Автоматизація процесу регулювання адсорберів з нерухомим шаром адсорбенту
Міністерство освіти і науки України
Національний університет водного господарства і природокористування
Кафедра електротехніки і автоматики
КУРСОВА РОБОТА
з курсу: Автоматизовані системи управління технологічними процесами
На тему: Автоматизація процесу регулювання адсорберів з нерухомим шаром адсорбенту
Виконав:
студент IV-го курсу
Факультет ПМ і КІС
Спеціальності АУТП-1
Жук Юрій
Перевірив:
Пастушенко В.Й.
Рівне-2005
Зміст
Вступ
1. Коротка характеристика об'єкта автоматизації і технологічного процесу,що протікає в ньому
2. Технологічний процес як об'єкт автоматизації
3. Вибір основних задач керування і регулювання
4. Вибір структури і типу АСКТП, засобів автоматизації і мікропроцесорної техніки, опис функціональної схеми
4.1 Управляючий контролер I-7188
4.2 І-7060 модуль цифрового вводу/виводу з реле
4.3 І-7017 - аналогові модулі вводу-виводу
4.4 Схеми підключення даних модулів
5. Надходження сигналів в АСКТП і їхня обробка. Спосіб реалізації керуючих впливів
5.1 Розроблення бази каналів
5.2 Проектовання каналів
5.3 FBD-програми симуляції відкриття – закриття клапанів виконавчих механізмів
6. Розробка переліку задач АСКТП, способу їхньої реалізації і схеми взаємодії цих задач
Висновок
Список використаної літератури
Вступ
Автоматизація-це застосування комплексу засобів,що дозволяють здійснювати виробничі процеси без особистої участі людини,ала під її контролем.Автоматизація виробничих процесів приводить до збільшення випуску,зниженню собівартості і поліпшенню якості продукції,зменшує чисельність обслуговуючого персоналу,підвищує надійність і довговічність машин,дає економію матеріалів,поліпшує умови праці і техніки безпеки.
Автоматизація звільняє людину від необхідності безпосереднього керування механізмами.В автоматизованому процесі виробництва роль людини зводиться до налагодження,регулювання,обслуговування засобів автоматизації і спостереженню за їхньою дією.Якщо механізація полегшує фізичну працю людини,то автоматизація має мету полегшити так само і розумову працю.Експлуатація засобів автоматизації жадає від обслуговуючого персоналу високої технічної кваліфікації.
1. Коротка характеристика об'єкта автоматизації і технологічного процесу, що протікає в ньому
Розглянемо схему автоматизації регулювання адсорберів з нерухомим шаром адсорбента.
Адсорбція - це хімічний процес поглинання компонента газу пари або розчину твердим пористим поглиначем , тобто процес розділення який характеризується із газової або рідкої фази. Рідкою фазою називається процес дисорбції , який проводиться після адсорбції і використовується для регенерації поглинача.
Адсорбери цього типу відносяться до періодично діючих апаратів. Для керування їми встановлюється програмний пристрій, котра по жорсткій часовій програмі здійснює наступні операції: відриває клапани 1 і 2 і закриває клапани 1 і 8 ( операція адсорбції ); відкриває клапани 3 і 6 і закриває клапани 1, 2, 4, 5, 7, 8 ( операція десорбції ); відкриває клапани 1 і 7 і закриває клапани 1, 2, 3, 5, 6, 8 ( операція сушки адсорбенту ) , відриває клапани 5 і 7 і закриває клапани 1- 4, 6, 8 ( операція охолодження адсорбенту ); відриває клапан 8 і закриває клапан 1-7 (операція зливу конденсанта).
2. Технологічний процес як об'єкт автоматизації
Розглянувши схему автоматизації регулювання адсорбентів з нерухомим шаром адсорбентата прийнявши до уваги умовні позначки регулятора , що використовуються у схемі автоматизації (див. нижче) можна дійти висновку що для автоматизації процесу потрібно:
- прилад за часовою програмою;
Умовні позначення на схемі автоматизації процесу відстоювання:
KS – прилад для управління процесом за часовою програмою , встановлений на щиті.
3. Вибір основних задач керування і регулювання
Основною задачею керування даного технологічного процесу являється відкриття і закриття клапанів виконавчого механізму за наперед заданою часовою програмою.
