Проект автоматизации процесса сгущения пульпы золотоносной руды

(2.2)

где м1; м2- номинальное значение степени открытия клапана на приток, отток;

f1; f2- площадь сечения трубы, м2;

г- удельный вес, Н/м3;

р1; р2- противодавление на входе/выходе из резервуара;

Z0- уровень жидкости в рассматриваемой гидравлической системе (с учетом противодавления Р2,н на выходе из резервуара).

Рассчитаем численные значения коэффициентов данного уравнения для установившегося режима работы.

;

;

;

;

.

С учетом вычисленных значений коэффициентов балансовое уравнение примет вид

;

Разрешив последнее уравнение относительно Z0, получим

Z0 = 5,474 м.

При этом расход жидкости Q0, будет равен

.

Высота столба жидкости ZP2,н, эквивалентная давлению подпора р2,н на линии

Высота столба жидкости над дном резервуара

(2.3)

где Z0- расчетное значение уровня жидкости, м

Площадь поперечного сечения резервуара равна

Аккумулированный в резервуаре объем жидкости равен

(2.4)

где S- площадь поперечного сечения, м2;

Н0- высота столба жидкости над дном резервуара, м.

.

Время разгона для объекта равно

(2.5)

где - объем трубопровода, м³;

- номинальный расход, м³/с.

.

Определим коэффициенты самовыравнивания на стороне притока жидкости и её оттока.

Перепишем уравнения притока и оттока жидкости, выразив значение уровня жидкости в гидравлической системе в установившемся состоянии Z0 через высоту столба жидкости над дном резервуара H. (Z0 = H0 +2,874),

(2.6)

(2.7)

Подставив значения fтр1, fтр2, м1, м2, г, и g в формулы получим

Откуда найдем значения коэффициентов самовыравнивания на стороне прихода и оттока жидкости.

Из полученного определим коэффициент самовыравнивания объекта, который будет равен

Дифференциальное уравнение, описывающее объект, будет иметь вид

(2.8)

где, л(t) - относительное возмущение (в долях номинальных значений возмущающих сигналов );

?(t) - относительное отклонение ;

.

При сформированном на выходе модели объекта управления относительном отклонении ?(t) текущее значения уровня жидкости в резервуаре будет равно

. (2.9)

Аналитическое решение дифференциального уравнения будет иметь вид

. (2.10)

Приведем уравнение к канонической форме записи для чего разделим обе части уравнения на Fд:

(2.11)

Вычислим постоянную времени объекта

(2.12)

где Т- постоянная времени, с;

Та- время разгона объекта, с;

Fд- коэффициент самовыравнивания.

и коэффициент усиления

.

Тогда, подставив полученные значения в уравнение 2.11, получим

.

С учетом полученного, передаточная функция объекта управления будет иметь вид

(2.13)

Математическая модель датчика уровня

(Н > hвых), (2.14)

где Н - высота жидкости над дном резервуара, м;

hвых- сигнал датчика, В

На объекте использован датчик уровня радарного типа. Передаточная функция звена имеет вид:

(2.15)

Примем kД = 1 [м/В]

Математическая модель элемента сравнения

((hвых-hзад) > ?), (2.16)

где hзад-сигнал задатчика, В;

?-сигнал рассогласования, В.

Передаточная функция звена будет иметь вид:

. (2.17)

Составление математической модели регулятора и исполнительного механизма

Примененный в модели алгоритм используется при построении ПИД регулятора, работающего в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости. Алгоритм преобразует выходной аналоговый сигнал в последовательность импульсов, управляющих исполнительным механизмом. Помимо формирования закона регулирования в алгоритме вычисляется сигнал рассогласования, этот сигнал фильтруется, вводится зона нечувствительности.

Описание алгоритма.

Функциональная схема алгоритма содержит несколько звеньев.

Звено, выделяющее сигнал рассогласования, суммирует два выходных сигнала, при этом один из сигналов масштабируется, фильтруется и инвертируется. Сигнал рассогласования на выходе этого звена (без учета фильтра) равен:

=Х₁-К_м•Х₂,

где К_м масштабный коэффициент.

Фильтр нижних частот первого порядка имеет передаточную функцию:

, (2.18)

где Тф постоянная времени фильтра.

Зона нечувствительности не пропускает на свой выход сигналы, значения которых находятся внутри установленного значения зоны. Сигнал ₂ на выходе этого звена равен:

₂= 0 при | | Х /2;

₂=(| | - Х /2)•sign при | | >Х /2,

где Х зона нечувствительности.

ПДД звено имеет передаточную функцию:

(2.19)

где Т_м время полного перемещения исполнительного механизма, движущегося с максимальной скоростью.

В сочетании с интегрирующим исполнительным механизмом, имеющим передаточную функцию W_им(р) = 1/(Т_м•р), общая передаточная функция регулятора с алгоритмом имеет вид:

(2.20)

Функциональная схема алгоритма приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Функциональная схема алгоритма

Инструментальная модель системы автоматического регулирования уровня жидкости в резервуаре

Реализовать модель будем в пакете MATLAB, при этом воспользуемся инструментом визуального моделирования SIMULINK.

