Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Качество воды, используемой в производственных процессах и для питьевого водоснабжения, очень часто не соответствует нормативным требованиям или не устраивает потребителей по каким-либо параметрам, поэтому тема данного дипломного проекта «Автоматизация узла подготовки воды для древесно-массового производства (ДМП) ОАО «Соликамскбумпром» является актуальной для предприятия.

Объектом, рассматриваемым в дипломном проекте, является узел подготовки воды для ДМП на участке солевого хозяйства (УСО). Необходимостью включения в производственный процесс данного узла является то, что качество воды, используемой для уплотнения узлов рафинеров ДПМ, является по своему составу довольно хорошего качества. Поэтому было принято решение технологами о смешивании полностью обессоленной воды с артезианской водой в определенном объеме так, чтобы качество получаемой воды не выходило за нормы, предусмотренные качеству воды для получателя.

Отслеживание качества воды происходит по следующим показателям: жесткость, электропроводность. Так же проектируемый объект должен соответствовать требованиям надежности, безопасности и удобству обслуживания.

Выполнение всех вышеперечисленных требований к узлу подготовки уплотняющей воды обеспечивает надежную и безотказную работу всего оборудования. И как следствие того, что приготовленная вода является потребителем основных производств ОАО «Соликамскбумпром», можно судить о положительном влиянии конкурентоспособности выпускаемой продукции, как на отечественном, так и на зарубежных рынках сбыта.

Целью, выполненной ВКР является разработка системы автоматизации процесса подготовки воды для уплотнения узлов рафинеров с применением современного промышленного контроллера КР-500М.

Объектом автоматизации является водоподготовительная установка.

Цель работы - повысить качество подготовки воды для древесно-массного производства (ДМП).

Поставленная цель заключается в разработке системы автоматизации процесса подготовки воды на основе современных датчиков и промышленного контроллера КР-500 М.



1. Технология приготовления механической (древесной массы)

Основной задачей развития целлюлозно-бумажной промышленности остается рациональное, эффективное использование древесных ресурсов. Этому требованию отвечает производство механической массы. На производство 1 т механической массы расходуется в 2…2,5 раза меньше древесины, чем на производство 1 т целлюлозы. Кроме того, производство механической массы меньше всего связано с загрязнением воздушной среды и водоемов. В настоящее время название «древесная масса» вытиснилось понятием «механическая масса», а термин «древесная» указывается в скобках. К механической (древесной) массе относятся волокнистые полуфабрикаты высокого выхода (ВПВВ) с выходом 85...98 %, получаемые путем механической обработки древесного сырья при высоком удельном расходе энергии (УРЭ), как правило, свыше 1200 кВт ч/т.

Механическая древесина подразделяется на два типа показанных на рисунке 1.1.

Рисунок 1 - Классификация механической (древесной) массы

К первому типу относят «чисто» механические массы - это виды массы, получаемые без использования химических реагентов и имеющих выход 93...98 % («чисто» механическая масса - РureМесhаniсаlРuIр). Основная операция в процессе их производства -- это механический размол. К «чисто» механической массе относятся: - ДДМ - традиционная дефибрерная древесная масса с выходом 93...98 %, получаемая истиранием древесины на дефибрерных камнях (SGW - StoneGroundWood) дефибреров различных типов: цепных, прессовых, винтовых и т. д.; - ДДМД - механическая масса, полученная истиранием древесины на дефибрерных камнях под давлением на двухпрессовом дефибрере (РGW - РrеssurizedGroundWооd) и ее разновидности (ДМД-Супер, ДМД-70 и т. д.); - РММ или РДМ - рафинерная механическая или рафинерная древесная масса (PMP - RefinerМесhanicalРulp), полуфабрикат, получается в результате механической обработки щепы в дисковых мельницах при атмосферном давлении; ТММ - термомеханическая масса (ТМР - ТhermomechanicalРulp), получаеется в результате термогидролитической обработки (пропарки) (Р = 100...300 кПа; Т = 100...130 °С) и размола щепы в 1…3 ступени на дисковых мельницах под давлением.

1.1 Технология механических масс из щепы

Первоначально способ размола древесины в дисковых мельницах появился как альтернатива дефибрированию с целью упростить конструкцию и эксплуатацию оборудования и снизить требования к качеству сырья. Так как щепа, в отличие от балансов, может быть легко и просто подвергнута тепловой и химической обработке перед дефибрированием, эта возможность вскоре была реализована на практике. В результате комбинации различных способов предварительной обработки и последующего размола щепы появилось множество разновидностей механических масс. При получении механических масс из щепы волокна отделяются друг от друга в процессе рафинирования (размола), целью которого является пластификация лигнина, ослабление межволоконных связей и разволокнение щепы без чрезмерного повреждения клеточной стенки волокон при требуемой степени их укорочения. Одна из важнейших задач в производстве механических масс - сохранение основной части лигнина для получения массы высокого выхода с приемлемыми качественными характеристиками (прочностью и белизной). На рис. 2 показаны основные стадии производства механической массы из щепы.

Рисунок 2 - Стадии производства механической массы из щепы

В процессе обработки также меняется поверхность волокон. Большая часть энергии, расходуемой на размол (преимущественно на трение), переходит в тепло, которое высвобождает часть влаги, содержащейся в щепе. Чтобы избежать возгорания древесины и для разбавления массы, в зону размола подается охлаждающая вода. На выходе из рафинеров обычно получается масса высокой концентрации (25...50 %). Большое количество пара, образующегося в процессе размола, улавливается для дальнейшего использования.

В первоначальном варианте технологии производства рафинерной древесной массы (РДМ), который редко используется в наши дни, щепу размалывали при атмосферном давлении. Из-за низкой температуры процесса получалось большое количество поврежденных волокон, но оптические свойства РДМ были относительно неплохими. Для улучшения качества массы проводили модифицирование в целях повышения в зоне размола пластичности лигнина межклеточного пространства, волокон в целом и т.д., чтобы процесс разделения щепы на волокна мог идти с минимальным их повреждением.

Для этого стали применять предварительный нагрев щепы или повышение давления в рафинере. Это позволило производить рафинерную массу большей прочности и с пониженным содержанием пучков, но почти с теми же оптическими свойствами.

