Разработка системы автоматизации фракционирующей колонны К-101 комбинированной установки У1.731

Технические характеристики:

Диапазон уставок, кПа	80 - 400
Давление перегрузки, в течении 1 мин., кПа	1000
Пост. ток, коммутируемый  контактами, А	до  0,5
Напряжение при индуктивной  нагрузке, В	до 36
Напряжение при активной нагрузке, В	до 100
Температура окружающей среды, °С	-30...+50
Относительная влажность	до 95% при температуре 35°С
Вибрация, Гц и амплитуда  перемещения, мм	до 25 Гц, не более 0,1 мм
Диаметр приемной полости, мм	42
Масса, кг	0,25

 

3.8. Электропневматический  исполнительный механизм фирмы SAMSON

В качестве исполнительного  механизма я выбираю клапан фирмы SAMSON типового ряда 250.  Регулирующие клапаны типового ряда 250 на большие условные проходы и/или высокие давления применяются в технологических установках, энергетической технике и системах теплоснабжения.

Клапаны выпускаются на условные диаметры от 15 до 500 мм (от 1/2" до 16") и номинальные  давления от 16 до 400 (от класса 150 до класса 2500).

В стандартном исполнении клапаны пригодны для температур от -10 до +220 ⁰С, в исполнении с подтягиваемыми высокотемпературными уплотнительными набивками - для температур от -10 до +350 °С, с сильфонной или изолирующей частью - для температур от -200 до +550 °С. Наиболее подходящим клапаном для работы в данной среде является проходной клапан типа 254.

Проходной клапан типа 254

Исполнительный клапан для технологических  процессов по нормам DIN или ANSI.

• корпус клапана из теплоустойчивого, холодовязкого или коррозионностойкого стального литья.
• условный диаметр от 80 до 500 мм (3" ... 16")
• условное давление от 16 до 400 (класс ANSI 150 .. 2500)
• диапазон температур от –200 до 550 ^оС
• конус клапана металлоуплотняющий, мягкоуплотняющий или металло-пришлифованный.

Также выпускаются исполнения с дополнительным металлосильфонным  уплотнением, изолирующей частью, обогревательной рубашкой, делителем потока для снижения шума или с разгруженным по давлению конусом клапана.

Так как клапан пневматический, а у регулятора выходной сигнал токовый, мне необходимо на клапан поставить  позиционер. В качестве позиционера я выбрал электропневматический позиционер типа 4763 взрывобезопасного исполнения фирмы «Samson». Позиционер обеспечивает заданную координацию положения клапана (регулируемая величина x) и командного сигнала (задающая величина w). Он сравнивает командный сигнал, поступающий от регулирующего или управляющего устройства, с ходом исполнительного механизма и выдают в качестве выходной величины (y) пневматическое давление исполнительного импульса.

Позиционер имеет следующие  особенности:

• компактное исполнение, требующее минимального технического обслуживания;
• любое монтажное положение;
• устойчивость к воздействию вибрации;
• изменение направления действия;
• благоприятная динамическая характеристика;
• работа в нормальном диапазоне или в режиме разбивки диапазона;
• пропорциональная зона регулирования;
• регулируемая подача воздуха;
• минимальное потребление вспомогательной энергии.

 

Общие характеристики:

• задающая величина: унифицированный токовый сигнал 4 – 20 мА.
• давление воздуха питания: 1,4 - 6 бар;
• диапазон давления исполнительного импульса: 0 - 6 бар.
• исполнение для взрывоопасных производственных помещений: искробезопасная цепь с видом взрывозащиты EExiaIICT6 по CENELEC.
• диапазон хода с удлиненным рычагом 7,5 - 90 мм;
• направление действия: реверсируемое;
• рабочая температура: до 80⁰С.

 

Обоснование выбора:

Данный клапан я выбираю  с целью взрыво- ,пожаробезопасности, т.е. проходной клапан типа 254 является пневматическим. Он непосредственно  преобразует аналоговый сигнал 4 - 20 мА в пневматический. Он так же подходит под условия измеряемой и окружающей среды (температура кубового остатка 290 ⁰С, давление 2,5 кгс/см², диаметр трубопровода 80 мм).

