Автоматизация теплообменника смешения

Для измерения  давления пара используется электроконтактный манометр ЭКМ-1У поз. PIS-8а с замыкающими и размыкающими контактами сигнального устройства, имеющими установку на срабатывание при верхнем и нижнем заданных значениях давления. Управляющие импульсы поступают на модуль дискретного ввода DI D2-08NA-1 контроллера DirectLOGIC. Для сигнализации предельно допустимого давления пара на щите установлена сигнальная лампа HL2.

Управление электродвигателями мешалки М1и насоса M2 осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO D2-08TR через магнитный пускатель ПМ-222 поз. NS-9а и NS-10а соответственно. Включение или отключение двигателей может осуществляться в ручном режиме с помощью кнопочной станции ПКЕ-222 поз. HS-9б и HS-10б, установленной по месту, либо в автоматическом режиме. В этом случае ЭВМ формирует сигнал отключения двигателя мешалки или насоса.

В данном технологическом процессе предусмотрена автоматическая блокировка работы электродвигателя мешалки при отключении пара или при отключении насоса Н1. При отключении пара или насоса Н1 контроллер DirectLOGIC вырабатывает управляющие импульсы, которые поступают на модуль дискретного вывода DO D2-08TR, откуда в свою очередь поступают на магнитный пускатель электродвигателя мешалки М1поз. NS-9а, и происходит отключение мешалки.

Технологические трубопроводы обозначены на схеме в соответствии с требованиями ГОСТ 14202-69.

3 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации

При выборе приборов и технических средств автоматизации  необходимо учитывать характер технологического процесса, условия пожаро- и взрывоопасное, токсичность и агрессивность окружающей среды; параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; дальность передачи сигналов информации от места установки измеряемых преобразователей до пунктов контроля и управления. Требования к качеству работы системы автоматического контроля включают в себя основные метрологические данные: точность измерения; порог чувствительности; быстродействие системы.

В данной курсовой работе ограничимся предварительным  выбором и обоснованием приборов и измерительных преобразователей, исходя из основных метрологических характеристик (диапазон измерения, класс точности), условий технологического процесса (свойства измеряемой среды, агрессивность среды, физико-химические свойства и т.д.), условия согласования входных и выходных сигналов в системе управления (измерительный преобразователь - контроллер, контроллер - исполнительный механизм). Основой для выбора измерительного преобразователя (датчика) служат характеристика контролируемой среды, диапазон изменения контролируемого параметра и точность измерения. В случае непосредственного контакта чувствительного элемента с контролируемой средой возможно нежелательное влияние пищевых продуктов на конструктивные узлы датчиков - прежде всего коррозионного и эрозионного характера. Поэтому в пищевой промышленности для контроля параметров продукта широко применяются конструкции из нержавеющей стали и нанесение на них антикоррозионных покрытий. При выборе чувствительных элементов необходимо также учитывать возможное влияние материалов, из которых они изготовлены, на качество пищевых продуктов.

Выбор диапазона  измерений преобразователей и измерительных  приборов должен учитывать возможные  значения контролируемого параметра  в условиях нормальной работы, а также при проведении некоторых вспомогательных операций: мойки, стерилизации и т. п. Принято считать, что номинальное значение измеряемого параметра должно составлять примерно 2/3 от шкалы прибора. Однако следует учитывать характер изменения контролируемой величины. Для большинства технологических измерений максимальное значение контролируемой величины может лежать в пределах последней четверти диапазона шкалы. При резких изменениях нагрузки этот максимум должен находиться в пределах 0,5 - 0,7 от диапазона шкалы.

Выбор класса точности преобразователей и измерительных приборов производится исходя из допустимого предельного значения погрешности измерения. Обычно класс точности измерительных приборов в пищевой промышленности составляет 0,25-1,5. В случае, когда точность измерения не регламентирована, можно руководствоваться следующими рекомендациями по выбору класса точности средств измерений:

- класс 0,5 - приборы для контроля и регистрации ответственных параметров, характеризующих качество процесса;

- класс 1 -1,5 - приборы среднего класса точности;

- класс 2,5 - приборы для измерения параметров, непосредственно не влияющих на качество продукта и работу аппарата;

- класс 4,0 - грубые приборы для оценки измерений неответственных параметров.

