Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В послании президента РК говорится о поставленных целях в развитии индустрии на 2050 год. Президент говорит о том, что: «Цифровые и нано технологии, робототехника, регенеративная медицина и многие другие достижения науки станут обыденной реальностью, трансформировав не только окружающую среду, но и самого человека. Мы должны быть активными участниками этих процессов. Отечественная индустрия должна потреблять новейшие композитные материалы, которые мы должны производить у себя в стране. Государство должно стимулировать развитие транзитного потенциала в сфере информационных технологий. Через два года завершится первая пятилетка реализации программы форсированной инновационной индустриализации. Правительство должно разработать детальный план следующей фазы индустриализации. Необходим сценарий развития перспективных технологических направлений. К 2050 году Казахстан должен полностью обновить свои производственные активы в соответствии с самыми новейшими технологическими стандартами. Так же неотъемлемую роль в индустриализации занимает автоматизация производства.

Автоматизация производства - это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства. До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался немеханизированным (ручным). В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации.

Современная теория автоматического регулирования является основной частью теории управления. Система автоматического регулирования состоит из регулируемого объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект при изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием входных сигналов (управления или возмущения), изменяются регулируемые переменные. Цель же регулирования заключается в формировании таких законов, при которых выходные регулируемые переменные мало отличались бы от требуемых значений. Решение данной задачи во многих случаях осложняется наличием случайных возмущений (помех). При этом необходимо выбирать такой закон регулирования, при котором сигналы управления проходили бы через систему с малыми искажениями, а сигналы шума практически не пропускались.

Целью курсового проекта является Система автоматического регулирования (САР) уровня экстракта в экстракторе.

1. Описание технологического процесса экстракции

В качестве объекта управления процессом экстракции примем противоточный насадочный экстрактор, в нижнюю часть которого подают исходный раствор, а в верхнюю - растворитель. В связи с тем, что процессы адсорбции и экстракции во много характеризуются аналогичными зависимостями, большая часть решений, разработанных для абсорбции, применима и для экстракции. Так, показателем эффективности процесса экстракции является концентрация извлекаемого компонента в рафинате, а целью управления - достижение определенного значения этой концентрации. В объект управления поступают возмущающие воздействия (с изменением концентрации извлекаемого компонента в исходном растворе, температур исходного раствора и растворителя, состав растворителя, расхода исходного расхода), поэтому в качестве главной регулируемой величины принимают концентрацию извлекаемого компонента в рафинате или какой-либо параметр характеризующий эту концентрацию, вязкость, плотность, коэффициент рефракции, показатель преломления и т.п. Единственным и очень действенным каналом внесения регулирующих воздействий является регулирование соотношения расходов исходного раствора и растворителя путем изменения расхода растворителя. Расход же исходного раствора следует стабилизировать для ликвидации возмущения по этому каналу.

Для обеспечения материального баланса колонны необходимо поддерживать в ней постоянный уровень рафината посредством перелива и регулировать уровень раздела фаз изменением расхода экстракта.

Для управления процессом экстракции следует контролировать расход и температуру исходного раствора и растворителя, рафината и экстракта, концентрацию извлекаемого компонента в рафинате, уровень раздела фаз, давление в колонне. Сигнализации подлежит резкое увеличение извлекаемого компонента в рафинате.

Целью экстрагирования является процесс разделения смеси жидких или твердых веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагенов).

Таблица 1 Технические характеристики

Наименование	Значения
Скорость вращения мешалки	2-4 об/мин
Высота	от 2 до 4,5 м
Диаметр	от 2 до 9 м
Диапазон частиц	от 10-6 м до 10-1 м
Объем	650-1700
Объем загрузочной емкости	120-650
Мощность эл. двигателя	1,1-17 кВт
Продолжительность поворота вала	61 с
Число шнековых витков: загрузочной колонны горизонтального шнека экстракционной калонны	9,5 3,5 28,5
Шаг витка: верхнего приемного остальных витков	460 мм 450 мм
Производительность	70-125 т/сут

2. Противоточный насадочный экстрактор как объект автоматизации

Главной задачей при разработке систему управления является выбор параметров, которые должны участвовать в управлении и с изменением которых в объект будут поступать возмущающие воздействия. Правильный выбор параметров управления позволит также определить критерий оптимального управления для проектируемой системы.