Представим четыре модели в виде подсистем: модель объекта регулирования, модель формирователя возмущений, модель исполнительного устройства и модель регулятора.

Модель трубопровода с ПИД - регулятором, разработанная в среде MATLAB представлена на рисунке 2.6



Рисунок 2.6 - Модель регулирования уровня жидкости

Состав модели

Блок формирования представлен на рисунке 2.7

Рисунок 2.7 - Блок формирования относительного управляющего сигнала

Рисунок 2.8 - Передаточная функция объекта регулирования

Блок ПДД -регулятора представлен на рисунке 2.9



Рисунок 2.9 - Блок ПДД - регулирования

Блок широтно-импульсного модулятора ПДД регулятора приведен на рисунке 2.10

Рисунок 2.10 - Модель широтно-импульсного модулятора модель ПДД-регулятора

Модель двигателя приведена на рисунке 2.11

Рисунок 2.11 - Модель двигателя переменного тока

Расчет регулятора

В соответствии с этим методом Циглера - Никольса расчёт настроек ПИ- или ПИД- регуляторов проводят в два этапа:

- расчет критической настройки пропорциональной составляющей С_1кр (С₀ = 0, С₂ = 0 ), при которой АСР будет находиться на границе устойчивости и соответствующую ей критическую частоту

- определение по С_1кр и оптимальных настроек С₀, С₁, С₂ обеспечивающих степень затухания

Для определения критической настройки регулятора все настройки регулятора приравнивают к нулю, а затем постепенно добавляя значение С₁, выводят систему автоматического регулирования на грань устойчивости. Настройка, при которой система будет находиться на грани устойчивости, и будет являться критической.

На рисунке 2.12 изображен режим автоколебаний системы, когда она находится на границе устойчивости при С_1кр =7,858.

Н,м

t,с

Рисунок 2.12- График режима автоколебаний системы

Из графика определим период колебаний, он будет равен Т=63с.

.

Оптимальные настройки регуляторов находятся по формулам:

П - регулятор (2.21)

ПИ - регулятор (2.22)

ПИД - регулятор (2.23)

В результате расчета получим следующие настройки регулятора

C₁ =3,81

C₀ =0,082

C₂ =5,4048

Переходный процесс, полученный в результате моделирования показан на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13- Переходный процесс, полученный в результате моделирования

Выводы

В результате проведенных исследований были получены математические модели объекта регулирования, исполнительного устройства, регулятора, произведен расчет настроек регулятора, проведено моделирование в среде MATLAB и получены переходной процесс.

Время регулирования процесса составляет около

Степень затухания

Перерегулирование составит

.

Расчёт регулирующего органа

Каждая система автоматического регулирования имеет регулирующий орган, непосредственно воздействующий на регулируемый параметр и соответствующий исполнительный механизм, то есть привод, который управляется регулятором или микропроцессорным контроллером. Исполнительное устройство (ИУ) - комплект, состоящий из регулирующего органа (РО) и исполнительного механизма (ИМ).

Исходные данные для расчета исполнительного устройства (ИУ):

- абсолютное давление воды перед клапаном Р₁=5кгс/см²;

- абсолютное давление воды после клапана Р₂=2кгс/см²;

- температура среды, t=20єС;

- максимальный расход через клапан Q_max=650м³/ч.

Рассчитаем коэффициент пропускной способности клапана по формуле 2.24

(2.24)

где - максимальная пропускная способность регулирующего органа, м³/ч;

- максимальный расход воды, м³/ч;

- плотность воды, г/см³;

- перепад давления при максимальном расходе, кгс/см²;

- коэффициент запаса.

.

Выбираем: К_v.max=545м³/ч, диаметр условного прохода D_y=300мм, Р_у=6,3МПа [80].

В проекте используется клапан фланцевый, запорно-регулирующий поворотный из коррозионностойкой стали типа 6с-12-4-1. Управление клапаном осуществляется электрическим однооборотным исполнительным механизмом МЭО 40/25 [80].

Проверка влияния числа Рейнольдса:

, (2.25)

где - максимальный расход воды, м³/ч;

- диаметр условного прохода, мм;

- кинематическая вязкость, 0,0078см²/с.

Подставив численные значения, получим

Условие Re ? 2000 для выбранного выполняется.

Проверка на возможность возникновения кавитации для выбранного исполнительного устройства:

(2.26)

где - коэффициент сопротивления;

- условная пропускная способность регулирующего органа, м³/ч;

- диаметр условного прохода, см.

Подставив численные значения, получим

Принимаем коэффициент кавитации [61].

Давление, при котором возникает кавитация:

, (2.27)

где - коэффициент кавитации;

- давление среды при максимальном расходе до ИУ, кгс/см²;

- давление среды, кгс/см² при ?С.

.

Так как , то можно сделать вывод, что кавитации не возникает. Выбранный регулирующий орган может эксплуатироваться в данных технологических условиях[63].

Расчет надежности контура регулирования

Составим схему регулирования расхода в трубопроводе технической воды (позиции по АПП.000002.424 А2). В таблице 2.4 приведены показатели безотказности.

