Проектирование пивоваренного завода

10 Автоматизация технологических процессов

 

 

Ограниченные возможности человеческого организма являются препятствием для дальнейшей интенсификации производства. Наступает новый этап машинного производства, когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве, а функции управления технологическими и производственными процессами передаются автоматическим устройствам. Автоматизация -- это внедрение технических средств, управляющих процессами без непосредственного участия человека.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования и т. д.

В промышленности вопросам автоматизации уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и большой скоростью протекания процессов, высокой чувствительностью их к нарушению режима и т. д.

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. Параметры эти весьма разнообразны. К ним относятся электрические (сила тока, напряжение, сопротивление, мощность и др.), механические (сила, момент силы, скорость и др.) и технологические (температура, давление, расход, уровень и др.) параметры, а также параметры, характеризующие свойства и состав веществ (плотность, вязкость, электрическая проводимость, оптические характеристики, количество вещества и др.). Измерение параметров осуществляется с помощью самых разнообразных технических средств, обладающих нормированными метрологическими свойствами ,/11/.

Технологические измерения и измерительные приборы используются при управлении многими технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйствования.

Средства измерения играют важную роль при построении современных автоматических систем регулирования отдельных технологических параметров и процессов (АСР) и особенно автоматизированных систем управления технологическими процессами, которые требуют представления большого количества необходимой 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 основе измерений параметров и физических величин лежат различные физические явления и закономерности. Измерительные схемы строятся с исполь-

 

зованием современных достижений микроэлектронной техники: микроминиатюрных схем, твердых или полупроводниковых интегральных схем, новых электрохимических элементов, оптоэлектронных схем и др.

В пищевой промышленности широко применяются общепромышленные приборы и средства автоматизации для измерения и автоматического регулирования температуры, давления, расхода, уровня и т. п., а также специальные приборы – влагомеры, жиромеры, спиртомеры и т. д. (в основном приборы и средства автоматизации для анализа состава и свойств исходного сырья, полуфабрикатов и готовых пищевых продуктов), /12/.

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

 

10.1 Автоматизация цеха фильтрации и карбонизации пива

В настоящее время основным направлением повышения производительности и надежности автоматизированных систем управления технологическими процессами АСУ ТП является создание многоуровневых распределительных систем управления технологическими процессами.

Система управления технологическими процессами традиционно выполняет следующие функции:

- сбор  информации с оперативных устройств  и выдача управляющих воздействии на исполнительные устройства;

- обработка  технологической информации;

- представление  и документирование информации;

- сопряжение  устройств сбора и обработки информации с устройствами представления информации, /12/.

В централизованных системах управления эти функции выполнялись электронными вычислительными машинами с соответствующим набором модулей УСО. Это требовало большого числа кабельных связей.

В распределенных системах управления на нижнем уровне используются интеллектуальные программируемые контролеры ПК (сбор и обработка информации в непосредственной близости от ОУ).

Функции представления информации, обобщения и анализа информации, поступающие с программируемого контролера, реализуются на более высоком уровне управления посредством управляющего вычислительного комплекса УВК (или реже - ПЭВМ).

Центральная станция (управляющий вычислительный комплекс или ПЭВМ) обслуживает множество программируемых контролеров, объединенных через последовательный интерфейс типа Bitbus, Profibus и т.п, /11/.

При этом центральная станция выполняет функцию диспетчера ЛПС, а также функции сбора, анализа и управления в реальном времени для такой РСУ.

Используя сетевой интерфейс, центральная станция обращается к серверу за необходимыми ресурсами – файлами, печатью, базами данных и т.д.

Таким образом, при использовании в РСУ интеллектуальных программируемых контроллеров можно перераспределять функции обработки информации и управление между нижним (ПК) и верхним (УВК или ПЭВМ) уровнями управления. Это приводит к сокращению времени реакции на события.

В состав комплекса технических средств АСУ ТП в общем случае входят следующие компоненты: первичные преобразователи, нормирующие преобразователи, регуляторы, измерительные и регистрирующие приборы, устройства сигнализации и локальных блокировок, контроллеры и операторские станции (автоматизированные рабочие места).

В настоящей работе проектируется комплекс технических средств АСУ ТП на основе контроллера и операторской станции, /11/.

Контроллер является проектно-компонуемым изделием, то есть таким изделием, состав и конфигурация которого определяется проектом для конкретного объекта и технологического процесса (спецификацией проекта).