Термомеханический процесс производства позволяет получать массу (ТММ) с более высокой прочностью. В нем используется как нагрев щепы перед размолом (пропарка), так и давление в рафинере. ТММ является наиболее распространенным видом механической массы из щепы (как по объему производства, так и по количеству установок), широко используемой в композиции газетной бумаги. Успешное развитие производства ТММ объясняется тем, что термомеханический процесс отвечает требованиям сегодняшнего дня: работа с ограниченной сырьевой базой, необходимость соблюдения мероприятий по охране окружающей среды.



2. Характеристика технологического процесса подготовки воды для древесно-массного производства

2.1 Описание технологического процесса

Водоподготовительная установка в составе цеха паросилового хозяйства (ПСХ) служит для очистки артезианской воды от механических примесей и растворённых солей. Полностью обессоленная вода используется в качестве воды для уплотнения узлов рафинеров ДМП.

Технические характеристики водоподготовительной установки (ВПУ) ВПУ-55 приведены в таблице 1.

Таблица 1. -Технические характеристики водоподготовительной установки ВПУ-55.

Показатели	Значение
Производительность установки по обессоленной воде, м3/час	107
Производительность установки по очищенной воде (пермеат), м3/час	80
Объем сбрасываемого концентрата, м3/час	27
Давление воды поступающей на установку, кгс/см2	2,5-6,0
Потери напора на установке при номинальной производительности, кгс/см2	0,4-0,8
Насосная станция
Мощность насосной станции, кВт	3Ч15
Напряжение электропитания, В	380
Максимально рабочее давление гидроаккумулятора, кг·с/см2	10
Узел приготовления солевого раствора
Расход соли, засыпаемый в бак-солерастворитель, кг	1000
Объём воды, заливаемый в бак-солерастворитель, м3	4
Размеры фильтра ФС-30 (высота/длина/ширина), мм	630/330/180
Размеры пор фильтрующей сетки, мкм	500
Вес фильтра ФС-30, кг	16
Установка умягчения воды SF-5514X-390S
Размеры катионитного фильтра (высота, диаметр), мм	4000/1400
Объём ионообменной смолы, л	2000Ч3
Масса поддерживающего слоя гравия, кг	700Ч3
Потребляемая мощность установки, Вт	Не более 100
Требуемое напряжение электрической сети, В	220 ± 10%
Обратноосмотическая установка «Нептун-55»
Производительность по очищенной воде, мі/час	80 мі/час
Расход концентрата, мі/час	27 мі/час
Напряжение, подаваемое к шкафам управления Ш1 и Ш2, В	380
Давление исходной воды, не менее, кгс/смІ	1,5
Мощность насосной станции, кВт	2Ч37

В таблице 2 приведены показатели качества исходной воды, представленные требования и качество получаемого пермеата.

Таблица 2. - Показатели качества исходной воды, требования к питательной воде и качество получаемого пермеата.

Показатели	Качество исходной воды	Требования к питательной воде	Качество получаемого пермеата
pH	7,67	8,5-9,5	<6,3
Жесткость, мг-экв/л	4,8-6,5	0,003	0,00
Хлориды, мг/л	29	--	3,0
Сульфаты, мг/л	83		1,0
Щелочность общая, мг-экв/л	4,0	--	0,5
Железо общее, мг/л	0,03	0,068	0,0
Кремний, мг/л	12,3	1,9	0,4
Общая минерализация, мг/л	515	133	20,0
Температура воды, °C	6	--	--

Исходная артезианская вода с температурой (6-7) °С, удельной электропроводностью 750 мкСм/см из цеха водоснабжения насосом по трубопроводу 150 мм подается на водоподготовительную установку.

Сначала артезианская вода с цеха водоснабжения поступает на установку умягчения воды SF-5514X-390S. Фильтрация идёт в трёх фильтрах до тех пор, пока через них не будет пропущен заданный объём воды. Объём воды, который пропущен через установку, до начала регенерации рассчитывается. После поочередно начинается регенерация фильтров раствором поваренной соли, приготовленной в баках солевого раствора. После регенерации каждый фильтр сразу переключается в рабочий режим. Таким образом, в рабочем режиме в любой момент находятся не менее двух фильтров.

После умягчения поток направляется на обратноосмотическую установку «Нептун-55В», на которой осуществляется обессоливание воды с получением пермеата в количестве 50 мі/час. В канализацию с установки сбрасывается 27 мі/час концентрата.

2.2 Состав водоподготовительной установки

В состав водоподготовительной установки входят основные элементы, перечисленные в таблице 2.2.1.

Таблица 3. - Состав водоподготовительной установки.

Элементы установки	Кол-во, шт.
Насосная станция водоподготовки
Высоконапорный насос CR 64-3-1	3
Гидроаккумулирующий мембранный бак	1
Узел приготовление солевого раствора
Бак солевого раствора объёмом 4,5 мі	2
Продолжение таблицы 1.3
Механический фильтр ФС-30	2
Установка умягчения воды CF-5514X-390S
Натрий-катионитный фильтр диаметром 1400 мм, высотой 4000 мм из пищевого пластика со слоем ионообменной смолы с дренажной системой	3
Расходно-солевой бак объёмом 1,2 мі	3
Электромагнитный клапан	3
Универсальный контроллер НВР 1001/4	1
Многоходовой клапан модели 3900 FlecK	3
Расходомер электромагнитный ЭРСВ 510	1
Обратноосмотическая установка «Нептун-55В»
Блок фильтрующих модулей (БФМ)	5
Бак промывочного раствора объёмом 2 мі	1
Фильтр тонкой очистки на линии подачи исходной воды (ФТО1)	1
Фильтр тонкой очистки на линии подачи промывочного раствора (ФТО2)	1
Высоконапорный насос CRN 64-6	2
Высоконапорный насос CRN 32-3-2	1
Кондуктометр	1

2.1.1 Механическая очистка воды

Механическая очистка артезианской воды осуществляется в сетчатых фильтрах, размер ячейки составляет 250 мкм. Один фильтр находиться в работе, другой в резерве. При перепаде давления более 10% резервный фильтр вводится в работу, рабочий - на промывку.

2.2.2 Насосная станция

Подача воды из цеха водоснабжения на водоподготовительную установку осуществляется с помощью насосной станции водоподготовки.

