Графические тренды оборудования и процесса

В системе управления представлены следующие группы трендов:

1. расход иловой смеси на флотатора SDC-49 (FIC-9101)

* текущий расход (FIC-9101_PV);

* задание расхода (FIC-9101_SP);

* задание скорости на ЧП подающего насоса №1 (SC_9102_FO);

* задание скорости на ЧП подающего насоса №2 (SC_9103_FO)

2. дозировка флокулянта в иловую смесь на флотатор

* текущий расход (FIC-9101_PV);

* задание скорости на ЧП дозирующего насоса №1 (SC_9133_FO);

* задание скорости на ЧП дозирующего насоса №2 (SC_9134_FO)

3. работа оборудования удаления флотошлама (NIC-9104)

* задание скорости на ЧП сборника (SC_9105_FO);

* задание скорости на ЧП каретки (SC_9106_FO)

4. токовая нагрузка рециркуляционного насоса 07-Р1104

5. токовая нагрузка подающих насосов иловой смеси

* подающий насос иловой смеси №1 (07_P1102_C);

* подающий насос иловой смеси №2 (07_P1103_C);

6. давление на АДТ 07-1102

* текущее давление в камере АДТ (PI-9116);

* текущее давление перед камерой АДТ (PI-9174)

7. давление на АДТ 07-1103

* текущее давление в камере АДТ (PI-9123);

* текущее давление перед камерой АДТ (PI-9175)

8. уровень в баке сфлотированного ила 07-142 (LIA-9100)

9. уровень в баке сфлотированного ила 07-Т1002 (LIA-9084)

10. уровень в баке осветленных вод 07-Т1003 (LIA-9087)

Каждая линия тренда имеет свой цвет, расшифровка которого представлена в меню «ЛЕГЕНДА» на экране трендов.

Хранение данных на ТР-панели

ТР-панель позволяет хранить некоторое время последние данные по сигнализациям и графическим трендам. Т.к. оперативная память данного типа панелей не очень большая, то данные сохраняются около 1 недели. В течении этого времени можно их просмотреть путем активизации функций АРХИВ на экране сигнализаций и трендов. По прошествии времени наиболее старые данные стираются а свежие записываются в АРХИВ.

Имеется возможность стереть АРХИВ, данная функция закрыта паролем уровня ТО.



Данные по расходу стоков на флотатор

В программе используется обработка данных поступающих с расходомера и создание суточного счетчика объема иловой смеси подаваемой на флотатор. По окончании суток данные с этого счетчика сохраняются в недельной базе данных, а счетчик обнуляется и начинает считать расход следующих суток.

Данные по расходу (в м3) содержатся в таблице с указанием числа которому эти данные принадлежат. Возможен просмотр данных за последние 7 дней (неделю). По окончании суток самая старая запись исчезает, но появляются данные за последние сутки.

Сервисные функции

Используются для системных настроек, работе с коммуникацией PLC, установке системных параметров, паролей пользователя, диагностике PLC (всё это доступно только специалистам АСУ)

Кроме этого возможно переключение языка операторского интерфейса и функции сервиса ТР-панели (контрасность, чистка экрана). Эти функции доступны оператору.

Навигация по экранам ТР-панели

Рисунок 6.1.2.1 - Запуск автоматического режима

Показан момент запуска АВТОМАТИЧЕСКОГО режима. В данный момент еще активен РУЧНОЙ режим (клавиша зеленая), но звучит сигнальный горн (изображен мигающим вверху) и мигает клавиша «АВТОМАТ». Оборудование флотатора еще не запущено (указанные значения токовой нагрузки незапущенных насосов и давление на АДТ - ошибка симуляции (прим. Автора)). Один из подающих насосов электрически выключен, но второй исправен и выбран на запуск (зеленая точка), поэтому запуск АВТОМАТИЧЕСКОГО режима возможен. Уровни баков 07-142, 07-Т1002, 07-Т1003 находятся в допустимых пределах (нет желтого и красного цветов бар-трендов уровней).

Рисунок 6.1.2.2: Предупредительная сигнализация на АДТ №2

Показан момент работы в АВТОМАТИЧЕСКОМ режиме. Всё необходимое оборудование в работе.

Перепад давлений входа/выхода на АДТ №2 (нижний) меньше установленного предела (на АДТ №1 перепад 0,5 бар, а на АДТ №2 - 0,1 бар). Процесс продолжается, но показание давления в АДТ №2 отображается на желтом сигнализационном поле. Оператор, согласно инструкции, должен предпринять действия для устранения данной ситуации.



Рисунок 6.1.2.3: Критически высокий уровень в баке избыточного ила

Показан момент работы в АВТОМАТИЧЕСКОМ режиме. Всё необходимое оборудование в работе. В баке избыточного ила критически высокий уровень (более 4.5 м). Бар-тренд отображения уровня в красном цвете. Т.к. данная ситуация является для данной системы предупредительный, то процесс продолжается с установленной производительностью (220 м3/час - белые цифры около расходомера задания, 219 м3/час - черные цифры около расходомера текущий расход). Под отображением текущего расхода - значение суточного счетчика расхода иловой смеси (в м3). Желтая полоса в флотаторе говорит о том, что присутствует папка флотошлама средней плотности. Скорость сборника зависит от плотности папки. Кнопка сигнализации мигает желтым, т.к. присутствует только предупредительная сигнализация по критическому уровню в баке избыточного ила.

Активна блокировка по низкому уровню в баке флокулянта (бак показан белым цветом, мигает обозначение - LS). Основной подающий насос (отмечен зеленой точкой) и дозировочный насосостановлены (указанное значение токовой нагрузки незапущенного подающего насоса - ошибка симуляции (прим. Автора)). Задание на регулятор расхода -100 м3/час (задание при блокировке).



