Разработка автоматизированной системы управления процессом производства кислорода

В необходимых случаях производственное оборудование должно иметь местное освещение, соответствующее условиям эксплуатации (взрывоопасная среда, повышенная влажность и т.п.). При этом должна исключаться возможность случайных прикосновений персонала к токоведущим частям средств местного освещения.

Конструкция производственного оборудования должна предусматривать систему сигнализации, а в необходимых случаях и систему автоматического останова и отключения оборудования от источников энергии при опасных неисправностях, аварийных ситуациях или при режимах работы, близких к опасным.

Конструкция производственного оборудования должна исключать возможность накопления зарядов статического электричества в опасных количествах.

Вновь устанавливаемое оборудование и оборудование, поступившее из капитального ремонта, может быть пущено в работу в установленном на предприятии порядке.

Органы управления производственным оборудованием должны быть безопасными, удобными, не требующими значительных усилий для работы и скомпонованы с учетом последовательности и частоты использования операций управления. Органы управления должны быть выполнены или сблокированы так, чтобы максимально исключалась возможность ошибок при управлении. Пульты управления должны иметь схемы и надписи, указывающие правильную последовательность выполнения операций, при этом:

При уборке, смазке и ремонте производственного оборудования должны быть обеспечены безопасные условия их проведения, при этом:

- уборка стружки и других отходов должна производиться работающими на данном оборудовании с применением крючков, сметок, щеток и т.п. Уборка рабочих мест от пыли и грязи должна производиться с использованием щеток, влажной протиркой. Сдувание сжатым воздухом запрещается;

- уборка и чистка электродвигателей, пусковых реостатов, коробчатых и других выключателей, а также арматуры и приборов, находящихся под напряжением, запрещается.

Перед ремонтом оборудование должно быть обесточено и приведено в такое состояние, чтобы исключалась возможность самопроизвольного его включения. У пусковых приспособлений и рубильников, подводящих ток, должны быть вывешены плакаты, указывающие, что оборудование находится в ремонте и пуск его запрещен; доступ к пусковым устройствам должен быть закрыт.

Эксплуатация электроустановок, подстанций электрических сетей, воздушных линий высокого напряжения, электрооборудования должна производиться с соблюдением требований ГОСТ 12.1.002, ГОСТ 12.1.019, ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.14, ГОСТ 12.2.013.0, ГОСТ 12.2.020, Правил устройства электроустановок, Правил эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, при этом:

Органы управления электрооборудованием (рубильники, выключатели, магнитные пускатели и др.) должны иметь конструкцию, предусматривающую закрытие всех токоведущих частей.

Рубильники и автоматические выключатели должны быть мгновенного действия.

Заземляющие устройства должны обеспечивать безопасность людей и защиту, а также эксплуатационные режимы работы электроустановок.

Для той части электрооборудования, которая может оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, должен быть обеспечен надежный контакт с заземляющим устройством либо с заземленными конструкциями, на которых оно установлено.

Электроинструмент, ручные электрические машины и переносные электрические светильники должны выбираться в зависимости от категории помещения по степени опасности поражения электрическим током и должны удовлетворять требованиям Правил устройства электроустановок, Правил эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

9.5 Классификация помещений и зданий по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности

Характеристика помещений по взрывопожарной опасности приведена в таблице 9.2.

Таблица 9.2 - Взрывопожарная и пожарная опасность помещений

Наименование производственных помещений	Категория взрывопожарной и пожарной опасности по НПБ-105-95	Класс взрывоопасных зон для выбора и установки электрооборудования по ПУЭ
Установка КБА	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии	Не имеет класса

9.6 Электробезопасность

9.6.1 Характеристика используемой электроэнергии

Для распределения электрической энергии на современных промышленных предприятиях наибольшее распространение получили четырехпроводные системы трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В частотой 50 Гц с глухим заземлением нейтрали [22].