Таблица 2.4 - Показатели безотказности

Позиция	Наименования	Средняя наработка на отказ T, ч	Интенсивность отказов л, 10-6•ч-1
1-1	Преобразователь расхода Метран 300ПР	150000	20
1-2	ПБР-3	120000	10
1-3	Электрический исполнительный механизм МЭО 40/25	25000	3.6
1-4	Клапан запорно регулирующий поворотный 6С-12-1	50000	20

Составим структурную схему надёжности (рисунок 2.14)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.14- Структурная схема надёжности

Вероятность безотказной работы определяется по экспоненциальному закону:

, (2.28)

где - интенсивность отказов элемента;

- зададимся .

Определим вероятность безотказной работы для каждого элемента:

;

;

;

.

Так как все элементы ССН соединены последовательно, то вероятность безотказной работы для всей схемы:

, (2.29)

где - вероятность для каждого элемента;

- количество элементов.

Так как , то можно сделать вывод, что система удовлетворяет требованиям технологии.

По интенсивностям отказов (таблица 2.14) определим вероятность безотказной работы в течение определённого промежутка времени t:

_ суммарная интенсивность отказов

, (2.30)

где л_i- интенсивность отказов элемента

;

_ средняя наработка до первого отказа

(2.31)

где л_с- суммарная интенсивность отказов

.

Вероятность безотказной работы в течение определённого промежутка времени t (рисунок 2.15)

;

Рисунок 2.15- Вероятность безотказной работы

2.7 Монтаж и эксплуатация систем автоматизации

Монтаж технических средств автоматизации

При подготовке монтажной организации к производству работ должны быть:

а) получена рабочая документация;

б) разработан и утвержден проект производства работ;

в) произведена приемка строительной и технической готовности объекта к монтажу систем автоматизации;

г) произведена приемка оборудования (приборов, средств автоматизации, щитов, пультов, агрегатных и вычислительных комплексов АСУТП);

д) произведена укрупнительная сборка узлов и блоков;

е) выполнены предусмотренные нормами и правилами мероприятия по охране труда и противопожарной безопасности.

Работы по монтажу систем автоматизации должны осуществляться в две стадии. На первой стадии следует выполнять: заготовку монтажных конструкций, узлов и блоков, элементов электропроводки и др.; проверку наличия закладных конструкций, проемов, отверстий в строительных конструкциях; разметку трасс и установку опорных и несущих конструкций для электрических проводок, исполнительных механизмов, приборов.

На второй стадии необходимо выполнять: прокладку электрических проводок, установку щитов, штативов, пультов, приборов и средств автоматизации, подключение к ним электрических проводок, исполнительных механизмов, приборов.

Смонтированные приборы и средства автоматизации, щиты и пульты, конструкции, электрические проводки, подлежащие заземлению, согласно рабочей документации, должны быть присоединены к контуру заземления.

Монтаж датчиков давлений

В проекте используются датчики давления - Метран-100-ДИ поз.13-125-1.

Перед монтажом датчики необходимо осмотреть. При этом необходимо проверить маркировку по взрывозащите, заземляющее устройство и крепящие элементы, а также убедиться в целостности корпусов датчиков.

Линия связи между датчиком Метран-100 и блоком питания может быть выполнена любым типом кабеля с проводами сечением не менее 0,35мм².

По окончанию монтажа датчика необходимо проверить сопротивление заземления.

Датчики устанавливаются таким образом, чтобы подвод давления осуществлялся сверху для избежания забивания взвешенными частицами датчика.

Места установки датчика должны обеспечивать удобные условия для обслуживания и демонтажа. Среда, окружающая датчик, не должна содержать примесей, вызывающих коррозию его деталей [69].

Монтаж датчиков расхода

Преобразователь расхода Метран 300ПР монтируется на трубе путём уплотнения преобразователя между двумя фланцами специальной конструкции, при помощи шпилек и гаек с шайбами. Допускается монтаж на горизонтальном, вертикальном или наклонном трубопроводе при условии, что весь объём прямолинейных участков и проточная часть полностью заполнены жидкостью. В трубопроводе не должен скапливаться воздух. Не рекомендуется установка преобразователей на нисходящих участках трубопроводов. Во избежание погрешности в измерениях, наводимыми неуравновешенным потоком, нужно выдержать прямые участки до расходомера 10Ду и после него 5Ду.

Запрещается установка преобразователя в затапливаемых теплофикационных камерах и помещениях.

Во время работы преобразователя запорная арматура, установленная перед и после преобразователя вне прямолинейных участков, должна быть полностью открыта.

Частота и амплитуда вибрации в месте установки преобразователя не должна превышать 10 Гц и 0,05 мм соответственно.

Датчик расхода Rosemaunt 8705 устанавливается непосредственно в трубопровод и представляет собой трубу, выполненную из нержавеющей стали, с фланцами. [69].

Монтаж преобразователя рН жидкостного

Преобразователь (Кварц рН) размещается в помещении, защищенном от атмосферных осадков с температурой не ниже +5°С.

При доставке преобразователя к месту монтажа следите за чистотой разъёмных соединений.

Промойте блок датчика дистиллированной водой.