3.9. Модульные контроллеры IUC9300

Управление параметрами  будем осуществлять посредством  промышленных контролеров IUC9300 компании PEP Modular Computers.

IUC9300 - модульные контроллеры  компании PEP Modular Computers на основе мезонинной  шины CXC обладают многими возможностями  систем VME при заметно меньшей  стоимости. Это делает их применение  весьма привлекательным для решения многих задач автоматизации производства. Однопроцессорная шина CXC обеспечивает скорость передачи данных до 10 Мбайт/сек. В крейте CXC контроллера может устанавливаться до 7 модулей ввода/вывода. Применение мезонинной технологии CXC позволяет создавать как мощные локальные VME подсистемы, так и автономные интеллектуальные контроллеры. IUC9300 способны обрабатывать до 250 каналов ввода/вывода. Малые геометрические размеры CXC-модулей (100 х 115 мм) обеспечивают наилучшие эксплуатационные характеристики: микропотребление, высокую виброударопрочность, компактность. Базируясь на технологии «открытых магистрально-модульных систем», IUC9300 полностью программно совместим с системами VME9300, SMART I/O и SMART2 сочетая в себе возможности мощного управляющего компьютера реального времени и программируемого логического контроллера - PLC.

Базовое программное  обеспечение:

• стандартные операционные системы реального времени: OS-9, VxWorks, VRTX;
• промышленные сети FieldBus (ProfiBus, BitBus, CAN-bus); сетевые протоколы: TCP/IP, DECnet, Profibus-DP/FMS, NFS;
• промышленные языки программирования PLC-контроллеров IEC-1131.

Средства программирования:

• средства разработки для OS-9, VxWorks, VRTX;
• ISaGRAF - система программирования PLC-контроллеров на промышленных языках в соответствии со стандартом IEC1131-3 для MS-Windows.

Интерфейс промышленной локальной сети ProfiBus позволяет создавать  распределенные системы, объединяющие интеллектуальные контроллеры различной мощности: VME9300, IUC9300, SMART , а также контроллеры других производителей, интеллектуальные датчики и исполнительные устройства с интерфейсом ProfiBus.

Фирма PEP Modular Computers (Германия), образованная в 1975 году, имеет 26-тилетний опыт в обеспечении высоко-технологичных  решений для промышленной автоматизации, особенно для рынка встоенных систем реального времени.

Продукция имеет два  исполнения: с рабочим температурным  диапазоном 0 - 70°С и -40°С - +85°С. Компания сертифицирована по ISO9001. Оборудование имеет сертификат Госстандарта России, как средство измерения и Разрешение Госгортехнадзора для применения в автоматизации опасных объектов.

Применение оборудования РЕР можно найти в таких  областях как промышленная автоматизация, управление движением транспорта, автомобильной  промышленности, транспорте, телекоммуникации, автоматизации производства, тестировании и измерении, автоматизации зданий, управлении энергетическими установками. Благодаря высокой вибро- и удароустойчивости РЕР оборудование идеально подходит для применения в мобильных приложениях, таких как летательные аппараты, железнодорожный транспорт, в морской, аэрокосмической или военно-морской области.

Выбираем контроллер СХМ-SIO6, оснащенный двумя интерфейсами RS232/485 для процессорных последовательных портов и четырьмя последовательными каналами (2*MC68681) с интерфейсом RS232/422/485.

Для микроконтроллера СХМ-SIO6 необходимо дополнительно выбрать модули ввода - вывода для преобразования аналоговых входных сигналов, поступающих с первичных преобразователей, в цифровые, для работы микроконтроллера, и обратного преобразования, которое осуществляет модуль вывода.

3.10. CXM-IDAD-16. Модуль аналогового ввода/вывода 16 – канальный

• 16-ти канальный АЦП, разрядность - 16 разрядов, время преобразования - 25 мкс, входной сигнал – унифицированный токовый в диапазоне 4 – 20 мА или напряжение постоянного тока в диапазоне 0 – 5 или 0 – 10 В.
• 16-ти канальный ЦАП, разрядность - 12 разрядов, выходной сигнал - унифицированный токовый в диапазоне 4 – 20 мА или напряжение постоянного тока в диапазоне 0 – 5 или 0 – 10 В.
• встроенный таймер, разрядность – 24 разряда.

