Разработка системы автоматического управления технологическим производством на примере сборника эмульсии

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.

В данном курсовом проекте  нам необходимо разработать систему  автоматизированного управления технологическим  производством. Нам предоставлен технологический объект – сборник эмульсии, в котором необходимо поддерживать температуру эмульсии. И для нормального функционирования производства необходимо контролировать давление в водяной рубашке.

В первом разделе курсового  проекта описан технологический  процесс, необходимые параметры  контроля и регулирования, а так  же требования и техническое задание на разработку автоматизации системы.

В следующих разделах говорится об разработанных схемах автоматизации, и об основных устройствах  и приборах, используемых для функционирования производства.

Автоматическое регулирование представляет собой совокупность методов и средств, обеспечивающих измерение состояния объекта управления или действующих на объект возмущений и последующее формирование закономерного воздействия на объект управления.

Различают два режима работы автоматических систем: статический и динамический.

С точки зрения определения  показателей качества регулирования, наибольший интерес представляет динамический режим. Его можно описать аналитически и графически с помощью расчетных или экспериментальных характеристик. Аналитические характеристики выражают дифференциальными уравнениями и передаточными функциями, а графические – в виде графиков.

 Аналитическое описание  динамической характеристики позволяет  исследовать устойчивость регулирования, форму переходного процесса и показатели качества регулирования.

  Передаточная функция  – это отношение комплексного  выражения выходной величины  к комплексному выражению входной  величины

Однако на практике часто  используют экспериментальные динамические характеристики, которые можно определить, не располагая математическим описанием, с помощью активного эксперимента.

Такой метод менее  трудоемок, дает более наглядное  представление о закономерности движения системы и возможность  определения показателей качества регулирования по динамической кривой. Кроме того, он позволяет определить закон управления и проводить настройку регулятора на оптимальный динамический режим.

Регулирование ПИ-регулятора происходит в два этапа: сначала  пропорциональная составляющая оперативно приближает параметр к заданному значению и уменьшает основную часть ошибки регулирования до остаточной статической ошибки, а затем интегральная составляющая производит дорегулирование до полного возврата параметра к заданному значению. Чтобы исключить перерегулирование, интегральную составляющую специально делают медленно действующей. Это обеспечивается установкой в регуляторе времени изодрома – коэффициента, характеризующего интенсивность введения интеграла в закон регулирования. Наличие пропорциональной составляющей в регуляторе обеспечивает быструю реакцию на появление ошибки регулирования, т.е. высокое быстродействие, а интегральная составляющая обеспечивает высокую точность.

ПИ-регуляторы позволяют  устойчиво, качественно и без  статической ошибки регулировать работу большого числа промышленных объектов. Они получили большое распространение на практике. Единственным ограничением их применения является сложность конструкции, что повышает стоимость ПИ-регулятора и усложняет техническое обслуживание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОМЕЖУТОЧНОГО НАКОПЛЕНИЕ ЭМУЛЬСИИ

 

1. Описание технологического процесса

 

Технологическая схема  процесса представлена на чертеже 050702 КП 03.00.

Для поддержания постоянной температуры  эмульсии +45°С сборник I оснащен водяной  рубашкой  II, по которой течёт горячая вода под давлением. Диаметр условного прохода трубопровода на входе и на выходе  водяной рубашки сборника Ду=20. Рабочее давление воды в рубашке 0,3МПа. Снижение давления ниже 0,25МПа считается аварийным режимом.

 

2. Состав технологического оборудования участка

 

В состав технологического оборудования участка входят:

- сборник эмулсии (позиция I);

- система водопровода водяного  нагрева (водяная рубашка позиция  II).

 

3. Характеристика технологического оборудования

 

1.3.1 Сборник эмулсии (позиция Ι) предназначен для промежуточного накопления эмулсии. Накопление необходима для обеспечение достаточной запасы эмулсии в непрерывной технологической процессе приготовление стройтельной смеси. Сборник эмульсии изготовлен из стальных  листов. Толщина листов 3мм. Габритные размеры 1500х3000х2000. Температура эмульсии в сборнике +45°С.

1.3.2 Водяная рубашка  сборника (позиция II) система трубопровода опоясывающие стальной корпус сборника предназначен для поддержание заданной температуры t= +45°С в сборнике путем теплообмена.Температура воды в рубашке t=+85°С, рабочее давление воды в рубашке Рр=0,3МПа, нижный предел допустимой давление Ра=0,25МПа, диаметр условного прохода трубопровода Ду=20.

 

4. Определение мест отбора параметров и диапазон измерения

 

               Нормальное протекание процесса  промежуточного накопления эмульсии  обеспечивается при заданных  параметрах процесса. Требования  к технологическим параметрам  приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – требования к контролю и регулированию параметров

Параметр	Место отбора параметра	Значение параметра	Воздействие на параметр	Сигнализа ция
Давление	Сборник эмульсии	Ра=0,25МПа	Контроль и регулирование	звуковая
Температура	Водяная рубашка	t=+85°С	Контроль	нет

 

5. Характеристика вещественных материалов конечных и промежуточных

продуктов технологического процесса

 

1.5.1 Эмульсия – это двухфазная дисперсионная система, в котором дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой масло. Эмульсия используется для приготовления строительной смеси.