Блок электронного преобразователя устанавливается в вертикальном положении разъёмами Д, В и С вниз на таком расстоянии от ячейки, чтобы подключение электродов и термодатчика происходило без натяга соединительных проводов (рекомендуем до 500мм). Крепление ячейки производить вертикально штуцерами вниз двумя винтами М4 через отверстия в задней стенке ячейки или двумя винтами М6 через отверстия в пластине крепежной, присоединенной к ячейке винтами М4. В случае возможности возникновения в месте крепления незначительных вибраций крепление ячейки и электронного преобразователя осуществляется через резиновые виброгасящие элементы.

Крепление элементов преобразователя на поверхности подверженных ударам или вибрациям ЗАПРЕЩАЕТСЯ!

Надёжно заземлите корпус блока электронного преобразования.

Гибким шлангом ДУ 6 подсоедините вход (нижний штуцер) блока датчика к трубопроводу контролируемой среды. На выход (верхний штуцер) наденьте сливной шланг ДУ6.

Для повышения надёжности соединения шлангов к штуцерам используется кольцо шланга ДУ9 шириной 5-7 мм, одеваемое на конец шланга ДУ6 перед его присоединением к штуцеру.

Вставьте в блок датчика измерительный электрод ЭСТ-0201 таким образом, чтобы изоляционный колпачок электрода был утоплен в сальник блока датчика примерно на 10мм. Сальник измерительного электрода имеет диаметр 12 мм и смещен к задней стенке. При этом рабочая часть измерительного электрода будет расположена на высоте около 10 мм от дна рабочей камеры блока датчика. При установке придерживайте электрод рукой за изоляционный колпачок до плотного завинчивания накидной гайки сальника. Соблюдайте осторожность во избежание повреждения рабочей части электрода об дно блока датчика. При замене электрода в момент отвинчивания накидной гайки сальника свободной рукой придерживайте электрод за изоляционный колпачок.

Вставьте в блок датчика электрод сравнения ЭСр-10705 до упора и закрутите накидную гайку. Уплотнительный элемент сальника электрода сравнения имеет разрез, препятствующий герметизации рабочего объёма блока датчика во избежание возникновения внутри избыточного давления. Сальник электрода сравнения имеет диаметр 10 мм и смещён к передней стенке.

Подключите к блоку электронного преобразователя разъёмы Д, В и С. Подключите электроды к соответствующим разъёмам блока, расположенным на его левой боковой поверхности [78].

Монтаж весоизмерительного прибора

Прибор весоизмерительный конвейерный Микросим-06 монтируется на кронштейн, в котором предусмотрены две бобышки.

В комплект прибора весоизмерительного конвейерного входит тензодатчик и прибор М0600-К4-02 с модулем М2602. Тензодатчик монтируется на кронштейне с двумя бобышками на конвейере. Кронштейн поставляется комплектно с прибором. М0600-К4-02 с модулем М2604 крепится болтами на стене, для этого предусмотрены крепежные отверстия.

Кабель, соединяющий тензодатчик и прибор М0600-К4-02 с модулем М2604, поставляется комплектно [69].

Монтаж преобразователя концентрации массы

До установки преобразователя PULP-EL проверить, что трубопровод пустой и без давления. При монтаже следует учесть:

Диаметр трубы должен быть не менее 100 мм. При необходимости диаметр трубы может быть изменен в месте измерения для достижения желаемой скорости потока.

Поток массы в трубопроводе не должен быть турбулентным.

Труба должна иметь достаточно длинные прямые участки до и после места установки преобразователя.

Преобразователь устанавливают в угол 90° относительно оси насоса в сторону массной трубы, т.е. в сторону, куда масса течет из насоса и после колена трубы в сторону наружного изгиба трубы. Если на этой стороне нет места для преобразователя, он может быть установлен на обратную сторону трубы. Направление изгиба трубы после преобразователя не имеет значения.

Если расстояние установленного в горизонтальную трубу после вертикальной трубы преобразователя PULP-EL от колена трубы выше 1,5 х k х D, преобразователь устанавливают на боку трубы во избежание вредного влияния возможного воздуха в трубе.

Если в трубе до места измерения имеется более одного изгиба, поток массы является вихревым и не успокаивается даже в длинном прямом участке. Для таких случаев рекомендуется установить элемент установочной трубы.

Преобразователь высокой концентрации PULP-EL HL устанавливается в участок трубы с небольшим диаметром после насоса, а также в колено трубы со стороны наружного поворота.

Для измерения массы высокой концентрации всегда необходимо установить также поставляемое с преобразователем защитное ребро датчика [79].

Монтаж уровнемера 5400

Для достижения высокого качества и точности измерений при использовании уровнемера 5400 необходимо принимать во внимание следующие рекомендации:

Уровнемер следует устанавливать в местах, откуда четко и беспрепятственно просматривается уровень поверхности и нет вероятности попадания каких-либопрепятствий в зону распространения луча радара.

Устанавливайте датчик не по центру (В) рисунок 2.16.

Устанавливайте уровнемер как можно дальше от вводных патруб

ков для налива продукта.