Рисунок 6.1.2.4: Аварийная блокировка оборудования подачи и дозировки

Оборудование АДТ и оборудование удаления флотошлама работают экстра время. Папки флотошлама нет, сборник работает на установленной скорости «холостого» хода. Клавиша «АВТОМАТ» заблокирована (желтый цвет), т.к. присутствует активная аварийная блокировка.

Клавиша «СЕРВИС» заблокирована, т.к. некоторое оборудование еще в работе. Клавиша «РУЧНОЙ» мигает зеленым на период экстра работы. Клавиша «СИГНАЛ» мигает красным (аварийная блокировка).

Рисунок 6.1.2.5: Аварийная блокировка оборудования удаления флотошлама

Сработала блокировка по потере обратной связи во время работы на двигателе спирального сборника (мигает изображение мотора). Двигатель каретки остановился по блокировке неисправности спирального сборника. Основной подающий насос (отмечен зеленой точкой) и дозировочный насос корректно остановлены. Задание на регулятор расхода -100 м3/час (задание при останове по блокировке). Оборудование АДТ работает установленное экстра время. Клавиша «АВТОМАТ» заблокирована (желтый цвет), т.к. присутствует активная аварийная блокировка. Клавиша «СЕРВИС» заблокирована, т.к. некоторое оборудование еще в работе. Клавиша «РУЧНОЙ» мигает зеленым на период экстра работы. Клавиша «СИГНАЛ» мигает красным (аварийная блокировка).

Рисунок 6.1.2.6: Аварийная блокировка оборудования по измерению уровня

Система диагностировала неисправность измерения уровня в баке избыточного ила (мигает «НЕИСП.», бар-тренд уровня - фиолетовый). Оборудование подачи ила и дозировки флокулянта корректно остановлены. Задание на регулятор расхода -100 м3/час (задание при останове по блокировке). Оборудование АДТ и оборудование удаления флотошлама работают установленное экстра время. Плотность папки флотошлама высокая (коричневая линия), сборник работает на установленной для этого скорости. Каретка работает на установленной скорости для экстра работы.

Клавиша «АВТОМАТ» заблокирована (желтый цвет), т.к. присутствует активная аварийная блокировка. Клавиша «СЕРВИС» заблокирована, т.к. некоторое оборудование еще в работе. Клавиша «РУЧНОЙ» мигает зеленым на период экстра работы.



Клавиша «СИГНАЛ» мигает красным (аварийная блокировка).

Рисунок 6.1.2.7: пример ручного управления (1)

Установлен РУЧНОЙ режим (клавиша «РУЧНОЙ» горит зеленым цветом). Никакое оборудование еще не запущено и переключение в «СЕРВИСНЫЙ» режим возможно (клавиша «СЕРВИС» серая).

Вызвано окно ручного управления для рециркуляционного насоса. Вызов окна осуществляется нажатием на необходимое оборудование. В вызванном окне указано название управляемого оборудования («РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС 07-Р1104»), текущий режим, и клавиши оперативного управления «СТАРТ», «СТОП». Клавиша «НАЗАД» закроет окно без изменения статуса оборудования. Нажатие клавиши «СТАРТ» в текущем состоянии должна привести к запуску рециркуляционного насоса, но этого не произойдет, т.к. клапан воздуха на АДТ не открыт. После нажатия клавиш «СТАРТ» или «СТОП» окно закрывается.



Рисунок 6.1.2.8: Пример сервисного управления (1)

Установлен СЕРВИСНЫЙ режим (клавиша «СЕРВИСНЫЙ» горит зеленым цветом). Некоторое оборудование запущено и переключение в «РУЧНОЙ» режим невозможно (клавиша «РУЧНОЙ» желтая). АВТОМАТ из СЕРВИСНОГО режима запущен быть не может. Клавиша «СИГНАЛ» мигает красным, т.к. ошибку имеет подающий насос №1. Данный экран хорошо иллюстрирует особенности СЕРВИСНОГО режим, т.к. рециркуляционный насос АДТ запущен без открытия клапана воздуха на АДТ, дозаторный насос №1 - ЧП включен при задании 0%, ЧП спирального сборника имеет задание но не включено.

6.1.3 Механические и технологические параметры процесса дозирования флокулянта:

­ Номинальная концентрация флокулянта в растворе массовая, %: 0,1.

­ Диаметр условного прохода трубопровода подачи флокулянта Ду, мм: 25.

­ Управление запорными клапанами: ручное.

­ Производительность установки дозирования флокулянта минимальная, м3/час: 0,0.

­ Производительность установки дозирования флокулянта максимальная, м3/час: 1,0

­ Погрешность поддержания расхода флокулянта в установившемся режиме: не более 2%.

­ Управление производительностью насосов подачи флокулянта - существующие частотные преобразователи - позиции SC9133, SC9134.

­ Входной сигнал цепи управления существующими ЧП насосов подачи флокулянта: токовая петля 4-20 мА.

­ Формула для расчета задания расхода флокулянта:

F_{фл.задание} = K_{p фл} * F_{фл.макс} * F_{ила измер текущий}/F_{ила измер. макс ,}

где K_{p фл} - коэффициент преобразования, принимающий значения в диапазоне от 1 до 25 с шагом 0, 1.

Значение коэффициента преобразования находится по заранее рассчитанным таблицам, исходя из марки применяемого в настоящий момент полимера, на основании лабораторных данных о текущих концентрации и гранулометрическом составе избыточного ила в сборнике, а также текущей концентрации флокулянта.

Табличные значения рассчитаны отдельно для каждой марки применяемого флокулянта по рекомендациям и формулам производителей и скорректированы в процессе их натурных испытаний.

Таблицы значений коэффициента преобразования являются интеллектуальной собственностью ЗАО «Интернешнл Пейпер» и не могут быть частично или полностью опубликованы в данном дипломном проекте.

