--PAGE_BREAK--1.2 Технологічні основи процесу очищення
Технологію очищення стічних вод гальванічного виробництва можна розділити на декілька загальних стадій: накопичення стоків, їх обробка, розділення рідкої і твердої фаз, остаточне очищення води, обезводнення осаду.
Розглянемо технологію очищення нікельмістких стічних вод на підприємстві. Очищення стічних вод від нікелю проводиться на гальванокоагуляційній установці, в основу принципу якої покладена цементація іонів нікелю, присутніх в стічних водах, на поверхні залізної стружки. Принципова схема представлена на кресленні.
Стічні води з гальванічного цеху потрапляють в накопичувач об'ємом 1000м3 (1). Після накопичення стоків в цій ємності, сюди для нейтралізації до рН=4.5-5.5 додається необхідна кількість концентрованої сірчаної кислоти H2SO4. Потім насосом (1) суміш перекачується в гальванокоагулятор (3). Цей апарат є барабаном, встановленим на катках, що обертаються. У барабан засипається сталева стружка з щебенем в співвідношенні 10:
1. Кількість завантаження, що засипається, підбирають так, щоб барабан був заповнений приблизно 1/3-1/2 об'єму. Проходячи через стружку, стічна вода поступово обідняється по нікелю, яка осідає на поверхні стружки по реакції:
Ni2+ + Fe0= Ni0+ Fe2+ (1.6)
При обертанні барабана нікель, що осів на стружці, безперервно обдирається за рахунок тертя стружки об стружку і об поверхню щебеню.
Таким чином, при проходженні стоків через барабан іони нікелю поступово заміщаються іонами двовалентного заліза. Для окислення надмірного двовалентного заліза в барабан гальванокоагулятора подають стисле повітря. З гальванокоагулятора стоки направляють в ємність (2). Коли ємність (1) випорожниться, за допомогою насоса (1) повторно пропускають стоки через гальванокоагулятор (3) для видалення нікелю. Коли концентрація нікелю знизиться до 0.1 мг/л, в накопичувач (2) додають необхідну кількість вапна і хлорного вапна. При нейтралізації стоку вапном розчинене двовалентне залізо переходить в гідроксид двовалентного заліза, що легко окислюється, який потім окислюється хлорним вапном до гідроксиду тривалентного заліза Fe (OH) 3. Останнє з'єднання в нейтральному середовищі (рН= 7-8) надзвичайно мало розчинно. Випадаючи в осад, гідроксид тривалентного заліза сорбував на своїй розвиненій поверхні інші домішки стічних вод: гідроксид нікелю, цинку, а також деякі органічні речовини. Потім вміст збірки (2) перемішується повітрям і насосом (1) перекачують в два паралельні відстійники (4) і (5). Тут відбувається освітлення стоку. При цьому практично весь гідроксид заліза, а також що не прореагували вапно і хлорне вапно осідають в конічній частині відстійників.
Згущена у відстійниках частина стоку, що є пульпою-суспензією гідроксидів металів, насосом (2) подається на фільтр-прес (6), що працює в напівавтоматичному післяопераційному режимі. Фільтрат з фільтр-преса зливається в каналізацію, а осад після просушування скидається у візки для захоронення.
Освітлений стік з верхньої частини відстійників прямує в напірні ємності (7) і (8), звідки насосом (3) подається на фільтри із зернистим завантаженням (9). Остання складається з шару поліетиленових гранул (d=3-5мм) заввишки Н=250мм; шару керамзитової крихти (d=0.8-1.5мм) заввишки Н=400-500мм; а також шару антрацитної крихти (d=0.6-1мм) заввишки Н=1200мм. У фільтрах із зернистим завантаженням відбувається доочистка води від дрібнодисперсних механічних домішок.
2. Основні рішення по автоматизації 2.1 Вибір основних контурів контролю і регулювання
При виборі основних контурів необхідно визначити цільове призначення процесу, взаємозв'язок його з іншими процесами виробництва, показник ефективності і значення, на якому він повинен підтримуватися, статичні і динамічні характеристики об'єкту, що обурюють дії і можливості їх усунення до надходження в апарат. Особливу увагу необхідно звернути на стабілізацію вхідних параметрів, оскільки з їх зміною в об'єкт поступають найбільш сильні обурення.
