Структуры системы автоматизации

ВВЕДЕНИЕ

 

Проектирование – процесс  создания прообраза предполагаемого  объекта, который еще не существует, но должен быть создан в будущем.

Цель процесса проектирования состоит в том, чтобы получить полное описание объекта проектирования в виде технической документации, необходимой для его изготовления.

Автоматизация производственных процессов  – это процесс в  развитии машинного производства, при  котором функции управления и  контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации  на производстве позволяет значительно  повысить производительность труда  и качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых  в различных сферах производства. Поэтому автоматизация производства имеет большое социальное значение. Экономическая эффективность автоматизации  определяется снижением производственных затрат при одновременном повышении  выпуска продукции.

Данный проект посвящен  автоматизации варочной колонны  второй ступени.АСУ варочной колонны второй ступени представляет собой АСУ малого масштаба. Автоматизация процесса разваривания  предусматривает автоматический контроль  и регулирование.

Разваривание осуществляют для разрушения клеточных стенок, освобождения крахмала из клеток и  перевода его в растворимую форму, в которой он быстрее и легче  осахаривается ферментами. Разваривание замеса  проводят путем обработки  его паром с избыточным давлением 400— 500 кПа.

При разваривании происходит ряд сложных физических, физико-химических и химических изменений.

В настоящее время разваривание замеса  производят тремя способами: периодическим, полунепрерывным и непрерывным.В этом проекте процесс разваривание – непрерывное. Для этого в варочной колонне и в сепараторе поддерживается уровень замеса   2м. Уровень регулируется изменением  скорости  вращения двигателя насоса. Скорость  вращения двигателя насоса изменяем с помущью частотника.Контроль уровня осушествляется с помущью уровномера, а контроль расхода после сепаратора с помощью электромагнитного  расходомера  .При  повышении уровня  более 2 м срабатывает сигнализация.

Современное производство характеризуется  многообразием связей между отдельными процессами и необходимостью их четкой последовательности. Непрерывное и  поточное производство, а также высокие  скорости протекания отдельных операций вызывают необходимость в сокращении времени перехода от одной операции к другой, повышают требования к  быстродействию, точности и объективности  управления, которое стало практически  невыполнимым для человека.

 Массовое производство  высококачественной продукции требует  контроля практически на всех  операциях технологического процесса  и при необходимости быстрой перестройки параметров оборудования, что, безусловно, не по силам человеку и должно быть осуществлено без его участия.

 В этих условиях  на помощь человеку в управлении  современным производством (получение  информации, ее обработка и воздействие  на соответствующие элементы  процесса) пришли специальные устройства  называемые автоматами. Роль человека  при этом сводится только к  наблюдению за работой автоматов,  их наладке и регулированию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

 

Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может  быть разделена по определенному  признаку, а также пути передачи воздействий между ними.

Графическое изображение  структуры управления называется структурной  схемой.

На структурной схеме  отображаются в общем виде основные решения проекта по функциональной, организационной и технической  структурам автоматизированной системой управления технологическим процессом  с соблюдением иерархии системы.

Структурные схемы управления и контроля разрабатываются в  соответствии с руководящим техническим  материалом РТМ 25.240-76 Минприбора «АСУ ТП. Структурные схемы управления и контроля. Методика оформления». Этот материал отвечает требованиям СНиП 1.02.01-85 «Инструкции о составе, порядке разработки, согласования, утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений», а так же ВСН 281-75/Минприбор «Временные указания по проектированию систем автоматизации технологических процессов» и ОРММ-1 АСУТП «Общеотраслевые руководящие и методические материалы по созданию АСУТП в отраслях промышленности».

Исходными материалами для  разработки структурных схем являются:

- задание на проектирование  АСУ ТП;

- принципиальные технологические  схемы основного и вспомогательного  производств ТОУ;

- задание на проектирование  оперативной связи подразделений  автоматизируемого ТОУ;

- генплан и титульный  список ТОУ.

