Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского

Сибирский казачий институт технологий и управления (филиал)

Первый казачий университет

Кафедра проектирования и автоматизации производств

Направление подготовки (специальность): 220700

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Проектирование автоматизированных систем

Тема:

Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) на примере красильно-отделочного производства

Выполнил студент: Матвеев М.В.

группа: 423-11 шифр: 0-211192-С.

преподаватель: к.т.н.,

доцент Пастухова Е.И.

Омск-2014 г.



содержание

• Задание на разработку АСУ ТП красильно-отделочного производства трикотажных предприятий
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Описание схемы красильного аппарата и графика изменения температуры
• 1.1 Особенности красильно-отделочных производств
• 1.2 Характеристика процессов крашения как объектов автоматического управления
• 2. Основные функции асу тп красильно-отделочного производства
• 3. Описание блок-схемы общего алгоритма функционирования асу тп
• 4. Структура и состав технических средств асу тп
• 5. Информационное и программное обеспечение асу тп
• 6. Комплекс технических средств асу тп красильно-отделочного производства
• 7. Принципиальная электрическая схема красильного аппарата
• 8. Размещение средств автоматизации и вычислительной техники на щитах красильного аппарата
• 9. Схемы соединений внешних проводок параметров красильного аппарата
• Список литературы

Задание на разработку АСУ ТП красильно-отделочного производства трикотажных предприятий:

1. Дать характеристику красильно-отделочного производства в текстильной и легкой промышленности. А также процессов периодического крашения кожевенно-мехового полуфабриката (рисунок 2,3) как объектов автоматизированного управления.

2. Дать описание основных функций АСУ ТП данного производства.

3. Составить блок-схему общего алгоритма функционирования АСУ ТП.

4. Дать описание структуры и состава технических средств АСУ ТП. Для децентрализованных АСУ ТП.

5. Дать описание информационного и программного обеспечения АСУ ТП.

6. Составить функциональную схему автоматизации красильного аппарата. Дать характеристику средств измерения входных и выходных параметров красильного аппарата.

7. Составить принципиальную электрическую схему контроля технологических параметров красильного аппарата, включающую схемы контроля расхода химикатов, температуры раствора в ванне, уровня раствора в ванне, начала подачи растворов и химикатов в приемный бачок, схемы управления клапаном пара, воды, сливом раствора из ванны, дозированием химикатов, схему контроля ручных операций.

8. Составить схему размещения указанных в функциональной схеме средств автоматизации и вычислительной техники на щите красильного аппарата.

9. Составить схему соединений внешних проводок для параметров красильного аппарата.



ВВЕДЕНИЕ

В центре современных представлений о проектирование СА находится идея комплексного системного подхода. На рисунке 3 показана классификация автоматизированных систем, которая дает представление о месте каждого класса автоматизированных систем в общей концепции комплексной автоматизации.

Рисунок 1 - Схема создания и освоения автоматизированного производства:

АРМ - автоматизированное рабочие место;

АИС - автоматизированная информационная система;

АС - автоматизированная система;

АС НИЭ-АС научных исследований и экспериментов;

АС ТПП - АС технологической подготовки производства;

САПР - система автоматизированного проектирования;

СЛА - системы локальной автоматики;

ПР - промышленные работы;

АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами;

АСУП - АСУ предприятием;

ГАП - гибкое автоматизированное производство.

Выделенные на схеме автоматизированные системы различных классов могут применяться самостоятельно, выполнять вполне определенную относительно ограниченную функцию. Однако в последние время наметилась тенденция к взаимодействию систем различных классов, «пересечению» их функций. Такое объединение (интегрирование) возможно в рамках АСУ ТП.

Данная курсовая работа посвящена разработке АСУ ТП красильно-отделочного производства.

1. Описание схемы красильного аппарата и графика изменения температуры

Красильный аппарат (рисунок 2) состоит из рабочей ванны 1, в которой осуществляется обработка полотна (кожевенно-мехового полуфабриката) 3, транспортируемого эллиптическим барабанчиком 4, получающим движение от привода главного вала красильной машины. Аппарат имеет приемный бачок 6, через который химикаты поступают в малую ванну 2, где происходит предварительное выравнивание концентрации химикатов и красителей. Малая ванна разъединена от рабочей ванны перфорированной перегородкой 5.

Рисунок 2 - Схема красильного аппарата

На рисунке 3 представлен характерный график изменения температуры. На нем отмечены и моменты подачи химикатов и красителей. В точке А оператором или, в условиях АСУ ТП по команде от ЭВМ, с помощью локальных исполнительных средств (клапанов подачи холодной и горячей воды) устанавливаются заданные начальные значения температуры и уровня воды в рабочей ванне красильного аппарата. Точка А соответствует и началу загрузки партии полотна (полуфабриката). Длительность операции загрузки, выполняемой оператором вручную, увеличивается с ростом массы партии полотна (полуфабриката) и находится в пределах 15-30 мин. После загрузки партии в точке Б графика в ванну подаются необходимые химикаты и иногда красители.

На участке БВ путем перемешивания достигается выравнивание распределения химикатов по всему объему ванны. Далее на участке ВГ поднимается температура до номинального значения Т_н, при котором осуществляется основная стадия процесса крашения. Скорость подъема температуры (крутизна участка ВГ) также является важным параметром процесса и назначается в зависимости от типа красителя и вида обрабатываемого полотна (полуфабриката). Как правило, краситель подается в ванну после стабилизации температуры на номинальном уровне (точка Д). Участок ДЕ - основная стадия процесса - собственно крашение.