Контроль виробництва служить для своєчасного виявлення відхилень від встановленого режиму і дозволяє запобігти розповсюдженню порушення технологічного режиму на подальші стадії процесу.
Крім того, необхідно контролювати техніко-економічні показники процесу. Так, в процесі очищення контролюються концентрація міді і заліза в стоках, а також тиск стислого повітря в магістралі.
Для того, щоб процес проходив згідно технологічному регламенту і щоб виключити аварійні ситуації, необхідно сигналізувати про підвищений тиск в напірних лініях насосів за допомогою світлової і звукової сигналізацій.
Для забезпечення необхідного режиму роботи гальванокоагуляційної установки і отримання зрештою очищеної води заданої гранично допустимій концентрації виникає необхідність в автоматичному регулюванні ряду технологічних параметрів (табл.2.1).
Таблиця 2.1 — Параметри, що регулюються
Як було вказано вище, для підвищення ступеня очищення стічних вод від міді методом гальванокоагуляції необхідно підтримувати рН= 4.5-5.5, а для максимального виділення металів з води і подальшому скиданню стічних вод необхідно підтримувати рН, рівної від 7 до 8. При підвищенні рівня стоків вище певних меж вони можуть перелитися через край, а у разі різкого пониження рівня виникнуть перебої в роботі насоса. Для нейтралізації стоків необхідно також контролювати концентрацію нікелю і заліза для повного очищення стоків.
Таким чином, вибрані контури контролю і регулювання дозволяють вести процес очищення в оптимальному режимі.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.2 Вибір приладів і засобів автоматизації
У даній роботі автоматизація виконана на базі мікропроцесорної техніки із застосуванням мікроконтролера Р-130М.
Малоканальний мікропроцесорний контролер Р-130 — довгожитель на ринку засобів автоматизації управління технологічними процесами. За десять років Чебоксарським «Заводом Електроніки і Механіки» випущено близько 20 тисяч приладів, що складає близько 60 відсотків цієї продукції, проведеної на вітчизняному ринку.
Контролери Р-130 виробництва ВАТ «ЗЭиМ» використовують багато підприємств країни. Накопичений багатий досвід їх застосування в різних галузях: енергетиці, хімії, нафтохімії, машинобудуванні, будівельній індустрії, целюлозно-паперовій промисловості. Контролери призначені для побудови АСУ ТП і виконують функції управління і регулювання технологічними процесами. Причина їх високої популярності в тому, що контролери Р-130 прості в експлуатації. Технологічне програмування контролера не вимагає знання спеціальних мов і участі висококваліфікованих програмістів. Його зможе здійснити технолог, оператор знайомий з традиційними засобами контролю і управління в АСУ ТП.
За час експлуатації контролера Р-130 зібрано безліч зауважень і пропозицій від споживачів, які лягли в основу його модернізації. У новій версії контролера Р-130М збережена самодостатність, властива всім контролерам Р-130. При його програмуванні і експлуатації на об'єкті не вимагається додаткових засобів (комп'ютера, окремо набуваючого програмного забезпечення). В даний час в експлуатації знаходяться тисячі контролерів Р-130, для них створена значна база програмних напрацювань. Модернізований варіант контролера не зажадає нових програм, він адаптований до тих, що вже існують. Для клієнтів-підприємств, що вже працюють з контролерами Р-130, збережені колишні схеми їх підключення. У модернізованому варіанті приладу залишилися тими ж габаритно-приєднувальні розміри. Все це u1079 значно спрощує освоєння у виробництві нової моделі.
Разом з достоїнствами попередніх модифікацій модернізований контролер Р-130М придбав ряд властивостей, які істотно підвищують його конкурентоспроможність на сучасному ринку автоматизації.
Проведена комплексна модернізація апаратного забезпечення контролера. В першу чергу модернізації піддався процесорний модуль. У контролері Р-130М використовується IBM-сумісний процесор.
Для зв'язку контролерів Р-130 із засобами верхнього рівня використовується блок шлюзу. У моделі Р-130М необхідності в цьому пристрої немає, оскільки функціональні можливості шлюзу закладені в модернізованому варіанті контролера. Крім того, є Підтримка протоколів Modbus і Ethernet TCP/IP, яка використовується для об'єднання контролерів в мережі різного рівня.
