Министерство образования и наукиРоссийской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Казанский государственныйтехнологический университет
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ КОНТРОЛЯ И
РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В КУРСОВЫХ И ДИПЛОМНЫХПРОЕКТАХ
Методическиеуказания
2006
Министерство образования и наукиРоссийской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Казанский государственныйтехнологический университет
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ КОНТРОЛЯ И
РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВКУРСОВЫХ И ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТАХ
Методическиеуказания
Казань-2006
Составители: Ившин Валерий Петрович
ХайрутдиновАйрат Ильдусович
УДК 681.2: 66 (075.8)
Разработаныфункциональные схемы контроля и регулирования технологических параметров вкурсовых и дипломных проектах: Методические указания./ Казанскийгосударственный технологический университет: Казань, 2006, 56с.
Методическаяразработка может быть использована студентами при выполнении ими раздела подисциплине СУХТП в курсовых и дипломных проектах.
Методические указания разработанына кафедре Автоматизации и информационных
технологий (АИТ) КГТУ.
Табл.2. Библиогр.: 14 назв.
Печатаетсяпо решению методической комиссии по циклу общепрофессиональных дисциплинКазанского государственного технологического университета.
Рецензент: Начальник отдела эталонов и эталонныхсредств измерений расхода газа ФГУП ВНИИР
кандидат технических наук В.М. Красавин.
ã Казанскийгосударственный
технологический университет
2006
Содержание раздела по СУХТП в курсовом (дипломном) проекте.
Раздел по СУХТП в выполняемом курсовом или дипломном проектесостоит из двух частей:
Графическая часть (листы формата А1);
Текстовая часть (записка к проекту).
· Графическаячасть представляется листами формата А1. В верхней части листа (листов)изображается достаточно «жирными» линиями технологическая часть. В нижней частирасполагается автоматизированная система управления (АСУ) технологическимпроцессом (см. “Типовыефункциональные схемы контроля и регулирования технологических параметров”, с.10-23)).
· Текстоваячасть (записка) должна быть представлена следующим содержанием:
стр.1. Заголовок ................................... ..... ....................... 52. Введение .................................. .... .......... . ........ ....... 53. Оформление таблиц 1,2............................. ... ............... ....... 8
4. Спецификация технических средств автоматизации.…............…............. 245. Описаниефункционирования схем контроля и регулирования технологических параметров Вашего процесса................................................ .37
6. Литература...................................…..................... ..... .49
На стр.(50-55) для сведения приведено Приложение“Дополнительные технические средства автоматизации”.
Пункты(1-6) должны обязательно присутствоватьв записке к Вашему проекту.Автоматизированная система управления (АСУ) производством (процессом)…
(например: процессом производстваэтилена).
Введение.
Внедрение АСУявляется наиболее прогрессивным направлением в области автоматизации. Прибольшом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управленияцелесообразно применять электрические средства автоматизации. Химическиепроизводства относятся к числу взрывопожароопасных и автоматизацияосуществляется на основе использования взрывозащищенных средств автоматизации сиспользованием ЭВМ.
Прииспользовании электрических приборов, ЭВМ применяется во-первых, для облегченияработы оператора, т.к. за короткий промежуток времени обрабатывает большоеколичество информации; во-вторых может выполнять роль «советчика», при которомЭВМ рекомендует оператору оптимальные знания режимных параметров процесса и, в третьих,сравнивая текущие знания с заданными, выдает корректирующий сигнал на регуляторили непосредственно на исполнительный механизм. Кроме того, работая в качествеуправляющей системы по заданной программе, ЭВМ характеризуется гибкостьюуправления, т.е. появляется возможность перенастроить производство за короткоевремя на выпуск продукции другого качества, тем самым быстро среагировать нарынок.
В общем, система управления организована в виде двухуровневой структуры:верхний уровень и нижний уровень.
Верхний уровень реализован на базе станций оператора-технолога иоператора-инженера. Станции оснащены современными ПК. Верхний уровеньобеспечивает ведение базы данных, визуализацию состояния технологическогооборудования, обработку данных формирование и печать отчетных документов,ручное дистанционное управление технологическим оборудованием.
Нижний уровень системыобеспечивает реализацию следующих функций:
— контроль технологических параметров;
— первичная обработка и расчет параметров;
— функционирование контуров регулирования;
-контроль безопасности и аварийную защиту технологического оборудования.