Для того чтобы выяснить основные параметры контроля и управления необходимо разработать блок-схему типовых воздействий на проектируемый объект управления (см. рис. 1).

В проектируемой системе в проекте регулирования основным объектом управления является противоточный насадочный экстрактор.

Необходимо учесть максимально возможное число параметров в блок-схеме, основываясь на которые в дальнейшем выберем основные наиболее характерные для данного контура регулирования.

3. Выбор параметров контроля и управления

экстракция насадочный автоматизация

Система управления должна обеспечивать достижения цели управления за счет заданной точности технологических регламентов в любых условиях производства, при соблюдении надежной и безаварийной работы оборудования, и требований, пожаро- и взрывобезопасности.

Целью управления является достижение определенного контроля концентрации.

Контролю подлежат те параметры, по значению которых осуществляется оперативное управление технологическим процессом, а также пуск и останов основных технологических агрегатов. В проектируемой системе к таким параметрам относятся: контроль уровня экстракта в экстракторе.

На этапе выбора регулируемых параметров, характеризующих процесс, выбрать те, изменением которых целесообразно вносить регулирующие воздействия в систему. В данном случае таким параметром является уровень экстракта в экстракторе.

При нарушении нормального хода технологического процесса должны срабатывать устройства сигнализации, оповещающие технологический персонал о нежелательных событиях системы.

По результатам выбора параметров контроля и управления ниже будут выбраны средства автоматизации.

4 Выбор системы управления. Разработка схемы САУ ТП

В состав технического проекта автоматизации входит структурная схема управления. Она должна давать представление о местах размещения КТС и пунктов управления (местных щитов, операторских помещений, взаимосвязи между ними). В целом структурная схема должна отражать укрепленную структуру проектируемой САР, показывать ее систему управления и технологические подразделения, указывать вид управления (местные, централизованные, децентрализованные), а так же одно, двух или многоуровневое управление.

Структурная схема дает возможность получения первичных сведений о проектируемой схеме. Элементы структурной схемы изображают, как правило, в виде прямоугольников либо простых геометрических фигур. Их разрабатывают в соответствии с техническим материалом АСУ ТП общеотраслевыми материалами. Структурная схема разрабатывается на стадии проекта и рабочей документации.

В курсовом проекте предлагается разработать структурную схему САР уровня экстракта в экстракторе.

Системы управления технологическими объектами относятся к сложным системам и могут классифицироваться по различным признакам. Основным из которых является: цель и способ управления, степень участия человека в управлении, место расположения КТС.

Проектируемая САУ классифицируется следующим способом:

- по цели управления является стабилизирующей;

- по способу управления - замкнутой;

- по степени участия человека в управлении ТП САУ экстракта является автоматизированной, степень участия человека будет определена в расчетной части КП.

Технологические аппараты проектируемой САУ будут запитаны от сети переменного тока, напряжением 380 В, а цепи управления будут потреблять переменный ток пониженного напряжения (60,42,36,24,12), которое будет получено через понижающие трансформаторы.

5. Анализ среды обслуживания с точки зрения ПВО зон

Расположение оборудования и коммуникаций ТОУ должно предусматривать их безопасное обслуживание и соответствовать требованиям действующих нормативных документов. Общая компоновка проектируемой АСУ должна быть приведена в соответствии характеристик среды обслуживания к ПВО, и обеспечивать удобные, надежные и безопасные условия эксплуатации системы. Кроме этого учет условий окружающей среды поможет правильно выбрать приборы и средства автоматизации по исполнению, в результате чего будут реализованы схемы автоматизации и спроектирована безопасная, надежная и экономически эффективная система САР уровня экстракта в экстракторе. Среда обслуживания проектируемой системы характеризуется как влажное, химическое, агрессивное, не пожаро-, взрывоопасное.