6.1.4 Основная текущая процедура управления производительностью установки дозирования флокулянта

­ Оператор с локального пульта управления флотационной установкой или мастер смены с центрального пульта управления очистными сооружениями переводят флотатор в ручной режим работы. При этом выходы системы управления флотатором фиксируются и поддерживаются в состояниях, существовавших в момент перехода в ручной режим, автоматическое управление полностью отключается.

­ Оператор или мастер смены вручную вводят в систему управления новое значение коэффициента преобразования K_{p фл}, после чего переводят систему управления флотатором в автоматический режим работы.

­ АСУТП установки установки напорной флотации устанавливает и поддерживает с необходимой точностью производительность узла дозирования флокулянта в соответствии с текущим расходом избыточного ила.

Ввод нового коэффициента преобразования может производиться после получения данных очередной серии лабораторных анализов, а также должен производиться при каждой смене марки или концентрации полимера в растворе.

6.2 Предлагаемая схема модернизации узла дозирования раствора флокулянта

Для достижения необходимой точности дозирования раствора флокулянта предлагаю ввести в технологическую схему узел измерения текущего расхода раствора флокулянта, а в существующем программируемом логическом контроллере управления установкой напорной флотации дополнительный контур регулирования подачи раствора флокулянта с обратной связью по текущему фактическому расходу флокулянта. Предлагаемая технологическая схема узла дозирования флокулянта показана на рисунке 6.2.1., а структурная схема системы автоматического управления установкой напорной флотации в части подачи избыточного ила и флокулянта - на рисунке 6.2.2. Утолщенными линиями на схемах показаны вновь вводимые или изменяемые элементы.



Рисунок 6.2.1 Предлагаемая схема регулирования узла дозирования флокулянта

Рисунок 6.2.2 Предлагаемая схема расчета задания на дозировку и регулятора дозирования флокулянта

Задание на расход флокулянта SP_фл будет формироваться, как и в существующей схеме, исходя из текущего измеренного расхода избыточного ила и коэффициента соотношения, задаваемого вручную оперативным персоналом, по следующей формуле:

SP_фл. = K_{p фл} * F_{фл.макс} * F_{ила текущий}/F_{ила макс ,}

где K_{p фл} - коэффициент соотношения, принимающий значения в диапазоне от 1 до 25 с шагом 0,1.



6.3 Предлагаемая конструкция узла измерения расхода флокулянта

6.3.1 Выбор типа, марки и модели измерителя расхода раствора флокулянта

В качестве датчика расхода флокулянта предлагаю применить электромагнитный расходомер, подходящий по диапазону измеряемого расхода, точности измерения, диаметру условного прохода, химической и механической стойкости, температурным характеристикам измеряемой жидкости и внешней среды. Применение электромагнитного расходомера возможно вследствие того, что измеряемой средой является водный раствор флокулянта малой (0,1% по массе) концентрации. Электрическая проводимость раствора практически не отличается от проводимости воды, и для измерения расхода будет пригоден практически любой электромагнитный расходомер, предназначенный для измерения расхода воды. Электромагнитный расходомер более предпочтителен по сравнению с другими возможными типами расходомеров (электромеханическими, ультразвуковыми, дифференциальными манометрами и т.п.) по ряду технических и эксплуатационных параметров и при этом не уступает им в точности измерения расхода.

В частности, он практически не создает дополнительного динамического сопротивления потоку жидкости.

Одним из самых важных факторов является то, что электромагнитный расходомер не содержит движущихся механических частей. Поэтому электромагнитный расходомер будет нуждаться в техническом обслуживании только для проведения регулярной поверки, как правило, ежегодной, а также в периодической промывке и очистке внутренней поверхности и электродов от возможного осадка полимера. Однако выполнение этих мероприятий не требуется производить чаще промывки самого трубопровода подачи полимера в периоды останова флотатора для планово-предупредительного ремонта.

Для измерения расхода предлагаю применить электромагнитный расходомер производства компании Siemens серии Sitrans F M, модели MAGFLO MAG 5100 W на Ду25 в комплекте с компактным измерительным преобразователем MAG 6000 I.

В соответствии с техническим описанием, полный номер для заказа расходомера будет выглядеть следующим образом: 7ME 6 5 2 0 - 2DF13-2CA1.

6.3.2 Конструкция узла измерения расхода раствора флокулянта

Предлагаю выбрать типовой вариант конструкции узла измерения, предполагающий возможность ручного включения/выключения канала обхода линии расходомера и ручного полного отключения линии измерителя расхода от трубопровода подачи флокулянта (Рисунок 6.2.3).

Включение узла измерения расхода в трубопровод подачи флокулянта произвести при помощи фланцевых соединений. Расположение узла измерения - в непосредственной близости от узла насосов подачи флокулянта. Кроме прочего, использование подобной типовой конструкции позволит автоматически выполнить требование о постоянном полном заполнении расходомера измеряемой средой.

Рисунок 6.2.3 Компоновка узла измерения расхода. Направление потока измеряемого раствора выбирается по месту



Несмотря на то, что электромагнитный расходомер является надежным и точным прибором, но принимая во внимание его относительно высокую стоимость, предлагаю сохранить в системе автоматического управления возможность возврата к старой схеме управления дозированием флокулянта, в том числе и автоматического. Это может быть необходимым при внезапном выходе из строя расходомера, на ремонт или замену которого требуется время, часто достаточно продолжительное (от нескольких часов при наличии запасного прибора на складе запасных частей предприятия до нескольких недель при отсутствии запасного прибора и необходимости выполнения ремонта в сервисном центре производителя). При этом желательно, чтобы флотатор не простаивал, а мог выполнять свои функции, пусть даже и не в оптимальных режимах.