Объекты и наливочные трубы, создающие турбулентность, должны находиться в стороне от измерительного луча радара луча (С).

Рисунок 2.16-Установка уровнемера 5400 на резервуар

Для получения максимального узкого луча используйте антенну как можно большего диаметра, т.к. она концентрирует луч радара и менее восприимчива к помехам от препятствий. Кроме того, она обеспечивает максимальный коэффициент направленного действия.

Для уменьшения влияния турбулентности или вспенивания на процесс измерений применяйте успокоительные или байпасные устройства.

Антенна должна быть выровнена вертикально (отклонение от вертикальной оси уровнемера допускается в пределах одного градуса).

Для наибольшей эффективности измерений антенна должна выступать вниз за патрубок на 10 мм или больше.

Благодаря круговой поляризации не существует требований к расстоянию от зонда (луча) до стенки резервуара, если стенка плоская и не существует таких помех, как нагревательные спирали и трапы. Оптимальное расстояние составляет 1/3 радиуса резервуара [69, 86].

Монтаж контролера

Контроллеры используются в технологических процессах в качестве устройств, которые отвечают за сбор информации, обработку, выдачу управляющих сигналов и воздействий на регулирующие органы и исполнительные механизмы. Устанавливается и монтируется контроллер в щите, чтобы избежать внешних механических воздействий, также в щите монтируются проводки подключения к контроллеру от датчиков и приборов. “Simatic” должен устанавливаться в закрытом, взрывобезопасном и пожаробезопасном помещении, где должны быть соблюдены следующие условия:

- температура окружающего воздуха от 1 до 50С;

- относительная влажность от 30 до 80%;

- атмосферное давление от 84 до 106,7кПа;

- защита от влияния внешних магнитных полей;

- отсутствие вибраций мест крепления “Simatic” с частотой выше 25Гц и с амплитудой более 0,1мм;

- окружающая среда не должна содержать агрессивных паров и газов.

Программируемый контроллер состоит из центрального устройства, к которому при необходимости подключают устройства расширения. Отдельные модули контроллера монтируются на носителе модулей.

Носитель модулей состоит из алюминиевого несущего профиля для механического крепления модулей и одной шины для электрической связи модулей между собой. Монтажные места - места подключения модулей - нумеруются в порядке возрастания слева направо.

Центральное устройство состоит из блока питания (PS), центрального процессорного модуля (CPU) и различных модулей периферии.

Монтаж модулей в виде блоков производится в следующей последовательности:

- удаляется защитная заглушка на разъемах;

- модуль подвешивается на верхней направляющей носителя модулей;

- затем опускается вниз до упора;

- прикручиваются верхний и нижний винты крепления.

Электронные соединения модулей между собой производятся с помощью шинной платы носителя модулей.

Модули SM монтируются на профильную рейку DIN и соединяются с соседними модулями с помощью шинных соединителей. Адресация входов определяется номером разъема, к которому подключен модуль.

Подключение входных цепей производится к съемным фронтальным соединителям, которые закрываются защитными крышками. На крышки наносится маркировка входных цепей. Наличие фронтального соединителя позволяет производить замену модуля без демонтажа его внешних цепей.

Первая установка фронтального соединителя на модуль приводит к его механическому кодированию. В дальнейшем фронтальный соединитель может устанавливаться только на модули такого же типа [82].

Монтаж исполнительных механизмов

Исполнительные механизмы монтируют вблизи регулирующих органов в строгом соответствии с проектом в хорошо освещённых местах, не подверженных вибрации. Устанавливают их на полу или на специальных подставках, которые, в свою очередь закрепляют на стенах, колоннах и других несущих конструкциях зданий.

Конструкция крепления исполнительного механизма должна быть жёсткой с учётом массы механизма и развиваемых им усилий.

Электрические исполнительные механизмы устанавливают основанием или боковой стенкой на кронштейне или другой конструкции. При закрытом положении задвижки ось выходного вала должна занимать горизонтальное положение, которая сочленяется с валом регулирующего органа кривошипом и жёсткой тягой. Узлы сочленения не должны иметь люфтов.

Корпуса электрических исполнительных механизмов заземляют проводом сечением не менее 4 мм² через специальный болт на механизме.

Электрические исполнительные механизмы устанавливают в помещениях с температурой окружающей среды от 20 до 60^оС и относительной влажностью 30-80 %.

Перед монтажом требуется также провести проверку размеров соединительных тяг и соответствия размеров выходных рычагов исполнительного механизма и регулирующего органа. Однооборотные механизмы устанавливают основанием или боковой стенкой на кронштейне или какой-либо другой конструкции в горизонтальном положении с отклонением от горизонтали не менее 15° [ ].

Монтаж щитов

Щиты предназначены для эксплуатации в производственных помещениях и специальных щитовых помещениях - диспетчерских, операторских, аппаратных и т.п. в следующих условиях:

- температура окружающего воздуха от 1 до 35С;

- относительная влажность воздуха 65% при температуре 20С и не более 80% при температуре 25С;

- окружающая среда - не взрыво- и не пожароопасная, не содержащая агрессивных газов и паров, а также производственной пыли в количествах, вызывающих коррозию или нарушающих работу щитов в целом или отдельных их элементов;

- отсутствие возможности механических повреждений и попадания на щиты воды, пара, газов и т.п.

