Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Автоматизация экстрактора противоточного типа. 2

содержание

Введение 3

1 Исходные данные на проектирование 4

2 Разработка функциональной схемы автоматизации 9

3 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации 11

4 Выбор контроллера и модулей ввода/вывода 15

Заключение 17

Список литературы 18

Приложение А-Спецификация на выбранные средства автоматизации 19

введение

Автоматизация процесса означает полный перевод технологического оборудования на автоматический режим работы, внедрению в производство устройств, действующих частично или полностью без участия человека. Автоматизация - высшая форма механизации. Она характеризуется освобождением человека частично или полностью так же и от оперативного управления механизмами, от постоянного участия его в процессе. Автоматические регуляторы или системы поддерживают неизменными или определенным образом изменяют какие-либо физические величины в техническом устройстве или технологическом процессе. При полной автоматизации процесс идет полностью без участия человека, за ним остаютс лишь функции предварительной настройки процесса и оборудования, включения и наблюдения за его ходом. Автоматика увеличивает производительность труда, повышает эффективность технологических процессов, улучшает качество продукции, повышает точность, сокращает численность обслуживающего персонала.

Проведение некоторых современных производственных процессов возможно только при условии их полной автоматизации. При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьёзным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

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

1 Исходные данные на проектирование

1.1Описание принципа работы технологической установки

Извлечение целевого компонента из твердой фазы происходит в горизонтальном противоточном шнековом экстракторе 2, обогреваемом паром. Растворитель ( вода ) перед подачей в экстрактор подогревается в теплообменнике 1 паром ( Р=200 кПа. ). Экстракт сливается в промежуточный сборник 3, откуда откачивается на дальнейшую переработку центробежным насосом Н1.

Рисунок 1 – Схема экстрактора противоточного типа

1.2 Перечень измеряемых и регулируемых переменных

Автоматическое регулирование

-Концентрация экстракта расходом воды

-Температура воды расходом пара

Измерение и регистрация на ЭВМ

-Концентрация экстракта

-Температура экстракта

Измерение

-Температура экстракта

-Температура воды

-Расход экстракта

-Расход пара в аппарат 1

-Давление пара перед теплообменником 1

Сигнализация

-Уровень в сборнике 3

-Давление воды перед теплообменником 1

-Давление воды перед экстрактором 2

Автоматическая блокировка

-Отключение пара в аппарат 1 при снижении давления воды

-Отключение воды при повышении уровня в сборнике 3

-Отключения электродвигателя М1 экстрактора при снижении давления воды

Управление

-Включение и отключение двигателя насоса Н1

-Включение и отключение двигателя экстрактора М1

1.3 Расчет диаметров трубопроводов

Производительностью установки по готовому продукту 1,3 т/ч

Производительность теплообменника 1,3т/ч

Производительность экстрактора 1,3т/ч

Температура воды в теплообменнике (12-60) ^оС

Температура экстракта на выходе 55^оС

Расход греющего пара экстрактора 100кг/ч

Давление пара у входа в экстрактор 200кПа

Давление воды на входе в теплообменник 150кПа

Расчет трубопровода

Важной характеристикой при выборе трубопровода является правильный подбор диаметра трубопровода, который рассчитывается на основе выражения (1-1.1):

(1)

где Q – расход продукта, м³/ч;

F – площадь поперечного сечения трубопровода, м²;

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

D – внутренний диаметр трубопровода, м.

Оптимальная скорость прохождения жидкости соответствует минимуму эксплуатационных расходов, т.е. сумме стоимости энергии, амортизации и ремонта.

При расчетах трубопроводов скорость движения (м/с) , ориентировочно может быть принята в следующих пределах:

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

Определяем расход воды и диаметр трубопровода для подачи воды в теплообменник 1.

Из технической характеристики массовый расход . Тогда объемный расход , т.к. .

Откуда,

Зная объемный расход воды определим диаметр трубопровода:

D₁= = = 0,02м

где, т.к. жидкость передается насосом.

Принимаем D₁ = 20мм.