Таблица 2 Характеристика ПВО зон.

Наименование производства, цеха и помещения	Категория пожаро-, взрывоопасности	Класс помещения по взрывоопасности (по ПЧЭ)	Категория и группы взрывоопасных веществ и смесей	Категория молниезащиты	Краткая характеристика помещения
Вспомогательный цех химического производства	Д	Не классифицируется	Взрывоопасные вещества не используются	III	Влажное, химическое, агрессивное, не пожаро-, взрывоопасное

6. Разработка функциональной схемы автоматизации. Выбор и разработка основного контура регулирования

Функциональная схема автоматизации - это основной технический документ проекта, определяющий структуру системы управления, и представляет собой чертеж, на котором схематически условными обозначениями изображены: технологическое оборудование и коммутации, органы управления, средства автоматизации, вычислительное устройство, элементы телемеханики. Функциональная схема автоматизации строится на основе технологической схемы и схемы цепей аппаратов и дает полное представление о ходе ТП.

На листе 1 ГЧ отображена функциональная схема автоматизации процесса экстракции, которая работает следующим образом: объектом управления является противоточный насадочный экстрактор. Для контроля расхода исходного раствора установлен датчик расхода (поз 1.1). При подачи растворителя в экстрактор установлен датчик расхода (поз 2.1). Что бы контролировать давление в экстракторе устанавливается датчик давления (поз 3.1). Что бы контролировать температуру исходного раствора устанавливается датчик температуры (поз 4.1). При выходе из экстрактора рафината установлен датчик концентрации. На данный датчик установлена сигнализация, срабатывающая при отклонениях от заданных величин концентрации рафината (поз 5.1).

В контур регулирования входит датчик по регулированию уровня экстракта в экстракторе (поз 6.1) и исполнительный механизм (поз 6.4). Уровень экстракта показывается и регистрируется на щите оператора (поз 6.2), регулировку осуществляет регулирующий орган (поз 6.3).

Для контроля расхода рафината на выходе из экстрактора устанавливается датчик расхода (поз 7.1).

Контур регулирования выбирают на основании анализа влияния управляющих воздействий на регулируемый параметр. В качестве регулируемой величины выбирается, как правило, параметр, имеющий наиболее технологическое значение для данного объекта управления и для измерения которого имеются технические средства, обладающие необходимой точностью и надежностью. Если эти условия в проектируемой системе не выполняются, то в качестве регулируемой величины выбирают (косвенную), связанную с первой, тогда разрабатывается система связанного регулирования.

На основе анализа функциональной схемы (см. ГЧ.Л1), используя данные технологического регламента составляется функциональная схема контура регулирования уровня.

7. Выбор средств автоматизации

Основным этапом при проектировании является выбор средств автоматизации, который должен быть произведен технически грамотно и экономически обосновано. Так как технологический процесс весьма сложный, то в схеме управления предлагается применить датчик Метран-100.

Средства автоматизации должны выбираться с учетом сложности объекта, его пожаро- и взрывоопасности, агрессивности и токсичности окружающей среды, вида измерительного технологического параметра, дальности передачи сигналов от датчиков до пункта управления. Необходимо учитывать требования к быстродействию и качество регулирования, требуемую чувствительность и точность измерения, допустимые погрешности и места установки приборов. Предпочтение надо отдать однотипным централизованным и серийно выпускаемым устройствам, что значительно упростит поставку, ремонт и эксплуатацию приборов.

В проектируемой САР уровня экстракта в экстракторе для контроля уровня предлагается применить датчик Метран - 100 - ДГ.

Таблица 3 Технические характеристики первичного преобразователя.

Тип/ марка	Входной сигнал, м3/ч	Выходной сигнал, мА	Мощность, В·А	Напряжение питания, В
Метран-100-ДГ	Изменение уровня	4 - 20	0,8	12…42

С первичного преобразователя сигнал поступает на вторичный прибор показывающий, регистрирующий, в качестве которого предлагается аналоговый прибор типа А-502.