Выбор структуры  управления объектом  автоматизации оказывает  существенное влияние  на эффективность  его работы , снижение относительной стоимости системы управления , ее надежности , ремонтоспособности .

Структурная схема автоматизации  варочной колонны второй ступени  представлена  на чертеже САР 5В070200 КП 09.02 А1. Данная структура является двухуровневым. Структурная схема средств автоматизации выполняется по узлам и включает все элементы системы от датчика до регулирующего органа с указанием места расположения, показывая их взаимосвязи между собой. Позиционные обозначения элементов, используемые в структурных схемах, сохраняются во всей проектной документации применительно к данным элементам.

Построение системы автоматизации  основывается на серийно - выпускаемых  приборах и средствах автоматизации. Приборы и средства автоматизации  подразделяются на  измерительные  и преобразующие приборы, регулирующие органы и исполнительные механизмы.

Измерительный прибор – это  средство измерения, вырабатывающее сигнал измерительной информации в форме доступной для непосредственного наблюдения. В этом проекте  используется три измерительных прибора.

1.Уровномер Rosemount 5400 – используется для контроля уровня замеса в варочной колонне и в сепараторе. Уровнемер - это прибор для промышленного измерения или контроля уровня жидкости и сыпучих веществ в резервуарах, хранилищах, технологических аппаратах. Уровнемеры так же называют датчиками уровня, преобразователями уровня. Радарный уровнемер Rosemount 5400 -это превосходное решение для бесконтактных измерений уровня жидкостей, обладающих различными свойствами и имеющих широкий диапазон температур и давлений. Благодаря новаторским решениям, улучшающим способность слежения за поверхностью продукта и обеспечивающим уникальную способность обработки сигнала, уровнемеры Rosemount 5400 рекомендуются для работы в парогазовых смесях и запыленном пространстве внутри резервуара. Принцип измерения: уровень жидкости измеряется короткими радарными импульсами, которые передаются от антенны, находящейся в верхней части резервуара, по направлению к этой жидкости.

Когда импульс радара достигает поверхности среды, часть энергии отражается обратно к датчику. Разница во времени между переданным и отраженным импульсом пропорциональна расстоянию, от которого рассчитывается уровень. Используемая технология обработки сигнала обеспечивает высокоэффективное подавление ложных отражений, а также помех, связанных с волнением поверхности измеряемого продукта и загрязнениями антенны. Таким образом, можно с высокой точностью вычислить расстояние до продукта и уровень продукта в резервуаре.

2.Расходомер Altoflux IFM 4000 – используется для контроля расхода после сепаратора.

Магнито-индукционный расходомер IFM 4000

— Рабочее давление до 40 бар

— Категория защиты IP 67 по NEMA 6

— Условные диаметры DN 10 – 3000

 Измерительная часть  магнито-индукционного расходомера  IFM 4000 выполнена немагнитной нержавеющей  стали и футерована электроизоляционным  материалом Teflon®-PFA.

— Для достаточно гомогенных жидкостей, суспензий и паст

— Футеровка из Teflon®-PFA, усиленная  сеткой из нержавеющей стали, высокая  химическая, абразивная и вакуумная  устойчивость

— Произведено в соответствии со стандартами ISO 9001

— Полный диапазон измерения  от 85 л/ч до 305.000 м3/ч 

— Температура измеряемой среды –60°C до +180°C

Все данные  полученные с  датчиков  преобразуются и подаются к контроллеру .

3.Контроллер ADAM 5510. Устройство ADAM 5510 представляет собой    РС  совместимый микроконтроллер , предназначенный для создания  на его основе автономных систем сбора данных и управления. Его IBM PC совместимая аппаратно – программная платформа позволяет исполнять программы , написанные  на языке ассемблера или языках  высокого уровня. Каждый микроконтроллер может иметь всвоем составе до четырех модулей ввода – вывода серии ADAM 5000 с общим числом  каналов до 64. Наличие в микроконтроллере  последовательных  портов с интерфейсам RS-232 и RS-485  обеспечивают возможность организации взаимодействия практически с любыми устройствами с последовательным доступом .