Подобную схему можно достаточно просто осуществить при использовании вентиля включения обхода расходомера (байпасного вентиля) с ручным управлением и дискретными датчиками крайних положений («открыто» и «закрыто»). В качестве байпасного вентиля предлагается применить вентиль серии 411 с резьбовым соединением по DN ISO 228 на Ду25 с ручным управлением производства компании GEMU (номер для заказа 411 25 D 1 12 14 0 - по техническому описанию вентилей серии 411), дополнительно укомплектованный датчиком крайних положений серии 1225 (номер для заказа по техническому описанию производителя - 1225 000 Z 10 07).

С целью унификации в качестве запорных клапанов (2 шт.) предлагаю применить такие же вентили серии 411 производства компании GEMU, но без датчика крайних положений.

6.3.3 Требования к процессу сборке и монтажа узла измерения расхода флокулянта

Для уменьшения времени, которое потребуется на монтаж (врезку) узла измерения расхода на трубопровод предлагаю произвести сборку всего узла, включая входной и выходной фланцевые соединители, на листе нержавеющей стали подходящих размеров и толщины, в условиях стационарной мастерской, а на трубопровод монтировать уже собранный и опрессованный узел.

Врезку в трубопровод предлагается запланировать на период останова установки флотации на ППР или на период работы флотационной установки в режиме рециркуляции, так как все операции, требущие останова подачи флокулянта (опорожнение и резка трубопровода, приварка фланцев, монтаж узла и опрессовка) могут быть в основном выполнены в течение 1-2 часов при правильной подготовке и организации работ. Выполнение остальных механических и электрических монтажных работ можно будет производить при действующем оборудовании дозирования флокулянта.

6.4 Модернизация автоматизированной системы управления установкой напорной флотации в части управления дозированием раствора флокулянта

Введение в линию дозирования раствора флокулянта узла измерения расхода и оснащение байпасного клапана датчиками крайних положений байпасной задвижки требуют доработки как аппаратной части управляющего контроллера (подключение кабельных линий от устанавливаемых датчиков к соответствующим назначению резервным входам контроллера), так и программной его части. К последнему относятся:

- добавление нескольких новых переменных в программный модуль считывания входных сигналов;

- добавление дополнительных уставок в параметры работы оборудования;

- изменение основного алгоритма программного модуля управления производительностью дозирующих насосов в ручном и автоматическом режимах работы;

- введение новых блокировок по состоянию вновь вводимых входных переменных.

- добавление новой переменной (расход раствора флокулянта) в модуль формирования графических трендов, а также вновь введенных переменных в список считываемых переменных процесса OPC-сервера для передачи на вышестоящие иерархические уровни АСУТП и АСУП;

6.4.1 Доработка аппаратной части контроллера автоматической системы управления установкой напорной флотации

Наличие на управляющем контроллере и его периферийных модулях ввода-вывода большого количества незадействованных (резервных) дискретных и аналоговых входов, выведенных на клеммные модули в шкафах ввода-вывода, а также наличие резервных выходов электропитания (24В постоянного тока) существенно упрощает и удешевляет подключение к системе дополнительных датчиков. Для подключения новых датчиков необходимо всего лишь проложить дополнительные питающие и сигнальные кабельные линии и произвести их подключение соответственно на выходы свободных автоматических выключателей питания линий 24VDC и клеммы на клеммном модуле ввода/вывода, соответствующих резервным входным каналам контроллера.

Анализ взаимного расположения узла измерения расхода флокулянта и модулей ввода/вывода со свободными входами показывает, что наиболее удобным, экономичным и логичным является вариант подключения дополнительных входных сигналов, приведенный в Таблице 7.1.



Таблица 6.1

Карта подключения к резервным входам контроллера дополнительных входных сигналов

Наименование входного сигнала	Адрес	Тип	Активное сост.	Описание	Модуль ввода/ввода
*07-S0005_CL	I 8.3	BOOL	+24 В	Байпасный клапан узла измерения расхода флокулянта полностью закрыт	ДИСКРЕТНЫЕ ВХОДЫ НА ВНЕШНЕМ МОДУЛЕ DI 32x24VDC
*07-S0006_OP	I 8.4	BOOL	+24 В	Байпасный клапан узла измерения расхода флокулянта полностью открыт
*07-FT-0005	PIW 774	WORD	4-20 мА	Расход флокулянта на флотатор SDC-49 (07-1101-FIC-0005): 0-1,2 м3/час (0-20 л/мин)	АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫ НА ВНЕШНЕМ МОДУЛЕ AI 8x13 BIT

Два новых сигнала являются дискретными и один - аналоговым (токовая петля 4-20 мА). Подключение необходимо производить на входы внешних модулей вода-вывода, расположенных в одной стойке с управляющим контроллером.

Уже существующие и вновь вводимые уставки режимов работы оборудования и дополнительные переменные с численными значениями и границами их изменений приведены в соответствующих разделах Приложения А.

6.4.2 Изменение схемы регулирования производительности дозирующих насосов

Как уже отмечалось выше, на флотационной установке используется типовая схема регулирования дозировки раствора флокулянта, разработанная и применяемая производителем флотационной установки компанией KWI. Типовая схема регулирования изображена на рисунке 6.4.2.1. Основной принцип регулирования выглядит следующим образом:

Рисунок 6.4.2.1 Существующая схема регулирования дозирования флокулянта.

- В автоматическом режиме дозировка выполняется через линейный усилительный коэффициент от кол-ва поступающих стоков по показаниям расходомера избыточного ила (поз. FIC-9101, сигнал *07-FT-9101). Схема расчета задания дозирующим насосам изображена на рисунке 6.4.2.2.