Таблица 4 Технические характеристики вторичного прибора.

Тип/марка	Наименование	Выходная величина, мА	Напряжение питания, В	Класс точности	Мощность, В·А
А-502	Вторичный прибор	4 - 20	220	0,5	24

Со вторичного прибора сигнал поступает в цепь регулятора расхода, который сравнивает действительное и заданное значение сигнала, вырабатывает на основе сигнала рассогласования управляющее воздействие на объект. В качестве регулирующего устройства предлагается регулятор РС 29, входящий в комплект приборов и устройств «Контер-2» и предназначен для построения локальных систем автоматического регулирования. Регулятор выполняет масштабирование и суммирование входных сигналов, прием сигнала задания усиление и индикацию сигнала рассогласования, формирует закон регулирования.

Таблица 4 Технические характеристики регулятора

Тип/марка	Наименование	Входной сигнал, мА	Выходной сигнал, В	Напряжение, В	Мощность, В·А
РС29.0.43	Регулятор	4 - 20	-10 +10	220	18

На выходе регулятора формируется управляющий сигнал, который задается на регулирующем органе трубопровода теплоносителя. Сигнал изменит степень открытия регулирующего органа. Управляющий сигнал с регулятора поступает на исполнительный механизм, в качестве которого предлагается тип МЭО - 250/10

Для управления исполнительным механизмом существуют много различной аппаратуры. Теристорные усилители используются для бесконтактного управления исполнительного механизма. Магнитные реверсивные пускатели используются для контактного управления в САР. Но большее предпочтение для управления исполнительным механизмом нужно отдать пускателю бесконтактно-реверсивному ПБР - 3А.

Таблица 5 Технические характеристики исполнительного механизма

Тип	Наименьший крутящий момент на валу	Время полного хода вала	Номинальный ход вала
МЭО - 25/10 - 0,25 - 92К	25	10	0,25

8. Разработка электрической принципиальной схемы

Основным назначением принципиальной электрической схемы является отражение с достаточной полнотой и наглядностью взаимной связи отдельных приборов, средств автоматизации и вспомогательной аппаратуры, входящих в состав функционального узла. Схема служит для изучения принципа действия системы автоматизации, необходимой при производстве наладочных работ для разработки монтажных схем и таблиц щитов, схем соединений и подключений проводок. Схема составляется на основании функциональной схемы с соблюдением позиционных обозначений.

В графической части курсового проекта (см. ГЧ, лист 1) изображена электрическая принципиальная схема регулирования уровня экстракта в экстракторе, выполненная совмещенным способом изображения элементов схемы на чертеже. Схема работает следующим образом: в проектируемой САР уровня экстракта в экстракторе для контроля уровня предлагается применить датчик Метран -100ДГ (поз 1.1). С первичного преобразователя сигнал поступает на блок извлечения корня БИК (поз 1.6). С блока извлечения корня сигнал идет на вторичный прибор показывающий, регистрирующий, в качестве которого предлагается аналоговый прибор типа А - 502 (поз 1.2). Со вторичного прибора сигнал поступает в цепь регулятора уровня, который сравнивает действительное и заданное значение сигнала, вырабатывает на основе сигнала рассогласования управляющее воздействие на объект. В качестве регулирующего устройства предлагается регулятор РС29 (поз 1.3), входящий в комплект приборов и устройств «Контур-2» и предназначен для построения локальных систем автоматического регулирования. Регулятор выполняет масштабирование и суммирование входных сигналов, прием сигнала задания усиление и индикацию сигнала рассогласования, формирует закон регулирования. На выходе регулятора формируется управляющий сигнал, который задается на регулирующем органе. Сигнал изменит степень открытия регулирующего органа. Управляющий сигнал с регулятора поступает на исполнительный механизм, в качестве которого предлагается тип МЭО 250/10 - 0,25 - 92К.

9. Расчет комплексного показателя уровня автоматизации системы

Количественная оценка показателя уровня автоматизации осуществляется с помощью показателя К, при использовании которого можно проверить анализ состояния автоматизации действующих установок. Максимальное значение показателя уровня автоматизации приравнивается К_max = 1, а нормативное значение всегда меньше единицы, т.е. К_нор = 0,75…0,99.

