Выбор и обоснование средств автоматизации

Регулируемые параметры

Контролируемые параметры

Контролируемыми параметрами в испарителе являются: расход метанола, расход воздуха и давление пара. По технологическим требованиям расход метанола должен составлять F _м = 3м³/ч, расход воздуха F _в = 30 нм³/ч.

Контролируемыми параметрами в реакторе являются давление пара, которое по технологическим требованиям должно составлять Р _п = 0,5 МПа.

Регулируемым параметром в испарителе является соотношение расходов воздух-метанол, причем регулирование происходит с коррекцией по уровню метанола в испарителе. Уровень метанола в испарителе составляет L = 1м.

Регулируемым параметром в реакторе является температура. Температура в реакторе регулируется изменением подачи воды в холодильник. По технологическим требованиям температура в реакторе должна находиться в диапазоне 500-600°С.

Рисунок 2 - Структурная схема технологического процесса

На функциональной схеме изображены все средства автоматизации, необходимые для контроля и регулирования параметров которые в свою очередь обеспечивают стабильность работы связанных между собой агрегатов.

Наиболее важным параметром в нашей схеме является температура в реакторе.Для ее регулирования необходимы следующие средства автоматизации:

В данной схеме, как наиболее оптимальный, выбираем контактный метод измерения температуры. В качестве датчика выбираем термоэлектрический преобразователь или термопару, которая обладает унифицированным сигналом, воспринимаемым вторичным прибором без нормирующего преобразователя. Чувствительный элемент термопары представляет собой два термоэлектрода, сваренных между собой на рабочем конце в термопару (спай) и изолированных по всей длине при помощи одно- или двухканальных трубок и бус из пиро­метрического фарфора и окиси алюминия. Чувствительный элемент помещается в защитную арматуру, в комплект которой входит водозащищенная головка с колодкой зажимов. Двойные термометры имеют два электрических изолированных чувствительных элемента. Спай поверхностного термоэлектрического термометра электрически соединен с защитной арматурой. Свободные концы термометра через колодку зажимов присоединяются к вторичному прибору или преобразователю. Существует несколько видов термопар, такие как: хромель-копелевая, хромель-алюмелевая, вольфрам-рениевая, платинородиевая, платиновая и т.д. Для диапазона 500-600°С подходит хромель-копелевая термопара ТХК 0179, пределы измерения которой 50-600°С.

Сигнал с термопары поступает на вторичный прибор, в качестве которого выбираем показывающий и регистрирующий прибор Диск-250, предназначенный для измерения и регистрации активного сопротивления, силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные сигналы.

Диск-250 имеет входные искробезопасные электрические цепи уровня ia. Прибор, устанавливается только вне взрывоопасных помещений и имеет маркировку Exia II С.

Все приборы серии Диск-250 могут работать с серийно выпускаемыми датчиками, не имеющими собственного источника питания, индуктивности, емкости, которые могут устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно гл. 7.3 ПУЭ и другим директивным документам, регламентирующим установку электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Приборы рассчитаны на работу с входными сигналами от термопреобразователей сопротивления с номинальной статической характеристикой преобразования 0-5 и 4-20 мА; 0-5 и 0-10 В, 0-50, и 0-100 мВ.

Диск-250 и его разновидности имеют следующие выходные устройства:

1) Устройство преобразования входных сигналов в выходной не­прерывный электрический сигнал 0-5 или 4-20 мА;

2) Пропорционально-интегральное регулирующее;

3) Регулирующее с бесконтактным и контактным (релейным) выходом для формирования трехпозиционного закона регулирования с независимой установкой нижнего и верхнего пределов зоны регулирования;

4) Два двухпозиционных устройства сигнализации с релейным выходом.

Установки предназначены для работы в закрытых помещениях без агрессивных сред при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С и верхнем значении относительной влажности 80% при 35°С и более низких температурах без конденсации влаги. Они являются восстанавливаемыми изделиями и не создают индустриальных радиопомех.

С учетом вышесказанного Диск-250 наиболее оптимальный вариант. В пользу этого говорит и то, что он обладает унифицированным выходным сигналом возможностью подключения к ЭВМ. Диск 250 имеет габаритные размеры такие же, как и у КСП, КСД или КСМ, которые безнадежно устарели, следовательно, на их место смело можно ставить Диск-250.

