Разработка автоматизированной системы управления процессом отбелки целлюлозы двуокисью хлора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров

Факультет АСУТП

Кафедра ИИТСУ

Курсовая работа

По дисциплине: Проектирование автоматизированных систем

На тему: "Разработка автоматизированной системы управления процессом отбелки целлюлозы двуокисью хлора"

Выполнила:

студентка гр. 540

Агафонова Ю.В.

Проверила:

Дятлова Е.П.

Санкт-Петербург

2011

Оглавление

Введение

1. Описание технологического процесса и основного оборудования

1.1 Описание последовательности технологических операций, принципа действия и характеристик технологического оборудования

1.2 Перечень технологических параметров характеризующих процесс

1.3 Требования к системе управления

2. Разработка функциональной схемы автоматизации (ФСА)

2.1 Разработка структуры АСУТП и описание её функций

2.2 Разработка схемы ФСА в соответствии с ГОСТ 21.404-85 и её описание

2.3 Составление заказной спецификации на средства измерения

3. Выбор комплекса технических средств

3.1 Разработка таблицы основных характеристик параметров технологического режима и средств их измерения

3.2 Конфигурирование контроллера (выбор необходимых плат)

4. Разработка схемы внешних соединений

Библиографический список

Введение

Автоматизация технологического процесса - это совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление производственным процессом.

Основными целями автоматизации технологического процесса являются:

* повышение эффективности производственного процесса.

* повышение безопасности производственного процесса.

Цели достигаются посредством решения следующих задач автоматизации технологического процесса:

* улучшение качества регулирования;

* повышение коэффициента готовности оборудования;

* улучшение эргономики труда операторов процесса.

1. Описание технологического процесса и основного оборудования

1.1 Описание последовательности технологических операций, принципа действия и характеристик технологического оборудования

Целлюлозная масса подается в приемную ванну фильтрата, где промывается оборотным фильтратом. В ванне шнека фильтра масса смешивается с двуокисью хлора и поступает в подогреватель, куда подается пар. Нагретая до определенной температуры масса поступает в башню двуокисной отбелки, где выдерживается определенное время.

В нижней части башни масса разбавляется оборотной водой и насосом перекачивается на следующую ступень отбелки.

Диоксид хлора (CLO2) является высокоизбирательным отбеливающим реагентом. При отбелки диоксидом хлора вязкость и прочностные свойства целлюлозы снижаются незначительно.

Часть диоксида хлора расходуется на побочные реакции, в результате которых образуются хлорит и хлорат. Скорость этих реакций снижается с уменьшением величины pH среды, однако, белизна целлюлозы достигает максимальных значений при pH 4,0-6,0 ед. pH. Продолжительность отбелки должна быть больше 2,5 часа при температуре-700С и величине pH 4-6 ед. pH.

Концентрацию массы, определяемую техническим состоянием вакуум-фильтров, желательно поддерживать на максимально высоком уровне, т.к. от концентрации массы зависят расход пара на процесс, концентрация отбеливающего реагента и продолжительность пребывания массы в башне, т.е. экономика и технологическая эффективность процесса. Концентрация массы обеспечивается поддержанием заданного соотношения расходов фильтрата и массы, подаваемой в приемную ванну фильтрат.

1.2 Перечень технологических параметров, характеризующих процесс

Соотношение фильтрата и массы, подаваемой в приемную ванну;

Температура массы, подаваемой в отбельную башню;

Давление пара;

Концентрация массы на выходе из отбельной башни;

Расход двуокиси хлора;

Величина pH массы, подаваемой в башню;

Уровень массы в приемной ванне фильтрата;

Скорость барабана фильтрата;

Уровень в башне отбелки;

Уровень в баке фильтрата;

Давление пара;

Температура массы в башне отбелки;

Белизна массы на входе в башню отбелки;

Температура массы, после подогревателя.

1.3 Формирование требований к разрабатываемой системе автоматизации

Система автоматизации процесса кислородной отбелки сульфатной целлюлозы средней концентрации должна обеспечивать выполнение следующих функций:

1. Контроль и регулирование технологических параметров:

* Соотношение фильтрата и массы, подаваемой в приемную ванну;

* Температура массы, подаваемой в отбельную башню;

* Давление пара;

* Концентрация массы на выходе из отбельной башни;

* Расход двуокиси хлоа;

* Величину pH массы, подаваемой в башню;

* Уровня массы в приемной ванне фильтрата;

* Скорость барабана фильтра.

