|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Разработка функциональной схемы автоматизацииСтр 1 из 7Следующая ⇒
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемые методические указания написаны в соответствии с программой дисциплины «Электротехника, автоматика и технические средства автоматизации» и предназначены для использования студентами технологических специальностей пищевой промышленности дневной и заочной форм обучения при выполнении курсовой работы. Цель курсовой работы - ознакомить студентов с принципами построения современных систем автоматизации технологических процессов, реализованных на базе промышленных контроллеров и ЭВМ. В настоящее время такие системы широко внедряются на предприятиях пищевой промышленности. В ходе выполнения курсовой работы студентами решаются следующие задачи: 1) ознакомление с методикой разработки функциональных схем автоматизации технологических процессов на базе серийно выпускаемых приборов и промышленных контроллеров; 2) ознакомление с характеристиками современных приборов и средств автоматизации 3) изучение основных подходов к обоснованному выбору приборов и технических средств автоматизации; 4) изучение действующих стандартов и других нормативных документов регламентирующих правила оформления технической документации по автоматизации технологических процессов.
Содержание и объем курсовой работы
В качестве тем курсовой работы могут использоваться типовые темы, приведенные в приложении Ж. Также тема работы может быть сформулирована преподавателем на основе материалов из технической литературы с учетом специфики конкретной специальности (специализации), либо на основе материалов, собранных студентом в ходе производственной практики. Курсовая работа включает в себя следующие разделы. 1.1 Введение. Раздел содержит цель и задачи курсовой работы. 1.2 Исходные данные на проектирование. Исходные данные на проектирование включают в себя описание принципа работы технологической установки, перечень измеряемых и регулируемых переменных, их номинальные и максимальные рабочие значения, требования к точности измерения и некоторые уточняющие детали, например, производительность оборудования, вид дополнительной энергии для питания приборов, вид расходных характеристик регулирующих органов. Эти данные берутся из технологических регламентов или технической литературы либо задаются студентом по согласованию с преподавателем. Также данный раздел должен содержать расчет диаметров технологических трубопроводов по нижеприведенной методике. Исходными данными для расчета трубопроводов задаются по согласованию с преподавателем. Результаты этого расчета используются при подборе типоразмеров регулирующих органов. Необходимые диаметры технологических трубопроводов рассчитываются по известному расходу продукта на основе следующего выражения:
где Q - расход продукта, м3/c; W - скорость продукта (жидкости), м/с; D - внутренний диаметр трубопровода, м. Оптимальная скорость прохождения жидкости соответствует минимуму эксплуатационных расходов. Поэтому при расчете трубопроводов скорость движения ориентировочно может быть принята в интервалах, приведенных в таблице 1.1. Таблица 1.1 - Скорости движения жидкости
По тепловой нагрузке аппарата можно определить расход греющего пара, для этого можно воспользоваться следующим выражением, полученным из уравнения теплового баланса:
где 1, 08 - постоянный коэффициент учитывающий потери тепла в окружающую среду; Gв - расход продукта (жидкости) через теплообменник, кг/с; C - теплоемкость продукта (жидкости), Дж/кг× К; r - удельная теплота парообразования (определяется по таблицам в зависимости от давления); Дж/кг; tк, tн - начальная и конечная температуры нагреваемого продукта, 0С. Разделив весовой расход пара Gп на его плотность r (определяется по таблицам в зависимости от давления), получим объемный расход. Зная объемный расход по формуле (1.1) найдем диаметр трубопровода для подачи пара. В конце данного раздела приводится техническая характеристика технологического оборудования. 1.3 Разработка функциональной схемы автоматизации. Курсовая работа предполагает разработку функциональной схемы автоматизации на базе программируемого контроллера и ЭВМ. Схема автоматизации выполняется в соответствии с методикой, изложенной в разделе 2 данного пособия. Раздел «Разработка функциональной схемы автоматизации» включает в себя подробное описание всех измерительных и регулирующих комплектов приборов, используемых в этой схеме, а также принципы их взаимодействия с технологическим оборудованием. 1.4 Выбор приборов и средств автоматизации. В данном разделе приводится подробное описание выбранных приборов и средств автоматизации и их характеристик. 1.5 Выбор электрических элементов цепи управления электродвигателями. В данном разделе производится расчет мощности электродвигателей, а на основании результат производится обоснованный выбор элементов цепи управления (магнитных пускателей и кнопочных постов управления). 1.6 Выбор контроллера и модулей ввода/вывода. Данный раздел содержит описание общих технических характеристик выбранного программируемого контроллера. В этом разделе должны быть приведены таблицы аналоговых и дискретных сигналов с символической привязкой этих сигналов к датчикам и исполнительным механизмам. На основании полученного необходимого количества аналоговых и дискретных входов и выходов, а также с учетом характеристик их сигналов, далее осуществляют выбор необходимого числа модулей ввода/вывода, указывая их назначение, входные и выходные характеристики. 1.7 Заключение. Содержит перечень основных результатов курсовой работы. 1.8 Список использованных источников. В список вносятся литературные источники, ссылки на которые имеются в пояснительной записке. 1.9 Приложения. В приложения выноситсяспецификация на выбранные средства автоматизации, а также другие вспомогательные (справочные) материалы.
