Автоматизация процесса выпаривания. 3

Санкт-Петербургский Государственный  Технологический Институт

(Технический Университет)

 

Кафедра автоматизации процессов  химической промышленности

 

                                                                                                                                                       Факультет 8

                                                                                                                      Курс 4                 

                                                                             Группа 851

 

Дисциплина: Проектирование автоматизированных систем

 

Курсовой проект

Тема:  Автоматизация  процесса выпаривания

 

 

                                                                                                 Научный руководитель:

                                                                                                 Соколов Г.А. 

                                                                                                  Студент:

                                                                                                 Смирнова Ю.С.

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2009

Содержание

Введение

Задание

Описание технологического процесса

Обоснование выбора ветви  ГСП

Основные средства автоматизации

Решения по автоматизации

Принципиальная электрическая схема

Заключение

Список использованной литературы

Спецификация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цель изучения дисциплины - формирование знаний и умений для выполнения проектно-конструкторских работ по созданию систем автоматизации технологических процессов и производств.

Задачи изучения дисциплины:

1. оптимальный, экономически обоснованный выбор уровня автоматизации, методов и структуры управления, приборов и средств автоматизации;
2. изучение методик проектирования и состава документации проектов систем автоматизации технологических процессов;
3. изучение вопросов, связанных с организацией монтажных работ, правилами и нормами монтажа средств и  систем автоматизации;
4. ознакомление с вопросами эксплуатации средств автоматического контроля и регулирования.

Решение вопросов автоматизации  должно обеспечивать эффективность  управления технологическими процессами и производствами, высокое качество продукции, безопасность производства, улучшение условий труда.

Закрепление знаний осуществляется в процессе курсового проектирования. При выполнении курсового проекта широко используются справочные материалы по проектированию систем автоматизации и по приборам и средствам автоматизации.

При изучении дисциплины используется учебный материал курсов «ТАУ», «ТИП», «ТСА», «АТП». Таким образом курс «ПСА» является логическим завершением обучения специальности.

Данный курсовой проект по теме “ Автоматизация процесса выпаривания” посвящен проектированию системы автоматизации процесса выпаривания.

Автоматизация приводит к  улучшению основных показателей  эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и  снижению себестоимости выпускаемой  продукции, повышению производительности труда. Внедрение средств автоматизации  обеспечивает высокое качество продукции, сокращает брак и отходы, уменьшает  затраты сырья и энергии. Внедрение специальных средств автоматизации способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

В курсовой проект входят следующие  документы:

- схема автоматизации функциональная;

- схема принципиальная электрическая;

Пояснительная записка содержит основные решения по автоматизации  процесса, их  обоснование, а также  комментарии к графическому материалу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

Технологическая схема выпарной установки представлена на рис.1

Рис.1 Технологическая схема  выпарной установки

1 - греющая камера;

2 - выпарной аппарат;

3 - брызгоулавливатель;

4 - циркуляционная труба.

 

Описание технологического процесса

Исходный раствор подаётся по трубам кипятильника 1, где нагревается  до температуры кипения с образованием парожидкостной смеси, которая далее  поступает в выпарной аппарат (сепаратор) 2. В сепараторе парожидкостная смесь  разделяется на пары растворителя и  концентрированный раствор.

Пары растворителя проходят через брызгоулавливатель 3 и выводятся  из процесса из верха сепаратора в  виде парового потока Gn.

Выделенная брызгоулавливателем жидкая фаза из паров растворителя возвращается в кипятильник 1 по циркуляционной трубе 4.

 

Обоснование выбора ветви  ГСП

В данном курсовом проекте  используется электрическая ветвь  ГСП. Такой выбор ветви ГСП  объясняется высокими требованиями к быстродействию, дешевизной и простотой  прокладки линии связи, универсальностью и доступностью источников энергии. Так как процесс выпаривания  не является взрыво- и пожароопасным, то мы можем использовать для его автоматизации электрическую ветвь ГСП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные средства автоматизации

Программируемые контроллеры  Siemens SIMATIC S7-400

S7-400 - это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства. Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров. S7-400 является универсальным контроллером. Он отвечает самым жестким требованиям промышленных стандартов, обладает высокой степенью электромагнитной совместимости, высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Установка и замена модулей контроллера может производиться без отключения питания ("горячая замена").