Условия эксплуатации щитов, части воздействия на них механических факторов внешней среды должны соответствовать группе М1 по ГОСТ 17516-72 (отсутствие толчков, ударов и сильной тряски); воспринимаемая щитами вибрация не должна превышать 35 Гц при ускорении 0,5g. Рабочее положение щитов в пространстве - вертикальное. Щиты должны иметь устройство для крепления вводимых в них кабелей и труб. Вводы электрических и трубных проводок в щиты должны выполняться - снизу и сверху.

При установке электрической аппаратуры и приборов в щитах между открытыми токоведущими элементами разных фаз рядом стоящих приборов и аппаратов, а также между элементами и неизолированными металлическими частями обеспечивается расстояния не менее 20 мм - по поверхности изоляции и 12 мм - по воздуху.

Поясняющие надписи под приборами и аппаратами выполняются в стандартных рамках на чертежной бумаге, фотопленке [70].

Требования к электрической проводке щитов

Электрические проводки должны размещаться в левой части с монтажной стороны щита.

Прокладка проводов открытыми жгутами должна выполняться с соблюдением следующих требований:

- провода в жгутах не должны быть перевиты между собой;

-жгуты должны быть скреплены бандажами из поливинилхлоридной перфорированной ленты с кнопками или другими аналогичными способами. Шаг установки бандажей не более 200мм;

- жгуты проводов прокладываются горизонтально или вертикально по кратчайшим расстояниям с минимальным количеством изгибов и перекрещиванием;

- жгуты проводов не должны закрывать доступ к контактным или клемным устройствам приборов и аппаратуры и затруднять их ревизию или демонтаж;

- жгуты проводов допускается крепить к унифицированным монтажным конструкциям, а также к конструкциям щитов с шагом на прямых участках не более 300мм и на расстоянии 50-55мм до и после поворота, считая от его вершины;

- при переходе жгута проводов с неподвижной части щита на подвижную, жгут должен иметь компенсатор, работающий на кручение. До и после компенсатора жгут должен быть закреплен;

- жгуты гибких проводов, присоединенных к штепсельным разъемам, должны иметь длину, достаточную для свободного разъединения деталей разъема.

Для присоединения и ответвления проводов и жил кабелей в электрических цепях щитов используются зажимы.

Концы проводов, подключенные к приборам, аппаратам и сборкам зажимов, должны иметь запас по длине, необходимый для двукратного возобновления концевой заделки, а также маркировку, соответствующую монтажной схеме щита [70]

Монтаж внешних электрических проводок

Монтаж электропроводок в цепях электропитания, измерения, управления и сигнализации напряжением до 400В переменного и 440В постоянного тока, прокладываемых к приборам и средствам автоматизации в помещениях с неагрессивной средой производится в электросварных трубах.

В качестве проводок в системах автоматизации применяют установочные изолированные провода с медными жилами, контрольные кабели.

Электрические проводки к приборам и средствам автоматизации прокладываются по кратчайшему расстоянию между соединяемыми приборами с минимальным числом поворотов параллельно стенам и перекрытиям и во избежание электрических помех по возможности дальше от технологического оборудования, электрооборудования.

Места прокладки электрических проводок должны быть доступны для монтажа и обслуживания.

Кабели с неметаллическими оболочками к приборам и средствам автоматизации прокладывают на расстоянии к свету не менее 100 мм от параллельно проложенных кабелей другого назначения, а кабели с неметаллическими оболочками для измерительных цепей автоматизации - на расстоянии не менее 50 мм от других кабелей к приборам и средствам автоматизации. Электрические проводки надежно защищают от сотрясений, вибрации или механических повреждений.

Кабели рекомендуется прокладывать при положительной температуре окружающего воздуха.

Перед прокладкой проверяют состояние кабелей путем наружного их осмотра. Затем с помощью мегомметра определяют целостность изоляции жил.

Для защиты от механических повреждений или воздействия внешней среды электрические проводки к приборам и средствам автоматизации прокладывают в стальных трубах, гибких металлических рукавах.

Прокладка коробов осуществляется по кратчайшим расстояниям и в местах, где обеспечен свободный доступ к крышкам, а также к коробам для укладки и протяжки проводов и кабелей. Короба, проложенные параллельно горячим трубопроводам или пересекающие их, защищают от воздействия высоких температур. Во влажных помещениях и на открытом воздухе короба устанавливают с уклоном для стока конденсата.

Короба устанавливают на опорных конструкциях, располагаемых на расстоянии до 2 м друг от друга.

Внутренние поверхности коробов не имеют заусенцев, острых кромок и других дефектов, из-за которых может быть повреждена изоляция проводов и кабелей [70].

После прокладки и крепления кабель необходимо промаркировать бирками, которые устанавливают с обеих сторон проходов через стены и перекрытия, у соединительных коробок и у концевых заделок.

Измерительные цепи прокладываются в коробах отдельно от силовых цепей. Ориентировочная высота трасс 2,5 м от пола.