На этом интервале происходят важнейшие физико-химические процессы взаимодействия частиц (молекул) красителя с обрабатываемым волокном. На участке ЕЗ осуществляется снижение температуры. Здесь же происходит промывка полотна (полуфабриката) и при необходимости подача аппретирующих средств (точка Ж). На участке ЗИ осуществляется выгрузка полотна (полуфабриката) из аппарата. На этом процесс крашения партии полотка (полуфабриката) заканчивается.

Рисунок 3 - График температурно-временного режима



1.1 Особенности красильно-отделочных производств

К особенностям данных производств относятся: - нарушение технологии, низкий уровень организации и управления производством; - огромное разнообразие ассортимента выпускаемой продукции по сырью, колористическому оформлению, назначению, артикулам; - большое потребление химических материалов и красителей, а также загрязнение окружающей среды.

Практический опыт работы отечественных и зарубежных красильно-отделочных производств показал, что эффективное решение всех названных проблем возможно лишь при условии широкого внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами и производством в целом на базе современных ЭВМ.

1.2 Характеристика процессов крашения как объектов автоматического управления

К факторам общего порядка, определяющим ход химико-технологических процессов отделочного производства, следует отнести:

Ш физико-механические воздействия на волокнистые материалы в процессе их обработки на оборудовании непрерывного и периодического действия;

Ш взаимодействие волокнистых материалов с химическими материалами в технологических средах (твердые, жидкие, газообразные);

Ш технологические параметры процессов отделки.

Определяющими параметрами в системе управления технологическими процессами отделочного производства, в частности крашения трикотажных изделий, являются: температура и влажность волокнистых материалов, рабочих сред, концентрация растворов, активность рабочих сред (водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал), скорость перемещения материалов в рабочих растворах (фактор длительности обработки), интенсивность циркуляции рабочих сред, величина избыточного давления и др.

Сущность крашения биологического сырья (кожи) немногим отличается от принципиального подхода к крашению других волокнистых материалов. Для крашения кож используются те же классы красителей, что и для текстильных материалов, взаимодействие красителя с кожевенно-меховым полуфабрикатом включает известные стадии сорбции, диффузии, фиксации молекул красителя.

Наиболее значимыми управляющими параметрами процессов крашения кожевенно-мехового полуфабриката являются: величина окислительно-восстановительного потенциала и рН рабочей среды, температура; модуль ванны (обычно 2-3); содержание ПАВ и других компонентов, регулирующих смачивающий эффект и скорость выбирания красителей.



2. Основные функции АСУ ТП красильно-отделочного производства

В рассматриваемой АСУ ТП красильно-отделочного производства реализуются три группы функций и соответственно имеются три функциональные подсистемы: подсистема централизованного контроля и управления технологическими процессами в красильных аппаратах; подсистема оперативной подготовки режимов крашения и учета расхода ресурсов; подсистема диспетчерского управления. В составе указанных подсистем решаются комплексы задач, основной их перечень в таблице 1.

Таблица 1

Функциональные подсистемы и задачи АСУ ТП

Подсистемы	Задачи АСУ ТП	Комментарий
Централизованного контроля и управления технологическими процессами в красильных аппаратах	а) программное управление процессом крашения б) текущий контроль работы системы в) текущий контроль работы оборудования г) контроль выполнения и длительности операций загрузки и выгрузки д) управление автоматическим дозированием химикатов и, красителей е) контроль фактического поступления химикатов и красителей в аппарат	Реализация заданного графи-ка изменения температуры раствора, подачи химикатов и красителей Контроль и индикация критических отклонений параметров процесса (температуры, уровня) от заданных значений. Фиксация момента перехода на ручное управление (при сбоях в системе) Контроль включения и выключения оборудования
Оперативной подготовки режимов крашения и учета расчета ресурсов	а) выбор из внешней памяти по заданию на крашение соответствующих режимов б) контроль параметров пара в общих магистралях цеха. в) учет расхода пара, воды, химматериалов, простоев машин г) расчет доз химических материалов и начального уровня красильного раствора д) вывод информации о состоянии объекта управления	Обеспечивается возможность решения задач первой подсистемы Контроль температуры, давления и расхода пара в общих магистралях цеха Расчет ведется с учетом массы конкретной партии полотна (полуфабриката) Печать протоколов системы. Вывод на дисплей сообщений системы
Диспетчерское управление	а) составление оперативных (сменно-суточных) заданий на запуск партий полотна (полуфабриката) в производство б) построение плана-графика производства на смену (сутки) в) расчет загрузки красильных аппаратов	Выдаются рекомендации по составу заданий на очередную смену (сутки) с учетом запасов сырья на складе, хода выполнения плана, состояния оборудования, обеспеченности красителями и химикатами Устанавливается очередность запуска партий и рассчитывается календарный график их движения в производстве Осуществляется распределение партий полотна (полуфабриката) по аппаратам и коррекция технологических режимов с целью повышения эффективности использования оборудования



3. Описание блок-схемы общего алгоритма функционирования АСУ ТП

Реализация функций АСУ ТП осуществляется в результате организованного взаимодействия технических средств, информационного и программного обеспечения, а также оперативного персонала.