S7-400 характеризуется следующими показателями:

• cкоростное выполнение команд;

• простота параметрирования;

• управление и мониторинг;

• диагностические функции;

• парольная защита;

• переключатель режимов  работы;

• системные функции.

 

Конструкция

Система автоматизации S7-400 имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке. Система включает в свой состав:

• Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7-400 к источникам питания =24/ 48/ 60/ 120/ 230В или ~120/ 230В.
• Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности. Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами PROFIBUS-DP. При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.
• Сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.
• Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу, а также сетевого обмена данными.
• Функциональные модули (FM): для решения специальных задач управления, к которым можно отнести счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т.д.

При необходимости в составе  S7-400 могут быть использованы:

Интерфейсные модули (IM): для связи базового блока контроллера со стойками расширения. К одному базовому блоку контроллера SIMATIC S7-400 может подключаться до 21 стойки расширения.

 

Модули центральных  процессоров: обзор

• 7 типов центральных  процессоров.

• Различная вычислительная мощность для различных вариантов  применения

Модули центральных  процессоров: CPU 412-1 и CPU 412-2 :

CPU 412-1 имеет относительно  низкую стоимость и способен решать задачи автоматизации среднего уровня сложности. Он пригоден для создания небольших систем управления с ограниченным количеством входов и выходов.

CPU 412-2 предназначен для решения задач автоматизации среднего уровня сложности.

Модули центральных  процессоров: CPU 414-2 и CPU 414-3

Центральные процессоры CPU 414-2 и CPU 414-3 предназначены для решения  задач автоматического управления средней степени сложности. Они позволяют выполнять скоростную обработку программ большого объема. Встроенный интерфейс PROFIBUS-DP позволяет использовать оба центральных процессора в качестве ведущего устройства PROFIBUS-DP.

В центральном процессоре CPU 414-3 дополнительная DP линия может  подключаться через интерфейсный субмодуль IF 964-DP.

Модули центральных  процессоров: CPU 416-2 и CPU 416-3 DP

CPU 416-2 и CPU 416-3 DP являются  одними из наиболее мощных  центральных процессоров SIMATIC S7400.  Встроенный интерфейс PROFIBUS-DP позволяет использовать оба процессора в качестве ведущего устройства PROFIBUS-DP.

CPU 416-3 может комплектуется интерфейсным субмодулем IF 964-DP, через который может быть подключена дополнительная DP линия. В этой линии процессор выполняет функции ведущего сетевого устройства.

Модули центральных  процессоров: CPU 417-4

CPU 417-4 является наиболее  мощным центральным процессором  для SIMATIC S7-400. Он предназначен  для решения наиболее сложных  задач автоматизации. Встроенный интерфейс PROFIBUS-DP позволяет использовать центральный процессор в качестве ведущего сетевого устройства PROFIBUS-DP. Две дополнительные DP линии могут подключаться через интерфейсные субмодули IF 964-DP.

Модули центральных  процессоров: интерфейсный модуль IF 964 DP PROFIBUS

• Для подключения к  сети PROFIBUS-DP в качестве ведущего устройства

• Скорость передачи данных от 9.6 Кбит/с до 12 Мбит/с

• Подключение через 9-полюсное гнездо соединителя D-типа

• Возможность установки  в один центральный процессор 1 или 2 субмодулей ведущего устройства PROFIBUS-DP:

- CPU 414-3/416-3: 1 субмодуль

- CPU 417-4: 2 субмодуля

 

Модули центральных  процессоров: конструктивные особенности

Все центральные процессоры выпускаются в пластиковых износоустойчивых корпусах. Все процессоры снабжены одинаковым набором элементов управления и индикации. Одинаковые элементы выполняют  одинаковые функции.

