Примеры разработки функциональных схем автоматизации
Пример 2.1. Разработка функциональной схемы автоматизации установки для приготовления моющего раствора.
Рисунок 2.6 - Установка для приготовления моющего раствора
Описание установки. Установка для приготовления моющего раствора (рисунок 2.6) работает следующим образом. В смеситель С1 подаются щелочь и вода, где они перемешиваются мешалкой. Моющий раствор подогревается до температуры 700С паром, подаваемым в рубашку, и откачивается из смесителя насосом Н1.
Исходные данные.Система автоматизации установки для приготовления моющего раствора должна выполнять следующие функции: 1) измерение и регистрация на ЭВМ уровня раствора в смесителе (максимальное рабочее значение 1 м); 2) измерение и регистрацию на ЭВМ температуры в смесителе (максимальное рабочее значение 700С); 3) регулирование уровня в смесителе расходом воды; 4) регулирование температуры в смесителе расходом пара; 5) сигнализацию верхнего и нижнего значений уровня в смесителе, сигнализацию крайних положений исполнительных механизмов на ЭВМ и сигнализацию состояния (включен/отключен) двигателей насоса и мешалки на ЭВМ;. 6) блокировка - отключение насоса по нижнему уровню в смесителе; 7) управление - включение/отключение двигателя насоса и включение/отключение двигателя мешалки.
Функциональная схема автоматизации установки для приготовления моющего раствора, составленная в соответствии с этими исходными данными, приведена на рисунке 2.7.
Описание функциональной схемы автоматизации.Схема построена на базе контроллера ADAM 8000, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ таким образом используется для вывода на экран значений технологических переменных, их регистрации и сигнализации их предельных значений. Также ЭВМ формирует законы управления исполнительными механизмами, электродвигателем насоса Н1 и электродвигателем мешалки.
Для измерение уровня моющего раствора в смесителе используется волноводный уровнемер. Данный уровнемер состоит из зонда, погружаемого непосредственно в раствор поз. LE-1a и преобразователя поз. LT-1б, установленного рядом с оборудованием. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (4-20 мА) который подается на вход вторичного показывающего прибора
поз. LI-1в и на вход модуля аналогового ввода AI 231-1BD60 контроллера ADAM 8000. Этот модуль предназначен для ввода унифицированного токового сигнала 4−20 мА. Регулирование уровня раствора в смесителе осуществляется путем изменения расхода воды регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи воды. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом поз. 1е с датчиком угла поворота поз. GE-3. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO 8222-1BF10 через магнитный пускатель поз. 1г. Исходя из особенностей управления электродвигательным исполнительным механизмом в схеме задействовано два канала дискретного вывода. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8211-1BF00. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. HS-1д, установленная по месту. Для сигнализации предельно допустимых верхнего и нижнего уровней в смесителе на щите установлены две сигнальные лампы HL1 и HL2. Управление электродвигателем М1 насоса осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO 8222-1BF10 через магнитный пускатель поз. NS-2а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме с помощью кнопочной станции поз. HS-2б либо в автоматическом режиме. В этом случае ЭВМ формирует сигнал отключения двигателя насоса при достижении предельно допустимого нижнего уровня раствора в смесителе. Для реализации сигнализации состояния двигателя (включен/отключен) на ЭВМ слаботочный контакт магнитного пускателя подключается к входу модуля дискретного ввода DI 8211-1BF00. Датчик угла поворота исполнительного механизма поз. GE-3 переназначен для вывода на ЭВМ информации о степени открытия регулирующего органа. Этот датчик формирует на выходе унифицированный токовый сигнал (4-20мА) и подключается к модулю аналогового ввода AI 231-1BD60.
Для измерения температуры моющего раствора в смесителе используется термопреобразователь сопротивления поз. ТЕ-4а. К этому преобразователю подключен вторичный измерительный прибор поз. ТI-4б, а также модуль аналогового ввода от термопреобразователей сопротивления AI 8231-1BD52. Регулирование температуры в смесителе осуществляется путем изменения расхода пара регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом поз. 4д с датчиком угла поворота поз. GE-5. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO 8222-1BF10 через магнитный пускатель поз. 4в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8211-1BF00. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. HS-4г. Управление электродвигателем М2 привода мешалки осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO 8222-1BF10 через магнитный пускатель поз. NS-4в. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме по сигналу с ЭВМ либо с помощью кнопочной станции поз. HS-6б.Для реализации сигнализации состояния двигателя (включен/отключен) на ЭВМ слаботочный контакт магнитного пускателя подключается к входу модуля дискретного ввода DI 8211-1BF00.
Технологические трубопроводы обозначены на схеме в соответствии с требованиями ГОСТ 14202-69. Пример оформления текста поясняющего обозначения трубопроводов и таблица оборудования к данной схеме приведены в приложении В (рисунок В.1, а, Таблица В.2).
Рисунок 2.7 - Функциональная схема автоматизации установки для приготовления моющего раствора
Пример 2.2. Разработка функциональной схемы автоматизации экстрактора противоточного типа.