Станция водоподготовки снабжена мембранным гидроаккумулятором, служащим для предотвращения повышения давления исходной воды, и компенсирует гидродинамические удары.

После включения насосов начинается закачивание исходной воды в камеру, при этом объём воздуха, находящегося в воздушной камере уменьшается на величину поступающего объёма воды. При уменьшении объёма воздуха давление в гидроаккумуляторе возрастает. После того, как давление в гидроаккумуляторе превысило давление отключения насоса, установленное на реле давления, насос отключается и находится в отключенном состоянии до тех пор, пока давление в системе не упадёт (вода при этом поступает на установку из гидроаккумулятора), после чего насос снова включается. Давление в гидроаккумуляторе можно контролировать по манометру. По нему же происходит и настройка реле давления на требуемый рабочий диапазон.



2.2.3 Узел приготовления солевого раствора

Для приготовления и перекачки солевого раствора используют следующее оборудование:

ѕ емкость из пищевого пластика объемом 4,5 м3;

ѕ центробежный самовсасывающий насос «Акваджекси-60»;

ѕ механический фильтр ФС-30.

Для приготовления солевого раствора в одной емкости используется 4 м3 чистой воды и 1000 кг порошкообразной поваренной соли «Экстра».

Одновременно в работе находиться половина оборудования, вторая часть в режиме ожидания или промывки.

С целью ускорения растворения соли, раствор интенсивно перемешивается с помощью центробежного самовсасывающего электронасоса модели «Акваджекси-60» или барботажем.

Приготовленный раствор из бака 4,5 м3 забирается центробежным насосом и подается через механический фильтр в три расходомерных солевых бака объемом 1,2 м3 установки умягчения воды. Продолжительность между перекачками - 24 часа.

Сетчатый фильтр ФС-30 служит для очистки насыщенного раствора соли от крупнодисперсных взвесей окалины и песка. Фильтр оснащен сеткой из нержавеющей стали с размером ячеек 500 мкм.

По мере работы фильтра происходит забивание ячеек сетки и возрастает гидравлическое сопротивление. С помощью манометров, установленных на фильтре, контролируется давление на входе и выходе из него. Увеличение перепада давления характеризует потерю давления на фильтре. При потере давления свыше 0,5 бар необходимо промывать фильтр.

Промывка фильтра осуществляется исходной водой. Для этого краны на трубопроводе фильтрации при промывке необходимо закрыть, а краны на трубопроводе промывки следует открыть. Открыть дренажи фильтров.

Длительность промывки должна составлять 20-30 секунд, после чего краны переключаются в исходное положение. Если сетка забивается полностью плотным осадком и пропускную способность восстановить не удастся, следует разобрать фильтр и промыть сетку с помощью щетки и раствора сульфаминовой или другой слабой кислоты.

2.2.4 Установка умягчения

Механически очищенная вода поступает на блок умягчения воды. Для умягчения воды используется установка SF-5514Х-390S. Установка включает в себя 3 ионообменных фильтра, снабженные 3-мя баками для солевого раствора объемом 1,2 м3, блоками многоходовых клапанов модели 3900 Fleck, внешним контроллером модели НВР 1001/4, электромагнитный расходомер-счетчик и 3 высоконапорных насоса марки CR 64-3-1.

Умягчение воды на установке осуществляется методом натрий-катионирования при фильтровании исходной воды через слой ионообменной смолы. Регенерация ионообменной смолы производится раствором поваренной соли в автоматическом режиме с заданной периодичностью. Управление установкой осуществляется с помощью универсального контроллера модели НВР 1001/4 - программного устройства, используемого для настройки параметров процесса регенерации и для контроля процессов фильтрации и регенерации. К контроллеру подключается многоходовые клапаны модели 3900 Fleck и электромагнитный расходомер. К многоходовым клапанам фильтров присоединены с помощью трубопроводов расходные солевые баки.

В режиме фильтрации три фильтра находятся в рабочем режиме до тех пор, пока через них не будет пропущен заданный объём воды. Умягчение происходит по ионообменному механизму, заключающемуся в том, что катионы кальция, магния и прочих металлов из воды переходят из раствора в фазу катионита, а из катионита в раствор переходят ионы натрия. Процесс удаления из воды ионов жёсткости (кальция и магния) называется умягчением. По мере пропускания воды через ионообменную смолу наступает момент исчерпания обменной ёмкости.

На программном устройстве блока управления следует установить расчетный объем воды. Так как жесткость исходной воды может меняться, то рекомендуется периодически проводить замеры и корректировать расчетный объем.

После того, как контроллер по импульсам электромагнитного расходомера зафиксирует окончание пропуска заданного объёма воды, начинается регенерация первого фильтра. Отчёт объёма воды начинается заново.

Фильтры № 2, 3 находятся в рабочем режиме во время всей регенерации фильтра № 1. Сразу после регенерации фильтр № 1 переходит в рабочий режим и начинается регенерация фильтра № 2, находившегося до этого в рабочем режиме, и по окончании его регенерации начинается регенерация фильтра № 3. После регенерации каждый фильтр сразу переключается в рабочий режим.

Таким образом, в рабочем режиме в любой момент находятся не менее двух фильтров.

Для восстановления работоспособности ионообменной смолы после пропуска расчетного объёма воды, проводится регенерация катионита раствором хлорида натрия (раствор поваренной соли) из расходного солевого бака.

Процесс регенерации каждого катионитного фильтра в составе установки SF-5514X-390S включает следующие операции, которые выполняются автоматически за счёт давления исходной воды без использования промежуточных емкостей и насосов.

Операция 1 - обратная промывка смолы водой, подаваемой в направлении снизу вверх. Служит для взрыхления и очистки смолы от накопившегося осадка. Рекомендуемая продолжительность составляет 10 минут. Расход воды, подаваемой вверх должен составлять около 22 мі/час.

Операция 2 - обработка смолы раствором соли и медленная отмывка. Концентрированный раствор (26 %) из расходного солевого бака через солезаборник по трубопроводу поступает в многоходовой клапан, где смешивается с водой до рабочей концентрации (7-10%) и затем подаётся в катионитовый фильтр в направлении сверху вниз (по прямоточной схеме).

