Материал: Функциональная схема автоматизации

Функциональная схема автоматизации

Содержание

Введение

1. Исходные данные на проектирование

.1 Схема установки и описание работ

.2        Перечень контролируемых и регулируемых параметров

1.3 Материальный и тепловой баланс установки

.4 Расчет диаметров трубопроводов

.5 Технические характеристики объекта автоматизации

2. Разработка функциональной схемы автоматизации

3. Выбор и обоснование средств автоматизации

4. Выбор модулей ввода/вывода контроля

Заключение

Список используемых источников

Приложение

Введение

Нормальный ход различных технологических и производственных процессов может быть обеспечен лишь тогда, когда те или иные величины, которые характеризуют эти процессы, удовлетворяют определенным условиям.

Необходимость поддержания постоянства той или иной величины или изменения ее в соответствии с каким-либо законом возникает в самых разнообразных отраслях техники. Сами по себе объекты, в которых протекают те или иные рабочие процессы, часто не обеспечивают их нормального хода, иначе, сами по себе объекты не могут устранить отклонения режима от заданного, вызываемого различными причинами. Поэтому такие объекты снабжаются управляющим или регулирующим органом, воздействием на который можно изменить режим их работы, а значит, нужным образом управлять процессом.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат.

Цель курсовой работы - ознакомиться студенту с принципами построения современных систем автоматизации технологических процессов, реализованных на базе промышленных контроллеров и ЭВМ. В настоящее время такие системы широко внедряются на предприятиях пищевой промышленности. В ходе выполнения курсовой работы студент решает следующие задачи:

) Ознакомление с методикой разработки функциональных схем автоматизации технологических процессов на базе серийно выпускаемых приборов и промышленных контроллеров;

) Ознакомление с характеристиками современных приборов и средств автоматизации;

) Изучение основных подходов к обоснованному выбору приборов и технических средств автоматизации;

) Изучение действующих стандартов и других нормативных документов регламентирующих правила оформления технической документации по автоматизации технологических процессов.

. Исходные данные на проектирование

.1 Схема установки и описание работ

Автоматизация установки приготовления сиропа

Рисунок 1 - Схема установки приготовления сиропа

Приготовление сиропа производится в установке периодического действия, которая функционирует по следующему алгоритму. Вода и концентрированный сироп (концентрат) подаются в аппарат предварительного смешивания 1. Дозирование воды и концентрата осуществляется отсечными клапанами К1 и К2. После этого клапаны К1 и К2 закрываются и включается мешалка. Перемешивание производится в течении 15 минут. Далее мешалка отключается, открывается клапан К3, и сироп самотеком поступает в смеситель 2. Одновременно в смеситель начинают подаваться вода и жидкий ароматизатор. Дозирование воды и ароматизатора производится отсечными клапанами К4 и К5. Клапан К3 закрывается по нижнему уровню в аппарате 1. После закрытия клапанов К3, К4, К5 включается насос Н1, с помощью которого осуществляется перемешивание в течении 15 минут. Далее насос отключается и открывается клапан К6. Сироп самотеком перетекает в емкость 3 для предварительного подогрева. Клапан К6 закрывается по нижнему уровню в 2. После этого открывается клапан К7 и в рубашку емкости попадает пар. При достижении заданной температуры в емкости 3 клапан К7 закрывается, а клапан К8 открывается, и сироп передается на стадию пастеризации.

.2 Перечень контролируемых и регулируемых параметров

Автоматическое дозирование:

Концентрата в аппарат 1;

Воды в смеситель 2.

Автоматическое регулирование:

Давления пара на входе в 3.

Измерение и регистрация на ЭВМ:

Расход концентрата на входе в аппарат 1;

Расход воды на входе в смеситель 2;

Уровень в аппарате 1;

Концентрация сахара в смесителе 2;

Температура в сборнике 3.

Измерение:

Расход сиропа после насоса Н1;

Расход сиропа на входе в 2;

Температура сиропа на входе в 3.

Сигнализация:

Верхний уровень в аппарате 1;

Автоматическая блокировка:

Отключение воды по верхнему уровню в 1.

Программное и дистанционное управление:

Управление двигателем насоса Н1;

Управление двигателем мешалки аппарата 1;

Управление отсечными клапанами К1- К8.

1.3 Материальный и тепловой баланс установки

По тепловой нагрузке аппарата можно определить расход греющего пара, для этого можно воспользоваться следующим выражением, полученным из уравнения теплового баланса:

 (1)

где G_в - расход продукта(жидкости) через теплообменник, кг/с;

,08 - постоянный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;

С - теплоемкость жидкого компонента, Дж/кг∙К;

R - удельная теплота парообразования, Дж/кг;

 - начальная и конечная температуры нагреваемого

продукта, °С.

=0,14кг/с

Определим объемный расход пара:

 (2)

Составим материальный баланс аппарата предварительного смешения:

 (3)

где G_в - расход воды в аппарате предварительного смешения, т/ч;

G_к - расход концентрата, т/ч;

Составим материальный баланс смесителя:

 (4)

где G_в2 - расход воды в смесителе, т/ч;

G_а2 - расход ароматизатора в смесителе, т/ч;

G_п2 - расход продукта из смесителя, т/ч.

1.4 Расчет диаметров трубопроводов

Диаметр трубопроводов можно определить по расходу продукта:

D =, м,                                  (5)

автоматизация технологический регулируемый параметр

где Q_п - расход продукта, м³/c;

W - скорость продукта (жидкости), м/с;

D - внутренний диаметр трубопровода, м.

