ВСТУП
Сукупність операцій, що керують, утворює процес керування. Операції керування так само частково або повністю можуть виконуватися технічними пристроями. Заміна праці людини в операціях керування називається автоматизацією, а технічні пристрої, що виконують операції керування, автоматичними пристроями. Сукупність технічних пристроїв (машин, знарядь праці, засобів механізації), що виконують даний процес є об'єктом управління. Сукупність засобів управління і об'єкту утворює системи керування. Основна мета автоматичного керування будь-яким об'єктом або процесом полягаємо в тому, щоб безперервно підтримувати із заданою точністю необхідну функціональну залежність між керованими змінними, що характеризують стан об'єкту, і діями, що керують, в умовах взаємодії об'єкту із зовнішнім середовищем, тобто за наявності як внутрішніх, так і зовнішніх обурюючих дій. Математичний вираз цієї функціональної залежності називається алгоритмом керування. Для здійснення автоматичного керування створюється система, що складається з об'єкту, що керує, і тісно пов'язаного з ним пристрою, що керує. Як і всяка технічна споруда, систему керування прагнуть створити як би конструктивно жорсткою, динамічно «міцною». Система повинна бути здатна виконувати визначену для неї програму дій, не дивлячись на неминучі перешкоди з боку зовнішнього середовища.
Динамічно керовані процеси мають місце в живих організмах, в економічних і організаційних людино-машинних системах. Закони динаміки в них не є основними і такими, що визначають принципи керування, як це властиво технічним системам.
У автоматизованих системах керування технологічними процесами роль динаміки безперечна, але вона стає все більш очевидною і в інших сферах дії АСК ТП у міру розширення їх не тільки інформаційних, а й керуючих функцій.. Цілеспрямовані процеси, що виконуються людиною для задоволення різних потреб, є організованою і впорядкованою сукупністю дій, які діляться на два основні види: робочі операції і операції керування.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
4
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Для полегшення і удосконалення робочих операцій використовуються різні технічні пристрої, частково або повністю замінюючи людину в даній операції. Заміна праці людини в робочих операціях називається механізацією. Мета механізації полягає у вивільненні людини у важких операціях, що вимагають великих витрат фізичної енергії.
Людина завжди прагнула до полегшення своєї праці і до максимальних її результатів. І тому автоматизація і механізація з якнайдавніших часів застосовується людством у всіх можливих сферах виробництва.
У наш час автоматизація процесів керування і виробництва дає колосальний економічний ефект і крім всього дозволяє людині не бути присутньою і не брати участь в особливо небезпечних і шкідливих процесах.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
5
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
1. Завдання монтажних організацій, перелік монтажних робіт.
Монтаж засобів автоматизації, контролю і керування на більшості підприємств здійснюють спеціалізовані монтажні трести і управління. До складу даних структур крім усього іншого входять і налагоджувальні управління. Монтажні управління укладають з підрядчиком договори на виконання робіт по монтажу устаткування автоматизації, а налагоджувальні управління виконують на всіх об'єктах роботи по випробуванню, перевірці, наладці і пуску змонтованого устаткування.
Перш ніж приступити до виконання робіт монтажне управління повинне мати в наявності наступний пакет документів:
1. Проектна документація: монтажна, пусконалагоджувальна і експлуатаційна.
2. Структурні схеми виробництва та автоматизації.
4. Функціональні схеми автоматизації процесів.
5. Плани розташування щитів, пультів і трас з'єднань.
6. Заявочні відомості приладів засобів автоматизації, електричної і трубопровідної арматури, щитів, пультів, монтажних матеріалів і нестандартного устаткування.
7. Принципові електричні, пневматичні і гідравлічні схеми контролю автоматичного регулювання, управління, сигналізації і окремі схеми живлення.
8. Загальні види щитів і пультів.
9. Монтажні схеми щитів, пультів та таблиці для монтажу електричних трубних проводок.
10. Схеми зовнішніх електричних трубних проводок.
11. Кросові відомості (таблиці підключення).
12. Розрахунки регулюючих органів, параметри настройок регуляторів і розрахунки звужуючих пристроїв.
13. Плани розташування систем автоматизації, електричних трубних проводок.
14. Замовні специфікації приладів і засобів автоматизації, електроапаратури, щитів і пультів, кабелів і проводів, основних монтажних матеріалів і виробів.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
6
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
15. Перелік типових креслень на установку засобів автоматизації.
16. Локальні кошториси на устаткування і монтаж.
17. Записка пояснювальна.
18. Програмне забезпечення.
