Описание автоматизации технологического процесса

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

В таблице 2 присутствуют следующие обозначения:

«I» – индикация параметра;

«R» – регистрация параметра, архивирование значений параметра;

«C» – контроль (регулирование) параметра;

«S» – блокировка;

«А» – сигнализация;

 «СО» –  сведение информационных потоков  на станцию оператора;

«МПК» – оперирование данными в микропроцессорном  контролере.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

6 Оценка основных технических решений по автоматизации процесса, существующих в настоящее время

 

 

Анализ  существующей системы управления показал, что основные решения автоматизации производства нуждаются в модернизации и совершенствовании.

Наличие технически и морально устаревших приборов и средств автоматизации не позволяет повышать качество регулирования и управления процессом, так как нет возможности быстрого реагирования на различные изменения и отклонения технологических параметров от заданных значений.

В соответствии с введением в действие новых стандартов качества  на продукцию  и желанием производителей дальнейшего  расширения  и развития производства, для более эффективного решения задач регулирования необходимо использовать современные датчики, микропроцессорные контроллеры и станции оператора для выполнения задач визуализации, сбора, хранения и обработки полученной информации.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

7 Предлагаемые технические решения по автоматизации процесса, выбор и обоснование применения комплекса технических средств автоматизации

 

 

Система автоматизации должна осуществлять следующие функции:

• программно-логическое управление процессом;
• регулирование технологических параметров;
• обеспечения минимального участия персонала в управлении

технологическим процессом;

• первичная обработка информации;
• предоставление информации оператору, в частности, сигнализация отклонений технологических параметров от регламентных значений, выполнять индикацию по вызову значений параметров и состояние запорной и регулирующей арматуры;
• достижение высокой точности измерения параметров;
• архивация данных о состоянии технологического процесса, с последующей статистической обработкой вызываемых данных и их предоставление в удобной для анализа форме;
• предупреждение и сигнализация аварийных ситуаций.

Проектируемая система автоматизации базируется на централизованной системе управления, что объясняется компактным размещением технологического оборудования внутри цеха. При таком расположении технологических объектов централизованная система управления более уместна, поскольку ее преимуществом является то, что технологическая информация со всех датчиков объединяется в одном месте и комплексно анализируется, благодаря чему управляющие и регулирующие сигналы, воздействующие на процесс, вырабатываются более эффективно.

Для разработанной АСУТП выбираем электрические  приборы концерна «Метран», имеющие высокий класс точности. Также используются приборы и средства автоматизации других фирм, хорошо зарекомендовавших себя на рынке современных устройств комплексной автоматизации.

Для организации управления используется промышленный контроллер фирмы Siemens  — лидера в данной области.

Выбор АСУТП на основе микропроцессорной  техники обусловлен тем, что она  обеспечивает все требования, предъявляемые  к современным АСУТП (см. выше). Микропроцессорный контроллер служит для того, чтобы обеспечить контроль параметров на втором уровне АСУТП, он реализует определенные законы регулирования, обеспечивает процедуры ввода-вывода данных на уровне датчиков и исполнительных механизмов. Также контроллер обеспечивает связь с вышестоящими элементами АСУТП, в частности посредствам сети с АСУ предприятия, что в полной мере позволяет контролировать качественные и количественные показатели продукции, осуществлять бизнес-планирование и эффективный менеджмент.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

8 Описание принятых проектных решений

 

 

8.1 Нижний уровень автоматизации

 

 

8.1.1 Средства измерения температуры

 

 

Для измерения температуры  предлагаю  использовать термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом ТСМУ Метран-274.  Предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в  головку датчика измерительный  преобразователь преобразует измеряемую температуру в унифицированный  выходной сигнал постоянного тока, что даёт возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

• НСХ: 50М;
• Выходной сигнал: 4…20 мА;
• Диапазон преобразуемых температур: -50…150°C;
• Предел допускаемой основной приведённой погрешности: ±0.5%;
• Материал защитной арматуры: 12Х18Н10Т;
• Степень защиты термопреобразователя от воздействия пыли и воды: IP65 по ГОСТ 14254;
• Напряжение питания: 18…42 В постоянного тока;
• Средний срок службы: не менее 5 лет;
• Гарантийный срок эксплуатации: 18 месяцев с момента ввода в эксплуатацию;

Заказной номер: ТСМУ Метран-274-01-100-0.5-Н10-(-50…150)°С-4…20 мА-У1.1(20)°С-ГП.

 

 

8.1.2 Средства измерения уровня

 

 

Для сигнализации уровня предлагаю  использовать приборы Rosemount серии 2100. Сигнализаторы уровня Rosemount серии 2100 предназначены для контроля предельных уровней жидкостей в технологических ёмкостях и товарных резервуарах. Они имеют широкий выбор технологических присоединений, материалов корпуса и смачиваемых частей для обеспечения универсальности и превосходной надёжности, а также сменных модулей электроники различных исполнений.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

Контролируемые среды: практически все жидкости с плотностью не ниже 500 кг/м3 и вязкостью от 0.2 до 10000 сП;

• Температура процесса: 2110, 2120 и 2160S: от 40 до 150°C, 2130М: от 40 до 180°C, 2130е и 2160E: от 70 до 260°C;
• Температура окружающей среды: от 40 до 80° C;
• Давление процесса: от 0.1 до 10 МПа (до 3МПа при  использовании гигиенических соединений);
• Наличие взрывозащищенного исполнения для моделей 2120, 2130 и 2160;
• Работа с преобразователем дискретного выходного сигнала в беспроводной модели Rosemount 702.