В качестве регулятора, реализующего ПИД-закон регулирования, возьмем Ремиконт Р-130, который входит в состав всех трёх АСР. Ремиконт Р-130 – регулирующий микропроцессорный контроллер. Выбор этого контроллера обусловлен тем, что «Ремиконт» Р-130 представляет собой компактный микропроцессорный контроллер, имеющий 28 каналов ввода/вывода и оснащенный интерфейсным каналом цифровой последовательной связи. На лицевой панели контроллера расположены органы оперативного управления, с помощью которых реализуют большое число оперативных команд. Ремиконт Р-130 реализует функции одноконтурного, каскадного, программного, супервизорного и многосвязного регулирования, а также логико-программное управление с последующим использованием команд и алгебры логики, что обеспечивает высокий уровень регулирования. Кроме того, Р-130 осуществляет:

1) Ручную установку или автоматическую коррекцию параметров настройки в алгоритмах;

2) Безударное изменение режимов управления, а также конфигурирование контуров любой сложности;

3) Избирательное оперативное управление и контроль за контурами регулирования, дистанционное управление используемыми механизмами, контроль технологических координат и идентифицирование аварийных ситуаций;

4) Запись информации в перепрограммируемое ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием;

5) Самодиагностику, сигнализацию и идентификацию неисправностей, в том числе выявление отказов аппаратуры, выходов за допустимые границы, короткие замыкания по нагрузке, нарушение обмена информации по локальной сети.

Кроме того, Ремиконт Р-130 имеет сравнительно невысокую стоимость, что позволяет его широко применять в металлургии.

АСР стабилизации температурного режима реализуется на микроконтроллере следующими блоками: блок демпфирования – для сглаживания входного сигнала; блок аналого-цифрового преобразования; блок суммирования, где сигнал сравнивается с задающим воздействием; блок аналогового регулятора; блок сравнения с зоной нечувствительности без изменения направления срабатывания.

В качестве ключа выбора рода работ мы выбираем БРУ-32. Блок типа БРУ-32выполняет следующие функции: дистанционное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно, кнопочное управление исполнительными устройствами «больше-меньше», световая индикация выходного сигнала регулирующего устройства «больше-меньше» с импульсным входным сигналом, определение положения регулирующего органа.

В качестве исполнительного механизма выбираем МЭО-40/63.

Управление механизмами (пуск, останов, изменения направления движения) осуществляется контактными и бесконтактными устройствами. При контактном управлении используют реверсивные электромагнитные пускатели или реле. Бесконтактное управление механизмами МЭО реализуются бесконтактными реверсивными пускателями типа ПБР-2М, которые содержат асинхронный однофазный конденсаторный электродвигатель типа ДАУ или синхронный реверсивный конденсаторный электродвигатель типа ДСР.

В качестве регулирующего органа выберем вентиль регулирующий с электроприводом – 15с997нж.

Запорные и регулирующие угловые вентили применяются на трубопроводах для жидких и газообразных сред с рабочей температурой от –30 до +200°С.

Управление вентилем осуществляется от электропривода и при помощи ручного тумблера. Дополнительно вентиль имеет указатель крайних положений затвора, что обеспечивает легкость и простоту эксплуатации.

Для регулирования соотношения расходов воздух-метанол с коррекцией по уровню в испарителе необходимы следующие средства автоматизации:

В качестве датчиков выбираем:

1) Для метанола – диафрагма камерная ДК6-150 ГОСТ 14321-73;

2) Для воздуха – диафрагма камерная ДК6-50 ГОСТ 14321-73;

3) Для измерения уровня – первичный преобразователь уровнемера ультразвукового РУМБ-БК.

В качестве измерительных преобразователей выбираем Сапфир-22-ДД-2430 (в комплекте), которые обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый выходной сигнал и на сегодняшний день являются наиболее современными из технических средств подобного класса. Кроме того, применение серийно выпускаемых приборов упрощает монтаж, обслуживание и их эксплуатацию.