4. Вибір структури і типу АСКТП, засобів автоматизації і мікропроцесорної техніки, опис функціональної схеми
Розробку АСКТП і її підсистем будемо здійснювати в рамках SCADA- системи Trace Mode (ТМ) яка призначена для розробки , настройки і запуску в реальному часі систем керування технологічними процесами.
З засобів мікропроцесорної техніки використаємо:
І-7060 - модуль цифрового вводу/виводу з реле.
І-7017 - аналогові модулі вводу-виводу
Управляючий контролер I-7188
Перевага надана модулям збору даних І-7000 по ряду причин, а саме:
Функція самонастроювання:
Існуючі 2-провідні мережі RS-485 використовують конвертори інтерфейсу, що переключаються вручну, RS-232 хост-компьютера в сигнали інтерфейсу RS-485. В реальних системах з розподіленою структурою можуть використовуватися різні джерела сигналів, такі як модулі збору типу ADAM-4000, NuDAM-6000, DATAFORTH-9B, різні PLC і т.д., що можуть мати обмеження на швидкість передачі і формат переданих даних. У таких випадках приходиться використовувати мінімальні значення для швидкості передачі даних для всієї мережі, а іноді будувати рівнобіжні мережі з різними форматами даних. Модулі ICP CON 7000 мають вбудовану систему самонастроювання для автоматичного вибору максимально можливої швидкості роботи й автоматичного вибору формату даних, що дозволяє використовувати в системі компоненти різного типу і швидкодії.
Функція здвоєного контролю, що стежить:
Апаратна функція системи спостереження за живленням (watchdog) модулів I-7000 спроектована таким чином, щоб автоматично здійснювати скидання модулів при короткочасних відхиленнях від припустимих умов експлуатації. У деяких випадках відбуваються збої й у хост-компьютерах. Вбудована функція програмного спостереження контролює стан хост-компьютера й у разі потреби переводить усі виходи модуля у вихідний безпечний стан для їхнього захисту. Така здвоєна функція спостереження значно збільшує надійність і живучість систем у реальних умовах експлуатації.
Зменшена вартість:
У порівнянні з представленими на ринку України аналогами - серіями модулів ADAM і NuDAM, модулі I-7000 мають меншу вартість
4.1 Управляючий контролер I-7188
Вбудований PC-сумісний контролер, з ROM-DOS, 512кб
Flash PC-сумісний контролер, що вбудовується з 7-сегментними індикаторами, ROM-DOS, 512кб Flash
Процесор: AMD 80188, 40МГц
Архітектура: PC-сумісна на рівні операційної системи
Оперативна пам'ять: 256кб
Енергонезалежна перепрограмувальна пам'ять:
Flash:512кб EEPROM даних: 1кб
Постійна пам'ять: 256кб
Операційна система: ROM-DOS, сумісна з MS DOS 6.2
Послідовні інтерфейси: 4 COM порти:
COM1: RS-232/RS-485, переключається перемичкою
COM2: RS-485
COM3: RS-232
COM4: RS-232
Цифрова індикація:
I-7188D/DOS: 5 розрядний 7-сегментний індикатор
Годинник реального часу: убудовані
Сторожовий таймер: убудований
Конструкція: пластиковий корпус, роз'ємні гвинтові клемні колодки для підключення зовнішніх сигналів, монтаж на панелі чи на DIN напрямну
Напруга живлення: +10В…+30В
Контролер легко програмується, має вбудований процесор 80188 (40 МГц, АМD), 256 Кбайт SRAM-пам'яті, 256 Кбайт флэш-пам'яті (170 Кбайт якої вільні для збереження прикладних програм), 4 послідовних порти, вбудовані годинник реального часу і подвійний сторожовий таймер. Опитуючи модулі і відповідаючи на запити від основного комп'ютера, контролери I-7188 забезпечують самостійне функціонування системи і можуть практично замінити основний комп'ютер чи PLC-пристрій у роботі з модулями. Наявність у контролера стандартних COM-портів (СОМ1 — повний RS-232, що переключається на RS-485; СОМ2 — двухпровідної RS-485; СОМ3 і СОМ4 — двухпровідної RS-232) дозволяє організувати взаємодію практично з будь-якими пристроями з послідовним інтерфейсом і створювати різні додатки з інтенсивним обміном даних по 4-м каналах зв'язку.