На рисунке 4 представлена блок-схема общего алгоритма функционирования АСУ ТП

Реализация функций управления технологическим процессом крашения начинается с ввода в ЭВМ (блок 1) информации о номере каждой партии, назначенной к обработке на конкретном красильном аппарате, артикуле полотна (полуфабриката), номере (шифре) цвета, массе партии.

Вводится также признак необходимости коррекции длительности операции крашения, который характеризует возникновение нежелательных ситуаций: простоев машин либо превышения для отдельных аппаратов режимного фонда времени.

Если требуется изменение признака (блок 2), то вводится желаемое значение длительности. Задача решается путем перехода от базовых к производным технологическим режимам, обеспечивающим требуемое качество красителя в растворе и длительность крашения (блок 3).

Следующий этап алгоритма (блоки 4 - 6) - расчет и выдача на печать рецептуры красильного раствора, расчет уровня раствора в красильном аппарате, доз химикатов и красителей, а также нормативной для заданной массы партии длительности ручных операций загрузки и выгрузки полотна (полуфабриката).

Блок 7 алгоритма осуществляет комплекс операций по подготовке технологического режима, который фактически должен быть реализован в определенном красильном аппарате.



Рисунок 4 - Блок схема общего алгоритма функционирования АСУ ТП

Этот комплекс операций включает выбор из информационной базы АСУ ТП исходного регламентированного режима, внесение в случае необходимости в этот режим изменений, определенных на этапе коррекции управляющих параметров, запись характеристик этого измененного (рабочего) режима в определенной зоне оперативной памяти ЭВМ. После выполнения перечисленных действий выдается сигнал о готовности системы к ведению процесса крашения.

Красильщик с помощью кнопки "Пуск", расположенной на приборном щите, вводит в ЭВМ сигнал, по которому запускается внутренний счетчик текущего времени Т (блоки 8, 9). Содержимое счетчика каждую минуту сравнивается (блоки 10, 11) с нормативной длительностью Т_рручной операции загрузки полотна (полуфабриката) в красильный аппарат. Если до истечения времени Т_рне поступает сигнала об окончании ручной операции с пульта красильщика, система выдает предупреждающий сигнал (блок 12).

После поступления сигнала об окончании операции загрузки осуществляется автоматическое программное управление процессом крашения в данном красильном аппарате. В системе предусмотрена возможность работы и в режиме ручного управления (блок 13).

Указание режима осуществляется красильщиком путем соответствующего переключения на приборном щите. При выборе автоматического режима система начинает программное управление процессом (блок 14). Осуществляется оно следующим образом: запускается счетчик текущего времени Т, из памяти ЭВМ последовательно выбираются значения моментов времени, в которые должны быть выполнены определенные команды (выдача уставок на локальные регуляторы, включение и выключение клапанов подачи и слива раствора и др.), и коды этих команд. Значения моментов выдачи команд сравниваются с текущим значением реального времени (содержимым счетчика времени); в случае совпадения этих значений происходит реализация соответствующих команд. При начальной установке счетчика времени в него записывается значение длительности крашения, которое затем каждую минуту уменьшается на единицу. Это позволяет в каждый момент установить время, оставшееся до окончания процесса. Когда содержимое счетчика становится равным нулю, выдается сигнал ''Процесс закончен" (блок 15) и команда на выгрузку полотна (полуфабриката) из данного красильного аппарата (блок 16). Алгоритм управления процессом крашения в этом аппарате закончен.

В зависимости от мощности ЭВМ на нее возлагаются функции управления одновременно несколькими процессами, протекающими в различных красильных аппаратах. В этом случае ЭВМ работает в так называемом мультипрограммном режиме.



4. Структура и состав технических средств АСУ ТП

Различают два варианта структур системы: централизованную и децентрализованную (иерархическую).

Централизованная структура характеризуется средоточием в едином центре процессов хранения информации и ее переработки при реализации всех функций системы. В качестве такого центра выступает управляющий вычислительный комплекс (УВК), построенный на базе достаточно мощной ЭВМ.

Централизованный вариант системы характеризуется наличием большого количества средств локальной автоматики, в том числе аналоговых регуляторов, работающих под управлением центральной ЭВМ. Вследствие ряда недостатков, среди которых относительно низкая надежность системы, сложность реализации программного управления одновременно большим количеством (до нескольких десятков) процессов, и невозможностью решения из-за ограниченной памяти диспетчерских задач параллельно с управлением процессами крашения, централизованные системы не получили в данном производстве дальнейшего развития.

Более предпочтительными оказались децентрализованные системы, в которых отдельные функции распределены по уровням управления и реализуются специально выделенными для каждой функции (или, если это возможно, группы функций) микроЭВМ. Кроме того, все красильные аппараты как объекты управления распределены между несколькими микроЭВМ, осуществляющими непосредственное (прямое) цифровое управление процессами крашения без использования аналоговых локальных регуляторов. Учитывая, что в подобных системах функции распределены между несколькими центрами обработки информации (микроЭВМ), их называют распределенными системами. Такие системы более надежные и экономичные. Лучшие эксплуатационные показатели достигаются за счет более высокой надежности микроЭВМ, сокращения средств локальной автоматики, длины кабельных связей. Существенно также, что в децентрализованных системах последствия отказа одной микроЭВМ не являются такими тяжелыми, как в централизованных, так как при этом нарушается режим управления лишь в нескольких аппаратах, подключенных к данной микроЭВМ. При сбое ЭВМ необходимо на этих аппаратах перейти на ручное управление процессами.