Оптимальная скорость прохождения жидкости соответствует минимуму эксплутационных расходов. Поэтому при расчете трубопроводов скорость движения ориентировочно может быть принята в следующих интервалах:

Движение жидкости при подаче насосом, м/с 1-2,5

Движение самотеком, м/с 0,1-0,5

Для газов, м/с 5-20

Для паров, м/с 15-40

Необходимо рассчитать внутренние диаметры трубопроводов для подачи воды и концентрата в аппарате предварительного смешения, отвода продукта из аппарата, подача воды и концентрата в смесителе, отвод продукта из смесителя, подача пара, продукта на пастеризацию.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для подачи воды в аппарат предварительного смешения. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 0,5м/с. Расчет производим по формуле (5):

Определим объемный расход воды:

_в =

где ρ - плотность воды, кг/м³.

Q_в =

d_вн = = 0,032м

Принимаем для подачи воды в аппарат предварительного смешения стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 32мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для подачи концентрата в аппарат предварительного смешения. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 0,5м/с. Расчет производим по формуле (5):

Определим объемный расход концентрата:

_п =

где ρ - плотность концентрата, кг/м³.

Q_к =

d_вн = = 0,017=0,025м

Принимаем для подачи концентрата в аппарат предварительного смешения стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 25мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для отвода продукта из аппарата предварительного смешения. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 0,5м/с. Расчет производим по формуле (5):

Определим объемный расход сиропа:

_с =

где ρ - плотность сиропа, кг/м³.

Q_с =

d_вн = = 0,037=0,04м

Принимаем для отвода продукта из аппарата предварительного смешения стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 40мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для подачи воды в смеситель. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 0,5м/с. Расчет производим по формуле (5):

Определим объемный расход воды:

Q_в =

d_вн = = 0,032м

Принимаем для подачи воды в смеситель стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 32мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для подачи ароматизатора в смеситель. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 0,5м/с. Расчет производим по формуле (5):

Определим объемный расход ароматизатора:

Q_а =

где ρ - плотность ароматизатора, кг/м³.

Q_а =

d_вн = = 0,017=0,025м

Принимаем для подачи ароматизатора в смеситель стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 25мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для перемешивания в смесителе. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 2м/с. Расчет производим по формуле (5):

Определим объемный расход сиропа:

_с =

где ρ - плотность сиропа, кг/м³.

Q_с =

d_вн = = 0,025м

Принимаем для перемешивания в смесителе стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 25мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для подачи в емкость для предварительного подогрева. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 0,5м/с. Расчет производим по формуле (5):

d_вн = = 0,05м

Принимаем для подачи в емкость предварительного подогрева стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 50мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для подачи пара и отвода конденсата. Скорость движения пара по трубопроводу принимаем W = 15 м/с. Расчет производим по формуле (5):

d_вн = = 0,1м

Принимаем для подачи пара стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн = 100 мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода для отвода готового продукта из емкости для предварительного нагрева. Скорость движения компонента по трубопроводу принимаем W = 0,5м/с. Расчет производим по формуле (5):

d_вн = = 0,05м

Принимаем для отвода готового продукта из емкости предварительного нагрева стальные нержавеющие трубы из стали с внутренним диаметром dвн= 50мм.

.5 Технические характеристики объекта автоматизации

Контроллер Simatic S7-300

Уровень в аппарате 1 2м

Температура в емкости для предварительного нагрева 70˚С

Концентрация сахара в смесителе 20%

Расход концентрата 0,5т/ч

Расход воды на входе в смеситель 2 1,5т/ч

Погрешность преобразователя давления ±0,0004 МПа

Погрешность термопреобразователя сопротивления ±0,175˚С

Погрешность волноводного уровнемера ±5мм

2. Разработка функциональной схемы автоматизации

Для измерения расхода концентрата в аппарат 1 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 1а, 1б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Регулирование осуществляется путем изменения расхода регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи концентрата. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 1д с сигнализацией угла поворота 2. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 1в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 1г.

Для измерения расхода воды в смеситель 2 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 3а, 3б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Регулирование осуществляется путем изменения расхода регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи воды в смеситель 2. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 3д с сигнализацией угла поворота 4. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 3в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 3г.

Для измерения давления пара на входе в 3 применяется измерительный преобразователь давления 5а. На выходе преобразователя давления формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Этот модуль предназначен для ввода унифицированного токового сигнала 4-20 мА. Регулирование осуществляется путем изменения давления регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 5г с сигнализацией угла поворота 6. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 5б. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 5в.

Для измерения и регистрации на ЭВМ уровня в аппарате 1 используется волноводный уровнемер. Данный уровнемер состоит из зонда, погружаемого непосредственно в раствор 7а и преобразователя 7б, установленного рядом с оборудованием. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал 4-20мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300. Для сигнализации верхнего уровня в аппарате 1, предусмотрена сигнальная лампа HL1 установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного вывода DO SM 322. При достижении верхнего уровня в аппарате 1 происходит отключение подачи воды. Осуществляется блокировка регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи воды. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 7д. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 через магнитный пускатель 7в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 7г.

Для измерения и регистрации на ЭВМ концентрации сахара в смесителе 2 установлен концентратомер микропроцессорный 8а,8б. На выходе концентратомера формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который поступает на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300.