19. Комплект експлуатаційної документації:
а) опис інформаційних функцій оперативного відображення і реєстрації значень технологічних параметрів і показників устаткування, що управляють, а так само результатів математичних і логічних операцій виконуваних комплектом технологічних автоматизації.
б) опис оперативного виявлення, відображення, реєстрації і сигналізації відхилень значень технологічних параметрів і показників стану устаткування залежно від встановлених нормативів (показників).
в) опис підготовки інформації і виконання процедур обміну з суміжними і вищестоящими системами управління.
г) опис раціонального режиму ведення технологічного процесу.
д) опис формування і передачі на входи виконавчих пристроїв дій, що управляють, автоматично або за допомогою оператора, для реалізації обраного режиму.
Типовий перелік монтажних робітщо виконуються на об’єкті автоматизації:
1. Розробка плану монтажних робіт.
2. Стендова перевірка приладів для монтажу.
3. Виготовлення металоконструкцій.
4. Комплектація відбіркових пристроїв, а при необхідності їх виготовлення.
5. Монтаж захисних коробів.
6. Монтаж металоконструкцій.
7. Монтаж відбіркових пристроїв.
8. Монтаж кабельних конструкцій.
9. Монтаж захисних трубних блоків.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
7
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
10. Монтаж блоків імпульсних труб.
11. Затягування і прокладка проводів.
12. Прокладка кабелю.
13. Монтаж первинних приладів і перетворювачів.
14. Монтаж щита оператора.
15. Монтаж приладів щитової.
16. Підключення проводів і кабелів до вторинних приладів або до АСК ТП.
17. Індивідуальне випробування системи і здача робіт.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
8
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
2. Опис технологічного процесу. Матеріальні і теплові баланси. Показники ефективності процесу.
Фільтрування це процес розділення неоднорідних систем здійснюваний в апаратах званих фільтрами. Рушійна сила процесу фільтрування – різниця тиску в суспензії, що розділяється, і за перегородкою, що фільтрує. Ця різниця тиску витрачається на подолання потоком гідравлічного опору шару осаду і перегородки, що фільтрує. Різниця тиску в цьому процесі може бути створена:
1. Масою стовпа суспензії.
2. Вакуумуванням.
3. Нагнітанням рідинними насосами.
4. Подачею стислого газу.
5. За допомогою відцентрових сил.
Процес фільтрування зазвичай не закінчується розділенням суспензії на осад і фільтрат. Осад часто потім піддається промивці іншими рідинами, продуванню або просушуванню.
Застосовується два способи фільтрування – з утворенням осаду і із забиванням пір. Апарат в якому можна здійснювати обидва процеси розділення неоднорідних систем — осадження і фільтрування називають центрифугою.
Центрифугування — це процес механічного розділення рідких неоднорідних систем в полі відцентрових сил, що виникають при повідомленні замкнутому об'єму рідини обертального руху. Рушійною силою процесу є різниця відцентрових сил, що діють на частинки твердої фази, і на рідину, що оточує їх.
Фільтрування в полі відцентрових сил відбувається за тими ж законами, що і під дією перепаду тиску. Якщо осад можна вважати нестискуваним, а витрата суспензії, що подається, забезпечує мінімальний шар рідини над осадом протягом всього періоду завантаження, то швидкість фільтрування можна вважати постійною, а час фільтрування рівним часу завантаження.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
9
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Центрифуги застосовують для розділення суспензій в промисловості не менш широко, ніж фільтри.
У практиці центрифугування використовуються два основні способи розділення суспензій: відцентрове фільтрування і відцентрове осадження. Відповідно до фізичної суті процесу що реалізовується центрифуги підрозділяють на ті, що фільтрують і осаджувальні (відстійні).
Робочим органом центрифуги є ротор (барабан), закріплений на валу, що обертається, у внутрішню порожнину якого подається суспензія. Ротор складається з кільцевої кришки, циліндрової або конічної обичайки, плаского або опуклого днища. По розташуванню свого валу центрифуги діляться на вертикальні і горизонтальні. Обичайки роторів осаджувальних центрифуг суцільні, а що фільтрують — перфоровані (можуть бути покриті фільтрувальною тканиною або сіткою). Під дією відцентрових сил частинки твердої фази скупчуються у стінки обичайки ротора, а рідина або розташовується ближче до його осі, або продавлюється через шар осаду і отвори в обичайці.