На рисунках 5 и 5.1 показаны структурные схемы централизованной и децентрализованной систем. Непременной принадлежностью систем являются устройства раздачи химикатов (химстанций), осуществляющие подачу химикатов и красителей в красильные аппараты (КА).

Рисунок 5 - Структурная схема централизованной АСУ ТП

В централизованной АСУ ТП в качестве центрального вычислителя используется мини - ЭВМ СМ-1. В состав УВК входят: процессор, устройства оперативной памяти, внешние запоминающие устройства на магнитных дисках (ВЗУ), устройства ввода-вывода, в том числе дисплеи Д, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), не показанные на схеме модули аналого-цифрового преобразования, усиления сигналов, устройства связи с объектами (УСО), с пультом оператора в другие модули и устройства.

Рисунок 5.1 - Структурная схема децентрализованной АСУ ТП (выдается на дисплей)

Средства локальной автоматики (СЛА) представлены устройствами из электрической ветви ГСП с унифицированными сигналами постоянного тока 0-5 мА. Для регулирования технологических параметров применена система «Каскад», которая обеспечивает ведение технологического процесса в трех режимах: режиме автоматического управления, при котором задающее воздействие поступает из ЭВМ на аналоговый регулятор, реализующий заданный закон регулирования; режиме автоматизированного управления, при котором задающее воздействие устанавливается оператором, обслуживающим красильный аппарат, с помощью органов управления, размещенных на местном приборном щите (пульте); режиме ручного управления, при котором управление исполнительными механизмами (клапанами подачи воды, химикатов, пара, слива раствора) осуществляется оператором с местного пульта.

Технической базой распределенной системы являются микроЭВМ СМ-1800. В состав технических средств входят, так же как и в централизованной системе, дисплеи, АЦПУ, ВЗУ, устройства связи с объектами, с пультами операторов и другие устройства и модули.

В децентрализованной системе нет локальных регуляторов, и микроЭВМ осуществляют непосредственное цифровое управление процессами крашения. ЭВМ, выполняющие эти функции, образуют нижний уровень АСУ ТП. Каждая ЭВМ этого уровня обслуживает 3-5 красильных аппаратов и образует вместе с ними так называемую автоматизированную технологическую группу (АТГ). Таким образом, нижний уровень АСУ ТП - это совокупность нескольких АТГ.

На следующем уровне реализуются функции подсистемы оперативной подготовки режимов крашения и учета расхода ресурсов (таблица 2). Для этой цели используются микроЭВМ, соединенные линиями связи с ЭВМ нижнего уровня. По этим линиям передаются в эти ЭВМ данные о режимах крашения для партийполотна (полуфабриката), назначенных к обработке на конкретных красильных аппаратах. На следующем верхнем уровне обрабатывается информация, относящаяся к производству (цеху) в целом. На этом уровне реализуются функции диспетчерского управления. МикроЭВМ этого уровня могут обмениваться информацией с ЭВМ среднего уровня и через них с АТГ. Такая структура позволяет рационально разместить информацию, используемую при управлении, в памяти ЭВМ разных уровней.

Важным свойством децентрализованных систем наряду с высокой надежностью является большая гибкость системы, что проявляется в более простом расширении масштабов системы путем подключения дополнительных АТГ, устойчивости системы к изменению типов красильных аппаратов. У децентрализованных систем имеются и недостатки, один из которых состоит в увеличении доли аппаратуры, выполняющей вспомогательные функции по обеспечению обмена данными. Тем не менее, именно распределенные системы считаются в настоящее время наиболее перспективными.

5. Информационное и программное обеспечение АСУ ТП

Информационное обеспечение включает технологическую, технико-экономическую, справочную и оперативную информацию.

Технологическая информация - это сведения о заданных значениях технологических параметров процесса крашения: температуры, давления пара, расхода и т.п.

Технико-экономическая информация - это сведения о плане выпуска продукции, простоях машин, технико-экономической эффективности.

Справочные данные составляют нормы расхода химикатов и красителей, наименования и коды артикулов полотна (полуфабриката), красителей, оборудования и т.п.

К оперативной информации относятся сведения о фактическом выпуске продукции по артикулам полотна (полуфабриката), состоянии оборудования, значениях параметров технологических процессов и др.

Вся используемая информация определенным образом закодирована в виде организованных массивов (файлов) хранится в памяти ЭВМ. Информационная база - совокупность баз данных, размешенных в памяти ЭВМ соответствующих уровней системы управления. В базе данных верхнего уровня хранятся сведения о регламентированных режимах крашения для всех артикулов полотна (полуфабриката), типов красителей и характеристик цветности. Выборки из этих сведений на каждый день, определяемые на основе оперативных сменно-суточных заданий, передаются на средний уровень. Для выполнения процесса крашения конкретной партии необходимые для этого сведения передаются со среднего уровня на нижний.

При работе системы формируются различные выходные сообщения о ее функционировании. Часть из них (оперативные сообщения) выдается на дисплей, другие (сообщения учетного характера) печатаются на АЦПУ по установленным формам в виде документов.

Программное обеспечение (ПО) включает общее и специальное обеспечение. Общее ПО - это группы служебных программ (операционная система), необходимых для обеспечения эффективной работы всех технических средств в процессе функционирования системы, а также для повышения удобства работы пользователей и технического обслуживания системы. Операционная система обеспечивает управление процессами в реальном времени, т.е. в темпе протекания управляемого процесса, а также работу УВК по управлению процессами крашения одновременно в нескольких красильных аппаратах (мультипрограммный режим работы УВК).