9.6.2 Класс помещения по опасности поражения работающих электрическим током, класс по ПУЭ

Все помещения разделяются на помещения без повышенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные. В помещениях с повышенной опасностью имеется один из следующих признаков: наличие в воздухе токопроводящей пыли и сырости (>75 %), наличие токопроводящих полов, повышенная температура воздуха (35 єС), возможность одновременного прикосновения человека с соединенным с землей корпусом технологического оборудования и корпусом электрооборудования. Особо опасные помещения характеризуются наличием или одного признака особой опасности, или наличием двух и более признаков повышенной опасности. Признаки особо опасных помещений: наличие в воздухе химически активной среды, разрушающей изоляцию или токоведущие части [23].

Помещение установки КБА относится к помещениям без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

9.6.3 Меры безопасности, используемые в проекте

В производственных условиях защита от прикосновения к токоведущим частям электроустановок достигается правильным выбором электрооборудования и соответствующими монтажными работами по электропроводке [22].

Для защиты проводов от токов короткого замыкания и токов перегрузки, которые могут разрушить и воспламенить изоляцию, применены плавкие предохранителя и автоматические выключатели, которые используются для нечастых операций отключений электроприемников и электрических цепей.

Для устранения опасности прикосновения обслуживающего персонала к токоведущим частям и ожога электрической дугой, рубильники нужно надежно ограждать глухим кожухом с ручкой в виде скобы. Кнопки магнитных пускателей должны быть снабжены ограждающим кольцом. Металлические корпуса электродвигателей имеют защитное заземление, чтобы снизить напряжение до безопасной величины (не выше 70 В) за счет сопротивления утечки тока в землю. Также заземлены корпуса датчиков.

Для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током применяются основные (диэлектрические перчатка, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками, указатель напряжения) и дополнительные (диэлектрические галоши и коврики, ракеты и знаки безопасности) средства защиты [23].

9.7 Расчет заземляющего контура

Цель расчета защитного заземления - определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеры и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышает допустимых значений.

Тип заземлителя - решетка.

Рисунок 9.1 - Схема контура заземления

Рассчитаем заземление по исходным данным:

b/a = 3.

a=4 м, b=12 м.

d=25 мм.

t=0.7 м.

Определяем нормируемое сопротивление заземления в зависимости от мощности подключаемого электрооборудования:

R_н=4 Ом при Р>100 кВт

Принимаем R_н = 4 Ом

Находим коэффициенты сезонности для горизонтальных элементов для II-ой климатической зоны - ш=3.0;

Вычисляем расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтальных элементов

Ом·с,

где - расчетное удельное сопротивление грунта, с учетом коэффициента сезонности, Ом·м;

По принятой схеме (рисунок 9.1) рассчитываем суммарную длину горизонтальной полосы

м.

Сопротивление растеканию тока контурного заземления в однородной земле, выполненного в виде горизонтальной прямоугольной решётки из прутков круглого сечения диаметром d, м, размещённой в земле на глубине t, м, рассчитывается по формуле

,

где m - коэффициент, зависящий от конфигурации решётки, соотношения её сторон и числа ячеек, для b/a = 3 m=3.29.

Тогда

Ом.

Общее сопротивление заземления (R=3.4 Ом) не превышает нормируемого значения (R_н = 4 Ом), поэтому общее сопротивление заземления удовлетворяет требованиям ПУЭ.

9.8 Производственное освещение

Искусственное освещение устраивается во всех основных и вспомогательных помещениях производственных зданий в соответствии с требованиями, указанными в СНиП 23-05-95.

В рассматриваемой аудитории для оператора ЭВМ используется комбинированное освещение -- искусственное и естественное. Естественное освещение обеспечивается наличием окна, но зачастую уровень естественного освещения недостаточен и поэтому применяется искусственное освещение.

9.8.1 Естественное освещение, нормы, обеспечение

Так как работа с компьютером при плохом освещении вызывает излишнее напряжение глаз и может привести к ухудшению зрения, то необходимо обеспечить требуемый уровень освещенности (рекомендуемый уровень освещенности при работе с монитором - 200 лк, при работе с документами - 500лк; коэффициент естественного освещения (ЕО) - 2.8%). Для обеспечения требуемого уровня освещенности произведем расчет освещения.