Рисунок 6.4.2.2 Схема расчета задания дозирующим насосам (существующая)

- В ручном режиме дозировка выполняется по установке оператором производительности дозирующих насосов (от 0 до 100%).

В процессе эксплуатации установки флотации выяснилось, что применяемые схема и принцип регулирования не обеспечивают достаточной точности дозирования флокулянта. Его реальный расход зависит не только от установленной производительности дозирующих насосов, но и от ряда других факторов, влияние которых может быть существенным, но не поддающимся учету и формализации.

Фактически в процессе пусконаладочных работ, тестовой и промышленной эксплуатации флотационной установки путем подбора дополнительного коэффициента усиления удалось несколько скомпенсировать разницу между заданием производительности насоса флокулянта и реальным его расходом. Но большую часть факторов, оказывающих заметное влияние на реальный расход флокулянта при постоянном задании на дозирующие насосы, не удалось даже однозначно идентифицировать.

В ряде случаев причиной подачи заниженного количества флокулянта являлась халатность персонала ТО и операторов - после выполнения работ по ТО и ремонту, требующих закрытия запорной арматуры трубопроводов подачи флокулянта, запорные вентили не открывались полностью, а фиксировались в случайных промежуточных положениях. Предпусковая проверка положения запорной арматуры технологическим персоналом не проводилась. Это приводило к настолько значительному уменьшению диаметра условного прохода в линии подачи флокулянта, что подаваемое на флотатор количество флокулянта было в несколько раз меньше необходимого.

Поэтому есть необходимость в изменении схемы регулирования расхода флокулянта - автоматическому поддержанию его на заданном уровне с корректировкой по текущему расходу. Схема регулирования изображена на рисунке 6.2.1.

При этом принцип регулирования предполагается следующим:

- В автоматическом режиме: задание на дозировку рассчитывается от измеренного количества избыточного ила, подающегося на флотатор через коэффициент соотношения K_р дозировки. Далее следует проверка полученного результата на крайние пределы, а затем отработка регулятором задания с корректировкой по реальному расходу флокулянта.

- В ручном режиме: оператор задает задание на дозировку в виде значения необходимого расхода, а система управления поддерживает его, производя корректировки по реальному расходу флокулянта.

Кроме перечисленных штатных режимов предлагается старый алгоритм управления дозированием сохранить в качестве аварийного и производить дозирование флокулянта во всех режимах, переходя на его использование в случае выхода из строя цепи расходомера раствора флокулянта.

Переход на аварийный режим регулирования расходом флокулянта должен быть разрешен только из ручного режима и только с включенным в режим «обход» узлом измерения расхода флокулянта.

Если не ввести специальных мер, существует вероятность частого скачкообразного изменения производительности насосов дозирования флокулянта из-за относительно быстрых флуктуаций измеренного значения расхода ила F_{ила текущий} (этот параметр участвует в формировании задания на расход флокулянта). Флуктуации F_{ила текущий} могут быть вызваны работой установки подачи ила в переходных режимах, флуктуациях течения избыточного ила в трубопроводе, электрическими помехами в сигнальных и питающих цепях и другими причинами.

Такой «рваный» режим работы электродвигателей, приводных механизмов и насосов ускоряет их износ, что ведет к необходимости выполнения более частых проверок их технического состояния, а также к более частому выполнению работ по их техническому обслуживанию, ремонту и замене, что заметно увеличит эксплуатационные расходы. В то же время усредненные параметры процессов флотации избыточного ила в общем и подачи избыточного ила на флотатор в частности, достаточно «гладки» вследствие их большой инерционности (к примеру, стандартная уставка постоянной времени T_и ПИ-регулятора подачи ила на флотатор равна 14 секундам при возможном диапазоне уставок 8 - 20 секунд).

Поэтому, чтобы избежать частой «раскачки» насосов узла дозирования флокулянта, предлагаю ввести в блок вычисления задания расхода флокулянта усреднение измеренного расхода избыточного ила за определенный период времени T_у. По истечении этого периода в блоке вычисления задания расхода флокулянта рассчитывается новое значение задания расхода SP_{ф new}. Рассчитанное значение SP_{ф new} сравнивается с текущим, и, в случае отличия их более чем на 2%, новое значение принимается в качестве задания на расход флокулянта (SP_ф = SP_{ф new}), если различие рассчитанного и текущего значений задания на расход флокулянта менее установленного порога, задание на расход SP_ф не изменяется. Цикл расчета среднего расхода ила начинается заново. Данные для получения оптимального значения периода усреднения T_у расчетным методом отсутствуют, поэтому предлагаю подобрать его значение из диапазона от 10 до 240 секунд, т.е. от ~T_и до 12*T_и по фактическим данным процесса на стадии пусконаладочных работ и тестовой эксплуатации.

Предлагаю произвести следующую доработку системы управления - ввести дополнительный контур регулирования для регулирования расхода флокулянта с обратной связью по расходу. В качестве регулятора предлагаю использовать встроенный в контроллер ПИ-регулятор. Схема расчета задания и регулятора при этом будет выглядеть следующим образом (См. рисунок 6.2.2.).

Такая схема позволит устранить большую часть факторов, способных повлиять на точность дозирования флокулянта, которая теперь будет в основном определяться:

1. Погрешностями измерителей расхода ила и флокулянта. Эта величина при использовании современных расходомеров будет составлять не более 0,25-0,5% у каждого прибора.

2. Возможной статической ошибкой автоматического регулирования, которая полностью компенсируется введением в контур регулирования интегрирующего звена при использовании стандартных ПИ-регуляторов.

3. Динамической погрешностью автоматического регулирования. Эта составляющая погрешности дозирования флокулянта будет невелика вследствие очень большой инерционности процесса подачи ила на флотатор, а при оптимальном подборе параметров ПИ-регуляторов - исчезающее мала в установившихся режимах работы флотатора.