Специальное, или прикладное, ПО предназначено для решения функциональных задач АСУ ТП. Прикладное ПО разрабатывается при создании конкретной системы, хотя при этом и не исключается применение стандартных или ранее разработанных программ.

автоматический программный красильный отделочный



6. Комплекс технических средств АСУ ТП красильно-отделочного производства

Комплекс технических средств (КТС) АСУ ТП состоит из двух основных частей: средств локальной автоматики (СЛА) и средств вычислительной техники (СВТ).

Системы локальной автоматики содержат средства контроля, регулирования, управления, включая исполнительные механизмы

В традиционных схемах автоматизации красильно-отделочных производств управление технологическими процессами осуществлялось вручную с использованием показывающих средств контроля, что не позволяло создавать взаимосвязанную систему управления всем комплексом технологических процессов в целом. Последнее стало возможным с появлением и развитием КТС, позволяющего реализовать АСУ ТП.

На базе СВТ создаются УВК, включающие собственно ЭВМ (мини- или микроЭВМ), периферийное оборудование (дисплеи, печатающие устройства, диски) и устройства связи с объектом (УСО).

Устройства связи с объектом представляют собой специализированные по типу обрабатываемой информации или сигналов технические средства, построенные по модульному принципу, к которым в основном относятся: модуль ввода аналоговой информации (МВВА), модуль вывода аналоговой информации (МВА), модуль ввода числоимпульсных сигналов (МВВЧ), модуль ввода дискретной информации (МВВД), модуль вывода дискретной информации (МВД).

Упрощенно объект управления можно представить как состоящий из общецеховых магистралей (пара, воды, сжатого воздуха, электроэнергии) и непосредственно красильных аппаратов с химической станцией (рисунок 6).

Для практической реализации задач АСУ ТП в зависимости от состава оборудования требуется контролировать ряд параметров, представленных в таблицах 2 и 3.

Для красильных аппаратов с химической станцией необходимо контролировать: расход химикатов и красителей; температуру, уровень, управление главным приводом в красильных аппаратах периодического действия; начало подачи химикатов; управление клапанами пара, воды, слива раствора; управление дозированием химикатов; признаки режима работы машины; команды УВК на выполнение ручных операций; начало выполнения ручных операций; состояние главного привода машины.

Рис. 6. Функциональная схема автоматизации (красильный аппарат МКП-1, химстанция)

Таблица 2

Характеристики средств измерения входных параметров красильной машины с химической станцией

Позиция по рисунку 6	Измеряемые параметры	Вид сигнала	Уровень сигнала	Тип датчика или приемника
01-ВV1	Расход химикатов и красителей	Число-импульсный	Сухой контакт	Пневмореле
111-ВС	Температура раствора в красильной машине	Аналоговый	47,71-86,87 Ом	ТСМ-5071 5Ц2.821 310-03
112-ВN	Уровень раствора	Аналоговый	0-5 мА	РУС-В-122-ПСФ-1,0-1,0
113-ВN	Начало подачи химикатов в приемный бак	Дискретный	Сухой контакт	СУС-14-ПП - 01И- 1(0.25)
1-S2	Признак режима работы машины	Дискретный	Сухой контакт	Тумблер ТП1-2
1-S3	Начало выполнения ручных операций	Дискретный	Сухой контакт	Тумблер ТП1-2
КМ	Состояние главного привода	Дискретный	Сухой контакт	Магнитный пускатель

Таблица 3

Характеристика средств измерения выходных параметров красильной машины с химической станцией

Позиция по рисунку 6	Измеряемые параметры	Вид сигнала	Уровень сигнала	Тип датчика или приемника
112-РАН	Управление главным приводом машины	Позиционный	Сухой контакт	Магнитный пускатель
114-ВХ1	Управление клапаном пара	Аналоговый	0,02-0,1 МПа	25ч32НЖ
115-ВХ	Управление клапаном воды	Позиционный	0,02 - 0,14 МПа	В3-4
116-ВХ	Управление клапаном слива	Позиционный	0,02 - 0,14 МПа	МИМ ППХ -250-25-016-11
117-ВХ1	Дозирование химикатов	Позиционный	0,02 - 0,14 МПа	Электропневмо преобразователь П1ПР5
1-Н1	Команды УВК на выполнение ручных операций	Позиционный	24В	Сигнальные табло ТКМ 1-1-1А

Основные характеристики средств измерения, контроля и индикации, применяемые в АСУ ТП красильно-отделочных производств, приведены в табл. 4, где для каждой позиции схемы автоматизации указаны параметры, вид и уровень сигнала, тип используемого датчика или приемника информации.

Рассмотрим более подробно функциональную схему автоматизации для различных параметров (рисунок 6). На этой схеме, использованы следующие буквенные обозначения: Т - температура; Е - любая электрическая величина (напряжение, ток); Р - расход; РТ - прибор для измерения давления бесшкальный, с дистанционной передачей показаний; FТ- прибор для измерения расхода бесшкальный, с дистанционной передачей показаний; Q -интегрирование, суммирование; ТY - преобразователь сигналов, входной и выходной сигналы - электрические; Е/Е - преобразователь электрических сигналов; L - уровень; I - показание; LТ - преобразователь уровня с дистанционной передачей показаний; РY - преобразователь сигналов; Е/Р -преобразователь электропневматический; Н - ручное дистанционное управление; НS - пневмотумблер; NS - включение, отключение привода машины.