Пояснительная записка объемом 15− 20 страниц оформляется на стандартных листах бумаги формата А4 в соответствии с требованиями СТП СМК 4.2.3-01-2011 регламентирующими оформление текстовых документов в УО МГУП. Спецификация на выбранные средства автоматизации оформляется в соответствии с требованиями ГОСТ 21.408-93 «Правила выполнения рабочей документации по автоматизации технологических процессов» и ГОСТ 21.110-95 «Правила выполнения спецификации оборудования изделий и материалов», а также рекомендациями, изложенными в разделе 3 данных методических указаний. Примеры заполнения основных надписей на спецификации в соответствии с перечисленными стандартами приведены в приложении Е (таблицы Е.2, Е.3 и рисунок Е.3). Функциональная схема автоматизации оформляется на стандартном листе формата А2 в соответствии с требованиями ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации на схемах», ГОСТ 21. 408-93 «Правила выполнения рабочей документации по автоматизации технологических процессов», ГОСТ 21.101-93 «Основные требования к рабочей документации», а также рекомендациями, изложенными в разделе 2 данного методического пособия. Примеры оформления основных надписей по ГОСТ 21.101-93 для функциональной схемы автоматизации приведены в приложении Е (таблица Е1, рисунки Е1, Е2).
Примеры разработки функциональных схем автоматизации
Пример 2.1. Разработка функциональной схемы автоматизации установки для приготовления моющего раствора.
Рисунок 2.6 - Установка для приготовления моющего раствора Описание установки. Установка для приготовления моющего раствора (рисунок 2.6) работает следующим образом. В смеситель С1 подаются щелочь и вода, где они перемешиваются мешалкой. Моющий раствор подогревается до температуры 700С паром, подаваемым в рубашку, и откачивается из смесителя насосом Н1. Исходные данные. Система автоматизации установки для приготовления моющего раствора должна выполнять следующие функции: 1) измерение и регистрация на ЭВМ уровня раствора в смесителе (максимальное рабочее значение 1 м); 2) измерение и регистрацию на ЭВМ температуры в смесителе (максимальное рабочее значение 700С); 3) регулирование уровня в смесителе расходом воды; 4) регулирование температуры в смесителе расходом пара; 5) сигнализацию верхнего и нижнего значений уровня в смесителе, сигнализацию крайних положений исполнительных механизмов на ЭВМ и сигнализацию состояния (включен/отключен) двигателей насоса и мешалки на ЭВМ;. 6) блокировка - отключение насоса по нижнему уровню в смесителе; 7) управление - включение/отключение двигателя насоса и включение/отключение двигателя мешалки. Функциональная схема автоматизации установки для приготовления моющего раствора, составленная в соответствии с этими исходными данными, приведена на рисунке 2.7. Описание функциональной схемы автоматизации. Схема построена на базе контроллера ADAM 8000, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ таким образом используется для вывода на экран значений технологических переменных, их регистрации и сигнализации их предельных значений. Также ЭВМ формирует законы управления исполнительными механизмами, электродвигателем насоса Н1 и электродвигателем мешалки. Для измерение уровня моющего раствора в смесителе используется волноводный уровнемер. Данный уровнемер состоит из зонда, погружаемого непосредственно в раствор поз. LE-1a и преобразователя поз. LT-1б, установленного рядом с оборудованием. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (4-20 мА) который подается на вход вторичного показывающего прибора Для измерения температуры моющего раствора в смесителе используется термопреобразователь сопротивления поз. ТЕ-4а. К этому преобразователю подключен вторичный измерительный прибор поз. ТI-4б, а также модуль аналогового ввода от термопреобразователей сопротивления AI 8231-1BD52. Регулирование температуры в смесителе осуществляется путем изменения расхода пара регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом поз. 4д с датчиком угла поворота поз. GE-5. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO 8222-1BF10 через магнитный пускатель поз. 4в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8211-1BF00. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. HS-4г. Управление электродвигателем М2 привода мешалки осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO 8222-1BF10 через магнитный пускатель поз. NS-4в. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме по сигналу с ЭВМ либо с помощью кнопочной станции поз. HS-6б. Для реализации сигнализации состояния двигателя (включен/отключен) на ЭВМ слаботочный контакт магнитного пускателя подключается к входу модуля дискретного ввода DI 8211-1BF00. Технологические трубопроводы обозначены на схеме в соответствии с требованиями ГОСТ 14202-69. Пример оформления текста поясняющего обозначения трубопроводов и таблица оборудования к данной схеме приведены в приложении В (рисунок В.1, а, Таблица В.2).