При выборе термопребразователей и приборов устройств, входящих в  измерительные комплекты для контроля температуры, необходимо учитывать следующие особенности. При температурах до 200°С рекомендуется применение термопреобразователей сопротивления. Точность термопреобразователей сопротивления определяется в соответствии с классами допуска (А, В, С). Погрешность комплекта приборов для измерения температуры определяется погрешностью термопреобразователя, погрешностью соединительных проводов и погрешностью вторичного измерительного прибора. Вторичный прибор либо модуль ввода контроллера подбираются с учетом типа термопреобразователя и его НСХ.

Для измерения  температуры выбран термопреобразователь сопротивления с унифицированным  выходным сигналом ТСП-1293. Измерение температуры термопреобразователями сопротивления основано на изменении электрического сопротивления полупроводников или проводников с изменением температуры. Зависимость сопротивления от температуры определяется номинальной статической характеристикой (НСХ). Зная эту зависимость, можно по значению сопротивления определить температуру среды, в которую помещен термопреобразователь сопротивления.

Термопреобразователи  сопротивления с унифицированным  выходным сигналом предназначены для  измерения температуры нейтральных  и агрессивных сред, по отношению  к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Чувствительный элемент первичного и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный входной сигнал, что дает возможность построения АСУ ТП без применения нормирующих преобразователей. Термопреобразователи характеризуются линейной зависимостью сигнала от температуры.

Для измерения  расхода выбран расходомер переменного  перепада давлений Метран-350.

Расходомеры модели Метран-350 предназначены для  работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отрослях промышленности, а также в системах коммерческого учета жидкостей, пара и газов. Основные преимущества: простая установка в трубопровод через одно отверстие; установка в трубопровод без остановки процесса (специальная конструкция); минимальная вероятность утечек измеряемой среды; более низкие потери давления и меньшие длины прямолинейных участков по сравнению с расходомерами на базе сужающихся устройств; существенное снижение стоимости монтажа и обслуживания благодаря интегральной конструкции; легкость взаимодействия с существующими контрольными системами или вычислителями расхода посредством интеллектуального протокола коммуникаций HART и Modbus; простота перенастройки диапазона; высокая надежность, отсутствие движущихся частей. Измеряемые среды: газ, пар,жидкость. Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерений массового ( объемного) расхода до ±1%.

В состав расходомера  входят: первичный измерительный преобразователь (сенсор); датчик дифференциального давления; многопараметрический датчик давления: термопреобразователь сопротивления ТСП (Pt100). Датчики дифференциального давления 3051S, 3052C обеспечивают измерение создаваемого на сенсоре перепада давлений, пропорционального объемному расходу при реальных значениях давления и температуры измеряемой среды; преобразование значения объемного расхода в выходной сигнал 4…20мА и/или цифровой код по протоколу HART, а также в показания расхода на встроенном жидкокристаллическом индикаторе.

Типовой ряд регулирующих клапанов Samson 240 включают в себя 
пневматические и электрические проходные, трехходовые и угловые клапаны.Они применяются для выполнения задач регулирования и управлениявтехнологических и промышленных установках. Блочный принцип конструкцииобеспечивает простоту оснащения дополнительными устройствами и удобствообслуживания. Регулирующие клапаны состоят из клапана и сервопривода. Онимогут быть снащены, по выбору, пневматическими, электрическими илиэлектрогидравлическимн приводами, а также ручными приводами. Дляуправления и сигнализации хода к клапану могут быть пристроены периферийныеустройства, такие как позиционеры, конечные выключатели и магнитныеклапаны. Для изготовления корпусов клапанов используются серый чугун, стальное литье, коррозионностойкая или холодостойкаялитая сталь, коррозионностойкая кованая сталь и специальныематериалы.

Выбираем тип 3347 клапан для пищевой промышленности с электрическим приводомМЭО-16/30-0,25.