2. Контроль на пульте оператора:

* Часового, суточного, месячного расхода двуокиси хлора;

* Уровня в баке фильтрата;

* Уровня в башне отбелки;

* Температуры массы в башне отбелки;

* Белизны массы на входе в башню отбелки;

3. Контроль параметров по месту:

* Давление пара;

* Температуры массы на входе в башню отбелки.

4. Сигнализация верхних и нижних значений уровня в баке фильтрата и отбельной башне:

5. Дистанционное и по месту управление:

* Насосами подачи фильтрата и массы в отбельную башню (включить/выключить).

6. Контроль и сигнализация состояния насосов (включен/выключен) на пульте оператора.

7. Блокировка насоса при понижении уровня в баке фильтрата ниже нижнего предела

2. Разработка функциональной схемы автоматизации (ФСА)

2.1 Разработка структуры АСУТП и описание ее функций

АСУТП не является полностью автоматической системой управления. Оперативный персонал (технолог, лаборант, системный инженер и др.) пока обязательный элемент системы.

Организационной структурой АСУТП называется структура, отражающая взаимодействие персонала в системе.

Наиболее распространенной является распределенная двухуровневая структура АСУТП (рис.1).

На этом нижнем уровне информация с измерителей параметров технологического процесса и со встроенных в оборудование АСР поступает в контроллеры, процессорные станции.

Здесь осуществляется: первичная обработка этой информации, автоматическое регулирование технологических параметров, логическое управление оборудованием, выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства.

Иногда из этого уровня выделяют полевой уровень . Сюда относят измерители параметров, исполнительные устройства и встроенные АСР.

Уровень оперативного управления АСУТП

Отсюда оператор-технолог выдает задания системам автоматического регулирования и осуществляет дистанционное управление оборудованием.

Производится ввод данных лабораторного анализа, проводимого цеховыми лабораториями.

Системный инженер, отвечающий за работоспособность АСУТП, ведет реконфигурацию системы, настройку программ, исправляет обнаруженные ошибки.

В настоящее время АСУТП объединяются с системами управления всем предприятием. Такие системы называются интегрированными.

2.2 Разработка ФСА в соответствии с ГОСТ 21.404-85 и ее описание

Регулирование скорости барабана фильтра осуществляется датчиком вращения(поз. SIRC-1). Регулирование расхода двуокиси хлора осуществляется с использованием электромагнитного расходомера (поз.F IRC-2). Регулирование концентрации массы на выходе из отбельной башни осуществляется датчиком концентрации и ширберной регулирующей задвижкой с электроприводом и позиционером (поз. QIRC-19).Регулирование давления пара осуществляется преобразователем избыточного давления (поз. PIRC-6). Регулирование температуры массы , подаваемой в отбельную башню осуществляется датчиком температуры со встроенным ЖК индикатором (пол. TIRC-12)

ГОСТ 21.404-85 предусматривает систему построения условных графических и буквенных обозначений в зависимости от функций, выполняемых техническими средствами. В стандарте предусмотрено два способа построения условных обозначений: упрощенный и развернутый.

При упрощенном способе на схеме отражают только основные функции контроля и управления, как правило, с помощью одного условного графического обозначения (окружности или овала), которое располагают на поле чертежа вблизи места измерения технологического параметра или нанесения управляющего воздействия, а техническую структуру системы раскрывают в принципиальных схемах или другой технической документации.

При развернутом способе построения условных обозначений каждое средство автоматизации на функциональной схеме показывают отдельно с указанием места реализации функций.

В последние годы в практике проектных организаций преимущественно используется упрощенный способ построения функциональных схем. В данном курсовом проекте при разработке схемы ФСА используется упрощенный способ.

2.3 Составление заказной спецификации на средства измерения и автоматизации

Заказная спецификация предназначена для закупки приборов и средств автоматизации, необходимых для реализации решений, принятых при разработке технического проекта и отраженных на функциональной схеме автоматизации.

3. Выбор комплекса технических средств

Для управления процессом выбираю контроллер SIMATIC S7-400 фирмы SIEMENS.

Программируемые контроллеры SIMATIC являются базовой системой автоматизации всех отраслей промышленного производства, объединяющей в своем составе стандартную аппаратуру управления и широкую гамму промышленного программного обеспечения.

SIMATIC S7-400 это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

SIMATIC S7-400 является универсальным контроллером. Он отвечает самым жестким требованиям промышленных стандартов, обладает высокой степенью электромагнитной совместимости, высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Установка и замена модулей контроллера может производиться без отключения питания ("горячая замена").