Пример 2.2. Разработка функциональной схемы автоматизации экстрактора противоточного типа.
Рисунок 2.8 − Экстрактор противоточного типа Описание установки. Экстракция − это массообменный процесс, при котором жидкий растворитель извлекает составляющие компоненты из жидких (либо твердых) веществ. Применяется при производстве масел, морковных соков и т.д. В нижнюю часть противоточного экстрактора Э1 (система жидкость − жидкость) подается исходный раствор (легкая жидкость), а в верхнюю часть растворитель (тяжелая жидкость). Рафинат отводится из верхней зоны экстрактора, экстракт − из нижней (рисунок 2.8). Исходные данные: Система автоматизации установки должна обеспечивать следующие функции: 1) измерение давления в трубопроводе растворителя (0, 1 МПа), измерение давления в трубопроводе исходного раствора (0, 1 МПа), измерение давления в трубопроводе рафината (0, 1 МПа), измерение давления в трубопроводе экстракта (0, 1 МПа); 2) измерение и регистрация на ЭВМ концентрации извлекаемого компонента в рафинате (70%), уровня раздела сред в экстракторе (1 м), расходов и температур в трубопроводах исходного раствора (20 м3/ч, 600С), растворителя (20 м3/ч, 600С), рафината (20 м3/ч, 600С), экстракта (20 м3/ч, 600С); 3) регулирование расхода в трубопроводе подачи исходного раствора, регулирование уровня раздела сред в экстракторе расходом экстракта, регулирование концентрации извлекаемого компонента в рафинате расходом растворителя; 4) сигнализацию резкого изменения концентрации извлекаемого компонента в рафинате, сигнализацию нижнего уровня раздела фаз в экстракторе; 5) блокировку - прекращение отвода экстракта при достижении предельно допустимого нижнего уровня раздела фаз в экстракторе; 6) управление клапаном подачи растворителя и управление клапаном подачи исходного раствора. В скобках указаны максимальные рабочие значения технологических переменных. Функциональная схема автоматизации экстрактора противоточного типа, составленная в соответствии с этими исходными данными, приведена на рисунке 2.9. Описание функциональной схемы автоматизации. Схема построена на базе контроллера SIMATIC S7-400, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ таким образом используется для вывода на экран значений технологических переменных, регистрации и сигнализации их предельных значений. Также ЭВМ формирует законы управления исполнительными механизмами. Для измерения давления в трубопроводах растворителя, исходного раствора, рафината и экстракта используются манометры поз. PI-1, PI-2, PI-3, PI-4, установленные по месту. Для измерения температуры растворителя, исходного раствора, рафината и экстракта используются темопреобразователи сопротивления поз. TE-9, поз. TE-10, поз. TE-11, поз. TE-12. Эти термопреобразователи подключены к модулю аналогового ввода AI SM 431. Для измерения расходов исходного раствора, растворителя, рафината и экстракта в соответствующих трубопроводах установлены измерительные диафрагмы поз. FE-5a, поз. FE-6a, поз. FE-7a, поз. FE-8a. Перепады давления на этих диафрагмах измеряются преобразователями разности давлений FT-5б, поз. FТ-6б, поз. FТ-7б, поз. FТ-8б, с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20 мА). Эти преобразователи подключены к модулю аналогового ввода AI SM 431. Для регулирования расхода в трубопроводе подачи исходного раствора установлен регулирующий орган с пневматическим исполнительным механизмом. Управление этим механизмом осуществляется сигналом с модуля аналогового вывода АО SM 432 (4-20 мА) через электропневматический преобразователь поз. FY-5д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом установленная на щите Для измерения уровня раздела сред в экстракторе используется волноводный уровнемер. Данный уровнемер состоит из зонда, погружаемого непосредственно в среду поз. LE-13a и преобразователя поз. LT-1б, установленного рядом с оборудованием. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 431. Для сигнализации нижнего уровня раздела фаз в экстракторе предусмотрена сигнальная лампа HL1, установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного вывода DO SM 422. Регулирование уровня раздела сред в экстракторе достигается за счет изменения расхода экстракта регулирующим органом с пневматическим исполнительным механизмом поз. 13е. Управление этим механизмом осуществляется сигналом с модуля аналогового вывода АО SM 432 (4-20 мА) через электропневматический преобразователь поз. LY-13д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом, установленная на щите поз. Н-13в и по месту поз. Н - 13г. Для измерения концентрации извлекаемого компонента в рафинате используется измеритель концентрации, состоящий из чувствительного элемента поз. QE-14a, установленного на трубопроводе и преобразователя поз. QТ-14б, с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20 мА). Этот сигнал подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 431. Для сигнализации резкого изменение концентрации извлекаемого компонента в рафинате предусмотрена сигнальная лампа HL2, установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного вывода DO SM 422. Регулирование концентрации извлекаемого компонента в рафинате достигается за счет изменения расхода растворителя регулирующим органом с пневматическим исполнительным механизмом поз. 14е. Управление этим механизмом осуществляется сигналом с модуля аналогового вывода АО SM 432 (4-20 мА) через электропневматический преобразователь поз. QY-14д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом, установленная на щите поз. Н-13в и по месту поз. Н-13г. Технологические трубопроводы обозначены на схеме в соответствии с требованиями ГОСТ 14202-69. Пример оформления текста поясняющего обозначения трубопроводов и таблица оборудования к данной схеме приведены в приложении В (рисунок В.1, б, таблица В.3).
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Кожевников, М.М., Никулин, В.И. Технические средства АСУТП для пищевой промышленности: справочное пособие для студентов технологических специальностей пищевой промышленности / М.М. Кожевников, В.И. Никулин. - Могилев: Ризограф УО МГУП, 2008.- 95 с. 2 Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности: справочное пособие для студентов технологических специальностей: в 2 ч. / В.И. Никулин, С.В. Богуслов, А.М. Прокопенко.- Могилев: Ризограф УО МГУП, 2001. 3 Электрооборудование во взрывоопасных зонах химических и пищевых производств: учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности АТПП и технологических специальностей / Г.М. Айрапетьянц. - Могилев: Ризограф УО МГУП, 2007.- 35с. 4 Обслуживание электроустановок во взрывоопасных зонах: учебное пособие/ М.П. Слука, Л.М. Ковалев, В.С. Ермаков, Д.И. Корольков; Под общ. ред. Д.И. Королькова. – Могилев, 2001. - 229 с. 5 Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев.– М.: Энергоиздат, 1990. – 464 с. 6 Автоматика и автоматизация пищевых производств / М.М. Благовещенская, Н.О. Воронина, А.В. Казаков. − М.: Агропромиздат, 1991. − 239 с. 7 Соколов, В.А. Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности / В.А. Соколов. – М.: Агропромиздат, 1991. – 445. с. 8 Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник / Под ред. В.В.Черенкова. − М.: Машиностроение, 1987. − 847 с. 9 Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности / И.К. Петров, М.М. Солошенко, В.А Царьков. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -416с. 10 Кузнецов, Н.Д., Чистяков, В.С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям / Н.Д. Кузнецов, В.С. Чистяков. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 328 с. 11 Петров, И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности / И.К.Петров. – М.: Агропромиздат, 1985. − 344 с. 12 Автоматика и автоматизация производственных процессов мясной и молочной промышленности / В.В. Митин, В.И. В.И. Усков, Н.Н. Смирнов. - М.: Агропромиздат, 1987. − 240 с. 13 Технологические измерения и приборы / Н.Г.Фарзне, Л.В. Ильясов, А.