4. Погрешность дозирования вследствие ошибок и невнимательности оперативного персонала (ошибки при проведении лабораторных анализов, ошибки определения или ввода коэффициента соотношения флокулянта). Эта составляющая погрешности может быть самой существенной и достигать сотен процентов. Однако она практически не поддается компенсации техническими средствами, по крайней мере, без весьма существенных единовременных и операционных затрат. Поэтому эту составляющую погрешности требуется исключить из рассмотрения, так как ее вероятность и размер может быть уменьшена только административными и методологическими мерами.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что погрешность дозирования будет определяться практически только погрешностью измерителей расхода ила и раствора флокулянта и, при выборе расходомеров классом точности лучше 0,5, не превысит 1% в широком диапазоне расходов.

флотационный очистка автоматизированный дозатор

6.4.3 Дополнительные сигналы блокировок и блокировки

В блокировки группы дозирования флокулянта необходимо добавить следующие дополнительные сигналы:

1. Сигнал обрыва цепи измерителя расхода флокулянта (FT-0005 < 4 мА).

2. Сигнал «открыто» состояния байпасного клапана (S0006_OP > +5 В).

3. Сигнал «закрыто» состояния байпасного клапана. (S0005_CL > +5 В).

Потребуется также ввести следующие программные блокировки:

1. В автоматическом режиме: при обрыве цепи измерителя расхода флокулянта необходимо прервать автоматический процесс и перевести систему управления в ручной режим, включить оповещение «Неисправность измерителя расхода полимера. Переключите узел измерения расхода полимера в режим «обход»», при этом дозаторный насос оставить в работе на последнем задании.

2. В автоматическом режиме: одновременное отсутствие сигналов «открыто» и «закрыто» байпасного клапана переводит систему управления в ручной режим, оператору выдается сообщение «Проверьте состояние запорной арматуры узла измерения расхода полимера». Переход в автоматический режим блокируется до появления одного из сигналов. Дозаторный насос остается в работе на последнем задании.

3. В ручном режиме: при наличии обрыва в цепи измерения расхода флокулянта и появлении сигнала «закрыто» состояния байпасного клапана переход в автоматический режим запрещен. Дозаторный насос устанавливается в состояние нулевой производительности. Оператору выдается сообщение «Переключите узел измерения расхода полимера в режим «обход» или подключите расходомер».

4. В ручном режиме: при наличии сигнала «открыто» байпасного клапана разрешается переход в автоматический режим независимо от состояния цепи измерителя расхода флокулянта. При этом ПИ-регулятор контура дозировки флокулянта не активируется. Дозировка выполняется через линейный усилительный коэффициент от кол-ва поступающих стоков по показаниям расходомера избыточного ила. Оператору выдается оповещение на панели управления «Неоптимальный режим работы системы дозирования флокулянта». Сигнализация о наличии этого системного события заносится в таблицу сигнализаций и удерживается активной до тех пор, пока система управления не будет переведена в режим автоматического регулирования с обратной связью по расходу раствора флокулянта.

7. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда

Безопасность жизнедеятельности - это наука о сохранении здоровья и безопасности человека в среде обитания.

Ее задачи: выявить опасные и вредные факторы, действующие на человека в среде обитания; разрабатывать меры и способы снижения этих факторов до безопасных значений; разрабатывать методы и средства защиты человека; разрабатывать меры по предупреждению чрезвычайных ситуаций; по действию в чрезвычайных ситуациях, по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС).

В дипломном проекте рассматривается модернизация флотационной установки, поэтому в данном разделе хотелось бы рассмотреть безопасность жизнедеятельности на производстве.

Исходя из ГОСТа 12.0.003-74* «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» все опасные и вредные производственные факторы подразделяются на 4 группы:

1. Физические факторы: движущиеся части механизмов, повышение или понижение температуры воздуха, повышение или понижение температуры поверхности, повышенная запыленность или загазованность, повышенная влажность, повышенная скорость движения воздуха, повышенный уровень шума, повышенный уровень вибрации, недостаточная освещенность, повышенный уровень излучения (УФИ, лазерное, электромагнитное), опасность поражения электрическим током и т.д.

2. Химические факторы: общетоксичные, раздражающие, вызывающие аллергию, канцерогенные (вызывают рак), мутагенные, влияющие на репродуктивную деятельность.

3. Биологические факторы: микроорганизмы, макроорганизмы.

4. Психофизиологические факторы: физическая перегрузка, нервно-психические перегрузки (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, эмоциональные перегрузки, монотонность труда).

7.1 Оценка безопасности и экологичности проекта

Размеры помещения (площадь, объем) должны в первую очередь соответствовать количеству работающих и размещенному в них комплексу технических средств. Для обеспечения нормальных условий труда санитарные нормы устанавливают на одного работающего объем производственного помещения не менее 30 м3 , а площадь помещения не менее 3 м 2 на человека с учетом максимального числа одновременно работающих в смену.

7.2 Условия труда на рабочем месте

Условия среды помещений определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха и теплового облучения.

Допустимые параметры, определяющие условия труда на рабочем месте, могут вызывать переходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакции терморегуляции, не выходящие за пределы физиологической приспособленности организма, не создающие нарушений состояния здоровья, но вызывающие дискомфортные ощущения, ухудшение самочувствия и снижение работоспособности.

Концентрация пыли в воздухе составляет не более 0,5 мг/м3.

Условия труда на рабочем месте регламентирует ГОСТ 12.1.005-88, который определяет оптимальные и допустимые параметры для рабочей зоны производственных помещений (то есть для пространства высотой до 2 м над уровнем пола).