Все элементы схемы имеют позиционные обозначения (буквенно-цифровые), предназначенные для записи сведений об элементах схем: ВС -термопреобразователь сопротивления; В - диафрагма; I - сосуды конденсационные; V - преобразователи неэлектрических величин в электрические; ВР - дифманометр бесшкальный, РSI- измерительный прибор интегрирующий; РI- счетчик электрический; ВN - датчик уровня; М -исполнительный механизм; РА -- амперметр; РАН -- амперметр сигнализирующий; ВХ - преобразователь; Z - задатчик; S - пневмотумблер; H - световое табло; ВS - электрический звонок; КМ- магнитный пускатель.

Поясним смысл цифровых обозначений на примере преобразователя сигналов: РY- функциональный признак, отражает функции прибора, условное обозначение которого используется только на функциональной схеме автоматизации; 115-ВХ - позиционное обозначение, в котором 1 - номер красильной машины, 15 - порядковый номер измерительного прибора, ВХ -преобразователь; Е/Р - входной сигнал электрический Е, выходной пневматический Р. Схемы автоматизации составляются на основе принципиальных схем для отдельных параметров. Порядок рассмотрения принципиальных схем должен соответствовать переходам на функциональной схеме слева направо от одной схемы к другой.

7. Принципиальная электрическая схема красильного аппарата

Схема контроля расхода двух химикатов представлена на рисунке 7. При подаче химиката в красильную машину замыкаются контакт реле протока РПИ-20-1 (рисунок 7а), поз. 10-ВV1 и 10-ВV2, напряжение подается на катушку реле РПУ-0, поз. 10-К1 (рисунок 7б), при замыкании контакта которого сигнал поступает через модуль МВВЧ в УВК, где производится обработка сигналов и учет расхода химикатов.

Рисунок 7 (а, б) - Принципиальная схема контроля расхода химикатов

Температура раствора в ванне контролируется термопреобразователем сопротивления ТСМ - 5071, поз. 111-ВС (рисунок 8). Изменение сопротивления преобразуется преобразователем ПТ-ТС-68, поз. 111-U, в пропорциональный сигнал, который разветвляется посредством двух последовательно и одного встречно включенных стабилитронов КС 156, поз. 1-U1, 1-U2, 1-U3 на два параллельных сигнала. Один сигнал подается на миллиамперметр М1690, поз. 111-РА, длявизуального контроля температуры раствора, второй - через резистор, поз. 1-R1, на вход 1 модуля ввода аналоговых сигналов МВВА, входящего в КТC.

Уровень раствора контролируется уровнемером типа РУС, состоящего из первичного преобразователя, поз. 112-U, и измерительного преобразователя, поз. 112-PAH(рисунок 6), выходной сигнал которого разветвляется на два параллельных сигнала. Один сигнал подается на миллиамперметр, поз. 112-РАН, для визуального контроля уровня раствора в ванне, второй через резистор на вход модуля МВВА. Миллиамперметр снабжен электроконтактным устройством, нормально - разомкнутый контакт которого замыкается в момент достижения раствором нижнего уровня при сливе и через промежуточное реле и магнитный пускатель воздействует на главный привод красильной машины, отключает его и подготавливает цель к повторному включению.

Рисунок 8 - Принципиальная схема контроля температуры раствора в ванне

Начало подачи растворов и химикатов в приемный бачок контролируется уровнемером типа СУС, состоящим из первичного преобразователя, поз. 113-BN, и вторичного преобразователя, поз. II3-U, замыкающего свой контакт в момент начала подачи любого из химикатов. Схема построена таким образом, что напряжение в цепь контакта подается только при замыкании контакта тумблера ТП1-2, поз. 1-S2, происходящего при работе красильной машины в автоматическом режиме.

Управление клапаном пара, а, следовательно, и температурой раствора осуществляется в двух режимах (рисунок 9). В состоянии тумблера, поз. 1-S2, "Автомат" напряжение подается на электрический вход электропневмо-преобразователя, поз. 114-BX1. При этом на выходную пневмоклемму 1 преобразователя подается управляющий пневматический сигнал с входной пневмоклеммы 11, т.е. преобразованный электропневмо-преобразователем типа ЭПП, поз. 114-ВХ2. аналоговый управляющий сигнал от выхода 1 модуля вывода аналоговых сигналов MBА. Управляющий пневматический сигнал с пневмоклеммы 1 преобразователя, поз. 114-BX1, поступает на клапан пара, поз. 114-М, снабженный мембранным пневматическим исполнительным механизмом, открывающим (закрывающим) клапан пропорционально величине сигнала. Одновременно сигнал подается на манометр типа МТ, поз. 114-ВР, для визуального контроля его величины.

Рисунок 9 - Принципиальная схема управлением клапана пара

При переключении тумблера, поз. 1-S2, из состояния «Автомат» в состояние «Ручное» снимается напряжение с электрического входа электропневмо-преобразователя, поз. 114-ВХ1. При этом на выходную пневмоклемму 1, а значит, и на клапан пара и манометр подается управляющий сигнал с пневмоклеммы 12, уровень которого устанавливается ручным пневмозадатчиком, поз. 114-Z. При переходе с автоматического режима на ручной, если необходимо продолжить процесс крашения, красильщик должен выставить ручным задатчиком вначале такой же уровень управляющего сигнала, какой был в состоянии «Автомат». В дальнейшем уровень сигнала должен соответствовать режиму обработки.