Ю. Азим-заде. – М.: Высш. шк., 1989. – 456 с. 14 Стандарт предприятия. Общие правила и требования оформления текстовых документов (СТП 15-06-2004) / А.В. Иванов, Е.Н. Урбанчик. -Могилев: Ризограф УО МГУП, 2004. − 41 с. 15 ГОСТ 21.408-93. Правила выполнения рабочей документации по автоматизации технологических процессов. - Введ. 1.07.1995.- Минск: Межгос. научно-техническая комиссия по стандартизации и техническому нормированию в строительстве, 1995. - 46 с. 16 ГОСТ 21.110-95. Правила выполнения спецификации оборудования изделий и материалов. - Введ. 1.01.1997.- Минск: Межгос. научно-техническая комиссия по стандартизации и техническому нормированию в строительстве, 1996. - 46 с. 17 ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. - Введ. 1.01.1986.- М.: Издательство стандартов, 1995. - 16 с. 18 ГОСТ 21.101-93. Основные требования к рабочей документации. - Введ. 1.06.1995.- Минск: Межгос. научно-техническая комиссия по стандартизации и техническому нормированию в строительстве,, 1995. - 46 с. 19 ГОСТ 14202-69. Трубопроводы промышленных предприятий. Опознавательная окраска, предупреждающие знаки и маркировочные щитки. - Введ. 1.01.1971.- М.: Изд-во стандартов, 1987. - 17 с. 20 ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии. - Введ. 1.01.1971.- М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000.- 8 с. 21 ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные. - Введ. 1.01.1982.- М.: Изд-во стандартов, 1982. - 22 с. 22 ГОСТ 2.722-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Машины электрические. - Введ. 1.01.1971.- М.: Изд-во стандартов, 1987.- 15 с. 23 ГОСТ 2.732-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Источники света. - Введ. 1.01.1971.- М.: Изд-во стандартов, 1982. - 7 с. 24 ГОСТ 2.741-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы акустические. - Введ. 1.01.1971.- М.: Изд-во стандартов, 1992.-9с. 25 ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. - Введ. 1.01.1981.- М.: Изд-во стандартов, 1986.-10 с. 26 ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин. - Введ. 1.09.2003.- М.: ИПК Изд-во стандартов, 2003.- 32с. 27 ГОСТ 6651-94. Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний. -Введ. 1.01.1999.- Минск: Межгос. совет по стандартизации метрологии и сертификации; М.: Изд-во стандартов, 1998.-31 с. 28 СТБ ГОСТ Р 8.585― 2004 ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования. - Введ. 21.12.2004.- Минск: Госстандарт: Изд-во стандартов, 2004. - 78 с. 29 РМ4-2-96. Системы автоматизации: схемы автоматизации. Указания по выполнению. Пособие к ГОСТ 21.408-93. - Введ. 01.09.2009.-ГПКИ «Проектмонтажавтомвтика», 1996. - 44 с. 30 ГОСТ Р 8.625-2006 ГСИ. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний. - Введ. 1.01.2008.- М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2007. - 27 с. 31 ГОСТ 8.586.1-2005 ГСИ. (ИСО 5167-1: 2003). Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования. - Введ. 1.01.2007.- Минск: Межгос. совет по стандартизации метрологии и сертификации; М.: Стандартинформ, 2007. - 45 с. 32 ГОСТ 8.586.2-2005 ГСИ. (ИСО 5167-2: 2003) «Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 2. Диафрагмы Технические требования.-Введ. 1.01.2007.-Минск: Межгос. совет по стандартизации метрологии и сертификации; М.: Стандартинформ, 2006. - 43 с. Приложение А (справочное) Таблица А.1 - Условные цифровые обозначения трубопроводов для жидкостей
Приложение Б (справочное)
Примеры построения условных обозначений приборов и средств
Таблица Б.1 - Примеры построения условных обозначений первичных измерительных преобразователей и бесшкальных приборов по ГОСТ 21.404-85
Таблица Б.2 - Примеры построения условных обозначений электрооборудования
Таблица Б.3 - Примеры построения условных обозначений показывающих
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 6635; Нарушение авторского права страницы
, (1.1)
, (1.2)
Рисунок 2.7 - Функциональная схема автоматизации установки для приготовления моющего раствора
Рисунок 2.9 - Функциональная схема автоматизации экстрактора противоточного типа