Выполняемые на рабочем месте работы относятся к категории легких физических с затратой энергии до 120 Ккал/ч (категория I), а рассматриваемое помещение - к помещениям с незначительными избытками явной теплоты (до 23 Вт/м2). Оптимальные параметры микроклимата приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1

Оптимальные нормы температуры, влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений

Период года	Температура воздуха, oС	Скорость движения воздуха, м/с	Относительная влажность воздуха, %
Холодный	22-24	до 0,1	40-60
Теплый	23-25	0,1-0,2	40-60

Для обеспечения микроклиматических условий труда в помещении имеется система отопления и вентиляции, что обеспечивает поддержание оптимальных условий труда на рабочем месте.

7.3 Производственное освещение

Безопасность и здоровье условия труда в большой степени зависят от освещенности рабочих мест и помещений. Неудовлетворительное освещение утомляет не только зрение, но и вызывает утомление организма в целом.

Неправильное освещение может быть причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие лампы, резкие тени ухудшают или вызывают полную потерю зрения, ориентации.

Неправильная эксплуатация осветительных установок в пожароопасных цехах может привести к взрыву, пожару и несчастным случаям.

Согласно Санитарным правилам и нормам СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03, освещение в помещениях с компьютерами должно быть смешанным: естественным (за счет солнечного света) и искусственным. Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (К_ео) не ниже 1.5%.

Основными световыми единицами являются световой поток (люмен), сила света (кандела-свеча), освещенности (люкс) и яркость (нит).

Люмен - световой поток F, излучаемый абсолютно черным телом, с площади 0, 5305 кв. мм при температуре затвердевания платины (2042К).

Сила света - (кандела-свеча) - пространственная плотность светового потока - отношение светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределен световой поток (кандела-кд).

Освещенность (люкс) - отношение светового потока F к величине освещаемой поверхности S, измеряется люксметром (селеновый фотоэлемент и гальванометр).

Яркость (нит) - это яркость поверхности, испускающей силу света величиной в 1 свечу с площади в 1 кв. м в перпендикулярном ее направлении, т. е. 1нт=1 кд/кв. м.

1) 87% впечатлений человека от внешнего мира - это зрительные;

2) человек в темноте может разглядеть свет на расстоянии - 1 км;

3) человек ночью видит (острота зрения) как сова, но в 4 разахуже кошки, зато днем зрения кошки в 5 раз слабее человека.

Обычно пользуются естественными, искусственным и совмещенным (естественное и искусственное совместно) освещением. Нормирование освещения внутри и вне зданий, мест производства работ, наружного освещения городов и др. населенных пунктов производится по СНиП 11-4-79 (строительные нормы и правила, часть II, глава 4, Естественное и искусственное освещение, М, 1980).

Нормами все работы в производственных помещениях разделены на VII разрядов зрительной работы от работ наивысшей точности (наименьший объект различия менее 0,25 мм) и до общего наблюдения за ходом производственного процесса. При этом в зависимости от контраста объекта различения (малый, средний, большой) и характеристики фона (светлый, средний, темный) устанавливаются подразряд зрительной работы норма освещения с учетом коэффициента запаса Кэ. Коэффициент запаса учитывает снижение освещенности вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, светильниках. Нормы для жилых помещений, общественных и др. помещений даны в СНиП 11-4-79, табл. 2 и 3.

Естественное освещение предпочтительнее, т. к. солнечный свет наиболее благоприятен для человека. Солнечное излучение дает видимую часть излучения и невидимую - ультрафиолетовую и инфракрасную. Ультрафиолетовые излучения оказывают биологически положительное воздействие на организм человека и вызывает эритемный эффект (загар), но при высоких интенсивностях они могут вызвать ожог кожи. Проникая в глаза, могут вызвать ожог сетчатки глаза, что ведет к ухудшению или полной потере зрения. Ультрафиолетовые излучения возникают при работе кварцевых ламп, электрической дуги, лазерных установок, электро- и газовой сварке, при эритемном освещении (эритемные лампы).

Защита от УФ излучения проста - ткань обычной одежды, очки с простым стеклом.

Инфракрасное излучение - это тепловое излучение. Видимое излучение при больших яркостях вызывает ослепленность и снижение остроты зрения.

Согласно санитарным нормам все помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь естественное освещение.

Естественное освещение может быть:

боковым - через световые проемы в наружных стенах (одностороннее и двухстороннее);

верхнее - через световые проемы (фонари) в покрытиях и через проемы в стенах в местах перепада высот зданий;

верхним и боковым (комбинированное) - сочетание верхнего и бокового



7.4 Анализ шума на рабочем месте

Шум - любой нежелательный для человека звук. Сильный шум в условиях производства снижает производительность труда до 40 - 60% и может явиться причиной несчастного случая.

Согласно ГОСТ 12.1.001-83 нормируемой шумовой характеристикой рабочих мест при постоянном шуме является уровень звукового давления в октавных полосах, выраженный в децибелах. Совокупность таких уровней называется предельным спектром ПС, номер которого численно равен уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц.

Основными источниками шума в помещениях, оборудованных вычислительной техникой, являются принтеры, плоттеры, множительная техника и оборудование для кондиционирования воздуха, вентиляторы систем охлаждения, трансформаторы.

Для снижения шума и вибрации в помещениях вычислительных центров оборудование, аппараты необходимо устанавливать на специальные фундаменты и амортизирующие прокладки, предусмотренные нормативными документами.

Уровень шума на рабочих местах не должен превышать 50 дБА. Нормируемые уровни шума обеспечиваются путем использования малошумного оборудования, применением звукопоглощающих материалов (специальные перфорированные плиты, панели, минераловатные плиты). Кроме того, необходимо использовать подвесные акустические потолки.