Управление клапаном воды, а следовательно и заполнением ванны, осуществляется также в двух режимах. В состоянии «Автомат» сигнал с выхода модуля МВД поступает на электропневмо-преобразователь, поз. 115-ВХ (рисунок 6), который открывает доступ воздуха на открытие клапана воды. При переходе тумблера в состояние "Ручное" дискретный управляющий сигнал формируется пневмотумблером, поз. 1I4-S.

Управление сливом раствора из ванны осуществляется таким же образом. В СЛА входят и схемы управления дозированием химикатов, обеспечивающие сопряжение комплексов управления химической станции с самой автоматизированной химической станцией цеха.

Схема построена таким образом, что управление дозированием химикатов может осуществляться как с пульта химстанции, так и от КТС, при этом приоритет отдается управляющим сигналам от КТС.

Рисунок 10 - Принципиальная схема выбора красильных машин

На рисунке 10 показана схема выбора красильных машин для установки раздатчика химикатов в положение, необходимое для дозирования химикатов к выбранной красильной машине. Выбор осуществляется следующим образом.

При включении выхода МВД по электрической цепи +24В - контакты (1) и (2) преобразователя П1.ПР.5, поз. 117-ВХ - выход МВД - -24В срабатывает П1.ПР.5 и коммутирует пневматическую цепь «Р_пит = 0,14 МПа - клеммы 11 и 1 - раздатчик», устанавливая последний в соответствующее положение для выбранной красильной машины. При отключении выхода МВД вышеуказанная электрическая цепь размыкается и коммутируется пневматическая цепь - «пульт химстанции и клеммы преобразователя П1.ПР.5 12 и 1 - раздатчик». В этом случае выбор положения раздатчика осуществляется с пульта химической станции. Количество преобразователей определяется количеством красильных машин.

Рисунок 11 - Принципиальная схема управления дозированием химикатов

Рисунок 11 поясняет принцип дозирования химикатов в красильные машины. Работа схемы по включению эрлитных дозаторов для дозирования выбранных химикатов в красильную машину аналогична работе схемы по выбору положения раздатчика. Количество преобразователей определяется количеством дозируемых химикатов.

Контроль признака режима работы красильной машины осуществляется следующим образом. Когда красильщик устанавливает тумблер, поз. 1-S2 (рисунок 6), в положение «Автомат», контакт тумблера подключен ко входу модуля МВВД. Его замыкание выдает информацию о том, что красильная машина работает в автоматическом режиме. При этом горит световое табло, поз. 1-H1 (рисунок 6).

Рисунок 12 - Принципиальная схема контроля ручных операций

Контроль начала выполнения операции и ее длительности осуществляется следующим образом (рисунок 12). Выходы модуля вывода дискретных сигналов МВД управляет включением одного из пяти световых табло, поз. 1-H2...1-H6, каждое из которых соответствует определенному номеру ручной операции с №1 по №5 согласно режиму крашения (загрузка, выгрузка полотна (полуфабриката), переход на ручной режим, подача химиката, превышение времени ручных операций). При загорании любого из пяти табло на звонок, поз. 1-BS, подается напряжение. Красильщик, услышав звуковой сигнал и определив по надписи на табло номер ручной операции, включает тумблер ТП1-2, поз. 1-S3, и приступает к ее выполнению. При этом контакт тумблера 1-3, подключенный ко входу МВВД, замыкается, что дает информацию о начале ручной операции; другой контакт тумблера 6-4 размыкается и отключает звонок. При поступлении сигнала о начале ручной операции КТС отключает табло и начинает отсчет времени выполнения ручной операции. Закончив выполнение ручной операции, красильщик выключает тумблер, поз. 1-S3. При этом контакт тумблера 1-3 размыкается, что дает информацию об окончании ручной операции; контакт тумблера 6-4 замыкается, подготавливая тем самым цепь к приему команды на начало следующей ручной операции.

Контроль состояния главного привода осуществляется промежуточным реле РПУ (на схеме не указано), обмотка которого включена в цепь магнитного пускателя, поз. КМ (рисунок 6). Контакт реле замыкается три появлении напряжения в цепи, т.е. в момент включения пускателя. Контакт реле запитан напряжением 24 В постоянного тока и подключен ко входу модуля ввода дискретных сигналов МВВД.

Работа СЛА других красильных машин аналогична описанным выше.

8. Размещение средств автоматизации и вычислительной техники на щитах красильного аппарата

На рисунке 13 дан общий вид щита красильного аппарата, на котором размещены средства визуального контроля и управления технологическими параметрами крашения, позволяющими вести технологический процесс в автоматическом и ручном режиме управления.

На фасаде щита размещена аппаратура контроля и управления, позиционные обозначения которой соответствуют функциональной схеме автоматизации: табло (поз. 1-Н1... 1-Н6); миллиамперметр (поз. 111-РА) для контроля температуры; миллиамперметр (поз. 112-PA) для контроля уровня; измерительный преобразователь уровня (поз. 112-U); тумблеры, поз. 1-S1 - отключение главного привода, поз. 1-S2 - выбор режима управления, поз. 1-S3 - начало выполнения ручных операций; манометр, поз. 114-ВР, для контроля давления питания; пневмотумблеры, поз. 115-S, 116-S, для управления клапаном воды и клапаном слива раствора; задатчик, поз. 114-Z, для управления клапаном пара, поз. 1-S4 - опробование сигнализации.