Отбор раствора из бака происходит за счёт вакуума, образующегося во встроенном эжекторе под давлением воды.

В программе контроллера должно быть задано суммарное время засоса 1000 л раствора соли медленной отмывки 80-90 мин.

Операция 3 - быстрая прямоточная отмывка смолы водой для уплотнения ее слоя и удаление из него остатков отработанного регенерационного раствора соли. Продолжительность этой операции должна составлять около 20 минут.

Операция 4 - заполнение водой бака-солерастворителя. Так как приготовление соляного раствора осуществляется в общих баках-солерастворителях, то эта операция упраздняется.

При программировании её продолжительности устанавливается 0 минут.

Все операции проходят в автоматическом режиме, благодаря запрограммированному открытию и закрытию клапанов многоходового механизма, который во время регенерации фильтра полностью заменяет стандартную запорно-регулировочную арматуру.

Длительность каждой операции задаётся при программировании. Для нормального протекания регенерации необходимо бесперебойное электроснабжение контроллера, бесперебойное снабжение установки водой с давлением 6 кгс/смІ и наличии раствора соли в баке. Сброс регенерационных растворов осуществляется в канализацию через открывающиеся каналы многоходового клапана блока управления. Корпуса фильтров, элементы управления и дренажно-распределительная система выполнены из пищевого пластика. В таблице 4. приведены технические характеристики установки SF-5514X-360S.



Таблица 4. - Технические характеристики установки SF-5514X-360S.

Показатели	Значения
Производительность установки номинальная, м3/час	110
Количество фильтров в установке	3
Продолжение таблицы 2.3.4.1
Потери напора в установке при номинальной - максимальной производительности, кг/см3	0,4 - 0,8
Размеры одного фильтра, (высота/диаметр), мм	4000/1400
Присоединительные размеры D, (подача/ отвод/ сброс)	75/75/50
Загрузка фильтров	Сильнокислотная катионообменная смола типа КУ2-8 в Na-форме
Объем загрузки в одном фильтре, л	2000
Расход поваренной соли на одну регенерацию одного фильтра, кг	300
Объем стоков от одной регенерации одного фильтра, м3	20
Объем воды между регенерациями одного фильтра, м3	365
Электропитание	1Ч24 В~ / 50 Гц
Потребляемая мощность, Вт	до 100

2.2.5 Обратноосмотическая установка

Установка «Нептун-55В» предназначена для снижения солесодержания умягчённой воды методом обратного осмоса, заключающимся в фильтровании воды через полупроницаемые мембраны. При этом поток разделяется на два: пермеат - прошедшая через мембраны обессоленная вода, и концентрат, который сбрасывается в канализацию.

Обратноосмотическая установка «Нептун-55В» состоит из:

ѕ патронный фильтр тонкой очистки ФТО-1;

ѕ насос высокого давления CRN-64-6;

ѕ мембранные блоки фильтрующих модулей;

ѕ система промывки мембран с пластиковым блоком 2 м3, патронный фильтр тонкой очистки ФТО-2 и промывочным насосом CRN-32-3-2.

Исходная вода, прошедшая блок умягчения в объеме 107 м3/час, давлением 5 кгс/см2 направляется на вход в обратноосмотическую установку. Далее вода фильтруется через барьерный фильтр тонкой очистки (ФТО-1) с тонкость фильтрования 5 мкм и подается высоконапорными насосами CRN 64-6 на обратноосмотическое обессоливание в мембранные модули. Каждый блок фильтрующих модулей (БФМ) состоит из трех корпусов, в каждом из которых установлено по 6 мембран AK8040F-400 фирмы Osmonics (селективность мембран составляет 90 %).

Химическая промывка мембран осуществляется:

ѕ при увеличении перепада давления на мембранах до 10 % осуществляется до 2 %-ным раствором лимонной кислоты;

ѕ при снижении качества обессоленной воды на 10 % раствором сульфатом натрия.

При необходимости проведения химической промывки мембран установка не отключается. Промывка производится по блокам. Таким образом, снижение производительности во время проведения промывки составляет не более 20 %.



3. Технические средства для автоматизации процесса подготовки воды

3.1 Основные требования к составу и функциональным задачам системы автоматизации

Проектируемая система должна представлять собой трехуровневую структуру:

1. Полевой уровень АСУ ТП объекта автоматизации:

Основные компоненты:

ѕ датчики;

ѕ исполнительные механизмы.

ѕ Решаемые задачи:

ѕ преобразования физических параметров технологического объекта в унифицированные электрические сигналы.

ѕ преобразования унифицированных управляющих сигналов автоматизированной системы в механические и др. виды воздействий на течение технологического процесса.

2. Средний уровень АСУ ТП объекта автоматизации.

Основные компоненты:

ѕ модули устройства сопряжения с объектом;

ѕ программируемый логический контроллер;

ѕ программное обеспечение контроллера;

ѕ Решаемые задачи:

ѕ сбор и обработка сигналов с датчиков;

ѕ выявление отклонений технологических параметров процесса от регламентных значений;

ѕ выдача сигналов для аварийной защиты и блокировки технологического оборудования при нарушении регламентных уставок;

ѕ расчет и выдача в виде электрических сигналов, управляющих воздействий для ИМ и технологических агрегатов, обеспечивающих реализацию программно-логического управления технологическим процессом и регулирование значений параметров;

ѕ представление информации (сигнализация) по критичным значениям параметрам;

ѕ передача данных между УСО и ПЛК, ПЛК и верхним уровнем АСУ ТП

ѕ автоматическая самодиагностика и диагностика нижнего уровня.

3. Верхний уровень АСУ ТП объекта автоматизации.

Основные компоненты:

ѕ рабочая станция;

ѕ аппаратные средства для обеспечения обмена данными с контроллерами;

ѕ

ѕ Решаемые задачи:

ѕ диагностика подсистем среднего и верхнего уровней;

ѕ конфигурирование и настройка контролеров, сети передачи данных, каналов измерения.

ѕ ведение архивов изменения параметров СКУ;

ѕ составление отчетов по запросу оператора.

Функции проектируемой системы:

1. Функции проектируемой системы:

ѕ расход пермеата, артезианской воды и уплотняющей воды;

ѕ уровень в баке 10 м3;

ѕ электропроводность уплотняющей воды;

ѕ температура уплотняющей воды.