Сьогодні в контролерах Р-130 діє мережа «Транзит», розроблена більше десяти років тому, яка тепер не влаштовує споживача як дуже повільна і така, що має кільцеву конфігурацію, зі всіма властивими кільцю недоліками. Проте підтримка цієї мережі зберігається для взаємодії між контролерами Р-130 і Р-130М. За рахунок використання нових протоколів модернізована модель контролера Р-130 дозволить налагодити швидкісний обмін інформацією про поточний технологічний процес.
Для модернізованого контролера розробляється OPC сервер, який виконує функцію взаємодії з SCADA-системами.
У контролері Р-130М передбачені програмування і завантаження призначених для користувача програм, а також нових версій програмного забезпечення з верхнього рівня через наявні інтерфейсні канали. Можливість програмування контролера уручну зберігається, проте з'являється нова можливість програмування з комп'ютера. На відміну від Р-130, в якому оновлення версій програмного забезпечення здійснюється лише шляхом перепрограмування або заміни мікросхем, що містять системну програму, в оновленому контролері можна змінювати програму шляхом завантаження нової версії через наявні комунікаційні канали з комп'ютера.
В даний час продовжуються роботи по подальшій модернізації контролера. В найближчому майбутньому планується здійснити декілька проектів.
1. Сьогодні на ВАТ «ЗЭиМ» випускаються контролери двох модифікацій, розраховані на безперервні і дискретні процеси (аналогова і безперервно-дискретна моделі). У перспективі можливо об'єднати ці функції в одному контролері, який зможе одночасно працювати в режимах логічної, аналогової і безперервно-дискретної моделей контролера Р-130.
2. Видалена діагностика через Internet — це можливість діалогу контролера через Інтернет з сервісною службою розробника/виробника. Така функція дозволить у разі неполадки звернутися безпосередньо до розробників, щоб оперативно одержати інформацію про усунення проблеми.
3. Сьогодні технологічне програмування контролера Р-130 здійснюється перекладом його в режим програмування, під час якого контролер не виконує своїх функцій, що управляють.
Але далеко не всі виробничі процеси можна переривати. Тому надалі заплановано ввести можливість програмування контролера під час роботи на об'єкті, без переривання процесу управління.
4. Перспективною можливістю є і виконуюча система мови FBD стандарту IEC
61131-3. Міжнародні стандарти містять п'ять мов технологічного програмування. Проте контролер Р-130 має мову програмування, не відповідну цим стандартам. У перспективі планується адаптувати контролер до однієї із стандартних мов технологічного програмування.
Слід зазначити, що нова технологічна мова вводиться в модернізований варіант контролера шляхом підключення нової бібліотеки, що динамічно підключається, що дозволяє без істотних проблем виконувати на одному контролері завдання, що використовують різні бібліотеки. Однією з бібліотек, що підключаються, стане бібліотека нечіткої логіки, яка все ширше використовується в завданнях управління технологічними процесами.
Передбачається можливість створення бібліотек власних алгоритмів з програмуванням на мові С/С++.
Робота над розширенням можливостей контролера проводитиметься послідовно і упроваджуватися після ретельного тестування. Оновлення програмного забезпечення стане здійснюватися шляхом завантаження на твердотільний диск процесора контролера нових версій програм і бібліотек.
Архітектура Р-130М. Зміни в архітектурі контролера зв'язані із застосуванням недорогого IBM-PC-сумісного процесорного модуля в стандарті РС/104.
Спрощена архітектура контролерів Р-130 і Р-130М показана на мал.3.4
Рисунок 2.1 — Спрощена архітектура контролерів Р-130 (а) і Р-130М (б)
Як видно з малюнка, основні зміни пов'язані з підключенням процесора. Перетворювач інтерфейсу здійснює формування сигналів внутрішньої магістралі контролера, що управляють, а також перетворення сигналів комунікаційних портів контролера в гальванічно розв'язані сигнали інтерфейсів RS232, RS485 або ИРПС. Пропонований підхід дозволяє реалізувати наступну мережеву архітектуру.