Нижнийуровень системы управления является дублирующим (локальным) при выходе ЭВМ изстроя. Он реализован в виде двух подсистем: подсистема РСУ (распределенная система управления) – собираетинформацию, вырабатывает регулирующие воздействия; подсистема ПАЗ (подсистемапротивоаварийной защиты) – контролирует нарушения входе технологическогопроцесса, осуществляет защиту и блокировку аппаратов (вырабатывает защитные воздействия).
Функции РСУ и ПАЗ выполняют программируемыеконтроллеры.
Контроллеры выполняют следующие функции:воспринимают аналоговые, дискретные электрические унифицированные сигналы; измеряют и нормируют принятые сигналы; выполняют программную обработку сигналов с первичных преобразователей и формируют аналоговые и дискретные управляющие сигналы; отображают информацию на экране; управляются при помощи стандартной клавиатуры.
При выборе контроллера решающими факторами являются:
·
·
·
·
·
Данным условиям удовлетворяет контроллеры фирмы MooreProductsCompany, также контроллеры AllenBradleySLC 5/04 корпорации Rockwell (семейство SLC 500 малых программируемыхконтроллеров), контроллеры YS170 YOKOGAWAи контроллеры серии TREI-Multi.
В данном проекте технические средства нижнего уровняпостроены на базе контроллеров фирмы MooreProductsCompany: подсистема РСУ на контроллере APACS+; подсистема ПАЗ на контроллере QUADLOG.
1) В контроллере APACS+ использованы новейшие технологические идеи,реализованные на платформе, эффективность которой многократно проверена насотнях систем. Все это придаетуверенность в быстром вводе системы в эксплуатацию и минимальном временипростоя.
Контроллеры APACS+ могут управлять работой отдельных агрегатов (установок) (30-50 контуроврегулирования); технологических участков (150 контуров регулирования); цехов снепрерывными и периодическими процессами. Каждый модуль APACS + имеетвстроенные средства углубленной самодиагностики, которые ускоряют и облегчаютдиагностику ошибок и помогают правильной работе схем резервирования.
2) Контроллер QUADLOGимеет также несколько модулей. Стандартный аналоговый модуль (SAM) входит всемейство модулей ввода/вывода. Онпредназначен для подключения аналоговых и дискретных сигналов. Модуль SAMобеспечивает высокую пропускную способность для стандартных сигналовввода/вывода (аналоговые входные сигналы (4-20) мА, аналоговые выходные сигналы(4-20) или (0-20) мА, а также дискретные входы и выходы). К модулю SAM можноподключить до 32 каналов. Каждый канал может быть сконфигурирован для работы саналоговым входом (4-20) мА, аналоговым выходом (4-20) мА или (0-20) мА, дискретным входомили дискретным выходом. Стандартный дискретный модуль (SDM) имеет 32 канала ввода/вывода,каждый из к них может быть сконфигурирован как дискретный вход/выход,дискретный импульсный выход. Модуль позволяет управлять работой электродвигателя, отсечного канала.Усовершенствованный управляющий модуль (АСМ) позволяет решать логическиезадачи. Модуль ввода сигналов напряжения (VIM) имеет 16 входных каналов для ввода сигнала напряжения илисигнала термопары (с последующей линеаризацией сигнала и компенсациейтемпературы холодного спая). Система ПАЗ QUDLOG обеспечивает: повышенные характеристики безопасности,отказоустойчивости и защиты выходов; высокий уровень готовности системы;отказоустойчивость, соответствующую уровню учетверенного резервирования,специализированные диагностические функции и уникальный механизм общей защиты;повышенный уровень надежности за счет усиленной защиты от промышленныхвоздействий и изолирования подсистем ввода/вывода; простое интегрирование сдругими системами управления через открытые каналы связи.
Система QUDLOGполностью интегрирована с системой управления технологическими процессами APACS.Это позволяет использовать данные системы безопасности в стратегии управлениятехнологическими процессом, а также использовать один операторский интерфейс исредства программирования, что устраняет необходимость дополнительных усилийпри установке, конфигурировании, обслуживании и обучении персонала, а также приорганизации связи систем управления безопасностью и технологическимипроцессами.