1. Автоматическое регулирование электропроводности воды путем поддержания соотношения расходов пермеата и артезианской воды, подаваемых в бак 10 м³.

2. Автоматическое регулирование уровня в баке 10 м³ путем воздействия на расход пермеата, подаваемого в бак.

3. Автоматическое регулирование расхода уплотняющей воды, подаваемой на ДМП.

4. Сигнализация предельных значений уровня в баке 10 м³ и электропроводности уплотняющей воды.

5. Отображение хода техпроцесса и его параметров на мониторе операторской станции.

6. Регистрация параметров процесса.

Техническое обеспечение уровня датчиков и исполнительных устройств представлены в таблице

3.2 Техническое обеспечение уровня датчиков и исполнительных устройств

Для контроля и управления процессом подачи уплотнённой воды на ДМП необходим ряд датчиков, отслеживающих параметры пермеата, артезианской воды и воды уплотнённой, а также исполнительные устройства, которые обеспечивают управление технологическим процессом.

Основные критерии выбора оборудования:

ѕ расход артезианской воды с диапазоном 0-20 м³/ч;

ѕ расход пермеата с диапазоном 0-50 м³/ч;

ѕ уровень воды в баке с диапазоном 0-10 м³;

ѕ расход уплотнённой воды с диапазоном 40-50 м³/ч;

ѕ давление уплотнённой воды с диапазоном 2,5-6 кгс/см²;

ѕ температура уплотнённой воды с диапазоном 0-100 °С;

ѕ электропроводность уплотнённой воды с диапазоном 0-400 мкСм/см;

ѕ погрешность измерения должна быть минимальной;

ѕ степень защиты для датчиков и исполнительных устройств: ?IP 65.

Произведем подбор датчиков для перечисленных выше параметров с учетом требуемых технических характеристик.

3.2.1 Датчики расхода фирмы Maxiflo

Техническое обеспечение уровня датчиков и исполнительных устройств представлены в таблице 5.

Таблица 5. - Техническое обеспечение уровня датчиков нескольких фирм.

Основные технические характеристики	MaxiFlo W DN DIN PN16	KrohneDWN 2000	Взлет ЭМ (ПРОФИ-121)
Напряжение питания	~ 85…260 В, =24 В ± 20 %	=24 В ± 20 %	=24 В ± 20 %
Потребляемая мощность	6,5 Вт	15 Вт	11 Вт
Выход:	PROFIBUS-РА	4…20 мА, HART	4…20 мА, HART
Погрешность	± 0,2 %	± 5 %	± 2 %
Категория защиты	IP 67	IP 66	IP 54
Номинальное сечение трубопровода	DN 25…2000	? DN 50	? DN 10
Средний срок службы	12	10	10

В качестве измерителей расхода выбираем электромагнитные расходомеры фирмы MaxiFlo, так как по сравнению с датчиками расхода фирмы Krohne и Взлёт, у них ниже потребляемая мощность, питание от сети как постоянного так и переменного тока, ниже погрешность измерения, выше класс защиты а также средний срок службы.

Электромагнитный расходомер фирмы MaxiFlo предназначен для измерения расхода жидкости в замкнутых трубопроводах. Применяется для измерения, управления и регулирования с целью контроля за технологическими процессами и операциями по заполнению и дозированию.

Расходомер состоит из преобразователя и датчика. Преобразователь - MaxiFlo, датчик для чистой воды и сточных вод - MaxiFlo W.

3.2.2 Датчики давления и уровня фирмы endress+hauser

Сравним датчики давления трёх фирм по основным техническим характеристикам. Сравнительная характеристика датчиков представлена в таблице 6

Таблица 6. - Сравнительная характеристика датчиков давления

Основные технические характеристики	Endress+Hauser PMP635-R1 3L	Метран-100-ДА	GE Druck STX2100
Напряжение питания	=11,5…45 В	=24 В ± 20 %	=24 В ± 20 %
Выход:	4...20 мА, INTENSOR, HART, PROFIBUS-РА	4…20 мА, HART	4…20 мА, HART
Погрешность	<± 0,1 %	± 0,1 %	± 0,1 %
Устойчивость к перегрузке	до 40 раз	до 20 раз	до 30 раз
Категория защиты	IP 65	IP 65	IP 64
Диапазоны измеряемых давлений	до 408 кгс/см2	0…408Ч10-6 кгс/см2, 0 …1020 кгс/см2	0 …70 кгс/см2
Средний срок службы	12	12	10

Рассмотрев три датчика разных фирм, в качестве датчиков давления и уровня выбираем датчики фирмы Endress+Hauser, так как у них шире диапазон питающего напряжения, высокая точность измерения сохраняется даже при изменении диапазона измерений в пределах 100:1, электронные блоки взаимозаменяемы без калибровки, устойчивость к перегрузке до 40 раз, есть связь по PROFIBUS-PA, большой срок службы.

Датчики работают в условиях температуры окружающей среды -40…+85 єС и температурой процесса -40…+100 єС. Принцип действия измерения давления основан на том, что измеряемое давление воздействует на изолирующую диафрагму и через жидкость исполнитель передается на резистивный мост. Пропорциональное давлению выходное напряжение с резистивного моста измеряется и обрабатывается.

В таблице 7представлены характеристики датчиков уровня и давления.

Таблица 7. - Характеристика датчиков давления и уровня.

Наименование оборудования	Технические характеристики
Датчик давления PMP 635-R 1 3L 5 H 1 A AF 1	исполнение - стандартное, наличие дисплея, калибровка от 0 до номинала, жидкость-заполнитель для изолирующих диафрагм - силиконовое масло, соединение диафрагмы с Cerabar S - непосредственное
Датчик уровня PMP 635-R 1 3L 1 M 1 A AF 1	исполнение - стандартное, наличие дисплея, калибровка от 0 до номинала, жидкость-заполнитель для изолирующих диафрагм - силиконовое масло, соединение диафрагмы с Cerabar S - непосредственное

Сравним датчики электропроводности трёх фирм по основным техническим характеристикам.

Таблица 8- Характеристики датчиков электропроводности.