При боковом естественном освещении суммарная площадь световых проемов определяется по формуле:

(9.1);

где S₀ - суммарная площадь всех световых проемов;

S_П - площадь пола помещения;

E_N - нормированное значение КЕО;

- световая характеристика окна;

- коэффициент запаса, зависящий от запыленности помещения;

- коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящим зданием;

- коэффициент, учитывающий отраженный свет.

- коэффициент светопропускания светового проема

Коэффициент светопропускания определяется по формуле:

= t1 * t2 * t3 * t4 , (9.2);

где t1 равно 0.8 - коэффициент потерь в стекле;

t2 равно 0.6 - коэффициент потерь в переплетах;

t3 равно 0.8 - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях;

t4 равно 1 - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах.

Таким образом:

= 0.8 * 0.6 * 0.8 * 1 = 0.384.

Далее рассчитаем:

, (9.3);

где Qп=0.7, коэффициент отражения потолка;

Sп=16кв.м, площадь потолка;

Qст=0.3, коэффициент отражения стен;

Sст=48кв.м, площадь стен;

Qпола=0.5, коэффициент отражения пола;

Sпола=16кв.м, площадь пола;

Рср=0.4;

Р=4.

Таким образом, требуемая площадь окна:

So = 3.5 кв.м.

Требуемая площадь окна в рабочей аудитории составляет 4 кв.м, следовательно, требуемый уровень ЕО обеспечивается.

9.8.2 Расчет общего равномерного искусственного освещения

Далее рассчитаем уровень освещенности на рабочем месте:

, (9.4);

где Ен - уровень освещенности;

Фсв -- световой поток от ламп светильника;

Кз -- коэффициент запаса, учитывающий запыленность светильников и их износ;

S -- площадь помещения;

Z -- коэффициент неравномерности освещения;

n -- коэффициент использования светового потока;

N -- количество светильников.

Для обычной аудитории при нормальной эксплуатации светильников с люминесцентными лампами (для помещений с малым выделением пыли) коэффициент запаса Кз равен 1.5.

Фсв = 6240 лм (одна лампа ЛБ-40 = 3120 лм, в светильнике их две).

S = 16 кв.м.

Кз=1,5.

Z = 1,2.

N = 2.

Коэффициент использования светового потока зависит от следующих параметров:

- типа светильника;

- коэффициентов отражения от стен, пола, потолка;

- размеров помещения;

- высоты подвеса светильников.

Это учитывается так называемым индексом помещения i, который определяется:

i = A*B/(H*(A+B)), (9.5);

где A - ширина помещения;

В - длина помещения;

Н - высота подвеса светильников.

Тип используемых светильников - ОДР-2 общего освещения, люминесцентные, диффузорные с решеткой, прямого света. Свес светильника рекомендуется делать от 0.5 до 0.7 метров. Принимаем высоту светильника Hс равной 0.5 метра и высоту рабочей поверхности Hр равной 0.7 м. Тогда высота подвеса светильника H над рабочей поверхностью равна:

H=С-Hc-Hp , (9.6)

где С - высота помещения(3м);

Таким образом:

Н= 3 - 0.5 - 0.7 = 1.8 (м);

i = 4 * 4 / ( 1.8 * (4+4) ) = 1.1;

Kп равен 70% - побеленный потолок;

kст равен 30% - стены светлые;

kпола равен 50% - пол светлый;

n равен 0,4.

Подставив полученные значения в формулу, получим Ен=208лк, что достаточно для работы с монитором, но недостаточно для работы с документами.

Рассчитаем требуемое число светильников по формуле (9.7), выведенной из формулы (9.4):

(9.7);

Получаем N=6.



Рисунок 9.2 - План размещения ламп

Для освещения аудитории оператора размером 4*4*3 требуется 6 светильников типа ОДР-2 и площадь окна 4м².