2.8 Пояснения к графической части

Схема структурная (АПП.000001.424 А1)

На схеме структурной показано три автоматизированных рабочих мест, сервер ввода/вывода, контроллер Simatic S7-400, коммутатор Scalance.

Связь между сервером ввода/вывода и АРМ начальника, оператора осуществляется через промышленный Ethernet коммутатор Scalance.

Полевой уровень технических средств включает в себя приборы и аппаратуру контроля и регулирования (датчики аналоговых сигналов, преобразователи, регулирующие органы и исполнительные механизмы, пусковая и коммутирующая аппаратура, микропроцессорный контроллер сбора и обработки данных). Связь контроллера Simatic S7-400 с сервером ввода/вывода осуществляется через коммуникационный процессор CP 443-5 Bassic.

На каждом рабочем месте предусмотрены:

1) процессорный блок;

2) цветной монитор;

3) принтер;

4) клавиатура;

5) мышь.

Конфигурация Simatic S7-400 (АПП.000013.424)

На схеме показана конфигурация регулирующего контроллера SIMATIC S7-400.

Система SIMATIC S7-400 построена по модульному принципу. Состоит из четырёх модулей аналоговых ввода SM 431, трёх модулей дискретного ввода SSM421, одного модуля аналогового вывода SM432, двух модулей дискретного вывода SSM422 с возможностью расширения. Каждый модуль имеет свой источник питания PS407. Для всей системы установлен центральный процессор CPU 414-1. В комплект S7-400 входят два источника питания SITOP.

Схема функциональная (АПП.000002.424 А2)

Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объем автоматизации технологических установок и отдельных агрегатов промышленного объекта.

В рассматриваемой функциональной схеме автоматизации отборные и исполнительные устройства, датчики, преобразователи, блоки питания а также микроконтроллер расположены с учётом удобства монтажа, технического обслуживания и эксплуатации для обслуживающего персонала.

На схеме технологические коммуникации и трубопроводы жидкости изображены условными обозначениями в соответствии со стандартом, детали трубопроводов, арматура, теплотехнические и санитарно-технические устройства и аппаратура показаны условными обозначениями. Условные графические изображения приборов и средств автоматизации, параметры технологического процесса обозначены по стандарту ГОСТ 21.404-85 [23].

Функциональная схема оформлена в соответствии с требованиями ГОСТ 2.721-74 [16], ГОСТ 14.202-69 [32], ГОСТ 21.101-97 [33], ГОСТ 21.404-85 [35], ГОСТ 21.408-93 [34], РД 50-34.698-90 [38].

Схема электрическая принципиальная питания (АПП.000004.424 Э3)

Питание контроллеров осуществляется через блоки питания Sitop. В проекте предусмотрены два блока (поз. Sitop 1, Sitop 2). Подключение блоков питания к электрической сети U=380В f=50Гц, осуществляется через трехфазные автоматические выключатели ВА 57-31 (поз. QF1).

Подвод питания в щит КИПиА осуществляется через автоматический выключатель QF1, который служит общим вводным выключателем.

Питание внутри щита остальных потребителей осуществляется через автоматические выключатели SF1-SF19, который установлен для каждого блока питания или прибора.

Выбор автоматических выключателей производится по номинальному напряжению и току с соблюдением следующих условий [71]:

(2.32)

, (2.33)

где - номинальное напряжение автомата;

- номинальное напряжение сети;

- ток расцепителя;

- номинальный ток электроприемника.

Если известны номинальные мощности электроприемников, то их номинальные токи (в амперах) могут быть определены по формуле (2.34) [71]:

Для приборов с номинальным напряжением 220 В, номинальный ток рассчитывается по следующей формуле:

, (2.34)

где P - номинальная мощность электроприемника, кВТ;

Uн - номинальное напряжение, В.

Номинальные токи и токи расцепителей для выбора каждого QF и SF приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Номинальные токи и токи расцепителей

Место установки	Позиция			Выбор
Щит КИП	QF1	0,44	0,7	ВА 47-29 (2-х полюсный)
	SF1…SF3	0,1	0,16	ВА47-29 (1 полюсный)
	SF4	0,06	0,09	ВА47-29 (1 полюсный)
	SF5…SF12	0,14	0,2	ВА47-29 (1 полюсный)
	SF13, SF19	0,06	0,09	ВА47-29 (1 полюсный)
	SF14-SF16	0,03	0,05	ВА47-29 (1 полюсный)
	SF17, SF18	0,05	0,07	ВА47-29 (1 полюсный)

При реализации схемы электрической питания использовались следующие стандарты и нормативные документы: ГОСТ 2.702-75[13], ГОСТ 2.709-89 [14], ГОСТ 2.710-81 [15], ГОСТ 2.755-74 [17].

Схема электрическая принципиальная подключения (АПП.000005.424 Э3)

На схеме показано подключение модулей входов/выходов, которые являются интерфейсами, узлами связи датчиков и исполнительных механизмов с системой управления.

На схеме представлены аналоговые и дискретные модули. Установка аналоговых модулей необходима для сбора информации, а дискретные для регулирования.