Заказной номер: 2110-0-0А-NA.

 

 

8.1.3 Средства измерения давления

 

 

Для измерения давления предлагаю  использовать интеллектуальные датчики  давления Метран-150, они предназначены  для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал:

• Избыточного давления;
• Абсолютного давления;
• Разности давлений;
• Давления-разрежения;
• Гидростатического давления (уровня).

Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока  и платы аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). Давление подаётся в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала.

Для измерения давления в трубопроводах  подачи нагревающей воды и греющего пара предлагаю использовать датчики  избыточного давления (фланцевого исполнения) модели 150CG.

Заказной номер: Метран-150CG (0…1600 кПа) 4-2-2-1-1-L3-А-М5. Расшифровка заказного номера:

• 4: максимальный верхний предел измерений – 1600 кПа;
• 2: материал деталей, контактирующих с рабочей средой (тип соединения) – нерж. сталь 316L (фланцевое соединение);
• 2: материал разделительной мембраны – нерж. сталь 316L;
• 1: материал уплотнительных колец – резина;
• 1: заполняющая жидкость – силиконовое масло;
• L3: материал крепёжных деталей – Сталь 35ХГСА;
• А: выходной сигнал – 4…20 мА;
• М5: индикация – встроенный ЖКИ с клавиатурой;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

Для измерения давления в гомогенизаторе предлагаю применять  датчик избыточного давления модели Метран-150TG.

Заказной номер: Метран-150TG-4-2G-2-1-A-2-t1-M5-PC.

 

 

8.1.4 Средства измерения расхода

 

 

Для измерения расхода жидкостей  и пара в трубопроводах предлагаю  использовать расходомеры на базе диафрагм Rosemount серии 405. Такие расходомеры предназначены для измерения расхода жидкостей, газов, пара и передачи полученной информации для технологических целей и учётно-расчётных операций.

Принцип действия расходомеров основан  на измерении расхода среды (жидкости, газа, пара) методом переменного  перепада давления.

Будем использовать расходомеры Rosemount 3095MFC. Такие расходомеры представляют собой сочетание многопараметрического преобразователя 3095MV и диафрагмы Rosemount  серии 405. Многопараметрический преобразователь 3095MV обеспечивает:

• измерения трёх переменных процесса: перепад давления, абсолютное давление и температура (при помощи дополнительного термопреобразователя сопротивления типа ТСП100);
• Вычисление мгновенного массового расхода жидкости, пара, газа или объёмного расхода газа, приведённого к стандартным условиям по ГОСТ 2939-63 (СУ: 20°C; 101.325 кПа);
• Вычисление количества измеряемой среды (функция счётчика).

 

 

8.1.5 Средства воздействия на процесс

 

 

В качестве прибора, преобразующего электрический  унифицированный сигнал в пневматический, будем использовать электропневматический позиционер SIPART PS2.

Позиционеры SIPART PS2 отличаются от обычных приборов рядом решающих преимуществ, а именно:

• простой монтаж и автоматический ввод в эксплуатацию (автоматическая компенсация нулевой точки и интервала);
• простое управление;
• управление на месте (ручной режим) и конфигурирование прибора через три клавиши управления и удобный двухстрочный ЖК-дисплей;
• программирование через SIMATIC PDM;
• пренебрежительно малый расход воздуха в стационарном режиме;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

множество функций  может быть активировано простым  конфигурированием (характеристики и  ограничения);

• обширные функции диагностики для вентиля или привода;
• нечувствительность к вибрациям, благодаря малой подвижной массе.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

ВТУ.220200.62.4.0.13.14.ПЗ

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

8.2 Средний уровень автоматизации

 

 

Информационная нагрузка на систему  управления:

 

Вид сигнала	Количество каналов
DI	9
DO	4
AI	14
AO	5

 

Так как информационная нагрузка невелика, в данном проекте использовался микропроцессорный контроллер Simatic S7-200 фирмы Siemens. Данный контроллер позволяет решить широкий спектр задач управления и находит применение там, где одним из основных требований является низкая стоимость системы.

Основные характеристики S7-200:

• Простота освоения, подкрепляемая наличием специальных стартовых пакетов и технической документации;
• Простота использования: интуитивно понятный мощный набор инструкций, дружественное программное обеспечение;
• Работа в реальном масштабе времени: обработка прерываний, скоростные счетчики, ПИД-регулирование, импульсные выходы;
• Мощные коммуникационные возможности: работа в сетях Industrial Ethernet, PROFIBUS-DP и AS-Intrface, связь через PPI и MPI, модемная связь использование свободно программируемых протоколов. Поддержка IT-технологий.

Для организации связи МПК со станцией оператора, соединяем их с  помощью кабеля по интерфейсу PPI—  кабель с поддержкой мультимастерного режима работы USB/PPI. Длина кабеля 5 м.

Контроллер обладает конфигурацией, приведенной в таблице 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20