Аварийное освещение предназначается для продолжения работы или эвакуации людей в случаях, когда нарушается рабочее освещение. Аварийное освещение для продолжения работы в помещениях или на наружных площадках устраивают тогда, когда внезапное отключение рабочего освещения может нарушить нормальное обслуживание оборудования, вызвать взрывы, пожары, отравления людей, травмы, длительное нарушение технологического процесса. Наименьшая освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживания при аварийном режиме, должна составлять 5% от рабочей освещенности, но не менее 2 лк внутри и 1 лк снаружи зданий.

Так как с отключением установки может отключиться и электрическое освещение, следует обеспечить освещение от другого источника (фонари, факелы, свечи, аварийное освещение, аккумуляторные фонари п т. п.), не задерживая, однако, оказания помощи пострадавшему.

9.9 Расчет кондиционирования

Построить на J-d диаграмме процесс кондиционирования воздуха в летнее время при прямоточной схеме обработки его в оросительной камере водой, охлажденной ниже температуры точки росы внутреннего воздуха, и последующим перегревом в калорифере второй ступени [24].

Определить количество вентиляционного воздуха, охлаждающую мощность оросительной камеры, расход тепла в калорифере второй ступени.

Исходные данные:

Операторская АСУ ТП расположена в цехе КБА ОАО «Корпорация «Росхимзащита»; количество персонала n = 4 человека; количество ПЭВМ n_м = 4 шт.; мощность одной ПЭВМ N_1м = 300 Вт; минимальный объем помещения на одного человека F_1ч= 6 м²; высота помещения H=3 м; мощность осветительной установки N_осв=1.8 кВт; допускаемый перепад температур между температурой внутреннего и приточного воздуха 6 ^оС.

Для летнего периода и легкой 1 категории работ оптимальными параметрами воздуха в помещении являются 2225 ^оС и относительная влажность 6040 %. При средних значениях температуры и относительной влажности, равных 23.5 ^оС и 50 %, влагосодержание и теплосодержание воздуха в помещении по I-d-диаграмме составляют 9.5и 11.5.

Параметры наружного воздуха составляют:

t=24.5 ^оС, d=10.4, J=12.5.

Количество тепла от вычислительных машин:

= 3004=1200 Вт

Количество тепла от людей:

Q_л=q_ч·n=894=356 Вт,

где q_ч=89 Вт.

Суммарное количество тепла, поступающего в помещение:

1200+356+1200=2756 Вт.

Расход водяного пара, поступающего в воздух помещения:

,

где g_ч=103 г/час - количество влаги, выделяемой человеком при легкой работе и температуре воздуха 23.5 ^оС;

Угловой коэффициент луча нагрева и увлажнения воздуха, поступающего в помещение:

= 24175 = = 57.7 ,

где W = 412 г/час = 0.114 г/с.

Наружный воздух в количестве L₀ поступает в оросительную камеру, в которой разбрызгивается охлажденная вода, имеющая температуру ниже температуры точки росы внутреннего воздуха. При контакте воздуха с капельками воды он охлаждается и осушается, причем относительная влажность воздуха возрастает до 95 %. Так как температура воздуха становится ниже необходимой температуры приточного воздуха, то воздух после оросительной камеры нагревают до заданной температуры в калорифере второй ступени. Эту температуру принимают на 1 - 1.5 °С ниже температуры приточного воздуха.

Построение процесса кондиционирования воздуха на J - d диаграмме.

По исходным данным наносим на J - d диаграмму точку Н (, ) и точку B (%) (рисунок 9.3).

Из точки с координатами проводим луч с угловым коэффициентом . Из точки B проводим линию, параллельную лучу с , до пересечения с изотермой и получаем точку П. Из очки П проводим прямую до пересечения в точке c изотермой и до пересечения в точке О с линией %. Соединяем точку О с точкой Н. На этом построение заканчиваем.

Полученные точки имеют следующие координаты:

точка :

точка :

точка :

Количество вентиляционного воздуха:

кг/с.