Основные технические характеристики	JumoCTI-Junior 202754/09-691/262	МЕТТЛЕР ТОЛЕДОInPro 7000-VP	ETATRON D.S.K5 [1 STE 033]
Напряжение питания	=19…30 В	=24В	=24В
Выходные сигналы:	0 - 10 В, PROFIBUS-PA	4…20 мА	4…20 мА
Погрешность	< 0,6 %	<3 %	?2 %
Диапазон измерения	0…500 мкСм/см	10…400 мкСм/см	10…400 мкСм/см
Измерение температуры	0…150 єС	нет	нет
Категория защиты	IP 67	IP 67	IP 67

Для контроля над данным технологическим процессом необходима регистрация, как электропроводности, так и температуры. Этот факт мы использовали для выбора в качестве двух датчиков один, а именно, индуктивный измерительный преобразователь электропроводности CTI-Junior фирмы Jumo.

Индуктивный измерительный преобразователь электропроводности CTI-Junior применяется для измерения удельной проводимости жидких сред. Индуктивный метод измерения позволяет без особого обслуживания определить удельную проводимость даже в самых неблагоприятных средах.

Технические характеристики индуктивного измерительного преобразователя электропроводности CTI-Junior

ѕ Напряжение питания: 19…30 В, номинальное 24В;

ѕ Давление: макс. 10 бар;

ѕ Допустимая температура окружающей среды: -5…+70 єС;

ѕ Степень защиты: IP 67;

ѕ Диапазон измерения: 0…500 мкСм/см;

ѕ Выходные сигналы: 0 - 10В, PROFIBUS-PA;

ѕ Потребление тока: макс. 100 мА;

ѕ Характеристика: линейная;

ѕ Погрешность: ?0,6 %;

ѕ Диапазон измерения температуры: 0…150 єС.

3.2.3 Выбор исполнительных устройств фирмы Danfoss

В соответствии с параметрами технологического процесса нам необходим регулирующий клапан с электроприводом. Отличительными свойствами регулирующих клапанов с электроприводом являются простота монтажа и эксплуатации.

В таблице 9приведена сравнительная характеристика регулирующих клапанов нескольких фирм.

Таблица 9. - Сравнение регулирующий клапанов.

Основные технические характеристики	DanfossVFS PN 25	ЛГ автоматика,Rotorк	ЛГ автоматика,Auma/Siemens
Напряжение питания	230 В	380 В	380 В
Диаметр трубопровода	15-100 мм	40-100 мм	10-200 мм
Давление	25,5 кгс/см2	25,5 кгс/см2	25,5 кгс/см2
Максимальная температура рабочей среды	120С	-60…+70С	-60…+70С
Категория защиты	IP 68	IP 67	IP 67

От фирмы «ЛГ автоматика» не поступило информации для выбора нужных клапанов. Поэтому было принято решение взять на использование клапаны фирмы DANFOSS, в частности AMV30 и AMV(E86).

Привод фирмы Danfoss может управляться аналоговым сигналом 4ч20 мА на встроенный позиционер, или цифровым сигналом на плату PROFIBUS-PA.

Основные технические характеристики регулирующего двухходового клапана VFS:

ѕ Диаметр трубопровода: 15-100 мм;

ѕ Давление: 25,5 кгс/см2;

ѕ Максимальная температура: 120 єС;

ѕ Присоединение: фланец.

ѕ Степень защиты от воздействия окружающей среды: IP 68 по ГОСТ 14254-80.

Характеристики электроприводов представлены в таблице 10.



Таблиц 10. - Характеристики электроприводов.

Характеристики	AMV (E86)	AMV 30
Напряжение питания	230	230
Диаметр клапана	65-150 мм	15-50 мм
Ход штока	40 мм	10 мм
Время перемещения штока на 1 мм	3 сек	3 сек



4. Промышленный контроллер КР-500М

Определение числа каналов и модулей ввода\вывода контроллера КР-500Мдля системы автоматизации. Контроллер КР-500М показан на рисунке 2

Рисунок 2. Промышленный контроллер КР-500М

Таблица 11. Число каналов промышленного контроллера

№	Каналы	Форма сигнала	Число каналов
1	Канал для подключения датчиков расхода.	Дискретный	3
2	Канал для подключения датчиков давления.	Дискретный	1
3	Канал для подключения датчиков уровня.	Дискретный	1
4	Канал для подключения электропроводности.	Дискретный	1
5	Канал для подключения датчика температуры	Дискретный	1
6	Канал для подключения исполнительных устройств по каналам: расхода, давления, расхода, электропроводности, температуры.	Аналоговый	5



4.1 Конфигурация промышленного контроллера КР-500М

4.1.1 Блоки контроллеров

4.1.2 Модули УСО



4.1.3 Миниконтроллеры

4.1.4 Периферийные устройства



4.1.5 Блоки управления электродвигателем (БУЭМ)

4.1.6 Источники питания



4.2 Технические характеристики контроллера

Таблица 12. Технические характеристика контроллера КР-500М

Измерительные модули	Диапазоны входных сигналов	Диапазоны выходных сигналов	Пределы допускаемой основной приведенной погрешности	Пределы допускаемой дополнит. погрешности от температуры, %/10 °С	Входное сопротивление/ Rн выходной цепи, Ом
МДА-Д-01…05	0 - 5 мА 0 - 20 мА 4 - 20 мА 0 - 10 В	0 - 100% 16 бит	± 0,1%	± 0,1%	(100±3) Ом (100±3) Ом (100±3) Ом не менее 10 кОм
МВА-Д-00…03		0 - 100% 18 бит
МАС-Д-01…05	0 - 5 мА 0 - 20 мА 4 - 20 мА 0 - 10 В	0 - 100% 16 бит	± 0,1%	± 0,1%	(100±3) Ом (100±3) Ом (100±3) Ом не менее 10 кОм
	0 - 100% 15 бит	0 - 5 мА	± 0,5%	± 0,25%	Rн ? 2 кОм
		0 - 20 мА, 4 - 20 мА			Rн?0,5 кОм
МК-500 (с модулями МЦ-10, 11; МР-10)	0 - 5 мА 0 - 20 мА 4 - 20 мА	0 - 100% 16 бит	± 0,1%	± 0,1%	(150±2) Ом
	0 - 100% 15 бит	0 - 5 мА	± 0,5%	± 0,25%	Rн? 2 кОм
		0 - 20 мА 4 - 20 мА			Rн? 0,5 кОм
МАВ-Д-00	0 - 100% 15 бит	0 - 5 мА	± 0,5%	± 0,25%	Rн ? 2 кОм
		0 - 20 мА, 4 - 20 мА			Rн? 0,5 кОм
МРС-Д-00, 01	0 - 365 Ом от термопреобразователей сопротивления по ГОСТ 6651-2009.	0 - 100% диапазона, 18 бит	± 0,1%	± 0,1%	не менее 100 МОм
МТС-Д 1) -00, 01	от -100 до 100 мВ Термопары по ГОСТ Р 8.585- 2001 см. табл. 4.	0 - 100% диапазона, 18 бит	± 0,1%	± 0,1%	не менее 100 МОм



Частота центрального процессора - 180 МГц.