Контролери Р-130 можуть бути підключені до контролера Р-130М за допомогою інтерфейсу ИРПС. При цьому Р-130М працюватиме не тільки як контролер, але і як шлюз мережі «Транзит». Тим самим здійснюється можливість інтеграції існуючого парку контролерів Р-130 в сучасні системи управління технологічними процесами.
Функціональні можливості шлюзу Р-130М нарощуватимуться, зокрема, будуть додані функції ведення архівів даних для контролерів Р-130.
Для зв'язку контролерів Р-130М можуть бути використані інтерфейси RS485 Modbus і Ethernet (мал.3.6). У багатьох випадках, наприклад при поганій передбаченості доступу до Ethernet, доцільно використовувати для зв'язку між контролерами інтерфейс Modbus, а Ethernet використовувати для зв'язку з верхнім рівнем системи управління.
Програмне забезпечення контролера базується на операційній системі жорсткого реального часу RTOS-32 фірми On Time Informatik.
Програмне забезпечення розроблене на мові С++.
Конфігурація контролера встановлюється відповідно до інформації, що міститься у файлі конфігурації контролера.
Всі завдання зберігаються в окремих файлах, які містять інформацію про конфігурацію завдання і програму, що інтерпретується. Кожне завдання може мати декілька файлів настройок (наприклад, в них можуть бути відбиті особливості, рецепти технологічного процесу, що використовує одне і те ж завдання).
Кожне завдання виконується під управлінням інтерпретатора мови функціональних блоків в окремому потоці.
Алгоритми реалізовані у вигляді динамічно компонованих бібліотек (аналогічно бібліотекам Windows. DLL) і підключаються залежно від вимог, що пред'являються завданнями.
Склад програмного забезпечення контролера:
RTOS-32.
Об'єктно-орієнтований інтерфейс.
Підсистема введення/висновку.
Інтерпретатор мови функціональних блоків.
Редактор мови функціональних блоків.
Підсистема оперативного управління і настройки.
Комунікаційна підсистема.
Бібліотеки інтерпретатора.
Бібліотеки підтримки.
Підсистема діагностики.
Переваги нового контролера Р-130М:
Збережені всі функціональні можливості контролера
Р-130 (включаючи підтримку бібліотеки алгоритмів) і габарити — приєднувальні розміри.
Виключені всі помилки програмного забезпечення контролера Р-130.
Проведена комплексна модернізація апаратного забезпечення.
Застосована вбудована операційна система реального часу RTОS-32.
Є фізичні інтерфейси — ИРПС RS232, RS 485.
Здійснюється підтримка протоколів «Транзит», Modbus і Ethernet TCP/IP.
Програмування і завантаження призначених для користувача програм, нових версій програмного забезпечення з верхнього рівня через ті, що є u1080 інтерфейсні канали.
Використовується вища точність математичної обробки сигналів.
Є можливість створення бібліотек власних алгоритмів з програмуванням на мові С/С++.
Тепер необхідно підібрати засоби автоматизації, які працюватимуть в комплекті з Р- 130М. При їх виборі повинні враховуватися наступні чинники:
вид, величина і межі вимірювання контрольованого параметра;
необхідна точність вимірювань;
необхідна швидкодія;
конструкція апаратів і режими їх роботи;
умови монтажу, обслуговування і ремонту;
економічні показники.
Для вимірювання кислотності стоків вибраний рН-метр, що складається з чутливого елементу ДПг-4М (погружного) і перетворювача П-201.
Для вимірювання концентрації вибраний аналізатор змісту металів в розчинах «Спектр-4А»; він дозволяє здійснювати вимірювання концентрації нікелю і заліза з високою точністю. Датчиком рівня в збірці стоків є акустичний рівнемір ЭХО-3, що складається з акустичного перетворювача АП і перетворювача передавального вимірювального ППИ-3. Для вимірювання тиску в магістралі вибраний «Сапфір 22ДИ». Як вторинні прилади використовується трьохканальний самописний прилад А-543. Пускач ПМЕ-111 забезпечує роботу електродвигуна. Як регулюючий орган вибраний замочно-регулюючий клапан 15с920нж. А також вибраний замочний клапан 15нж940п, який встановлений для дистанційного керування.
продолжение
--PAGE_BREAK--