Определим расход и диаметр трубопровода для подачи пара в теплообменник. Для того, чтобы определить расход и диаметр нужно написать уравнение теплового баланса теплообменного аппарата. Уравнение теплового баланса будет иметь вид:

где G – соответствующий расход холодного теплоносителя (воды)

и - теплоемкость холодного теплоносителя и конденсата греющего пара,;

и - начальная и конечная температура воды, ;

- расход греющего пара, ;

- удельная теплота парообразования, ;

- температура конденсата выходящего из теплообменника, ;

Считая, что конденсат выходит из аппарата при температуре конденсации равной температуре насыщенного пара и тогда уравнение примет вид:

(2)

Из технической характеристики оборудования и таблицы “Физические свойства воды” находим:

;

Подставляя значения в формулу (2) и преобразуя ее, находим расход греющего пара:

r определяем по таблице в зависимости от и .

Находим объемный расход пара:

определяем по таблице в зависимости от и .

Зная объемный расход пара определим диаметр трубопровода для подачи пара:

где

Принимаем D_пара = 65мм

Определяем объемный расход и диаметр трубопровода для подачи пара в рубашку экстрактора.

Из технической характеристики:

;

берем по таблице в зависимости от .

Принимаем D = 40мм.

2 Разработка функциональной схемы автоматизации

Схема построена на базе контроллера ADAM-800, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ таким образом используется для вывода на экран значений технологических переменных, регистрации и сигнализации их предельных значений. Также ЭВМ формирует законы управления исполнительными механизмами, электродвигателем насоса.

Концентрацию экстракта измеряем концентратомером поз. QT-1а с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20) мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI8231-1BD60 и вторичный прибор поз. QI-1б. Регулирования расхода воды происходит за счет изменения расхода воды регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Это регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом поз.1д с датчиком угла поворота поз. GE-2. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO 8222-1ВН10 через магнитный пускатель поз. 1в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8221-1ВН10. Исходя из особенностей управления электродвигательным исполнительным механизмом в схеме задействовано два канала управления дискретного вывода. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. 1г установленная по месту.

Температуру воды измеряем термопреобразователем сопротивления поз. ТЕ-3а. Этот термопреобразователь подключен к модулю аналового ввода AI 8231-1BD52. Регулирования расхода пара происходит за счет изменения расхода пара регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Это регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом поз.3г с датчиком угла поворота поз. GE-4. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO 8222-1ВН10 через магнитный пускатель поз.3б. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8221-1ВН10. Исходя из особенностей управления электродвигательным исполнительным механизмом в схеме задействовано два канала управления дискретного вывода. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. 3в установленная по месту.

Температуру экстракта измеряем термопреобразователем сопротивления поз. ТЕ-5а. Этот термопреобразователь подключен к модулю аналового ввода AI 8231-1BD52 и вторичному прибору поз. TI - 5б.

Для измерения расхода экстракта используем преобразователь разности давления поз. FТ-6б с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20) мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI8231-1BD60.

Для измерения расхода пара в аппарат 1 используем преобразователь разности давления поз. FТ-7б с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20) мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI8231-1BD60.

Для измерения уровня в сборнике 3 используем преобразователи уровня поз. LT-9а. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (4-20)мА. Регулирование осуществляется путем перекрытия подачи воды регулирующим органом поз. 9г, установленным на трубопроводе подачи воды. Исходя из особенностей управления электродвигательным исполнительным механизмом в схеме задействовано два канала управления дискретного вывода. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8221-1ВН10. Для сигнализации предельно допустимых значений давления на щите установлены две сигнальные лампы HL1 и HL2.

Для измерения давления воды перед теплообменником 1 используем преобразователь давления поз. РТ-10а с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20) мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI8231-1BD60. Для сигнализации предельно допустимых значений давления на щите установлены две сигнальные лампы HL3 и HL4. Регулирование осуществляется путем перекрытия подачи пара регулирующим органом поз. 10г, установленным на трубопроводе подачи пара. Исходя из особенностей управления электродвигательным исполнительным механизмом в схеме задействовано два канала управления дискретного вывода. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8221-1ВН10. Управление двигателем М1 осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO 8222-1ВН10 через магнитный пускатель поз. NS-11а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме с помощью кнопочной станции поз. HS-11б либо в автоматическом режиме. В этом случае ЭВМ формирует сигнал отключения двигателя мешалки при отключении воды.