Для стабилизации технологического процесса требуется обрабатывать сигналы от датчиков, поэтому устанавливаются модули аналогового ввода 1АI,2АI, 3АI, 4АI. Аналоговый модуль ввода преобразует аналоговый сигнал от датчика (например, от датчика давления) в цифровой вид. Дискретные модули вывода 1DO, формирует из внутренних цифровых значений дискретные сигналы для регулирования параметров.

Вся информация от дискретных входов собирается модулем дискретных вводов 1DI, 2DI.

Принципиальная схема подключения составлена в соответствии со следующими нормативными документами: ГОСТ 2.702-75[13], ГОСТ 2.709-89 [14], ГОСТ 2.710-81 [15], ГОСТ 2.721-74 [16].

Щит КИПиА. Общий вид (АПП.000006.424 ВО)

Для размещения приборов и средств контроля и управления технологическим процессом предназначен щит КИПиА.

В дипломном проекте применяется шкаф серии Minirack 19 1182x553x600 [72].

Компоновка электроаппаратуры (автоматических выключателей) и установочных изделий (блока питания) внутри щита была выполнена с учетом конструктивных особенностей этих изделий и обеспечения удобства монтажа и эксплуатации, согласно функциональному принципу размещения с учетом требований эстетики.

Чертёж выполнен согласно стандартов и нормативных документов ГОСТ 2.102-68 [5], ГОСТ 2.201-80 [7], ГОСТ 2.301-68 [8], ГОСТ 2.302-68 [9], ГОСТ 2.303-68 [10], ГОСТ 2.710-81 [15].

Щит Simatic S7-400. Общий вид (АПП.000009.424 ВО)

Для размещения контроллеров Simatic предназначенных для сбора информации по контролю и управлению технологическими процессами предназначен щит Simatic.

В данном проекте применяется универсальный шкаф серии PROLINE фирмы Schroff 1166x600x600 [72]

При расположении аппаратуры на панелях щита учтены следующие принципы компоновки:

- функциональный принцип, предусматривающий группирование приборов и органов управления по их функциям;

- принцип значимости, при котором приборы и органы управления компануются в зависимости от того, насколько решающими они являются для выполнения тех или иных операций;

- принцип размещения в соответствии с последовательностью и логикой действия оператора в процессе работы;

- принцип частоты использования, по которому часто используемые

приборы и органы управления помещаются в зонах наиболее удобных для восприятия.

Чертёж выполнен согласно стандартов и нормативных документов ГОСТ 2.102-68 [5], ГОСТ 2.201-80 [7], ГОСТ 2.301-68 [8], ГОСТ 2.302-68 [9],

ГОСТ 2.303-68 [10], ГОСТ 2.710-81 [15].

Схема соединений внешних проводок (АПП.000012.424 А5)

На схеме внешних проводок изображаются прокладываемые вне щитов и стативов электрические провода, кабели и импульсные, командные, питательные трубопроводы, защитные трубы и короба указанием их номера, типа и длин.

Схема внешних проводок выполнена на основании функциональной схемы автоматизации, схемы электрической подключения SIMATIC.

Она предназначена для соединения местных приборов со щитами.

Измерительные цепи прокладываются в коробах отдельно от силовых цепей. Ориентировочная высота трасс 2,5 м от пола.

Для защиты контрольных и питающих кабелей используются электросварные трубы. Выбор труб производится исходя из условия 2.35.

Для прокладки внешнего кабеля датчиков плотности, давления, расхода и уровня используется кабель КВВГЭ 4х1.0.

Диаметр защитных труб для прокладки кабелей и проводов рассчитываем по формуле 2.35

D 1,65•d, (2.35)

где D - внутренний диаметр трубы, мм;

d - диаметр проводников, мм [20].

Подставляя в формулу диаметр проводников, получаем диаметр защитной трубы [71]:

D_трубы?1,65•9,1 = 15,015 мм ? 20 мм

Выбираем трубу электросварную Тр 201,6 мм [71].

Остальные защитные трубные проводки выбираются аналогичным способом.

Для прокладки и защиты от механических повреждений большого числа кабелей применяются короба. В дипломном проекте предусмотрены отдельные короба для контрольных кабелей и кабелей питания.

Для выбора короба необходимого сечения необходимо воспользоваться формулой 2.36 [55]

S?nd²/k, (2.36)

где S - площадь поперечного сечения короба, мм²;

n - число проводников;

d - диаметр проводника, мм;

k - коэффициент заполнения, равный 0,6.

Определяем тип короба для прокладки контрольных кабелей

n = 12; d =9,1 мм;

Таким образом выбираем секцию прямую СП 50x50, площадь которой равна 2500 мм [59].

Для прокладки силовых кабелей используем аналогичный короб.

Для проектирования схемы используются стандарты и нормативные документы ГОСТ 2.201-80 [7], ГОСТ 2.702-75 [13], ГОСТ 2.709-89 [14],

ГОСТ 2.710-81 [15].

3. Безопасность и экологичность проекта

3.1 Производственная безопасность

Анализ условий труда автоматизированного производства

Опасные и вредные производственные факторы охватывают все виды производственной деятельности человека.

Опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях, приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья.

...