Центрифуги, що фільтрують, застосовують для розділення порівняно велико дисперсних суспензій кристалічних і аморфних продуктів, осідання яких вимагають ретельної промивки і осушення. Робочий цикл центрифуг, що фільтрують, включає операції завантаження суспензії, фільтрування, промивки, осушення і вивантаження осаду. У осаджувальних центрифугах фільтрування замінюється осадженням, промивка осаду відсутня, але з'являється операція видалення рідини, що зібралася над осадом. Вони призначені для розділення емульсій і суспензій, що погано фільтруються, а також розділення суспензій по розміру частинок твердої фази, тобто виділення з них частинок розміром більше заданого. Над сформованим в осаджувальних центрифугах осадом звичайно залишається тонкий шар вільної рідини, тому осад має високу вологість. По режиму роботи виділяють центрифуги періодичної і безперервної дії. Для перших характерне послідовне здійснення операцій робочого циклу у всьому об'ємі ротора, для других — одночасне виконання операцій на різних ділянках ротора при
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
10
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
переміщенні осаду уздовж його утворюючої.
Центрифуги класифікують також за способом вивантаження осаду. Для машин періодичної дії характерні вивантаження уручну, гравітаційне та за допомогою ножа; безперервної дії — пульсуюче, шнекове, вібраційне.
Основна величина, що характеризує центрифуги, — це тиск фільтрування, який обчислюється в результаті ділення значення відцентрової сили що розвивається при центрифугуванні на значення середньої поверхні фільтрування.
Для підтримки матеріального балансу в центрифузі не встановлюють регуляторів, оскільки рівень фугату і осаду підтримується шляхом їх вільного видалення. Стабілізація витрати суспензії і дотримання балансу забезпечують постійну продуктивність центрифуги.
Показником ефективності центрифуги може служити її продуктивність і здатність при значних обурюючих діях забезпечувати задану вологість осаду.
Про тепловий баланс у процесі центрифугування є сенс згадувати тільки коли йде мова про температуру підшипників, що не може перевищувати рекомендовані граничні показники котрі забезпечують безаварійну і стабільну роботу агрегату при високих обертах барабану характерних для цього процесу. Температура у самій центрифузі не контролюється бо не має значення для процесу.
Переваги центрифуг перед фільтрами: вища інтенсивність процесу за рахунок більшої рушійної сили, відсутність допоміжного устаткування (компресор, вакуум-насос), ширші можливості механізації і автоматизації процесу. Недоліки: складність конструкції, високі вимоги до точності виготовлення вузлів, підвищена витрата енергії на привід, мала робоча поверхня, висока вартість.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
11
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
3. Основні параметри що характеризують технологічний процес.
Як об'єкт управління при автоматизації маємо центрифугу періодичної дії. Мета управління — отримання заданої, мінімально можливої вологості осаду.
В умовах виробничого процесу в центрифугу поступають численні обурення у вигляді зміни складу твердої речовини, початкової його концентрації в суспензії, в’язкості рідкої фази і багато інших.
Найбільш сильним обуренням є зміна подачі суспензії – збільшення витрати веде до вимивання частини осаду і до підвищення його вологості, а зменшення витрати порушує рівномірність шару осаду, що приводить до сильної вібрації ротора.
Для досягнення мети управління застосовують центрифуги з високою розділяючою здатністю. Але оскільки в сучасних центрифугах як рушій застосовують асинхронні електродвигуни, то вносити регулюючу дію за допомогою зміни числа обертів не є можливим. Тому при конструюванні центрифуг вибирають електродвигун з таким числом обертів, при яких забезпечується задана вологість осаду, не дивлячись на зовнішні обурення.
Оскільки сучасні центрифуги мають великі швидкості обертання, а матеріал в них може бути розподілений не рівномірно, то особлива увага приділяється контролю, сигналізації і захисту параметрів центрифугування.
Контролюються витрати суспензії і фільтрату, каламутність фільтрату, кількість споживаної електродвигуном енергії. При перевантаженні електродвигуна спрацьовує сигналізація. Контролю і сигналізації підлягають тиск масла в системі змащування і температура підшипників – при різкому падінні тиску і підвищенні температури спрацьовує пристрій захисту, що відключає центрифугу. Відключення проводиться і у разі вібрації барабана.
Регулювання відстійних центрифуг проводиться шляхом зміни тривалості відстоювання і осушення осаду. Тривалість цих операцій змінюють шляхом
зміни числа ходів поршня, при вивантаженні осаду поршнем, або зміною числа
оборотів шнека в шнекових центрифугах.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
12
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Зрідка регулювання вносять зміною ступеню відкриття розвантажувальних вікон.