Статическое ОЗУ - 2 Мб.

Динамическое ОЗУ -32 Мб.

FLASH-ПЗУ для архивации данных- 32 Мб.

8 портов RS-485 для связи с верхним уровнем или полевыми устройствами*.

1 порт Ethernet.

1 порт RS-232 для подключения модема.

1 порт USB для подключения инженерной станции.

Параллельное выполнение составных частей технологической программы на языках ФАБЛ и ПРОТЕКСТ

Наличие операционной системы реального времени.

* из них:

Канал1 - RS-232/RS-485 как возможность подключения модема;

Канал3 - межконтроллерная сеть Магистр;

Канал4 - канал резервирования РК.

Поддерживаются различные протоколы связи (МАГИСТР ведущий/ведомый, Modbus RTU Master/Slave, электросчетчики СЭТ и Меркурий, ADAM-4000 и др.), тип протокола настраивается пользователем

Языки программирования:

язык класса FBD - ФАБЛ (библиотека из более 200 алгоритмов);

язык класса ST - ПроТекст.

4.3 Процессорный модуль контроллера КР - 500М

КР-500 - многоканальный микропроцессорный контроллер.

Используется для построения систем АСУ ТП различной степени сложности предприятий с непрерывными или дискретными технологическими процессами различных отраслей промышленности. Так же для управление механизмами, агрегатами, линиями и т.п. как автономно, так и в составе АСУ ТП.

Контроллер относится к проектно-компонуемым изделиям, состав которых потребитель определяет при заказе. В соответствии с заказом возможна отдельная поставка устройств, входящих в контроллер.

В состав контроллера входят:

блок контроллера БК-500, БК-500М или БК-500К;

модули ввода/вывода УСО-Д, 48 модификаций, различающихся по виду и количеству принимаемых и формируемых сигналов, а также условиям эксплуатации;

миниконтроллер МК-500;

микроконтроллеры:

шлюзовой микроконтроллер ШМК, обеспечивающий подключение группы модулей УСО-Д;

пульт оператора ПО (стационарный);

интеллектуальные блоки БУЭР бесконтактного управления электродвигателями;

блок резервных защит БРЗ-30;



5. Технические характеристики и схема подключения пульта оператора в системе автоматизации на базе контроллера КР-500М

Рисунок 3. Схема подключения пульта оператора

Технические характеристики:

1. Напряжение питания пульта, В 24±6;

2. Количество интерфейсных каналов (RS-485) 2;

3. Количество строк в индикаторе 4;

4. Количество символов в строке индикатора 20;

5. Количество клавиш 16;

6. Количество режимов работы 3;

7. Тип канала полевой сети МАГИСТР или MODBUS RTU;

8. Степень защиты корпуса IP30 (лицевая панель -IP54);

9. Потребляемая мощность, Вт, не более 2,5;

10. Масса, кг, не более 0,5 2.;

11. Средний срок службы, лет 10.



6. Модуль ввода дискретных сигналов МСД-Д-03

Таблица 13 Технические характеристики МСД-Д-03.

Дополнительное обозначение (количество входов-выходов)	8 DI
Входные/ выходные сигналы	24В DC
Максимальная потребляемая мощность, Вт по 5 В	0,5
Габаритные размеры	100x35x115

6.1 Входные сигналы и схема подключения

Уровни сигналов:

логический «0» - напряжение постоянного тока (0-7) В;

логическая «1» - (24±6) В при входном токе не более 5 мА.

Модули с входами выполняют также дополнительные функции диагностирования линии связи входного сигнала и счета входных импульсов (счет входных импульсов только для первых четырех входов). Для обеспечения диагностирования линии связи параллельно источнику входного сигнала (датчику) необходимо подключить резистор 20 кОм ± 10% мощностью не менее 0,25 Вт.



Рисунок 3. Схема подключения МСД-Д-03.



7. Модуль вывода аналоговых сигналов МАВ-Д-01

Таблица 14. Технические характеристики МАВ-Д-01.

Дополнительное обозначение (количество входов-выходов)	4 AO	Кол-во
Входные/ выходные сигналы	Прог.	2
Максимальная потребляемая мощность, Вт по 5 В	0,5
Габаритные размеры	100x18x118

Настройка аналогового выхода на диапазоны выходного сигнала 0-5 мА, 0-20 мА или 4-20 мА осуществляется программным путем;

Выхода гальванически развязанные;

Длительность цифро-аналогового преобразования (ШИМ) 4 каналов модуля не более - 320 мс;

Питание выходных усилителей и нагрузки аналоговых выходных каналов осуществляется от внешних источников постоянного тока с напряжением (24±6) В. Каждый выход питается от отдельного (своего) источника, в противном случае нарушается гальваническая развязка между выходными каналами;

Ток потребления усилителя выходного канала от внешнего источника питания не превышает 8 мА без учета тока в нагрузке (или потребляемого нагрузкой);

Модули МАС-Д выполняют диагностику аналоговых выходных каналов. При изменении выходного сигнала на ±3 % от заданного формируется сигнал ошибки.



Рисунок 4. Схема подключения МАВ-Д-01



8. Панель оператора для системы автоматизации водоподготовительной установки

Рисунок 5. - Панель оператора SIMATIC HMI KTP400

Техническая характеристика операторской панели оператора SIMATIC HMI KTP400 представлены в таблице 15.