Охлаждающая мощность оросительной камеры:

 Вт.

Расход тепла в калорифере второй ступени:

Вт.

Рисунок 9.3 - Построение процесса кондиционирования воздуха на J - d диаграмме

На этом расчет кондиционирования закончен.

9.10 Пожарная профилактика

В качестве огнегасительных средств используют следующие вещества:

1) вода и водяной пар;

2) пены (химическая и механическая);

3) негорючие инертные газы (азот и углекислый газ);

4) галоидированные углеводороды;

5) порошковые составы.

1) Воду применяют в виде компактной струи под давлением или тонко распыленного облака [26].

При тушении веществ в небольших закрытых объемах в зону горения подают насыщенный водяной пар. Водой нельзя тушить:

- электроустановки под напряжением;

- вещества, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой (щелочные металлы, карбит кальция).

2) Пена характеризуется кратностью и стойкостью [26].

Кратность - это отношение объема полученной пены к объему исходной жидкости.

Кратность химической пены равна 5.

Кратность обычной воздушно - механической равна 8 - 12. Кратность высокократной механической пены равна 100 и более.

3) Их применение наиболее эффективно в небольших по объему помещениях (до 500м³). Следует учитывать, что при нахождении в воздухе в больших концентрациях они могут вызвать удушие, паралич дыхания и смерть.

4) Их применение основано на химическом торможении реакции горения. Недостаток: токсичность и высокая коррозионная активность.

5) Их используют, когда применение других средств не неэффективно или невозможно [26].

Недостаток: они дороги.

Автоматические средства тушения пожаров:

- водяные спринклерные установки;

- водяные дренчерные установки;

- специальные установки водяного тушения;

- пенные спринклерные и дренчерные установки;

- стационарные участки объемного газового тушения;

автоматические установки порошкового тушения.

9.11 Гигиена труда, спецодежда, индивидуальные средства защиты

Гигиена труда является профилактической дисциплиной, как и другие разделы гигиенической науки. Предметом гигиены труда являются: изучение всей производственной обстановки, в которой протекает трудовая деятельность работающих, определение ее возможного влияния на работоспособность и здоровье, разработка необходимых санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий, установление предельно допустимых параметров физических факторов внешней среды и химических веществ в воздухе рабочих помещений [20].

Установление предельно-допустимых концентрации химических веществ в воздухе в параметров физических факторов является одной из важных задач, которые ставит перед собой гигиена труда.

Несмотря на широкое внедрение санитарно-технических устройств и организацию безопасных условий труда, в ряде случаев возникает необходимость применения индивидуальных средств защиты Такими индивидуальными защитными приспособлениями является спецодежда, предназначенная для предупреждения повреждения и загрязнения кожного покрова, очки - для глаз, респираторы и противогазы, защищающие органы дыхания и обувь для защиты ног [21].

Спецодежда применяется для тела от токсичных или раздражающих веществ, могущих вызвать поражение кожного покрова, от лучистой энергии, от избыточной влаги, от пыли или охлаждения. Спецодежда должна удовлетворять требованиям надежной защиты от действующих факторов, быть удобной в носке, не воспламеняться, не стеснять движение и не нарушать теплорегуляции.

Выводы к разделу 9

В данном разделе проведён анализ производственных опасностей и вредностей, разработаны меры защиты от опасных и вредных факторов. Также произведён расчет искусственного освещения, расчёт заземляющего контура, кондиционирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дипломном проекте поставлена и решена задача разработки автоматизированной системы управления технологическим процессом производства кислорода. В рамках поставленной задачи выполнено следующее:

_ рассмотрено современное состояние вопроса разработки автоматизированной системы управления процессом адсорбционного разделения воздушной смеси;

_ проведен анализ технологического процесса, а также критический анализ существующей системы управления;

_ разработано техническое задание на проектирование автоматизированной системы управления технологическим процессом адсорбционного разделения воздушной смеси;