Для измерения давления воды перед экстрактором 2 используем преобразователь давления поз. РТ-12а с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20) мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI8231-1BD60. Для сигнализации предельно допустимых значений давления на щите установлены две сигнальные лампы HL5 и HL6.

Управление двигателем насоса Н1 осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO 8222-1ВН10 через магнитный пускатель поз. NS-13а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме с помощью кнопочной станции поз. HS-13б либо в автоматическом режиме.

3 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации

Требования к качеству работы системы автоматического контроля включает в себя основные метрологические данные: точность измерения; порог чувствительности; быстродействие системы.

Основой для выбора чувствительного элемента (датчика) служат характеристика контролируемой среды и диапазон изменения контролируемого параметра. В случае непосредственного контакта чувствительного элемента с контролируемой средой возможно нежелательное влияние пищевых продуктов на конструктивные узлы датчиков - прежде всего коррозионного и эрозионного характера. Поэтому в пищевой промышленности широко применяются конструкции из нержавеющей стали, нанесение на них антикоррозионных покрытий и т.п. При выборе чувствительных элементов необходимо также учитывать возможное влияние материалов, из которых они изготовлены, на качество пищевых продуктов.

Выбор диапазона измерений должен учитывать возможные значения контролируемого параметра в условиях нормальной работы, а также при проведении некоторых вспомогательных операций: мойки, стерилизации и т. п. Принято считать, что номинальное значение измеряемого параметра должно составлять примерно 2/3 от шкалы прибора. Однако здесь следует учитывать характер изменения контролируемой величины. Для большинства технологических измерений максимальное значение контролируемой величины может лежать в пределах последней четверти диапазона шкалы.

1. Для измерения концентрации исходного и готового продукта применяем концентратомер КВЧ – 5М , который предназначен для определения концентрации водных растворов и пульп.

2.Выбираем термопреобразователь сопротивления для измерения температуры экстракта.

Исходные данные: максимальное рабочее значение температуры экстракта воды t=55^оС, максимально допустимая погрешность измерений преобразователя Δ=±1,5^оС. Среда неагрессивная. Термопреобразователь предполагается подключить к модулю аналогового ввода AI 8231-1BD52 контроллера ADAM 8000.

По справочному пособию (2) предварительно выбираем термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП Метран-206 с диапазоном измеряемых температур (-50÷ +200)^оС, номинальной статической характеристикой Pt100 и классом допуска С. Термопреобразователь позволяет измерять температуру химически неагрессивных, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры. НСХ Pt100 выбран, поскольку модуль аналогового входа 8231-1BD52рассчитан на входной сигнал от термопреобразователей сопротивления с НСХ Pt100.

Проверяем, обеспечивает ли данный термопреобразователь требуемую по условию точность измерения. По таблице Г.2 приложения Г (1) определим пре-

дельно допустимое отклонение от НСХ термопреобразователя сопротивления класса допуска С и НСХ Pt100:

Δ_t = ±(0,6+0,008×‌[‌‌‌t]) = ±(0,6+0,008×55) = 1,04^оС.

Т.к. пределы Δ_t не превышают по модулю пределов максимально допустимой погрешности измерений Δ=±1,5^оС, то выбранный термопреобразователь сопротивления обеспечивает требуемую точность измерения.

3. Подбираем преобразователь разности давлений для измерения расхода экстракта по методу переменного перепада давления.

Исходные данные: Для измерения расхода экстракта на технологическом трубопроводе установлена диафрагма с коэффициентом расхода К = 0,231 (т/ч)/Па^0,5. Номинальный расход продукта Q = 1,3 т/ч.

Определим перепад давлений на диафрагме при расходе продукта Q = 1,3 т/ч:

Δр = (Q/К)² = (1,3/0,231)² = 32Па=0,032кПа

Согласно ГОСТ8.586.1-2005 ГСИ преобразователь разности давлений должен иметь предел измерения возможно близкий к расчетному значению Δр = 0,032кПа. Выбираем по справочнику (2) преобразователь разности давлений Метран – 100-ДД модель 1410, с верхним пределом измерения 0,04кПа. Данная модель имеет основную погрешность измерения ± 0,1% от диапазона измерения. Однако необходимо отметить, что основным источником погрешности измерения расхода в данном комплекте является измерительная диафрагма. При выборе средств измерения расхода по методу переменного перепада давления в курсовой работе ограничиваемся предварительным выбором типа стандартного сужающего устройства (без расчета) и подбираем дифманометр с учетом диапазона измерения и точности измерения перепада давления.

