям объективности измерений, их точности, надежности т.д.

Выбор даже самых современных  приборов, но без учета их эксплуатации, может привести к тому, что они окажутся неработоспособными, а информация, получаемая, с их помощью будет в действительности дезинформировать, что ведет к ухудшению процессов, иногда и к более серьезным последствиям. Особое значение приобретают приборы и измерительные преобразователи для определения состава и свойства веществ, как источники информации о прямых качественных показателях хода технологических процессов пищевых производств. Однако требования пищевой промышленности в этой группе приборов удовлетворяются очень незначительно.

В то же время в пищевой промышленности все еще слабо используются возможности многих измерительных приборов и устройств. Например, практически не используются хроматографы, хотя с их помощью возможно определение многих показателей, в том числе и микропримесей, характеризующих состав и качества пищевых продуктов.

То же можно сказать  и об автоматических термометрах  и многих других измерительных устройствах. К сожалению, многие из этих приборов существуют в единичных (опытных) образцах, а другие, хотя и выпускаются приборостроительной промышленностью, используются пищевой промышленностью ограниченно.

 

Список использованых источников

 

1      Кожевников М.М., Никулин В.И. Автоматика, автоматизация и АСУТП – методические указания по выполнению курсовой работы. Могилев, 2008 г.

2      Кожевников  М.М., Никулин В.И. Технические  средства АСУТП для предприятий  пищевой промышленности  – справочное  пособие. Могилев, 2008 г.

3. Методические указания по разработке функциональной схемы автоматизации  Могилев, 2002г.

4     Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Агропромиздат, 1985.- 344 с.

5        Петров И.К., Солошенко М.М., Царьков В.А. Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности. – М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981. – 416 с.

6        Кондарский Б.Д. «Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы» - М: Ленинград «Машиностроение», 1976г.