Контроллер предназначен для приема и обработки информации поступающей от первичных преобразователей и дискретных датчиков, выдачи управляющих сигналов на исполнительные механизмы и устройства сигнализации, а также для передачи информации на операторскую станцию. Следовательно, основными функциями контроллера являются:сбор информации о ходе технологического процесса и сигнализация об отклонениях от технологического регламента; управление ходом технологического процесса.

В качестве управляющего контроллера по справочному пособию выбираем контроллер ADAM-8000 производитель Advantech. Это микроконтроллер, предназначен для создания на его основе автономных систем сбора данных и управления. Он предназначен для использования в системах промышленной автоматизации с повышенными требованиями к надежности оборудования и к временным параметрам контуров управления. Серия ADAM-8000 предоставляет возможности распределённого ввода-вывода при автоматизации технологических процессов, создании промышленных коммуникаций на производстве, /12/.

Микроконтроллер состоит из двух основных частей: базового блока и модулей ввода/вывода. Базовый блок включает в себя процессор с самостоятельным PLC контроллером ADAM-8214-1ВА01, процессор с Ethernet интерфейсом: ADAM-8214-1ВТ01; встроенным датчиком постоянного напряжения 24В; интерфейсом передачи данных – МР2I; светодиодный индикатор состояния для режимов работы и диагностики; внешнюю карту памяти.

В соответствии с функциональной схемой автоматизации установки необходимо 2 канала аналогового ввода. Один сигнал от преобразователя давления диапазон измерения (0-0.4) МПа (поз.1а,6а). Для реализации используем модуль ADAM – 8231-1BD60.

Для ввода сигнала от термопреобразователя сопротивления (поэ.4а) необходим один канал  аналогового ввода от термопреобразователя сопротивления. Используем модуль  аналогового ввода ADAM – 8231-1BD52. Данный модуль имеет 4 аналоговых входа для подключения термопреобразователей сопротивления.

Для реализации сигнализаций крайних положений исполнительных механизмов необходимо 2 канала дискретного ввода. Используем модуль дискретного ввода ADAM – 8221-1BН10 и ADAM – 8222-1BН10.   

Схема автоматизации цеха фильтрации и карбонизации пива предусматривает автоматическое поддержание давления нефильтрованного пива поступающего на рамный фильтр 1, производится это с помощью датчика давления Метран -49-ДИ (п.1а). Контроллер  принимает сигнал, поступающий с датчика, обрабатывает информацию и выдает управляющий сигнал на регулирующий клапан Samson типа 241(п.1г).

Далее отфильтрованное пиво поступает через промежуточный сборник 2 на теплообменник, где установлен датчик измерения температуры выходного потока ТСП Метран – 206 (п.4а). Подача рассола регулируется регулирующим клапаном (п.4г). Уровень в сборнике 2 контролируем при помощи уровнемера Метран  - 100 – ДГ (п.3а).

Охлажденное пиво из теплообменника поступает в карбонизатор для насыщения диоксидом углерода. Диоксид углерода подается под постоянным давлением, которое регулируется датчиком давления Метран  - 49 – ДИ (п.6а) и регулирующим клапаном Samson типа 241 (6г).

После пиво поступает в сборник фильтрованного пива 6 где контролируется и регулируется уровень при помощи уровнемера Метран – 100 – ДГ (п.п.8а,9а) и регулирующего клапана  Samson типа 241 (п.п.8б,9б).

Приборы использованные в схеме автоматизации участка фильтрации и карбонизации пива представлены в таблице 10.1.

 

Таблица 10.1 – Приборы использованные в схеме автоматизации

 

Позиция	Наименование и техническая характеристика	Тип	Кол-во	Примеч.
1а,6а	Преобразователь давления	Метран-49-ДИ	2
	вых. сигнал (4-20)мА
4а	Термопреобразователь сопротивления	ТСП  Метран-	1
	НСХ Pt100, класс допуска С	206
1г,4г,8г, 9г	Клапан регулирующий с электричес-	Samson 241	4
	ким исполнительным механизмом
10	Манометр технический, класс	МТП-160	1
	точности 2,5
3а,8а,9а	Преобразователь гидростатического	Метран -100-ДГ	3
	давления (уровня)
	вых. сигнал (4-20)мА
1б,4б,6б,8б,9б,10а	Пускатель электромагнитный	ПМЕ-211	6
	Контроллер	ADAM 8000	1
	Модуль аналогового ввода	ADAM-8231-1ВD60	3
	Модуль аналогового ввода	ADAM-8231-1ВD52	1
	Модуль дискретного вывода	ADAM-8221-1ВН10	1
	Модуль дискретного вывода	ADAM-8222-1ВН10	1