Выше рассмотрены функциональные схемы автоматизации и принципиальные схемы контроля и управления основными технологическими параметрами красильно-отделочного производства. Указанные в этих схемах средства автоматизации, вычислительной техники (датчики, приборы, щиты и др.) размещаются в различных помещениях, на технологическом оборудовании, поэтому для обеспечения связи между ними их функционирования разрабатывается схема соединений внешних проводок.



Рисунок 13 - Щит красильной машины (общий вид)



9. Схемы соединений внешних проводок параметров красильного аппарата

На схемах соединений сверху поля чертежа размещают таблицу с поясняющими надписями: наименование параметра и место отбора импульса, обозначение монтажного чертежа, позиции по функциональной схеме автоматизации.

Под таблицей располагают приборы и средства автоматизации, устанавливаемые непосредственно на технологическом оборудовании и трубопроводах.

Датчики, исполнительные механизмы и другие средства автоматизации изображают монтажными символами по заводским инструкциям. При этом внутри символа указывают номера зажимов и подключение к ним жил кабеля или проводов. Маркировку жил наносят вне монтажного символа в соответствии с принципиальными электрическими схемами.

Щиты, стойки вычислительного комплекса изображают в виде прямоугольников в средней части чертежа. Внутри прямоугольника указывается наименование щита, стойки.

Первичные и внещитовые приборы, щиты, стойки соединяют между собой электрическими и пневматическими кабелями, проводами, а также трубопроводами (импульсными, командными, защитными и др.), которые показывают на схемах отдельными сплошными линиями.

Выбор проводов, кабелей, труб, а также способ их прокладки производят в соответствии с нормативными материалами.

Для каждой внешней электрической проводки приводят ее техническую характеристику, для кабелей - марку, количество и сечение жил, длину кабеля; для металлорукава - тип, длину; для трубы - диаметр, толщину стенки и длину.

Контрольным кабелям и защитным трубам, в которых проложены жгуты проводов, присваивают порядковые номера: 1, 2, 3 и т.д.

Трубным проводкам (импульсным, командным и т.д.) присваивают порядковые номера с добавлением перед ними индекса 0, 01, 02, 03 и т.д.

Номера кабелей, трубопроводов проставляют в окружностях, помещенных в разрывах изображений проводок.

На рисунке 14 нумерация кабелей, труб отображает их принадлежность к конкретной машине №1, для этого номера кабелей, труб дополнены индексами, например: 1-1, 1-2 ,1-01 и т.д.

Рассмотрим пример составления схемы соединений внешних проводок для контура контроля температуры раствора, для этого используем функциональную схему автоматизации (рисунок 6) и принципиальную схему контроля температуры раствора (рисунок 8). Термопреобразователь ТСМ-5071 (функциональный признак - ТЕ, поз. 111-ВС) установлен на ванне красильной машины №1 по типовому чертежу установки ТМ4-157-75. Преобразователь ПТ-ТС-68 (функциональный признак - ТЕ, поз. 111-U, входной и выходной сигналы электрические - Е/Е) установлен внутри щита красильной машины.

Для соединения между собой термопреобразователя ТСМ-5071 и преобразователя ПТ-ТС-68 в соответствии с эксплуатационной документацией на приборы необходим кабель КВВГ (кабель контрольный с медными жилами, с поливинилхлоридной изоляцией в поливинилхлоридной оболочке). Выбираем КВВГ4х1,0 мм² [3] длиной 6 м (определяется в зависимости от размещения по плану термопреобразователя и щита); 4 - количество жил; 1,0 - сечение жил в мм²; [3] - количество используемых жил.

Кабель проложить в трубе 20x2,5 длиной 12 м для защиты от механических повреждений между ванной и щитом.

Маркировка жил кабеля 1-1, 1-2, 1-3 проставлена в соответствии с принципиальной схемой (рисунок 10), а самого кабеля 1-1.

Аналогичным образом составляются схемы внешних соединений для других параметров.

Схемы соединений внешних проводок используются для составления заказных спецификаций на кабели, провода, трубопроводы, металлорукава, материалы зануления проводников и узлы присоединения их к оборудованию и при проведении монтажных работ.

Наименование параметра и место отбора импульса	Красильная машина № 1
	Ванна	Сливной канал	Приемный бачок	Подводящие трубопроводы	Щит управления приводом
	Температура раствора	Уровень раствора	Управление клапаном слива	Начало подачи химикатов	Управление клапаном пара	Управление клапаном воды	Главный привод
							Состо-яние	Блоки-ровка
Обозначение монтажного чертежа	ТМ4-157-75
Позиция	111-ВС	112-BN	1=16 м	113-BN	1=14 м	1=15 м

Рисунок 14. - Схема соединений внешних проводок для контура контроля температуры раствора



Список литературы

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов в красильно-отделочном производстве / В.А. Климов, М.М. Телемтаев, А.В. Архипов и др. - М.: Легпромбытиздат, 1989. - 288 с.

2. Проектирование систем управления/Е.В. Прокофьев и др. Екатеринбург, 1995.-115 с.

3. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. Справочное пособие / А.С. Клюев и др.; Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 488 с.

4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие/А.С. Клюев, Б.В. Глазов и др.; Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.

5. Монтаж средств измерений и автоматизации: Справочник / К.А. Алексеев, В.С. Антипин и др.; Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 488 с.

6. Романычева Э.Т. и др. Автоматизация разработки и выполнения конструкторской документации: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 1990. -176с.

Размещено на Allbest.ru