Центрифуги періодичної дії мають дуже просту конструкцію і регулюючу дію можна було б вносити шляхом зміни тривалості окремих операцій залежно від вологості осаду. Але на практиці, за відсутності датчиків вологості, процес ведуть по жорсткій часовій діаграмі за допомогою командного приладу. Як параметр, що характеризує ступінь завантаження використовують значення рівня суспензії в барабані. Чутливим елементом рівня є пластинка, що контактує з верхнім шаром рідини в барабані. Цей же спосіб можна застосувати для контролю рівня твердого осаду, але як чутливий елемент застосовується гребінка, яка представляє опір тільки для твердої фази. Окрім цього для контролю завантаження застосовують так само датчики ємності, що вимірюють електричну ємність між датчиком і рівнем суспензії в барабані або його стінкою, датчики швидкості обертання барабана і потужності приводного електродвигуна. Щоб поліпшити експлуатаційні характеристики центрифуг застосовують зміну швидкості обертання ротора при здійсненні різних операцій, тому що кожній з операції відповідає своя оптимальна швидкість. Для цього як рушій застосовують спеціальні електродвигуни і командні пристрої з жорсткою програмою.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
13
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
4. Обґрунтування вибору засобів автоматизації.
При вибиранні засобів автоматизації процесу центрифугування були враховані наступні вимоги:
- для контролю і регулювання однакових параметрів технологічного процесу рекомендується застосовувати однакові автоматичні пристрої, що полегшує їх придбання, настройку, ремонт і експлуатацію.
- перевага віддається автоматичним пристроям серійного виробництва.
- клас точності приладів повинен відповідати технологічним вимогам.
- для місцевого контролю рекомендується застосовувати прості і надійні прилади.
Всім вище перерахованим вимогам повною мірою відповідають електричні засоби автоматизації які окрім того всі працюють з єдиним уніфікованим струмовим сигналом.
У цьому проекті як параметри контролю були обрані: витрата суспензії, рівень у центрифузі та тиск у трубопроводі фільтрату. Рівень регулюється збільшенням або зменшенням витрати суспензії яке виконується мембранним пневматичним клапаном за допомогою єлекторопневмоперетворювача по команді від аналового регулятора.У якості вимірюючих перетворювачів застосовані прилади „Сапфір-22” на усіх лініях контролю і регулювання.
Прилади „Сапфір 22” випускають в декількох модифікаціях, призначених для вимірювання надмірного тиску (ДИ), вакууму (ДВ), надмірного тиску і вакууму (ДИВ), абсолютного тиску (ДА), різниці тиску (ДД), гідростатичного тиску (ДГ).
Основною якісною відмінністю перетворювачів «Сапфір-22» є використання невеликих деформацій чутливих елементів, що підвищує їх надійність і стабільність характеристик, а також забезпечує стійкість до вібрації.
При здійсненні ретельної температурної компенсації гранична погрішність приладів може бути понижена до 0,1 %. Оскільки у процесі центрифугування є деяка вібрація, а по виходу процесуза граничні рамки вона може стати і дуже значною, то вибір пристрою що має добру стійкість до вібрації вкрай необхідний.
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
14
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Окрім того „Сапфір-22” з мінімальними витратами, передусім на підключення електричних проводок, інтегрується у сучасні системи автоматичного керування технологічним процесом.
Для перетворення витрати у перепад тиску була обрана стандартна діафрагма на умовний тиск 0,6 МПа з умовним діаметром 50 мм виготовлена з нержавіючої сталі, що повністю відповідає технічним умовам і умовам у приміщенні.
Як реєструючи, показуючи та сигналізуючи прилади на щиті оператора були застосовані прилади А 542. Прилад А 542 був обраний як серійний виріб, що добре себе зарекомендував, простий у обслуговуванні та експлуатації, а також як такий що використовує у своїй роботі уніфікований струмовий сигнал 4 -20 мА від приладу „Сапфір 22”.
Регулятор аналоговий Р25 застосований з тих же причин, та ще й тому що застосовувати більш вартісні й потужні прилади не має сенсу у такому простому ланцюзі регулювання. Регулятор Р25 як і прилад А 542 використовує на вході теж струмовий уніфікований сигнал 4 – 20 мА і видає на виконуючий пристрій командний струмовий сигнал від 0 до 5 мА.
Електропневмоперетворювач ЕП 5 та виконавчий механізм (клапан) були обрані як стандартні й найбільш пристосовані до потрібних умов регулювання витрати. (Дивись далі „Розрахунок регулюючого клапана”)
КП 5.092503.02.06 ПЗ
Арк.
15
Знм.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
6. Опис виконання ФСА. Опис всіх контурів контр