Автоматизация процесса выпаривания. 4

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.

Функциональные модули: модули автоматического регулирования FM 455

      FM 455 является интеллектуальным 16-канальным  модулем, который предназначен  для решения широкого круга  задач автоматического регулирования.  Он может быть использован:

• для  регулирования температуры;

• для  регулирования давления;

• для  регулирования потока;

• для  регулирования уровня.

Интеллектуальные модули ввода-вывода

      Контроллеры SIMATIC S7-400 могут оснащаться интеллектуальными  модулями ввода-вывода контроллеров семейства SIMATIC S5. Эти модули подключаются непосредственно  к шине контроллеров S7-400 через специальные  адаптеры.

Система технического зрения: SIMATIC VIDEOMAT

Система SIMATIC VIDEOMAT может комплектоваться  черно-белыми или цветными видеокамерами. Система технического зрения позволяют  создавать надежные и экономически эффективные системы визуального  контроля качества выпускаемой продукции. Система позволяет:

• Осуществлять визуальный контроль качества продукции (по габаритам, контурам, форме, наличию, положению, количеству)

• Контролировать быстротечные процессы

• Осуществлять высокопроизводительную проверку оборудования

• Идентификация  компонентов на основе анализа формы, размеров, цвета, кодировки или символов

• Сортировка компонентов по классам и категориям. 

Коммуникационные модули: CP 441-1 и CP 441-2

      Коммуникационный  процессор используется для организации  скоростной последовательной связи  по PPI интерфейсу и позволяет разгружать центральный процессор контроллера  от обслуживания коммуникационных задач. Коммуникационный процессор выпускается в двух вариантах:

CP 441-1: с одним выбираемым последовательным интерфейсом для организации простой и экономичной PPI связи.

CP 441-2: с двумя выбираемыми последовательными интерфейсами для организации скоростной PPI связи.

Коммуникационные модули: CP 443-5 Basic

      Коммуникационный  процессор CP 443-5 Basic является модулем, который требуется SIMATIC S7-400 для поддержки PROFIBUS.

Коммуникационные модули: CP 443-5 Extended

      Коммуникационный  процессор CP 443-5 требуется для SIMATIC S7-400 для присоединения к PROFIBUS.

Коммуникационные модули: CP 443-1

      CP 443-1 - это коммуникационный модуль SIMATIC S7-400 для шины Industrial Ethernet.

Коммуникационные модули: CP 443-IT

      CP 443-1 - это коммуникационный модуль SIMATIC S7-400 для шины Industrial Ethernet.

Коммуникационные модули: CP 443-IT

      CP 443-1 IT - это коммуникационный модуль SIMATIC S7-400 для Industrial Ethernet

Коммуникационные модули: CP 444

      Коммуникационный  модуль CP 444 обеспечивает возможность  подключения SIMATIC S7-400 к сети Industrial Ethernet. Он обеспечивает выполнение MMS (Manufacturing Message Specification) сервиса в соответствии с коммуникационным стандартом MAP 3.0.

Интерфейсные модули: IM 460-0

      Интерфейсный  модуль IM 460-0 используется для построения централизованных конфигураций ввода-вывода с удалением стоек расширения на расстояние до 3 м. Модуль может устанавливаться в центральный контроллер на базе монтажных стоек UR1, UR2 и CR2. К модулю может подключаться до 8 стоек расширения (до 4 стоек на интерфейс). В центральном контроллере может устанавливаться до 6 модулей IM 460-0. Интерфейсный модуль использует для передачи информации P- и K-шины контроллера. Для организации связи в стойках расширения должны использоваться интерфейсные модули IM 461-0.

Интерфейсные модули: IM 461-0

      Модуль IM 461-0 используется в качестве приемника, устанавливаемого в стойки расширения централизованной конфигурации. Расстояние между центральным контроллером и стойкой расширения может достигать 3 м. Модуль может устанавливаться в монтажные стойки следующих типов: UR1,UR2,ER1 и ER2. Передача осуществляется по P- и K-шинам. IM 461-0 способен поддерживать связь с интерфейсным модулем IM 460-0, устанавливаемым в стойку центрального контроллера. 

Интерфейсные модули: IM 460-1

      Интерфейсный  модуль IM 460-1 используется для построения централизованных конфигураций с удалением  стоек расширения на расстояние до 1.5м. Модуль может устанавливаться в стойки: UR1, UR2 и CR2. К модулю может подключаться до 2 стоек расширения (по 1 на интерфейс). В стойку центрального контроллера может устанавливаться до 2 модулей IM 460-1. Интерфейсный модуль позволяет передавать информацию только по P-шине. Модуль обеспечивает питание стоек расширения напряжением =5В (до 5А на интерфейс). Благодаря этому в стойках расширения могут отсутствовать блоки питания.  Модуль IM 460-1 работает в сочетании с модулями IM 461-1, устанавливаемыми в стойках расширения.

Интерфейсные модули: IM 461-1

      Интерфейсный  модуль IM 461-1 используется в качестве приемника в централизованных конфигурациях  с расстоянием передачи до 1.5м. Модуль может устанавливаться в следующие стойки: UR1, UR2, ER1·и ER2. Модуль обеспечивает доступ только к P-шине стойки. Модуль обеспечивает питание стойки расширения напряжением =5В (до 5А). Установка модуля питания в стойке расширения не обязательна. Модуль IM 461-1 работает в комплекте с интерфейсным модулем IM 460-1, устанавливаемым в стойке центрального контроллера.

Интерфейсные модули: IM 460-3

      Интерфейсный  модуль IM 460-3 используется для передачи информации в стойки расширения, удаленные  от центрального контроллера на расстояние до 100м. Модуль может устанавливаться в следующие стойки: UR1, UR2 и CR2. К модулю может подключаться до 8 стоек расширения (до 4 на интерфейс). В стойку центрального контроллера может устанавливаться до 6 модулей IM 460-3.Модуль обеспечивает доступ к P и K шинам стоек расширения. Модуль IM 460-3 работает в комплекте с интерфейсными модулями IM 461-3, устанавливаемыми в стойки расширения.

Интерфейсные модули: IM 461-3

      Интерфейсный  модуль IM 461-3 используется в качестве приемника в стойках расширения, удаленных от центрального контроллера на расстояние до 100м. Модуль может устанавливаться в следующие стойки:· UR1,·UR2, ER1 и ER2 Модуль обеспечивает доступ к Р и К шинам стойки расширения. IM 461-3 работает в комплекте с интерфейсным модулем IM 460-3, устанавливаемым в стойке центрального контроллера.