4.Еще на чертеже САР 5В070200 КП 09.02 А1 под позиции 1 б изображено Частотник Altivar 31. Частотный преобразователь во время старта двигателя он подает на двигатель не 50 Герц, а где-то 0,1Герца или чуть больше, и напряжение не 380 Вольт, а всего около 20 (в зависимости от настроек). В результате через обмотку статора протекает ток не превышающий своего номинального значения, а именно этот ток и создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре, которое вращаясь вокруг ротора наводит в его обмотке ток который взаимодействуя с магнитным полем и создает крутящий момент. Далее частотник плавно увеличивает частоту и величину подаваемого напряжения и в итоге двигатель разгоняется. Здесь только нужно правильно установить параметры, чтобы в процессе разгона, времени на разгон уходило как можно меньше, а ток обмотки статора не превышал ее номинального значения и в тоже время чтобы момент на валу был достаточным. Входное напряжение может быть как 220 V, так и 380 V. Индикатор на передней панели показывает текущее состояние частотника,     значение параметров, а с помощью кнопок параметры можно изменять и подстраивать. Частотник Altivar 31 изменяет скорость вращения двигателя АД 132 М4.

5.АД 132 М4. Асинхронные трёхфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором АД 132M4 применяются во всех отраслях промышленности, в частности для электроприводов различных промышленных устройств, механизмов и машин. Конструктивные исполнения и способ монтажа выполнены по ГОСТ 2479-79.

Двигатели АД 132M4  используются для привода различных машин  и оборудования, работа которых имеет  беспрерывный характер. При повышении  уровня  включается сигнализация . Она  осуществляется с помощью  Ламп  со светодиодом  ABB CL -502R.

 

 

 

 

 

 

 

РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

 

Функциональная схема  является основным техническим документом проекта автоматизации, определяющим структуру системы управления технологическим  процессом, а также оснащение  его средствами автоматизации. Функциональная схема  представляет собой чертеж, на котором схематически условными  обозначениями изображены технологические  аппараты(колонны, теплообменники и  т.д.), машины(насосы, компрессоры и  т.п.), трубопроводы, средства автоматизации (приборы, регуляторы, клапаны, вычислительные устройства, элементы телемеханики) и  показаны связи между ними.

При разработке схем решают следующие задачи:

а) получение первичной  информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

б) непосредственное воздействие  на технологический процесс для  управления им;

в) стабилизация технологических  параметров;

г) контроль и регистрация  технологических параметров процесса и состояния оборудования.

Результатом разработки функциональных схем являются:

а) определение технологических  параметров, подлежащих автоматическому  контролю и регулированию, пределов и методов их измерения;

б) определение объемов  необходимых автоматических блокировок и защиты технологических агрегатов;

в) выбор основных технических  средств автоматизации;

г) определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов, управляемых  автоматически или дистанционно;

д) размещение технических  средств автоматизации на щитах  и пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах.

Технологическое оборудование и коммуникации на функциональных схемах автоматизации изображают, как правило, упрощенно и в сокращенном виде, без указания отдельных технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения. Изображенная таким образом технологическая схема дает ясное представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации. Допускается на свободном поле чертежа давать краткую техническую характеристику автоматизируемого объекта, поясняющие таблицы, диаграммы и т.п.

Рядом с изображением технологического оборудования, отдельных его элементов  и трубопроводов приводятся соответствующие  поясняющие надписи (наименование технологического оборудования, его позиционное обозначение  или номер, если таковые имеются, и др.), а также указываются  стрелками направления потоков.