Рисунок 2.8 − Экстрактор противоточного типа
Описание установки. Экстракция − это массообменный процесс, при котором жидкий растворитель извлекает составляющие компоненты из жидких (либо твердых) веществ. Применяется при производстве масел, морковных соков и т.д. В нижнюю часть противоточного экстрактора Э1 (система жидкость − жидкость) подается исходный раствор (легкая жидкость), а в верхнюю часть растворитель (тяжелая жидкость). Рафинат отводится из верхней зоны экстрактора, экстракт − из нижней (рисунок 2.8).
Исходные данные:Система автоматизации установки должна обеспечивать следующие функции:
1) измерение давления в трубопроводе растворителя (0,1 МПа), измерение давления в трубопроводе исходного раствора (0,1 МПа), измерение давления в трубопроводе рафината (0,1 МПа), измерение давления в трубопроводе экстракта (0,1 МПа);
2) измерение и регистрация на ЭВМ концентрации извлекаемого компонента в рафинате (70%), уровня раздела сред в экстракторе (1 м), расходов и температур в трубопроводах исходного раствора (20 м3/ч, 600С), растворителя (20 м3/ч, 600С), рафината (20 м3/ч, 600С), экстракта (20 м3/ч, 600С);
3) регулирование расхода в трубопроводе подачи исходного раствора, регулирование уровня раздела сред в экстракторе расходом экстракта, регулирование концентрации извлекаемого компонента в рафинате расходом растворителя;
4) сигнализацию резкого изменения концентрации извлекаемого компонента в рафинате, сигнализацию нижнего уровня раздела фаз в экстракторе;
5) блокировку - прекращение отвода экстракта при достижении предельно допустимого нижнего уровня раздела фаз в экстракторе;
6) управление клапаном подачи растворителя и управление клапаном подачи исходного раствора.
В скобках указаны максимальные рабочие значения технологических переменных.
Функциональная схема автоматизации экстракторапротивоточного типа, составленная в соответствии с этими исходными данными, приведена на рисунке 2.9.
Описание функциональной схемы автоматизации.Схема построена на базе контроллера SIMATIC S7-400, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ таким образом используется для вывода на экран значений технологических переменных, регистрации и сигнализации их предельных значений. Также ЭВМ формирует законы управления исполнительными механизмами. Для измерения давления в трубопроводах растворителя, исходного раствора, рафината и экстракта используются манометры поз. PI-1, PI-2, PI-3, PI-4, установленные по месту. Для измерения температуры растворителя, исходного раствора, рафината и экстракта используются темопреобразователи сопротивления поз. TE-9, поз. TE-10, поз. TE-11, поз. TE-12. Эти термопреобразователи подключены к модулю аналогового ввода AI SM 431. Для измерения расходов исходного раствора, растворителя, рафината и экстракта в соответствующих трубопроводах установлены измерительные диафрагмы поз. FE-5a, поз. FE-6a, поз. FE-7a, поз. FE-8a. Перепады давления на этих диафрагмах измеряются преобразователями разности давлений FT-5б, поз. FТ-6б, поз. FТ-7б, поз. FТ-8б, с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20 мА). Эти преобразователи подключены к модулю аналогового ввода AI SM 431. Для регулирования расхода в трубопроводе подачи исходного раствора установлен регулирующий орган с пневматическим исполнительным механизмом. Управление этим механизмом осуществляется сигналом с модуля аналогового вывода АО SM 432 (4-20 мА) через электропневматический преобразователь поз. FY-5д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом установленная на щите
поз. Н-5в и по месту поз. Н - 5г.
Для измерения уровня раздела сред в экстракторе используется волноводный уровнемер. Данный уровнемер состоит из зонда, погружаемого непосредственно в среду поз. LE-13a и преобразователя поз. LT-1б, установленного рядом с оборудованием. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 431. Для сигнализации нижнего уровня раздела фаз в экстракторе предусмотрена сигнальная лампа HL1, установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного вывода DO SM 422. Регулирование уровня раздела сред в экстракторе достигается за счет изменения расхода экстракта регулирующим органом с пневматическим исполнительным механизмом поз. 13е. Управление этим механизмом осуществляется сигналом с модуля аналогового вывода АО SM 432 (4-20 мА) через электропневматический преобразователь поз. LY-13д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом, установленная на щите поз. Н-13в и по месту поз. Н - 13г.
Для измерения концентрации извлекаемого компонента в рафинате используется измеритель концентрации, состоящий из чувствительного элемента поз. QE-14a, установленного на трубопроводе и преобразователя поз. QТ-14б, с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20 мА). Этот сигнал подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 431. Для сигнализации резкого изменение концентрации извлекаемого компонента в рафинате предусмотрена сигнальная лампа HL2, установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного вывода DO SM 422. Регулирование концентрации извлекаемого компонента в рафинате достигается за счет изменения расхода растворителя регулирующим органом с пневматическим исполнительным механизмом поз. 14е. Управление этим механизмом осуществляется сигналом с модуля аналогового вывода АО SM 432 (4-20 мА) через электропневматический преобразователь поз. QY-14д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом, установленная на щите поз. Н-13в и по месту поз. Н-13г. Технологические трубопроводы обозначены на схеме в соответствии с требованиями ГОСТ 14202-69. Пример оформления текста поясняющего обозначения трубопроводов и таблица оборудования к данной схеме приведены в приложении В (рисунок В.1,б, таблица В.3).
Рисунок 2.9 - Функциональная схема автоматизации экстрактора противоточного типа