Выходной сигнал с преобразователей имеет квадратичную зависимость, поэтому после него устанавливаем блок извлечения корня БИК-1 для получения линейной зависимости между выходным сигналом и измеряемым расходом. В результате получаем токовый унифицированный сигнал, который поступает на вторичный прибор.

В качестве вторичного прибора – Диск-250. В качестве сигнала задания для расхода воздуха и метанола на Р-130 используется соотношение между расходом метанола и расходом воздуха. Для его определения сигнал с Диск-250 поступает на блок умножения БУМ, который является частью микроконтроллера.

Сигнал с выхода блока умножения соответствует указанной пользователем пропорции (1:3) от расхода воздуха и поступает на регулирующий блок Р-130. На этот же блок поступает сигнал от цепочки измерения расхода метанола. Сигнал с регулятора поступает на блок ручного управления БРУ-32. С БРУ-32 сигнал поступает на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, который предназначен для управления исполнительными механизмами, обеспечивая изменение направления вращения электропривода. Он используется для управления исполнительным механизмом типа МЭО, который работает в системах автоматического управления. В качестве регулирующего органа выбран вентиль регулирующий фланцевый с электроприводом типа 15кч922бр.

Для контроля давления пара в реакторе, а также для сигнализации давления воздуха в испарителе выбираем следующие средства автоматизации:

В качестве первичного преобразователя для измерения давления используется Сапфир-22-ДИ-2151, предназначенный для преобразования пневматического в электрический унифицированный выходной сигнал. В качестве вторичного показывающего и регистрирующего прибора выбираем Диск-250.

Для сигнализации верхнего уровня в испарителе используются:

Ультразвуковой расходомер РУМБ-БК. Уровнемер включает в себя три преобразователя: первичный, промежуточный и передающий. В первичном преобразователе формируется интервал времени в виде электрического импульса, длительность которого пропорциональна значению измеряемого уровня и обратно пропорциональна скорости ультразвуковой волне в стержне. В промежуточном преобразователе производится измерение интервала времени и преобразование его в значение измеряемого уровня в виде числоимпульсного кода. Передающий преобразователь преобразует числоимпульсный код в десятичный и индуцирует его на цифровом табло. Первичный преобразователь устанавливается на резервуаре с измеряемой средой, а промежуточный и передающий устанавливаются по месту либо на щите.

Выбор ЭВМ:

При разработке данной АСУ, выбору ЭВМ необходимо уделить особое внимание. Вся цифровая и графическая информация отображается на ЭВМ, поэтому к ней предъявляются повышение требования по надежности.

Данная ЭВМ работает в режиме «советчика», при котором на неё возложены следующие функции:

1) Контроль параметров, по которым осуществляется оперативное управление процессом;

2) Сигнализация о выходе параметров за допустимые пределы;

3) Вывод на монитор графической информации о ходе технологического процесса;

4) Ввод информации, поступающей из лаборатории;

5) Вывод цифровой и графической информации на печать.

Особое место в работе ЭВМ уделено поиску оптимальных решений с выдачей рекомендаций (советов) оператору. Данная функция осуществляется следующим образом. Через заданные промежутки времени (один раз в 2-5 минут) полученные с микроконтроллера данные о состоянии объекта анализируются с помощью математической модели (ММ). Также по ММ определяются воздействия, необходимые для приближения процесса к оптимуму, результаты предоставляются оператору. Окончательный выбор и осуществление управляющих воздействий остается за оператором. Внесение управляющих воздействий осуществляется путем изменения уставок в микроконтроллер через ЭВМ.

Кроме вышеперечисленных возможностей ЭВМ может работать также и в режиме обучения технологического персонала. В этом случае все вносимые оператором управляющие воздействия не поступают на МК, а пересчитываются по ММ и на монитор выводится график реакции объекта управления на вносимое управляющее воздействие. Процессом управляет МК по заданию, внесенному в него перед отключением режима советчика.

Для того чтобы не выходить из режима советчика и не загружать память ЭВМ, за которой работает оператор-технолог, рекомендуется параллельно ЭВМ установить персональную ЭВМ (ПЭВМ), на которой будет проходить процесс обучения.

В качестве посредника между ЭВМ и АСР используем универсальное устройство сбора данных УСД E443-M96, которое представляет собой набор стандартных аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

Дата добавления: 2015-06-29