Система автоматизации S7-400 имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке. Система включает в свой состав:

* Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7-400 к источникам питания =24/ 48/ 60/ 120/ 230В или ~120/ 230В.

* Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности. Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами PROFIBUS-DP. При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.

* Сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

* Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу, а также сетевого обмена данными.

* Функциональные модули (FM): для решения специальных задач управления, к которым можно отнести счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т.д.

При необходимости в составе S7-400 могут быть использованы:

* Интерфейсные модули (IM): для связи базового блока контроллера со стойками расширения. К одному базовому блоку контроллера SIMATIC S7-400 может подключаться до 21 стойки расширения.

* Модули SIMATIC S5: все модули ввода-вывода контроллеров SIMATIC S5-115U/-135U/-155U могут устанавливаться в соответствующие стойки расширения SIMATIC S5. Кроме того, модули специального назначения IP и WF могут использоваться как в стойках SIMATIC S5, так и в базовом блоке контроллера SIMATIC S7-400.

3.1 Разработка таблиц основных характеристик параметров технологического режима и средств их измерения

Измеряемые технологические параметры
№ поз.	Параметр	Размерность	Тип измерителя	Выходной сигнал
1	SIRC		Датчик вращения ESN/EQN/ERN	4-20 мА
2	FIRC	(м^3)/ч	Датчик расхода МР 400-Э	4-20 мА
3	FQI	(м^3)/ч	Счетчик расходомер РМ-5-Т	4-20 мА
4	LIRC	м	Мембранный разделитель давления 7MF4920	4-20 мА
5	PIRC	атм	Преобразователь избыточного давления Метран-100-ДИ-И53-МП1	4-20 мА
6	TIR	град.С	Терморегулятор RTC80.716	4-20 мА
7	PI	атм	Манометр показывающий ТМ-21
8	LIA	м	Датчик гидростатистического уровня Rosemount 3051S-L	4-20 мА
9	QIRC	%	Стеклянные электроды с шаровыми мембранами G2-HT29029043	4-20 мА
10	FFIRC	(м^3)/ч	Ультразвуковой датчик расхода 4FM3030	4-20 мА
11	TI	град.С	Термометр показывающий 8003
12	TIRC	град.С	Датчик температуры 644 со встроенным ЖК индикатором	4-20 мА
13-1	HS
13-2	HS
14	GIA		Датчик положения NT	4-20 мА
15	LIRA	м	Датчик гидростатистического уровня Rosemount 2051-L	4-20 мА
16	LS	м	Датчик гидростатистического уровня Rosemount 3051S-L	4-20 мА
17	GIA		Датчик положения NT	4-20 мА
18	QIR	%	Датчик измерения 202710	4-20 мА
19	QIRC	%	Датчик концентрации МЕК2300	4-20 мА
20	GIA		Датчик положения NT	4-20 мА
21-1	HS
21-2	HS

Измеряемые параметры состояния оборудования

№ поз.	Параметр	Тип измерителя	Выходной сигнал
1	SIRC	Датчик вращения ESN/EQN/ERN	4-20 мА
2	FIRC	Датчик расхода МР 400-Э	4-20 мА
3	FQI	Счетчик расходомер РМ-5-Т	4-20 мА
4	LIRC	Мембранный разделитель давления 7MF4920	4-20 мА
5	PIRC	Преобразователь избыточного давления Метран-100-ДИ-И53-МП1	4-20 мА
6	TIR	Терморегулятор RTC80.716	4-20 мА
7	PI	Манометр показывающий ТМ-21
8	LIA	Датчик гидростатистического уровня Rosemount 3051S-L	4-20 мА
9	QIRC	Стеклянные электроды с шаровыми мембранами G2-HT29029043	4-20 мА
10	FFIRC	Ультразвуковой датчик расхода 4FM3030	4-20 мА
11	TI	Термометр показывающий 8003
12	TIRC	Датчик температуры 644 со встроенным ЖК индикатором	4-20 мА
13-1	HS
13-2	HS
14	GIA	Датчик положения NT	4-20 мА
15	LIRA	Датчик гидростатистического уровня Rosemount 2051-L	4-20 мА
16	LS	Датчик гидростатистического уровня Rosemount 3051S-L	4-20 мА
17	GIA	Датчик положения NT	4-20 мА
18	QIR	Датчик измерения 202710	4-20 мА
19	QIRC	Датчик концентрации МЕК2300	4-20 мА
20	GIA	Датчик положения NT	4-20 мА
21-1	HS
21-2	HS

Конфигурирование контроллера ( выбор необходимых плат)

Конфигурация контроллера SIMATIC S7-400

CPU 412-4

- рабочая память 256 Кбайт;

- время выполнения операции:

логических 0,1 мкс

с фиксированной точкой 0,1 мкс

с плавающей точкой 0,3 мкс.