На фронтальной панели расположены:

• светодиоды состояний  и отказа;

• переключатель выбора режимов работы (переключается ключом);

• разъем для установки  карты памяти;

• порт MPI интерфейса;

• отсек для установки  буферной батареи.

 

Сигнальные модули: модули ввода дискретных сигналов SM 421

Модули ввода дискретных сигналов предназначены для преобразования входных дискретных сигналов контроллера  в его внутренние логические сигналы. Модули могут работать с датчиками BERO, подключаемыми по 2-проводным  схемам.

Сигнальные модули: модули вывода дискретных сигналов SM 422

Модули вывода дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних логических сигналов контроллера  в его выходные дискретные сигналы. Модули способны управлять задвижками, магнитными пускателями, сигнальными  лампами и т.д.

Сигнальные модули: модули ввода аналоговых сигналов SM 431

Модули ввода аналоговых сигналов выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов. К входам модулей могут  подключаться датчики с унифицированными сигналами напряжения или силы тока, термопары, термометры сопротивления  и другие.

Сигнальные модули: модули вывода аналоговых сигналов SM 432

Модули вывода аналоговых сигналов выполняют цифро-аналоговое преобразование внутренних цифровых величин  контроллера в его выходные аналоговые сигналы.

Сигнальные модули: модули ввода-вывода аналоговых сигналов SM 334

Высокоскоростные аналоговые входы и выходы для SIMATIC S7-300.

Функциональные  модули: обзор

Функциональные модули разгружают центральный процессор контроллера  от выполнения ресурсоемких задач, таких  как счет, позиционирование и автоматическое регулирование.

Функциональные  модули: модули счета FM 450-1

FM 450-1 – это интеллектуальный  модуль 2-канального счетчика. Он  может быть использован в составе  систем SIMATIC S7-400 и SIMATIC M7-400. Модуль  позволяет разгрузить центральный  процессор от выполнения следующих  задач:

• Непосредственного подключения  к счетному входу и обработки  сигналов инкрементального декодера позиционирования

• Непосредственного подключения  к встроенным дискретным входам датчиков импульсных сигналов (фотоэлектронных  барьеров и т.д.) и обработки этих сигналов.

• Выполнения функций сравнения  и формирования выходных дискретных сигналов через встроенные дискретные выходы.

Модуль FM 450-1 обеспечивает питанием цепи датчиков.

Функциональные модули: модули позиционирования FM 451

Трехканальный модуль позиционирования FM 451 применяется для управления электроприводами с червячной передачей. С его помощью выполняется  задание точек позиционирования и управление позиционированием  по трем осям. Для привода червячной  передачи используются стандартные  двигатели. Управление двигателем модуль осуществляет через контакторы или  преобразователь частоты.

 

Функциональные модули: электронный командоконтроллер FM 452

Скоростной электронный  командоконтроллер FM 452 предназначен для управления позиционированием путем считывания показаний датчика и формирования сигналов управления через встроенные дискретные выходы. FM 452 является дешевой альтернативой механическим командоконтроллерам. FM 452 может быть использован для:

• Управления конвейерами. FM 452 фиксирует сигналы световых барьеров и управляет состоянием своих выходов (например, запускает операции сверления, фрезеровки, вставки и т.д.)

• Управления прессами (металл, порошок, стекло).

Функциональные модули: модули позиционирования FM 453

FM 453 является интеллектуальным 3-канальным модулем, предназначенным  для решения широкого круга  задач автоматического позиционирования  с управлением электроприводами  на основе серводвигателей или шаговых двигателей. Он может быть использован как для простого пошагового позиционирования, так и для решения сложных комплексных задач позиционирования с жесткими требованиями к динамике и высокой точностью позиционирования. Модуль является идеальным средством для автоматизации машин с многокоординатным перемещением рабочего органа.