Автоматизация

Контроллер                                                                             Simatic S7-300

Уровень в аппарате 1                                                               2м

Температура в емкости для предварительного нагрева       70˚С

Концентрация сахара в смесителе                                          20%

Расход концентрата                                                                 0,5т/ч

Расход воды на входе в смеситель 2                                      1,5т/ч

Погрешность преобразователя давления                                ±0,0004 МПа

Погрешность термопреобразователя сопротивления           ±0,175˚С

Погрешность волноводного уровнемера                               ±5мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Разработка функциональной схемы  автоматизации

 

Для измерения расхода концентрата в аппарат 1 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 1а, 1б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вход модуля аналогового ввода      AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Регулирование осуществляется путем изменения расхода регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи концентрата. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 1д с сигнализацией угла поворота 2. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 1в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 1г.

Для измерения расхода воды в смеситель 2 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 3а, 3б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Регулирование осуществляется путем изменения расхода регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи воды в смеситель 2. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 3д с сигнализацией угла поворота 4. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 3в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 3г.

Для измерения  давления пара на входе в 3 применяется измерительный преобразователь давления 5а. На выходе преобразователя давления  формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Этот модуль предназначен для ввода унифицированного токового сигнала 4-20 мА. Регулирование осуществляется путем изменения давления регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 5г с сигнализацией угла поворота 6. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 5б. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 5в.

Для измерения и регистрации на ЭВМ  уровня в аппарате 1  используется волноводный уровнемер. Данный уровнемер состоит из зонда, погружаемого непосредственно в раствор 7а и преобразователя 7б,  установленного рядом с оборудованием. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал 4-20мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Для сигнализации верхнего уровня в аппарате 1, предусмотрена сигнальная лампа HL1 установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного вывода DO SM 322. При достижении верхнего уровня в аппарате 1 происходит отключение подачи воды. Осуществляется блокировка регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи воды. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 7д. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 7в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 7г.

Для измерения и регистрации на ЭВМ концентрации сахара в смесителе 2 установлен концентратомер микропроцессорный 8а,8б. На выходе концентратомера формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который поступает на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300.

Для измерения и регистрации на ЭВМ температуры в сборнике 3 используется термопреобразователь сопротивления 9. На выходе термопреобразователя сопротивления формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300.

Для измерения расхода сиропа после насоса Н1 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 10а, 10б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вторичный показывающий прибор 10в.

Для измерения расхода сиропа на входе в 2 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 11а, 11б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вторичный показывающий прибор 11в.

Для измерения температуры сиропа на входе в 3 используется термопреобразователь сопротивления 12а. На выходе термопреобразователя сопротивления формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход вторичного показывающего прибора 12б.

Управление электродвигателем М1 привода насоса осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера               Simatic S7-300 через магнитный пускатель 13а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме по сигналу с ЭВМ либо с помощью кнопочной станции 13б. Для реализации сигнализации состояния двигателя (включен/отключен) на ЭВМ слаботочный контакт магнитного пускателя подключается к входу модуля дискретного ввода DI SM 321.

Управление электродвигателем М2 привода мешалки осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера             Simatic S7-300 через магнитный пускатель 14а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме по сигналу с ЭВМ либо с помощью кнопочной станции 14б. Для реализации сигнализации состояния двигателя (включен/отключен) на ЭВМ слаботочный контакт магнитного пускателя подключается к входу модуля дискретного ввода DI SM 321.

Регулирование подачи в смеситель 2 осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи смеси. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 15в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 15а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 15б.

Регулирование подачи ароматизатора в смеситель 2 осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи ароматизатора. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 16в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 16а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода             DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 16б.

Регулирование подачи в сборник 3 осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи смеси. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 17в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 17а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 17б.

Регулирование подачи смеси осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи смеси на пастеризацию. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 18в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера             Simatic S7-300 через магнитный пускатель 18а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 18б.

 

 

3 Выбор и обоснование  средств автоматизации

 

Выбрать термопреобразователь сопротивления для измерения температуры в сборнике 3:

По справочному пособию /2/ предварительно выберем термопреобразователь сопротивления ТСМУ Метран 274 с диапазоном измеряемых температур -50-180, номинальной статической характеристикой 100М. Проверим далее, обеспечивает ли данный термопреобразователь требуемую по условию точность измерения. По таблице Г.2 приложения Г/2/ определим предельно допустимое отклонение от НСХ термопреобразователя сопротивления НСХ 100М:

 

Так как пределы не превышают по модулю пределов максимально допустимой погрешности измерений , то выбранный термопреобразователь обеспечивает требуемую точность измерения.