Показатели уровня автоматизации рассчитывается по уравнению:

(1)

где 1-12 - функции управления;

k_i - частные показатели уровня автоматизаций отдельных функций управления

б_i - коэффициент «важности» функций, определяющий относительную значимость данной функции в общем процессе управления

Анализируя функциональную схему, составляем таблицу данных для расчетного показателя уровня автоматизации системы, приведенную в таблице 6.

Таблица 6 Данные для расчета

Номер функций, Кi	Общее число параметров, nоб	Способ реализаций функций, Кj	Число параметров способа, nj	Коэффициент важности, б
К1	7	0,2; 0,7; 0,85	7; 6; 1	0,9
К3	6	0,2; 0,6; 0,85	5; 6; 6	0,7
К4	3	0,2; 0,7	1; 3	1
К6	21	0,2; 1	21; 21	0,8
К8	3	1	3	0,8
К9	3	0,7; 0,9	3; 3	0,9
К12	21	0,2; 0,3; 0,7	21; 10; 5	0,7

Расчет

1. Определяем частный показатель уровня автоматизаций, контроля технологических параметров.

(2)

2. Определяем показатель уровня автоматизации, регистрации технологических параметров.

 (3)

3. Определяем показатель уровня автоматизации, контроля состояния оборудования.

(4)

4. Определяем показатель уровня автоматизации, расчета технико-экономических показателей.

(5)

5. Определяем показатель уровня автоматизации, пуска и останова.

(6)

6. Определяем показатель уровня автоматизации, управления технологическим процессом.

 (7)

7. Определяем показатель уровня автоматизации, обмена информацией со смежными и вычислительными уровнями.

(8)

8. Определяем комплексный показатель уровня автоматизации системы

(9)

Так как К > 1, то вводим К оптимально = 0,92:

Вывод: уровень автоматизации проектируемого процесса экстракции достаточен, так как количественная оценка комплексного показателя уровня автоматизации лежит в пределах нормативного.

10. Расчет надежности электрической принципиальной схемы

Под надежностью понимается свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в соответствующих пределах. На надежность схем автоматизации оказывают влияние количество элементов в схеме, способ их соединения, факторы окружающей среды. Степень достоверности расчета зависит от принятой допустимой интенсивности от принятой допустимой интенсивности отказа каждого элемента в схеме и от точности оценки влияния различных факторов надежности. Износ, старения материала во внимание не берется. Эксплуатационные показатели надежности это безопасность, ремонтопригодность, долговечность. Средствам автоматизации предъявляют повышенные требования надежности. Для расчета надежности существуют различные методики, в данном случае принимаем методику расчета надежности основную на определение вероятности безотказной работы схемы.

Анализируя принципиальную электрическую схему, составляем таблицу данных для расчетов, представленную в таблице 7, а интенсивность отказов элементов схемы определяют из технических инструкций на приборе.

Таблица 7 Данные для расчета

Поз.	Наименование	Кол-во	Интенсивность отказов л, час-1	Результирующая интенсивность отказов Ул, час-1
1.1	Первичный преобразователь Метран-100-ДГ	1	1,5 · 10-5	1,5 · 10-5
1.2	ВП А-502	1	0,721 · 10-5	0,721 · 10-5
1.3	Регулятор РС29.0.43	1	1,44 · 10-5	1,44 · 10-5
1.4	ИМ	1	1,81 · 10-5	1,81 · 10-5
1	2	3	4	5
1.5	Блок питания	1	0,82 · 10-5	0,82 · 10-5
1.6	Блок извлечения корня БИК	1	1,32 · 10-5	1,32 · 10-5
-	-	-	-	? 5,801 · 10-5

Расчет

1. Принимается срок нормальной эксплуатаций схемы до первого отказа Т=1000 часов.

2. Определяется результирующая суммарная интенсивность отказа всей схемы.