7.5 Анализ воздействия электромагнитных излучений

Основным источником различного вида излучений на рабочем месте являются мониторы. Их спектр излучения включает в себя рентгеновскую, ультрафиолетовую и инфракрасную области излучений, а также широкий диапазон электромагнитных волн более низких частот. Из вышеперечисленных излучений наиболее опасно рентгеновское, которое обладает большой проницаемостью.

На сегодня считается, что кратковременное и длительное воздействие всех видов излучений мониторов, особенно при наличии защитных экранов, не представляют опасности для здоровья оператора.

Рекомендуется применение мониторов, удовлетворяющих стандарту безопасности MPR II.

Максимальная напряженность на кожухе монитора Samsung SyncMaster 510s, который соответствует стандарту MPR II, составляет по паспортным данным 3,6 В/м, что соответствует фоновому уровню.

Интенсивность электромагнитного излучения в 5 см от экрана составляет 64. В/м, но на расстоянии 30 см, не превышает 2,4 В/м, что ниже, чем допустимый уровень. Это же можно сказать и об интенсивности ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Таким образом, при работе на настоянии 40 - 50 см от экрана дисплея вредное воздействие исключено.

7.6 Санитарные нормы рабочей зоны помещения

В соответствии с санитарными нормами СН 245-71, ГОСТ 12. 1. 005-88 устанавливаются оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещений - это пространство высотой 2 м над уровнем пола, где находятся рабочие места. Оптимальные условия обеспечивают поддержание теплового равновесия между организмом и окружающей средой.

7.6.1 Санитарно-технические требования к территории предприятий, к их зданиям и сооружениям

Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий СН 245-71 предписывают определенные требования к территории предприятия, его водоснабжению и канализации, к вспомогательным зданиям и сооружениям.

Территория предприятий должна быть ровной, без заболоченностей, иметь небольшой уклон для отвода дождевой и сточных вод. Здания и сооружения располагаются относительно сторон света и господствующих ветров так, чтобы создать наиболее благоприятные условия естественного проветривания и освещения.

Расположение производственных зданий и помещений должно обеспечивать минимальное влияние промышленных вредностей (дыма, пыли, шума) на условия в жилом районе. Санитарные разрывы между зданиями и сооружениями, освещаемые через оконные проемы, должны быть не менее наибольшей высоты противостоящих зданий и сооружений.

Производственные здания и сооружения также должны соответствовать санитарным нормам. Выбор типа здания и расположение в нем рабочих помещений зависят от технологического процесса, от выделяющихся промышленных вредностей.

При производствах с избытком явного тепла (более 20 ккал/куб. м ч) и значительными выделениями вредных газов, паров и пыли для них выбираются одноэтажные здания, в если имеется необходимость размещения таких производств во многоэтажных зданиях, то их необходимо размещать в верхних этапах.

СН 512-78 Инструкция по проектированию зданий и помещений по монтажу РЭА. - М: Стройиздат, 79-23 с.

Инструкция по проектированию зданий и помещений для ЭВМ. - М.: Стройиздат, 1979, 21 с.

7.6.2 Расположение объектов - источников выделения вредностей. Санитарно-защитные нормы

Предприятия, их отдельные здания и сооружения с техническими процессами, являющимися источниками выделения в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ и других производственных вредностей (шума, электромагнитных и ионизирующих излучений и др.) отделяются от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Санитарными нормами в зависимости от мощности предприятий, характера и количества выделяемых вредностей установлены 5 классов предприятий, для которых установлен определенный размер санитарно-защитных зон:

I-1000 м; II-500 м; III-300 м; IV-100 м; V-50 м. Например: к первому классу относятся заводы производства аммиака, удобрений, предприятия по добыче свинцовых руд, ртути, свалки нечистот и др.

К пятому классу - машиностроительные небольшие предприятия, заводы полиграфических красок и др.

В данной санитарно-защитной зоне могут размещаться предприятия с низшим классом, а также пожарное депо, бани, и т. п.

Территория предприятий и санитарно-защитная зона должны быть озеленены и благоустроенны, т. е. устраиваются дороги, пешеходные дорожки, отвод ливневых вод и освещение.

7.7 Анализ электробезопасности на рабочем месте

Электрический ток, действуя на организм человека, может вызвать нарушения его деятельности, вплоть до летального исхода. Тяжесть поражения определяется величиной протекающего через тело человека тока, частотой тока, длительностью протекания и другими факторами. Значения предельно допустимых уровней напряжения и токов устанавливаются ГОСТ 12.1.038-82.

Рассматриваемое помещение относится к классу помещений без повышенной опасности поражения электрическим током, так как в данном помещении отсутствуют признаки повышенной или особой опасности (влажности, проводящей пыли, токоведущих оснований (металлических, земляных), повышенной температуры (длительное превышение 35 (С или кратковременное превышение 40(С) и т.д.

Возникновению вышеперечисленных факторов препятствуют:

- соблюдение требований охраны труда на рабочем месте;

- характер работ в помещении;

- использование в качестве покрытия пола дерева.

Применяемая техника (компьютеры IBM PC и принтеры HP Laser Jet 1100) относятся к электроустановкам напряжением до 1000 В, питание которых осуществляется от сети однофазного переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Напряжение подается через автоматический выключатель с силовым расцепителем, имеющим ток срабатывания 25 А. В мониторах компьютеров имеются и более высокие напряжения (до 25 кВ), которые надежно изолированы от оператора и не могут представлять опасности, доступ к цепям с таким напряжением возможен лишь при проведении ремонтных работ, которые осуществляются в специализированных ремонтных организациях специально подготовленным персоналом.

Устранить опасность поражения током при замыкании на корпус можно с помощью установки в помещении нулевого защитного проводника .

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением.

Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точки источника питания или ее эквивалентом. Назначение нулевого защитного проводника - создание для тока короткого замыкания цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для быстрого срабатывания защиты, то есть быстрого отключения поврежденной установки от сети.