Выбор ЭВМобусловлен:
·
·
·
Для решения задач, предусмотренных данной работой,используем ЭВМ на основе современного процессора Intel PentiumIII c тактовой частотой 600 МГц. В качестве такой ЭВМ можноиспользовать, как надежно функционирующую офисную ЭВМ, так и ЭВМ в промышленномисполнении для функционирования в тяжелых условиях технологического цеха.Возможно, использовать промышленные компьютеры такого производителя как IBM.
Оформление таблиц 1 и 2.
Первый этап – составление табл.1 – должен носить творческий характер.Нужно использовать все свои знания, чтобы принять правильное решение и уметьдоказать, почему в каком-либо аппарате для получения высококачественногопродукта, а также для обеспечения надежной, экономической работы нужно измерятьили поддерживать на заданном значении определенные параметры. В сложных случаяхследует проконсультироваться у руководителя по технологической части проекта.Рассмотрим составление таблиц на конкретном примере.
Таблица 1.
Аппарат
Параметры
давление
уровень
температура
рН
расход
Колонна 1
+
+
+
Емкость 1
+
+
+
Реактор
+
+
Таблица2
Аппарат и параметр
Величина параметра и размерность
Вид автоматизации
измерение
регули-рование
сигнализация
защита
блокировка
1
2
3
4
5
6
7
Колонна 1
Давление газа
Уровень
жидкости
Температура
газа
3,2 мПа
0,8 м
1850С
+
+
+
+
Емкость 1
Уровень
жидкости
рН среды
1,2м
рН = 7,5
+
+
+
Заполнение табл.1идет последовательно от аппарата к аппарату. Например, первым аппаратом по ходупроцесса является колонна I,в котором существенными параметрами являются давление, уровень и температура.Запишем названия этих параметров и в вертикальных столбцах соответственно импоставим знаки +. Далее по схеме находится емкость I, в которой основными параметрамиявляются уровень и величина pH.Поскольку столбец для уровня уже имеется, дополним таблицу столбцом для pH и поставим знак +. Дляреактора главными параметрами являются температура и расход. Добавим столбец сназванием «расход», поставим знак +, в соответствующих столбцах. Так продолжаемдо тех пор, пока в таблицу не будут внесены данные по последнему аппарату насхеме. В результате получим полный перечень параметров разрабатываемой схемы сраспределением их по каждому аппарату.
Призаполнении табл.2 (второй этап)нужно внимательно проанализировать требования технологии и условияэксплуатации, поскольку на основе этой таблицы должна быть составлена наиболеерациональная схема автоматизации. Нужно стремиться к тому, чтобы составленнаясхема отражала вопросы техники безопасности, чтобы в ней были предусмотренырешения по сигнализации, защите, автоматической блокировке, автоматическомупожаротушению и другие.
Схема 2. Контроль температуры этилена (ТХК, КСП — 4).
Схема 12. Многоканальный контроль температуры. (ТХАУ, ТМ 5101).
Схема 17. Регулирование температуры целевого продукта в теплообменнике (ТСМУ, А 100-Н. регулирующий клапан).
Схема 7. Регулирование температуры нижней зоны реактора. (ТСПУ, регулирующий клапан).
Схема 9. Регулирование температурной депрессии. (ТСПУ, ТСПУ, регулирующий
клапан).
Схема 10. Двухпозиционное регулирование температуры смеси в реакторе. (ТСПУ, А 100-Н, МПЕ-122).
Схема 11. Защитное воздействие при превышении температуры. (ТСПУ, А 100-Н, исполнительное устройство НО и НЗ).
Схема 35. Контроль температуры газа в сборнике. (ТПГ4-V, Сапфир-22 ППЭ, А100-Н)
Схема 4. Контроль давления этилена. (Сапфир-22М-ДИ-ЕХ, вторичный прибор).
Схема 16. Контроль величины разрежения в аппарате. (Метран-22-ДВ-ВН)
Схема 15. Контроль разности давлений. (Метран-22-ДД-ВН).
Схема 14. Контроль гидростатического давления жидкости в аппарате. (Метран-43-ДГ-Вн, А 100-Н).
Схема 6. Регулирование давления этилена. (Сапфир-22М-ДИ-ЕХ, вторичный прибор, регулирующий клапан).
Схема 13. Защитное воздействие при превышении давления в аппарате. (Метран-22- ДИ-ВН, А 100-Н, МПЕ-122, КДП-4).
Схема 1. Контроль расхода газообразного этилена. (Диафрагма, Сапфир-22М-ДД-Ех, вторичный прибор).