(10)

3. Определяется величина относительной наработки на отказ

(11)

4. Определяется вероятность безотказной работы схемы

(12)

Вывод: вероятность безотказной работы расчетной схемы лежит в нормативных пределах P=(0,78-0,99) и близка к 1, следовательно, проектируемую систему можно считать надежной.

11.Оценка структурной надежности системы автоматизации

Структурной надежности системы называют надежность системы в целом, оцениваемая по структурной схеме с учетом надежности автоматических устройств, составляющих схемой и надежности объектов управления.

В ходе расчета сделаем предположение, что все элементы схемы соединены между собой последовательно и выход из строя какого-либо из элемента схемы, приведет и к выходу из строя всей системы. Оценка надежности системы проводится методом сравнения вероятности отказа работы объекта управления и системы САР.

Расчет

1. Вероятность безотказной работы автоматических устройств, включены в электрическую принципиальную схему, в соответствии с проведенным ранее расчетом (см. п. 9) составляет 0,93

2. Из технического паспорта на абсорбент выписываем вероятность безотказной работы объекта управления, которая составляет 0,58

3. Сравниваем надежность объекта управления и автоматических устройств 0,58 <0,93.

4. Так как вероятность безотказной работы объекта управления меньше вероятности безотказной работы автоматических устройств, то автоматические устройства, составляющие схему САР, не снизят надежности объекта управления, а средняя вероятность безотказной работы системы в целом будет иметь следующее значение:

(13)

Что лежит в пределах нормативного

0,58<0,765<1

12. Правила безопасной эксплуатации приборов и средств автоматизации

В условиях повышенной опасности поражения электрическим током, профилактика электротравматизма приобретает важное значение.

Безопасность труда при эксплуатации приборов и средств автоматизации обеспечивается системой организационнотехнических мероприятий. Ее основу составляют система стандартов безопасности (ССБТ) и требования техники безопасности (ТБ), положения которые должен знать и выполнять персонал, обеспечивающий техническое обслуживание и персонал, контролирующий выполнение этих работ. При работе с устройствами автоматизации необходимо пользоваться специальным инструментом с изолированными ручками.

Проверку цепей вторичной коммутации осуществляют с помощью источника безопасного напряжения - омметра, тестера или других приборов с питанием от сухих элементов напряжения до 12 В. проверяемые цепи должны быть полностью обесточены.

Измерение сопротивления изоляции, испытание электрической прочности изоляции повышенным напряжением производится только на полностью отключенных средствах автоматизации.

В качестве мероприятий по предотвращению облучения электромагнитными излучениями (радио волнами) предусматривают использование отдельных помещений для настройки и регулировки приборов и средств автоматизации, ограждение опасных зон предупредительными знаками и надписями, включением в технологические карты ремонта указаний по применению средств индивидуальной защиты.

Все операции, по установке и присоединению измерительных приборов следует производить осторожно, при этом во время измерений касаться включенных приборов, трансформаторов, сопротивлений и других элементов системы автоматизации запрещается.

Измерения переносными приборами, их присоединение и отсоединение в устройствах напряжением выше 1000 В осуществляется двумя наладчиками. Один из которых должен иметь квалификационную группу не ниже четвертой, а второй не ниже третьей группы по технике безопасности.

Переносные приборы располагают таким образом, чтобы можно было снимать их показания, не прикасаясь к частям находящимся под напряжением.

Список литературы

1 В.В. Шувалов. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М: ВШ, 1991.

2 Е.Б. Петрова. Методическое пособие по расчету надежности схем автоматизации. 1993.

3 Е.Б. Петрова. Методическое пособие по расчету комплексного показателя уровня автоматизации. 1993.

4 А.Я. Комаров. Автоматизация производственных процессов на обогатительных фабриках. М: Недра, 1980.

5 В.И. Кармазин. Процессы и машины для обогащения полезных ископаемых. М: Недра, 1974.

6 В.Д. Баранов. Промышленные приборы и средства автоматизации, Справочник. Л: «Машиностроение», 1987.

Размещено на Allbest.ru