Прямоугольники щитов  и пультов располагают в такой  последовательности, чтобы при размещении в их пределах обозначений приборов и средств автоматизации обеспечивалась наибольшая простота и ясность схемы и минимум пересечений линий связи.

Линии связи допускается  разрывать и обрывы линий нумеровать на конце арабскими цифрами с  последующим продолжением этой линии  в другой части чертежа с той  же цифрой. Номера линий связи располагают  в горизонтальных рядах. Номера линий  связи нижнего ряда располагают  в возрастающем порядке, а в верхнего – в любом.

Приборы и средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показываются в соответствии с ГОСТ 21.404-85.

Функциональная схема  данного проекта показано на чертеже  САР 5В070200 КП 09.02 А2 .

В верхней части чертежа  ФС изображено технологическое оборудование автоматизируемого процесса.

Условные графические  обозначения приборов и средств на чертеже .

В верхней части окружности наносятся буквенные обозначения  измеряемой величины и функционального признака прибора. В нижней части окружности наносятся позиционные обозначения прибора.

 

Таблица 1

		Датчик устанавливаемый по месту. Радарный  уровнемер Rosemaunt  5400 .Обозначается окружностью диаметром 10 мм.
		Первичный датчик устанавливаемый по месту. Расходомер Altoflux IFM 4000.Обозначается окружностью диаметром 10 мм.
		Исполнительный механизм . Двигатель насоса АД 132 М4. Обозначается окружностью диаметром 5 мм.
		Частотник Altivar 31. Устанавливается на щите . Обозначается окружностью диаметром 10 мм.
		Лампа ABB CL-502R . Устанавливается на щите .Обозначается окружностью диаметром 8 мм.

 

По высоте основной надписи  располагается таблица «Назначение», в которой помещены поясняющие надписи, разъясняющие назначение приборов, попадающих в зону действия пояснений в нижней части чертежа. Таблица разграничивает также приборы и средства автоматизации, относящиеся к контролю или регулированию  того или иного параметра и  указывает этот параметр.

Над таблицей назначений помещено таблицы котроллеров с пояснением типа контроллера и вида входных  и выходных сигналов.

Над таблицей контроллеров размещено таблица«Приборы».Она  разделена на два столбца «На  щите» и «По месту» .

Данная функциональная схема  имеет один контур регулирования. Это  регулирования уровня в варочной колонне  и сепараторе .Уровень  регулируем изменяя скорость вращения двигателя с помощью частотника.

Измеряется верхний уровень  замеса в варочной колонне. Данные передаются в контроллер. Если уровень более  или менее 2м горит сигнальная лампа. От контроллера сигнал подается на частотник и он будет регулировать скорость вращения двигателья.  

                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ И  РЕГУЛИРОВАНИЯ

 

Принципиальные электрические  схемы определяют полный состав приборов, аппаратов и устройств, а также  связей между ними, действие которых  обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и  сигнализации. Как правило, принципиальная схема дает детальное представление  о принципах работы установки  или изделия.

Основным назначением  принципиальных схем является отражение  взаимной связи отдельных приборов, средства автоматизации и вспомогательной аппаратуры, входящих в состав функциональных узлов систем автоматизации, с учетом последовательности их работы и принципа действия.

Принципиальные схемы  служат для изучения принципа действия системы. Они необходимы при производстве наладочных работ и в эксплуатации.

Схемы выполняются применительно  к определенным самостоятельным  элементам, установкам или участкам автоматизированной системы, например: схема управления регулирующим клапаном; схема регулятора уровня; схема сигнализации уровня в резервуаре.

Они разрабатываются обычно в следующем порядке:

- на основании функциональной  схемы составляют технические  требования к принципиальной электрической схеме;

- ставят условия и последовательность действия схемы;

- каждое из заданных  условий действий схемы изображают  в виде тех или иных элементарных  цепей; 

- элементарные цепи объединяют  в общую схему;

- производят выбор аппаратуры  и электрический расчет параметров  отдельных элементов (сопротивления обмоток реле, нагрузки контактов и т.п.);

- корректируют схему в  соответствии с возможностями  принятой аппаратуры;

- проверяют в схеме  возможность неправильной ее работы;

- принимают окончательную  схему применительно к имеющейся  аппаратуре.