Локальний буфер даних для “ланцюжків” модулів, перетворювач інтерфейсів і форматів даних, сервер для декількох вилучених терміналів (дисплеї з Touch Screen чи MMI-CON), керування системою на будь-якій відстані по телефону — от трохи з численних прикладів застосування контролерів I-1788.
Конструктивно I-7188 має два варіанти виконання — зі світловим індикатором і без нього. Індикатор дозволяє користувачу виводити один рядок з п'яти символів.
ПО, встановлене в I-7188, містить операційну систему ROM-DOS, функціонально еквівалентну MS-DOS 6.0, що працює не з жорсткого, а з ROM (Read Only Memory) диска. Для збереження даних, необхідних при ініціалізації модуля, використовується 1 Кбайт EEPROM-пам'яті.
Прикладні програми для I-7188 можна створювати на будь-якому PC-сумісному комп'ютері, використовуючи загальнодоступні мови Сі, Сі++, Pascal чи Basic. Необхідно тільки при компіляції коду відключити підтримку інструкцій 286 процесора. Запис програми в Flash-пам'ять контролера I-7188 проходить за допомогою утиліти, що поставляється в комплекті з модулем, ROMDISK.EXE. У комплект постачання також входять 100 прикладів програмування і бібліотеки для Quick Basic, TC, MSC Language.
4.2 І-7060 модуль цифрового вводу/виводу з реле
Ліній дискретного вводу: 4 канали з гальванічною розв'язкою 3750В;
рівень логічного 0:0…+1В;
рівень логічної 1: +3.5В…+30В
Ліній дискретного виводу: 4 реле (2 двухконтактних, 2 трьохконтактних з перекидним контактом);
Параметри контактів:
AC: 125В @ 0.6А; 250В @ 0.3А
DC: 30В @ 2А; 110В @ 0.6А
Час замикання: 3 мс
Час розмикання: 1 мс
Загальний час переключення: 10 мс
Вхідний інтерфейс: RS-485 (двухпровідний)
Напруга ізоляції: 3750В
Конструкція: пластиковий корпус, роз’ємні гвинтові клемні колодки для підключення зовнішніх сигналів, монтаж на панелі чи на DIN напрямну
Напруга живлення: +10В…+30В
Споживана потужність: 0.8Вт
Умови експлуатації: -20°С…+70°С
Умови експлуатації: -20°С…+70°С
4.3 7017 - аналогові модулі вводу-виводу
8 канальний модуль аналогового вводу
Каналів аналогового вводу: 6 диференціальних / 2 із загальною землею або 8 диференціальних (вибирається перемикачем)
Розрядність АЦП: 16 біт
Частота виборок: 10Гц, смуга пропускання 15.72Гц
Діапазони вхідних напруг: +/-150мВ, +/-500мВ, +/-1В, +/-5В, +/-10В
Діапазон вхідних струмів: +/-20мА
Ізоляція: 3000В
Вхідний інтерфейс: RS-485 (двухпровідний)
Конструкція: пластиковий корпус, роз’ємні гвинтові клемні колодки для підключення зовнішніх сигналів, монтажну панелі або на DIN напрямну
Напруга живлення: +10…+30В
Споживана потужність: 2Вт
4.4Схеми підключення даних модулів
Підключення модуля І-7060.
Підключення модуля І-7017
Підключення модулів до комп’ютера:
5. Надходження сигналів в АСКТП і їхня обробка. Спосіб реалізації керуючих впливів
Надходження сигналів і їх обробка здійснюється в запрограмованих каналах Scada системи Trace Mode.
В редакторі бази каналів ТМ створюється математична основа системи керування: описується конфігурація робочого контролера і пристроїв зв’язку з об’єктами, узгоджуються інформаційні потоки між ними. Тут же описуються вхідні і вихідні сигнали і їх зв’язок з пристроями збору даних і керування задаються періоди формування сигналів, настроюються закони первинної обробки технологічної інформації і керування, технологічні границі, структура математичної обробки даних.