Схема 18. Контроль расхода жидкости и сигнализация. (Электромагнитный расходомер ДМW 2000, А 100-Н).
Схема 20. Контроль расхода жидкости, газа, пара, эмульсии, суспензии, гудрона и т.д. (массовый расходомер Мicro Motion, А 100-Н).
Типовые функциональные схемы контроля ирегулирования технологических параметров.
Схема 34. Контроль количества газа, подаваемого по трубопроводу. (счетчик газа СТ — 16-1000).
Схема 33. Контроль количества водного раствора, подаваемого по трубопроводу. (Вихреакустический преобразователь «Метран 300 ПР.», вторичный прибор «Метран 310 Р»).
Схема 19. Регулирование расхода жидкости (ротаметр). (ротаметр РПФ-16, ПЭ-55М, А 100-Н, регулирующий клапан).
Схема 3. Регулирование расхода этилена. (диафрагма, Сапфир-22М-ДД-Ех, А 542-068, регулирующий клапан)
Схема 22. Регулирование расхода сыпучего материала. (РЛ-600, А 100-Н, преобра-зователь ЭП 1324, ПСП-1).
Схема 32. Регулирование соотношения расходов компонент (топливо, воздух) на входе в топку с коррекцией расхода воздуха по температуре продуктов сгорания. (ДК 25-100, Сапфир-22М-ДД-Ех, ТХАУ, А 100-Н, регулирующий клапан).
Схема 24. Контроль уровня сыпучего материала, жидкости, эмульсии; сигнализация (АРЕХ, А 100-Н).
Схема 5. Контроль и регулирование уровня этилена. (Сапфир-22М-ДГ-Ех, А 542-068, регулирующий клапан).
Схема 26. Регулирование уровня жидкости в емкости. (УБП-Г, Сапфир-22 ППЭ» регулирующий клапан).
Схема 25. Позиционное регулирование уровня жидкости; сигнализация. (АРЕХ, А 100-Н, МПЕ-122, КДП-4).
Схема 30. Контроль плотности агрессивной среды. (ППК-3, НП-02, А 542-068).
Схема 8. Контроль качества изобутилена. (хромотограф газовый «Микрохром 1121-3», выход (4-20)мА).
Схема 29. Регулирование pH среды. (pH метр, А 100-Н, регулирующий клапан).
Схема 28. Регулирование величины относительной влажности воздуха в помещении. (ИПТВ-056, А100-Н, регулирующий клапан на трубопроводе пара)
Схема 27. Контроль объемной доли компонента бинарной газовой смеси ( и т.д.); сигнализация; аварийная вентиляция. (ДТ-2122, (0-5)мА, А 100-Н, МПЕ-122).
Схема 31. Программное управление периодическим (циклическим процессом). (регулирующие клапана-3 шт., МПЕ-122).
Схема 21. Включение электродвигателя. (КУ-121-1, МПЕ-122).
Схема 23. Контроль числа оборотов электродвигателя мешалки. (ТП-2, Сапфир – 22 ППЭ, А100-Н).
Примечание:Ниже на типовых функциональных схемах размеры матрицы указаны в мм.
Спецификация технических средствавтоматизации
Номер позиции на функциональной схеме
Наименование параметра среды и места отбора импульс
Предел. Рабочее значение параметра
Место установки
Наименование и характеристика
Тип и модель
Количество
Завод изготовитель или поставщик
Примечание
На один аппарат
На все аппараты
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1-1
Расход газообразного этилена до перегревателя П
5 т/ч
на трубопроводе
Диафрагма камерная, диаметр
условного перехода Dу = 100 мм,
Условное давление Ру = 2,5 МПа,
k = 2.0
ДК25-100
ГОСТ
14321-73
1
1
«Манометр»,
г. Москва
1-2
по месту
Преобразователь измерительный взрывозащищенный разности давлений с токовым выходом (4-20) mA. Перепад давления 25 КПа, k = 0.5. Допустимое рабочее давление 4 МПа. Питание 24 В.
Сапфир-
22М-ДД-Ех
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
1-3
на щите
Вторичный одноканальный показывающий и регистрирующий прибор (миллиамперметр). Вх. (4-20) mA, k = 0,5
А542-068
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
2-1
Температура этилена на выходе из перегревателя П
-46 оС
по месту
Термоэлектрический преобразователь. Градуировка хромель-копель, предел измерений (-200, +600) оС. Материал защитной арматуры сталь 12Х18Н10Т,
k = 0.5
ТХК-0279
1
1
«Энергоприб.»