Техническая характеристика:

– условный диаметр:D_у 15... 120 мм;

– условная пропускная способность: К_vs = 35 м³/ч;

– условное давление: 16 бар;

– диапазон температур: -10...+150 °С.

Выбираем условный диаметр  клапанов для подачи холодной воды и горячей воды D_у=20мм и для подачи пара в аппарат 1 D_у = 50мм в соответствии с расчетами трубопроводов.

В качестве управляющей  аппаратуры были выбраны посты управления кнопочные ПК-222 и магнитные пускатели марки ПМ-222.

Для сигнализации граничных  значений выбираем светосигнальную арматуру AD-22DS с красной линзой.

4 Выбор модулей ввода/вывода

Микроконтроллеры DirectLOGIC применяются для решения задач  управления объектами в различных  отраслях промышленности. Процессоры различной вычислительной мощности позволяют гибко строить систему  с наиболее выгодным соотношением цена - функциональные возможности. Разнообразная номенклатура модулей ввода-вывода дает возможность использовать в системе практически любые типы датчиков и исполнительных механизмов. Один процессор может обрабатывать до 2048 точек ввода-вывода. Использование модулей удаленного ввода-вывода позволяет увеличить информационную емкость контроллера еще на 1536 сигналов.

Микроконтроллеры DirectLOGIC DL206 - это модульные миниконтроллеры  со сменными процессорными модулями. Возможности: память до 30,4 кбайт слов; до 16 контуров ГШД-регулирования с автонастройкой; память программ до 15,8 кбайт слов; количество точек ввода-вывода до 8192; более 35 модулей ввода-вывода и коммуникационных модулей; модули Ethernet; релейные выходы до 10 А; аналоговые входные и выходные модули 12 и 16 бит; температурные входы.

Характеристики  процессорного модуля D2-250 микроконтроллера DirectLOGIC DL206: процессор, общая память - 14,8 кбайт слов (память программ - 7680 слов, V-память - 7168 слов), 2 порта RS232C, нижний порт также поддерживает удаленный ввод-вывод мастер, RS422, DirectNet мастер/ведомый, MODBUS RTU мастер/ведомый, 172 команды, 4 контура ПИД-регулирования, математика с плавающей точкой.

Выбор модулей  ввода/вывода. В соответствии с функциональной схемой автоматизации необходимо 6 каналов аналогового ввода рассчитанных на унифицированный токовый сигнал 4…20 мА. Это 2 канала для ввода сигнала от преобразователей расхода позиции FТ-5б, FТ-6б, 2 канала для ввода сигнала от датчиков положения GЕ-2, GЕ-4, 2 канала для ввода сигнала от преобразователей уровня позиции LТ-10б, LТ-6б. Для реализации этих каналов используем модуль аналогового ввода F2-08AD-2. Данный модуль имеет 8 каналов, тип входного сигнала 4…20 мА. Используем 1 модуль.

Для ввода  сигнала от термопреобразователей сопротивления позиция ТЕ-1а необходим 1 канал аналогового ввода от термопреобразователей сопротивления. Используем модуль аналогового ввода F2-04RTD. Данный модуль имеет 4 канала для подключения термопреобразователей сопротивления Pt100, Pt100, Cu10, Cu25. Используем 1 модуль.

Для реализации сигнализации крайних положений исполнительных механизмов необходимо 4 канала дискретного ввода. Также необходимо 2 канала дискретного ввода для подключения магнитных пускателей позиции NS-9а, NS-10а и 1 канал для подключения контактов электроконтактного манометра позиция PIS-8а. Используем модуль дискретного ввода D2-08NA-1. Данный модуль имеет 8 дискретных входов.  Используем 1 модуль.

Для реализации управления магнитными пускателями позиции NS-1в, NS-3г, NS-9а, NS-10а и включения/отключения сигнальной арматуры HL1, HL2 необходимо 8 каналов дискретного вывода D2-08TR. Данный модуль имеет 8 дискретных выходов. Используем 1 модуль. Привязку сигналов контроллера к датчикам и исполнительным механизмам (ИМ) представим в виде таблицы 2.

Таблица 2 – Входы и выходы контроллера