4. Подбираем преобразователь разности давлений для измерения расхода пара в аппарат 1 по методу переменного перепада давления.

Исходные данные: Для измерения расхода пара на технологическом трубопроводе установлена диафрагма с коэффициентом расхода К = 0,0529 (т/ч)/Па^0,5. Номинальный расход продукта Q = 0,3 т/ч.

Определим перепад давлений на диафрагме при расходе продукта Q = 0,3 т/ч:

Δр = (Q/К)² = (0,3/0,0529)² = 0,032кПа

5.Подбираем преобразователь уровня для измерения уровня в сборнике 3.

Исходные данные: Максимальное значение уровня 4м. Погрешность измерений преобразователя ±10мм. Преобразователь предполагается подключить к модулю аналогового входа AI8231-1BD60 контроллера ADAM 8000.

Определяем необходимый верхний предел измерения таким образом, чтобы максимальное значение измеряемого параметра лежало в последней четверти диапазона Lв = 4/(3/4) = 5,33м. Выбираем преобразователь гидростатического давления (уровня) Метран – 100 – ДГ – 1534 с диапазоном измерения 63кПа. Абсолютная погрешность измерения ±0,1. Эта погрешность не превышает максимально допустимой, заданной в исходных данных. Преобразователь формирует унифицированный аналоговый сигнал 4-20мА, что позволяет подключать его к модулю аналогового входа AI8231-1BD60 контроллера ADAM 8000.

6.Выбираем преобразователь давления для измерения воды перед теплообменником 1.

Исходные данные: Давление постоянное. Давление в аппарате 150кПа, максимально допустимая погрешность измерений преобразователя Δ = ±0,5кПа. Преобразователь предполагается подключить к модулю аналогового входа AI8231-1BD60 контроллера ADAM 8000.

Определяем верхний предел измерения преобразователя 150/(3/4)=200кПа. Выбираем по справочнику (2) преобразователь избыточного давления Метран-100-ДИ-1152, применяемый для измерения избыточного давления жидкости, газа, газообразного кислорода и пищевых продуктов. Верхний предел 250кПа. Диапазон измерения выбран таким образом, чтобы максимальное рабочее давление составляло примерно 3/4 от диапазона измерения, поскольку давление в трубопроводе постоянное. Преобразователь формирует унифицированный токовый сигнал (4-20)мА, что позволяет подключать его к модулю аналогового входа AI8231-1BD60 контроллера ADAM 8000.

Основная погрешность данного преобразователя составляет ±0,1% от диапазона измерения и равна:

Δр = ±250×0,1/100 = ±0,25кПа.

Поскольку Δр не превышает максимально допустимую погрешность измерений Δ = ±0,5кПа, то выбранный преобразователь обеспечивает требуемую точность измерений.

7.Выбираем преобразователь давления для измерения давления воды в экстрактор 2.

Исходные данные: Давление постоянное. Давление в аппарате 150кПа, максимально допустимая погрешность измерений преобразователя Δ = ±1,0кПа. Преобразователь предполагается подключить к модулю аналогового входа AI8231-1BD60 контроллера ADAM 8000.

Определяем верхний предел измерения преобразователя 150/(3/4)=200кПа. Выбираем по справочнику (2) преобразователь избыточного давления Метран-

100-ДИ-1152, применяемый для измерения избыточного давления жидкости, газа, газообразного кислорода и пищевых продуктов. Верхний предел 250кПа. Диапазон измерения выбран таким образом, чтобы максимальное рабочее давление составляло примерно 3/4 от диапазона измерения, поскольку давление в трубопроводе постоянное. Преобразователь формирует унифицированный токовый сигнал (4-20)мА, что позволяет подключать его к модулю аналогового входа AI8231-1BD60 контроллера ADAM 8000.

Основная погрешность данного преобразователя составляет ±0,1% от диапазона измерения и равна:

Δр = ±250×0,1/100 = ±0,25кПа.

8.Выбираем термопреобразователь сопротивления для измерения температуры воды.

Автоматизация экстрактора противоточного типа. 2 📙 Курсовая → 🆔 2238