г. Москва
2-2
Автоматический потенциометр. Быстродействие 10 с, питание 220В, частота 50 Гц, k = 0.5
КСП-4
1
1
«Теплоконтр.»
г. Казань
17
35
17
20
73
20
14
14
25
25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3-1
Регулирование расхода этилена после перегревателя П
2,3 т/ч
На трубопров.
см. поз. (1-1)
ДК25-100 ГОСТ14321-73
1
1
«Манометр»
г. Москва
3-2
по месту
см. поз. (1-2)
Сапфир–22М-ДД-Ех
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
3-3
на щите
см. поз. (1-3)
А542-068
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
3-4
по месту
Регулирующий клапан, нормально закрытый. Диаметр условного прохода
Ду = 40 мм, условное давление Ру = 0,3 МПа, тип привода – МИМ.
Вход (4-20) mA
FISHER-ES
1
1
«FISHER»
Англия
4-1
Контроль давления этилена в сепараторе С
0,2 МПа
по месту
Преобразователь избыточного давления взрывозащищенный с токовым выходом (4-20) mA. Перепад давления 25 КПа, k = 0,5. Допустимое рабочее давление 4 МПа. Питание 24 В.
Сапфир–22М-ДИ-Ех
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
4-2
на щите
см. поз. (1-3)
А542-068
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
5-1
Регулирование уровня этилена в сепараторе С
600 мм
по месту
Преобразователь измерительный гидростатического давления взрывозащищенный с токовым выходом (4-20) mA. Перепад давления 25 КПа, k = 0.5.
Допустимое рабочее давление 4 МПа. Питание 24 В.
Сапфир–22М-ДГ-Ех
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
5-2
на щите
см. поз. (1-3)
А542-068
1
1
«Теплоприб.»
г. Челябинск
5-3
на трубопров.
Регулирующий клапан, нормально закрытый. Диаметр условного Ду = 40 мм, условное давление Ру = 0,3 МПа тип привода – МИМ. Вход (4-20) mA
FISHER-ES
1
1
«FISHER»
Англия
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6-1
Регулирование давления этилена в изотермическом хранилище Хр
66 мм. рт. ст.
по месту
см. поз. (4-1)
Сапфир-22М-ДИ-Ех
1
1
6-2
на щите
см. поз. (1-3)
А542-068
1
1
6-3
на трубопроводе
Регулирующий клапан, нормально закрытый. Диаметр условного прохода Ду = 100 мм, условное давление Ру = 0,1 МПа, тип привода – МИМ. Вход (4-20) mA
FISHER-7813
1
1
«FISHER» Англия
7-1
Регулирование температуры нижней зоны реактора Р1
85 оС
Низ реактора Р1
Термопреобразователь сопротивления платиновый с нормирующим преобразователем сигнала (4-20) mA. k = 0.5; Материал защитной арматуры: сталь 08Х13
Диапазон измерений: (- 200 ÷ 400)оС
Тип преобразователя HID 2072
Потребляемый ток 30 mA
ТСП-0193-01-80С4
1
1
ОАО «Теплоприб.», г. Челябинск
7-2
Линия обратной промышленной воды после Т-1
Регулирующий клапан с пневмоприводном АТА – 7. Нормально закрытый, Dу = 100 мм, Ру = 40 мм.
Максимальный перепад давления: 0,6 МПа. Вход (4-20) mA. Класс проточки ANSI: VI Коэффициент пропускной способности принятый: Cv = 310 Комплект поставки: электропневматический позиционер с двумя манометрами. Исполнение по взрывозащите EexiaIICT4
Камфлекс, серия 35-30232
4700Е (8013)
1
1
Фирма «DS-Controls», г. Великий Новгород
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
8-1
Контроль качества изобутилена реактификата
1%
Линия откачки изобутилена на склад
Хроматогроф газовый. Газ-носитель-азот. Предел допускаемой погрешности не более 0,1%. Давление анализируемых веществ на входе в панель (0,03 – 1,0) МПа. Напряжение 24 В. Взрывозащита ExdiIIBT4
выход (4-20) mA
Микро-хром 1121-3
1
1
Опытный завод «Хроматограф», г. Москва
9-1
Регулирование температурной депрессии