Электрическая принципиальная схема контроля и регулирования  системы автоматизации процесса разваривания  замеса представлена на чертеже 5B0702 КП 09.02 ЭЗ.

Условно-графические обозначения (УГО) приборов и средств автоматизации  на электрических принципиальных схемах.

 

 

 

 

 

1. Электрическая принципиальная схема  частотника  Altivar 31.(Рисунок 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 Рисунок 1

 

2. Схема электрическая принципиальная технологической сигнализации процесса разваривания замеса в варочной колонне.(Рисунок 2)

 

 

Рисунок 2

 

 

 

 

 

 

 

 

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА  ОПЕРАТОРА

 

Щиты и пульты систем автоматизации  предназначены для размещения на них средств контроля и управления технологическим процессом, контрольно-измерительных  приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управлении, автоматического регулирования, защиты, блокировки, трубной и электрической  коммутации.

Щиты и пульты, устанавливаемые  в производственных и специальных  щитовых помещениях (операторских, диспетчерских, аппаратных и т.п.), предназначены  для установки в закрытых помещениях с температурой окружающей среды  от –30 до + 50^оС при относительной влажности воздуха не более 80% и отсутствии вибрации, агрессивных газов, паров и токопроводящей пыли.

При выборе шкафа управления (ШУ) основывались на малое количество приборов и средств автоматизации, а так же их габаритные размеры. Поэтому  выбрали линейный шкаф TS8 арт. 8645.500 производства фирмы Ritall.

Данный шкаф имеет следующие  габаритные размеры:

- Высота: 1400 мм;

- Ширина: 600 мм;

- Глубина: 500 мм;

- Размеры монтажной панели: 1296х499 мм.

Список приборов установленных  в ШУ:

- Блок питания Sitop smart (2шт.);

- Контроллер ADAM 5510(1шт.);

- Сенсорная панель Simatic TP 270 (1шт.)

-Кнопочный пост  ПКЕ 112-242 (1 шт.)

- Частотник Altivar 31

- Реле универсальное Omron G2R-2-SN 24VDC (2 шт.)

- Блок розеток Rittal

- ABB CL-502R Лампа со светодиодом

- Клемы Wago (50 шт.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

заключение

 

В данном курсовом проекте  разработана система автоматизации  варочной колонны второй ступени. В ходе выполнения проекта были разработаны технологическая, структурная, функциональная, электрическая схемы, а так же схемы щитовых конструкций и внешних проводок.

Проект объединил в  себе современные технологии автоматизации  и новейшее оборудование, при этом имеет сравнительно небольшую стоимость  и удовлетворяет всем международным  требованиям относительно надежности и качества используемого оборудования.

Вся работа по автоматизированному  управлению с высокой точностью  осуществляется приборами и средствами автоматизации, при этом обеспечивается высокое качество и рост объема производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. Под ред.  А.С.Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
2. Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М.: Энергия, 1980.-512 с.
3. РМ4-2-78. Системы автоматизации технологических процессов. Схемы функциональные. Методика выполнения. М.: Проектмонтажавтоматика, 1978. - 39 с.
4. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Под ред. Б.Д.Кошарского. Л.: Машиностроение, 1976.- 488 с.
5. Лекции по дисциплине «Проектирование автоматизированных систем и комплексов».
6. Руководство пользователь ADAM 5510.
7. Каталоги продукции компании  «Ritall».

8. ГОСТ 2.755-87 обозначения условные графические в электрических схемах устройства коммутационные и контактные соединения.

9. ГОСТ 2.732-68  обозначения условные графические в схемах.

10. ГОСТ 2.709-89 обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепей в электрических схемах.