Техническая харахтеристика эмульсии представлена в таблице 2.

 

Таблица 2 – технические  характеристики эмульсии

Параметр	Значение параметров
Вязкость, м2/с	10*10-4
Температура в сборнике, °С.	+45
Содержание сухих  веществ, %	10

 

1.5.2 Вода – используется в водяной рубашке для подогрева эмульсии.

Температура воды в водяной  рубашке t=+85°С. Согласно ГОСТ 3761-84.

 

6. Требование к системе автоматизации технологического процесса

 

1.6.1 Система должна  обеспечить контроль и автоматическое  регулирование следующих технологических параметров:

-  контроль и регулирование  (стабилизация) температуры эмульсии  в сборнике;

- контроль и звуковая  аварийная сигнализация на щите  оператора о снижение давление  воды в рубашке;

1.6.2 В процессе работы  технологического процесса должно быть обеспечено управление электромеханизмами:

-  местное и дистанционное  ручное управление со щита  оператора

-  сигнализация положения  на щите оператора и по месту;

- автоматической блокировки  при аварийных ситуациях;

- сбор информации о  технологических параметрах, обработка и формирование регулирующих воздействий на основе контроллера Simatic S7-300;

1.6.3 Требования к функциональности  щита управления

- размещение щитовых  приборов и ТСА системы контроля  и регулирования;

- размещение сигнальной  арматуры;

 

7. Техническое задание на разработку системы автоматизации 

 

Техническое задание на разработку системы автоматизации представлена в таблице 3.

Таблица 3 – техническое задание на разработку системы

Наименование проекта	Автоматизация и дистанционное управление процессом накопления эмульсии в промежуточном сборнике
Основание для проекта	Решение технического совета при генеральном директоре от __.__.2011г.
Существующее положение	Эмульсия накопливается  в сборнике. Сборник эмульсии собственного изготовления объемом V=9м3 . Высота сборника һ=  . Водяная рубашка сборника осуществляет подогрев эмульсии до t=+45°С. Температура воды в рубашке t=+85°С,  рабочее давление воды в рубашке Рр=0,3МПа, нижный предел допустимой давление  Ра=0,25МПа,  диаметр условного прохода трубопровода Ду=20. Прибор контроля и сигнализации есть. Управление электромеханизмами нет.
Исходные данные серья и материалов	Вязкость эмульсии 10*10-4 м2/с (дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой масло), температура в сборнике t=+45°С, содержание сухих веществ 10%.
Требование к системе контроля и регулирования	Требования  к контролю и регулированию технологических  параметров: - контроль температуры эмульсии в сборнике; - контроль и регулирование давление воды в рубашке (звуковая сигнализация на щите оператора о снижение давление воды в рубашке); - контроль и предупредительная  аварийная сигнализация критического  уровня давления Ра=0,25МПа в водяной рубашке. 5.2  Сбор информации  о технологических параметрах, обработка  и формирование регулирующих воздействий на основе контроллера Simatic S7-300. 5.3 Программного и аппаратного резерва не предусматривается. 5.4 Управление с электромеханизмами не предусматривается.
Требования к интеграции системы контроля и регулирования в заводскую АСУ ТП	Система контроля и регулирования  промежутожного накопления эмульсии интегруется в АСУ завода посредством интерфейсов RS485, RS232 и интерфейсом CAN на нижнем уровне двухуровневой АСУ и между уровнями.
Требования к операторскому щиту управления	Размещение щитовых приборов и ТСА системы контроля и регулирования; Размещение сигнальной арматуры.
Отопленния и вентиляция	Отопленние и вентиляцию от сущствующих заводских систем выполняет заказчик.
Водоснабжение	От существующих заводских  систем водоснабжения выполняет заказчик.
Противопожарные мероприятия	Предусмотреть проектом .
Промсанитария, эстетика, дизайн	Принять по действующим  санитарным нормам и эстетики пойзводства.
Сроки начала и окончания разработки проекта	__.__.20__-__.__.20__
Наименование проектной организации	ВКГТУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ  СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ  ПРОЦЕССОМ

 

При разработки проекта  автоматизации в первую очередь  необходимо решить, с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними. Структура управления – это совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному принципу, 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.

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.

В структурной схеме  АСУ ТП присутствуют объект, система  автоматизации, информационные и управляющие  потоки.

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.

На чертеже ФИТЭ 050702 КП 03.01 изображена структурная схема системы автоматического регулирования промежуточного накопления эмульсии. Позиционные обозначения элементов, используемые в структурных схемах, сохраняются во всей проектной документации применительно к данным элементам. Структурная схема выполнена на одном листе. Элементы структурной схемы изображены в виде прямоугольников. Взаимосвязи на структурной схеме показаны сплошными линиями.

По центру чертежа  расположен контроллер Simatic S-300. Слева  от него расположены датчики и  блоки питания, справа находятся аварийная звуковая сигнализация, блок управления, реверсивный бесконтактный пускатель,   исполнительный механизм и регулирующий орган.

Приборы, установленные  на щите управления, расположенного в  операторской комнате, обведены тонкой линией в прямоугольник, который обозначен ШУ1.