2.4 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 установкидля приготовления моющего раствора, составленная в соответствии с этими исходными данными, приведена на рисунке 2.7.

Описание функциональной схемы автоматизации. Схема построена на базе контроллераADAM 8000, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сетьEthernet. 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-1aи 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-1ви на вход модуля аналогового вводаAI231-1BD60 контроллераADAM 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. 1ес датчиком угла поворота поз.GE-3. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного выводаDO8222-1BF10 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 вводаDI8211-1BF00. 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 лампыHL1 иHL2. Управление электродвигателем М1 насоса осуществляется сигналом с модуля дискретного выводаDO8222-1BF10 через магнитный пускатель поз.NS-2а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме с помощью кнопочной станции поз.HS-2блибо 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 вводаDI8211-1BF00. 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 вводаAI231-1BD60.

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 сопротивленияAI8231-1BD52. Регулирование температуры в смесителе осуществляется путем изменения расхода пара регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом поз. 4дс датчиком угла поворота поз.GE-5. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного выводаDO8222-1BF10 через магнитный пускатель поз. 4в. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного вводаDI8211-1BF00. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. HS-4г. Управление электродвигателем М2 привода мешалки осуществляется сигналом с модуля дискретного выводаDO8222-1BF10 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 вводаDI8211-1BF00.

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 экстрактора противоточного типа, составленная в соответствии с этими исходными данными, приведена на рисунке 2.9.

Описание функциональной схемы автоматизации. Схема построена на базе контроллераSIMATICS7-400, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сетьEthernet. 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 вводаAISM431. 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 давленийFT-5б, поз.FТ-6б, поз.FТ-7б, поз.FТ-8б, с выходным унифицированным токовым сигналом (420 мА). Эти преобразователи подключены к модулю аналогового вводаAISM431. Для регулирования расхода в трубопроводе подачи исходного раствора установлен регулирующий орган с пневматическим исполнительным механизмом. Управление этим механизмом осуществляется сигналом с модуля аналогового вывода АОSM432 (420 мА) через электропневматический преобразователь поз.FY-5д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом установленная на щите поз. Н-5ви 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-13aи преобразователя поз.LT-1б,установленного рядом с оборудованием. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (420мА) который подается на вход модуля аналогового вводаAISM431. Для сигнализации нижнего уровня раздела фаз в экстракторе предусмотрена сигнальная лампаHL1, установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного выводаDOSM 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 АОSM432 (420 мА) через электропневматический преобразователь поз.LY-13д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом, установленная на щите поз. Н-13ви 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 вводаAISM431. Для сигнализации резкого изменение концентрации извлекаемого компонента в рафинате предусмотрена сигнальная лампаHL2, установленная на щите. Эта лампа подключена к модулю дискретного выводаDOSM 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 АОSM432 (420 мА) через электропневматический преобразователь поз.QY-14д. Также предусмотрена аппаратура ручного управления этим исполнительным механизмом, установленная на щите поз. Н-13ви 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