Выбрать преобразователь для измерения избыточного давления пара.

Исходные данные. Давление постоянное. Рабочее значение давления воды 0,2МПа, максимально допустимая погрешность измерений преобразователя *=±0,005 МПа.

Определяем верхний предел измерения преобразователя 0,2/(3/4)=0,27МПа. Выбираем по справочнику /2/ преобразователь избыточного давления Метран 100-ДИ, модель 1152, применяемый для измерения давления пара. Верхний предел измерения 0,4 МПа. Диапазон измерения выбран таким образом, чтобы максимальное рабочее значение давления составляло примерно 3/4 от диапазона измерения, поскольку давление в трубопроводе постоянное.

Основная погрешность данного преобразователя составляет ±0,1% от диапазона измерения и равна

*p=±0,4∙0,1/100=±0,0004 МПа.

Поскольку *р не превышает максимально допустимую погрешность измерений *=±0,005 МПа, то выбранный преобразователь обеспечивает требуемую точность измерений.

Подобрать измерительный преобразователь уровня для измерения уровня в аппарате 1:

Исходные данные. Максимальное рабочее значение уровня 2м. Процесс характеризуется наличием турбулентности и интенсивным пенообразованием. Максимально допустимая погрешность измерений преобразователя

Определяем необходимый верхний предел измерения таким образом, чтобы максимальное значение измеряемого параметра лежало в последней четверти диапазона Lв=2/(3/4)=2,67м. С учетом условий эксплуатации выбираем волноводный уровнемер Метран 3300, модель 3302. Данная модель предназначена для измерения уровня раздела сред в сложных условиях эксплуатации(турбулентность, пенообразование). Диапазон измерения от 0,1 до 3м. Абсолютная погрешность измерения Эта погрешность не превышает максимально допустимой, заданной в исходных данных.

Расходомер переменного перепада давления Метран. Расходомеры модели Метран-350 (совместное производство с компанией Emerson Process Management) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях 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 сужающих 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 динамического диапазона; высокая надежность, отсутствие движущихся частей.

Измеряемые среды: газ, пар, жидкость. Параметры измеряемой среды: температура -40...400°С - интегральный монтаж, -40...677°С - удаленный монтаж; избыточное давление в трубопроводе 25 МПа; Диаметр трубопровода, D,мм: 50...1820 (с сенсором Annubar 485); 12,5...50 (с сенсором Annubar Diamond II+).

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерений массового (объемного) расхода до ±1%.

В состав расходомера входят: первичный измерительный преобразователь (сенсор) Annubar® Diamond II+ или Annubar® 485; датчик дифференциального давления (3051S для объемных расходомеров Метран-350-SFA, 3051С для объемных расходомеров Метран-350-Р), многопараметрический датчик давления (3095MV для массовых расходомеров Метран-350-MFA, Метран-350-М; 3095FB для объемных расходомеров Метран-350-Р); термопреобразователь сопротивления ТСП 100 (Pt 100) серий 65, 68, 75, 78, 183 и 185 (для массовых расходомеров Метран-350-MFA, Метран-350-М). Датчики дифференциального давления 3051S, 3051С 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 4.20 мА и (или) цифровой код по протоколу HART, a также в показания расхода на встроенном жидкокристаллическом индикаторе. Многопараметрические датчики давления 3095MV, 3095FB обеспечивают: измерение статического давления (избыточного или абсолютного); измерение возникающего на сенсоре перепада давлений; измерение температуры измеряемой среды при помощи термопреобразователя сопротивления, размещенного в сенсоре, или отдельного термопреобразователя сопротивления типа ТСП (Pt100); вычисление массового расхода и суммарной массы при реальных значениях давлений и температуры измеряемой среды; вычисление объемного расхода и суммарного объема, приведенного к нормальным условиям; преобразование значения массового расхода в выходной сигнал 4.20 мА и (или) цифровой код по цифровому протоколу HART (3095MV) или Modbus (3095FB), а также в показания расхода, количества, перепада давлений, статического давления, температуры на дополнительном жидкокристаллическом индикаторе.