Таблица 15. - Технические характеристика

	SIMATIC HMI KTP400
Вес	Около 320 г
Тип дисплея	LCD mono FSTN (320x240)
Цвета	4 уровня серого и регулировка контраста
Устройство ввода	Сенсорный экран + клавиши
Память для приложений	512 Кбайт
Напряжение и диапазон	24В постоянного тока (~19-28В)
Предохранитель внутренний	Электронный
Время между двумя переходными режимами	50 с
Активная область отображения	76.79х57.59 (3.8”)
Фоновая подсветка	Светодиоды 30.000 час
1хEthernet	RJ45 10\100 Мбит\с



9. Заказная спецификация элементов системы автоматизации

Таблица 16

Позиционное обозначение	Наименование	Тип	Количество	Технические характеристики	Примечание
1	Контроллер	КР-500М	1	МК-500М (с модулями	Фирма ЗАО «Волмаг»
2	Источник питания	БП-4М-15	1	24 В	Фирма ЗАО «Волмаг»
3	ЦП	БК-500М	1	Процессор ПРЦ-АРМ на базе АТ91SAM 9260	Фирма ProSoft Systems
4	Промышленная сеть	PROFIBUS-PA	1		Фирма Siemens
5	Операторская панель	SIMATIC HMI KTP400	1	24 В штекер RJ45 кабеля с ПК для проектирования.	Фирма simatic
6	Модуль дискретного ввода	R600 D1 32 011	1	От 16 точек	Фирма ProSoft Systems
7	Модуль аналогово вывода	R600 AO 08 011	1	Каналы 15/2	Фирма ProSoft Systems
8	Датчик электропроводности	Jumo CTI-Junior 202754	1	19-30 В Погрешность 0.6	Фирма Jumo
9	Датчик расхода	DIN PN16	1	~ 85…260 В с погрешностью 0.2	Фирма MaxiFlo
10	Датчик уровня	R13L1M1A AF1	1	11-40 B, INTENSOR, HART, PROFIBUS- РА	Фирма EndressHauser
11	Датчик температуры	Jumo CTI-Junior 202754	1	0…150 єС	Фирма Jumo
12	Датчик давления	R13L5H1A AF1	1	4...20 мА, INTENSOR, HART, PROFIBUS- РА	Фирма EndressHauser



10. Структурная схема автоматизированной системы водоподготовительной установки на основе промышленного контролера КР-500М

Рисунок 6. Структурная схема автоматизированной системы водоподготовительной установки.



11. Инструментальные и исполнительные модули scada системы tracemode 6 для проектирования и программирования предложенной системы автоматизации

В курсовом проэкте для автоматизированного проектирования предложенного проекта сделан выбор инструментального и исполнительного модуля SCADA TRASE MODE фирмы «Adastra».

Модули выбраны в соответствии с количеством точек ввода-вывода автоматизированной системы водоподготовительной установки на базе промышленного контролера КР - 500М.

Инструментальная система. Интегрированная SCADA/HMI-SOFTLOGIC-MES-EAM-HRM- система для разработки автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и систем управления производством (АСУП). Включает полный набор редакторов и встроенный отладчик (на 2 часа непрерывной работы в реальном времени), сервер архива и тревог. Автопостроение. Встроенные драйверы УСО. ODBC/OPC/DDE поддержка. Печатная документация на русском языке. Стандартная техподдержка. Продукт лицензируется на 1 ПК.

Модуль DC-WP-6-8-P-RU-WIN.

Мощность 8.

Цена 13274 руб.

Исполнительные модули scada уровня. HMI-модуль. Основные функции: сбор данных с УСО, встроенные драйверы контроллеров и счетчиков электроэнергии, первичная обработка информации, управление технологическим процессом, запрограммированным на языках стандарта МЭК 61131-3; визуализация информации на мнемосхемах и трендах, ведение отчета тревог, предоставление информации клиентам и другим серверам TRACE MODE.

Включает сервер реального времени, графическую консоль и сервер тревог. Драйверы контроллеров и УСО. OPC и DDE клиенты. DDE сервер. SQL/ODBC-драйвер. Поддержка неограниченного числа опрашиваемых электросчетчиков для целей передачи данных в другие МРВ (только функции УСПД или ЦУСПД). Продукт лицензируется на 1 ПК.

Модуль RTM-6-16-P-RU-WIN.

Каналы/счетчики электроэнергии 15 / 2.

Цена 20322 руб.



Заключение

В результате выполнения курсового проекта:

1. Выполнен анализ технической схемы получения обессоленной смеси воды.

2. Предложены датчики для измерения давления, уровня, расхода.

3. Сделан расчет числа каналов и модулей ввода\вывода дискретных, а аналоговых сигналов.

4. Разработана структура схемы автоматизации водоподготовительной установки на основе промышленного контроллера КР-500 М.

5. Предложены инструментальный и исполнительный модули для проектирования и программирования предложенной системы автоматизации на основе SCADA-системы TRACE MODE6-T-FACTORY6.

автоматизация промышленный контроллер рафинер



Список использованных источников

1. Петровский B.C. «Автоматика и автоматизация производственных процессов лесопромышленных предприятий»: Учебник для вузов. - Воронеж: ВГТА, 2005. -- 412 с.;

2. Орлов А.Т., Стрижев Ю.Н. «Автоматизация технологических процессов производства фанеры». - М.: лесная промышленность, 1974. - 200 с.;

3. Дорошенко В.А, Друк Л.В. «Проектирование распределенных систем управления»: Учебное пособие. - М.: ФГ БОУ ВПО МГУЛ, 2012. - 525 с.;

4. ХаразовВ.Г. «Интегрированные системы управления технологическими процессами». -- С.-Петербург: СПб.: Профессия, 2009. - 592 с.;

5. Громаков Е.И. «Проектирование автоматизированных систем» (Электронный курс лекций). Специальность 220301 и Автоматизация технологических процессов. ГОУ ВПО «Томский политехнический университет» - Томск, 2009. - 136с.;

6. Электронный каталог компании «ВОЛГМАГ» по промышленным контроллерам.

7. Электронный каталог компании «AdAstrA» по инструментальным и исполнительным модулям SCADA системы TRACE MODE.

Размещено на Allbest.ru