Модуль памяти Flash EEPROM, 5В

Модуль ввода дискретных сигналов SM 421 4x8 DI =24В

Модуль вывода дискретных сигналов SM 422 1х16 DO =24В/ 2A

Модуль ввода-вывода аналоговых сигналов SM 431 и SM 432 16 AI, U/ I/ R/ TC/ Pt100, 2,5-25 мс/канал16 бит, диагностика, сигнал тревоги

Модуль расширения IM 365 с соединительным кабелем 1 м.

Блок питания PS 307: питание 220В, выход 24В/2А.

Многофункциональная панель оператора SIMATIC MP 240 B - 10 Keys

- процессор Risc 32, разрешение 66 МГц;

- операционная система Windows CЕ;

- дисплей 10,4” TFT.

Клавиатура мембранная

- система клавиш 38;

- функциональных клавиш 36.

4. Разработка схемы внешних соединений

Принципиальная схема выполняется без соблюдения масштаба. Приборы на схеме показаны упрощенно в виде прямоугольников. Внутри прямоугольника располагается буквенно-цифровое обозначение прибора, соответствующие его функциональному назначению и порядковому номеру и совпадающее с позиционным обозначением средств автоматизации на функциональной схеме автоматизации. Графическое обозначение приборов и линий связи выполнены линиями одинаковой толщины. Элементы и устройства на электрической принципиальной схеме изображены в виде условных графических обозначений согласно стандарту ЕСКД.

Схема внешних соединений отражает расположение технических средств, тип и характеристику используемого кабеля, расположение и номера соединительных коробок.

На схеме в левом нижнем углу находятся технические средства (датчики и исполнительные механизмы) расположенные по месту. В левом верхнем углу изображены модули входа и выхода управляющего контроллера.

В правом верхнем углу принципиальной схемы записаны данные о технических средствах в перечень элементов по ГОСТ 2.701-84, который оформлен в виде таблицы.

технологический автоматизация оборудование

Конфигурация, заказные номера и цены на контроллеры SIMATIC S7-400

Заказной номер	Описание	Цена, Евро
6ES7312-1AE13-0AB0	Simatic s7-400, cpu 312 цпу с интерфейсом mpi, встроенный блок питания =24в, 32 кбайта рабочей памяти, для работы необходима микрокарта памяти (micro memory card), заказываемая отдельно	297,00
6ES7321-1BH10-0AA0	Simatic s7-400, sm 321, модуль ввода дискретных сигналов: оптоэлектронное разделение внешних и внутренних цепей, 16 входов =24в, задержка распространения входного сигнала 0.05 мкс. 20-полюсный фронт. Соединитель заказывается отдельно	179,00
6ES7322-8BF00-0AB0	Simatic s7-400, sm 322, модуль вывода дискретных сигналов: гальваническое разделение внешних и внутренних цепей, 8 выходов =24в/0.5a (1 x 8 выходов), защита от короткого замыкания, диагностика. 20-полюсный фронтальный соединитель заказывается отдельно	333,00
6ES7331-7HF01-0AB0	Simatic s7-400, sm 331, модуль ввода аналоговых сигналов: гальваническое разделение внешних и внутренних цепей, 8 входов u/i, 14 бит, 0.052мс/канал, прерывания, диагностика, изохронный режим. 20-полюсный фронт. Соединитель заказывается отдельно	602,00
6ES7332-7ND02-0AB0	Simatic s7, sm 332 модуль аналогового вывода с разделением каналов, 4 ao, разрешение 16 бит, 0-10в, 1-5в, +/-10в, +/-20ma, 0/4 - 20ma, для изохронного режима, 20-полюсный фронтальный соединитель заказывается отдельно	568,00
6ES7953-8LF20-0AA0	Simatic s7, микрокарта памяти mmc для s7-400/c7/et 200, 3.3 в nflash, 64 кбайт	36,40

Библиографический список

1. Е.П. Дятлова, Г.А. Кондрашкова. Правила оформления выпускных квалификационных работ (дипломных проектов и работ):

2. Методические указания/ГОУВПО СПб ГТУ РП. СПб., 2005.30с.

3. Конспект лекций по ОАПСУ, Е.П. Дятлова, 2006г.

4. Справочник VALMET Automation. Damatic XD. Функциональные блоки процессовой станции v.3 rev.3.230 c.

Размещено на Allbest.ru

...