5.1 Розроблення бази каналів
Розроблена база каналів має вигляд:
Вигляд бази каналів
5.2 Проектовання каналів
Розробка складних алгоритмів обробки інформації і керування в рамках ТМ здійснюється за допомогою мови функціональних блоків ( ТехноFBD ), яка реалізує міжнародний стандарт програмування контролерів МЭК-1131. Мова функціональних блоків є мовою візуального програмування, програма в якій розробляється шляхом розміщення стандартних чи розроблених користувачем функціональних блоків в полі редагування, настройка їх входів і виходів і зв’язків між ними в діаграму, яка реалізує бажані функцію обробки чи керування.
5.3 FBD-програми симуляції відкриття – закриття клапанів виконавчих механізмів
FBD-програма відкриття – закриття клапанів регулюючих органів подачі газової суміші і виходу збідненої газової суміші. .
FBD-програма відкриття – закриття клапанів виконавчих механізмів:
подачі перегрітої пари і виходу паро - газової суміші;
подачі гарячого повітря і виходу повітря в атмосферу;
подача холодного повітря і виходу повітря в атмосферу;
вихід конденсату.
6. Розробка переліку задач АСКТП, способу їхньої реалізації і схеми
взаємодії цих задач
Задачі АСКТП які були поставлені, в даному проекті це регулювання почергового включення і виключення подачі потрібного компонента для виконання процесу адсорбції FBD - програми (показано вище), а також в редакторі представлення даних ТМ в якому створюється людино-машинний інтерфейс для автоматизованих робочих місць операторів і технологічного персоналу АСК ТП. Тут розроблена графічна частина проекту системи керування яка включає динамічну мнемосхему об’єкту керування, окремі вікна візуалізації параметрів технологічного процесу, керування клапанами.
Динамічна мнемосхема об’єкта керування з основними параметрами технологічного процесу представлена далі:
Динамічна мнемосхема об’єкта керування.
На інших малюнках представлені екрани з редактора представлення даних на яких зображені графіки технологічного процесу поетапно, а саме: операція адсорбції ,операція десорбції, операція сушки адсорбенту,операція охолодження адсорбенту,операція зливу конденсанта..
Екран регулювання відкриття – закриття клапанів регулюючих органів
Екран регулювання відкриття – закриття клапанів регулюючих органів при операції адсорбції
Екран регулювання відкриття – закриття клапанів регулюючих органів при операції десорбції
Екран регулювання відкриття – закриття клапанів регулюючих органів при операції сушки адсорбера
Екран регулювання відкриття – закриття клапанів регулюючих органів при операції охолодження адсорбента
Екран регулювання відкриття – закриття клапану регулюючого органу при операції зливу конденсата
Висновок
Розроблений проект АСКТП відстоювання в SCADA системі Trace Mode дає змогу повністю автоматизувати процес відстоювання рідин що мають грубодисперсні домішки, даний проект може використовуватись на станціях очистки стічних вод, на очисних спорудах заводів. Проект розроблений в SCADA системі Trace Mode дає змогу постійно слідкувати за процесом відстоювання при необхідності швидко вносити зміни, коригувати параметри. З економічної точки зору використання запропонованих мікропроцесорних систем є доцільним, з погляду на їх дешевизну, надійність і простоту в використанні.
Використана література
Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. – М.: Химия, 1991.
Артамонов В.В., Т.В. Вижевська Процеси і апарати технології водоочистки: Навч. посібник.- Рівне: Рівненський державний технічний університет, 1999 – 127с.:іл.
Кравченко В.С. Водопостачання і водовідведення: Навч. посідбник. – Рівне: Українська державна академія водного господарства, 1997. 237с.:іл.
Трегубенко Н.С. Водоснабжение и водоотведение: Примеры расчетов: Учеб. пособие для строит. вузов. – М.: Высшая школа. 1989. 352с. ил.
Смирнов Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных вод. М., Стройиздат, 1974. 256 с.
Попкович Г.С. Гордеев М.А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения: учебник для вузов М., Высшая школа 1986. 391
Блюмин А.А. Эгильский И.С. Автоматизированные системы управления технологическими процессами городского водоснабжения. М., 1978