_ разработана функциональная схема автоматизации технологического процесса и произведен выбор технических средств;

_ разработана принципиальная электрическая схема электропитания;

_ разработана схема внешних соединений;

_ разработан общий вид шкафов автоматизации и монтажно-коммутационная схема шкафа управления;

_ рассчитана система автоматического регулирования;

_ разработано ППО управляющего контроллера;

_ произведено технико-экономическое обоснование принятых решений по разработке АСУ ТП адсорбционного разделения воздушной смеси;

_ рассмотрены вопросы, касающиеся безопасности обслуживающего персонала.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники.- М.: Химия, 1984.- 512 с.

2. Матвейкин, В.Г Математическое моделирование и управление процессом короткоцикловой адсорбции. Монография. /Погонин В.А., Путин С.Б., Скворцов С.А. М. Изд-во «Машиностроение - 1», 2007. - 140 с.

3. Дворецкий, С.И. Проектирование автоматизированных систем управления химико-технологическими процессами: Учебное пособие, /Лазарева Т.Я. ТГТУ.-Тамбов, 1993.-206 с.

4. Матвейкин, В.Г. Применение SCADA-систем при автоматизации технологических процессов. /Фролов С.В., Шехтман М.Б. М.: Машиностроение, 2000. - 176 с.

5. Клюев, А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. / Гладков Б.В., Дубровский А.Х. М.: Энергия, 1980. - 512 с.

6. Елизаров, И.А. Технические средства автоматизации: программно-технические комплексы и контроллеры. /Мартемьянов Ю.Ф. Схиртладзе А.Г., Фролов С.В. М.: Машиностроение-1, 2004. - 180 с.

7. Анисимов, С.А. Основы управления технологическими процессами. /Дыныкин В.М., Касавин А.Д. - М.: Наука, 1978.-448 с.

8. Шенборт, И.М. и др. Распределенные АСУ технологическими процессами. М.: Энергоиздат, 1985. - 235 с.

9. Программно-технический комплекс «MasterSCADA». Руководство пользователя.

10. Контроллеры и системы сбора данных ICP DAS v3.1. Каталог продукции.

11. Клюев, А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / Гладков Б.В., Дубровский А.Х. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 272с.

12. Маньковский О.Н. и др. Теплообменная аппаратура химических производств. Инженерные методы расчёта. Под редакцией П.Г. Романкова и М.И. Курочкиной - Л., Химия, 1976 - 368с.

13. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. - М.: Химия, 1971 - 349 с.

14. Бодров, В.И. Теория линейных систем автоматического регулирования. / Лазарева Т.Я. Тамбов, ТГТУ, 1994. - 215 с.

15. Леонтьев, Е.А. Надежность систем управления: Программа, метод указания и контр Тамбов, ТГТУ. 1994. - 27 с.

16. ISaGRAF. Version 3.32. Руководство пользователя.

17. Шах, А.Д. «Организация, планирование и управление предприятием химической промышленности»: Учебник/Под ред. Н.П.Федоренко. / Погостин С.З., Алыпан П.А. М.: Высшая школа, 1981 - 432 с.

18. Быковский, В.В. Организация, планирование и управление предприятием химической промышленности. Метод. указания Тамбов, ТГТУ, 1989.- 38 с.

19. Кац, М.И. Охрана труда в химической промышленности М. Химия, 1974. - 312 с.

20. Макаров, Г.В. Охрана труда в химической промышленности. / Васин А.Я., Маринина Л.К. - М.: Химия, 1989. - 496 с.

21. Долин, П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергия, 1979. - 408 с.

22. Охрана труда в электроустановках М.: Энергия, 1977. - 320 с.

23. Бояршинов, А.В. Безопасность жизнедеятельности: Метод. Указания / В.Б. Михайлов, В.М. Дмитриев, JI.C. Тарова. -Тамбов,ТГТУ, 1996.- 34 с.

24. Кнорринг, Г.М. Осветительные установки - 1981.

Размещено на Allbest.ru

...