3.11. CXM-DIO6. 16 канальный модуль дискретного ввода/вывода

 

• 16 дискретных каналов ввода, максимальное напряжение 60 В, максимальный ток 6 мА.
• 8 дискретных выходов, номинальное напряжение 24 В, номинальный ток – 1 А.
• входы и выходы гальванически развязаны.

 

4. Разработка  принципиальной электрической схемы.

На основании функциональной схемы  автоматизации с учётом выбранных  приборов и средств автоматизации разработана принципиальная электрическая схема регулирования, управления и блокировки.

Для регулирования температур верха  и куба колонны К-101 используется автономная система автоматического регулирования, которая работает следующим образом. 

Термопреобразователь BК1N измеряет температуру верха колонны и преобразует ее в унифицированный электрический сигнал постоянного тока в диапазоне 4 - 20 мА. Питание термопреобразователя осуществляется постоянным напряжением 24 В, поступающим от блока питания U2. Сигнал с контактов 1 и 2 блока зажимов термопреобразователя ВК1N поступает по соединительной линии на контакты 1 и 2 модуля аналогового ввода A1.1Z многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. Значение температуры поступает в регулятор температуры, который реализован программным путём в программируемом контроллере. С этого регулятора сигнал посредством модуля аналогового вывода A1.2Z поступает на контакты электропневматического преобразователя A2Y, который управляет клапаном подачи циркуляционного орошения.

Термопреобразователь BК2N измеряет температуру в кубе колонны и преобразует ее в унифицированный электрический сигнал постоянного тока в диапазоне 4 - 20 мА. Питание термопреобразователя осуществляется постоянным напряжением 24 В, поступающим от блока питания U3. Сигнал с контактов 1 и 2 блока зажимов термопреобразователя ВК2N поступает по соединительной линии на контакты 3 и 4 модуля аналогового ввода A1.1Z многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. Значение температуры поступает в регулятор температуры, который реализован программным путём в программируемом контроллере. С этого регулятора сигнал посредством модуля аналогового вывода A1.2Z поступает на контакты электропневматического преобразователя A1Y, который управляет клапаном подачи топливного газа в печь П-101/2.

Автономность системы обеспечивается программно реализованными компенсаторами, один из которых преобразует сигнал термопреобразователя BK2N и корректирует сигнал, поступающий на преобразователь A2Y, а второй осуществляет аналогичную операцию для датчика BK1N и преобразователя A1Y.

Рассмотрим цепи блокировок и сигнализации. Для разделения режимов ручного  и автоматического управления предусмотрен ключ управления SA1. Эти цепи питаются от блока питания U4 постоянным напряжением 24 В.

Для реализации блокировки по падению  давления сырья используется реле давления P5. Сигнал с его контактов P5.1 поступает на реле напряжения KV5, которое посредством реле KV6 подает питание на электропневматический преобразователь отсекателя на линии сырья YA1 и отсекателя на линии подачи топливного газа в печь П-101/1 YA2. Ручное управление реализовано также с участием KV6 кнопками SB3.1 и SB3.2. Кроме того, реле KV6 и сигнальная лампа HL5 образуют цепь сигнализации положения отсекателя.

Для реализации блокировки по падению уровня в кубе колонны используется реле уровня P1. Сигнал с его контактов P1.1 поступает на реле напряжения KV1, нормально замкнутые контакты KV1.1 которого обесточивают при срабатывании блокировки магнитный пускатель KM1, управляющий электромотором M1 насоса Н-102. При подъеме уровня до допустимых значений срабатывает реле уровня P2. Сигнал с его контактов P2.1 поступает на реле напряжения KV2, которое своими контактами KV2.1 подает питание на двигатель. Контакты пускателя KM1.2 служат, чтобы двигатель не остановился  при падениии уровня ниже нормального, но выше минимально допустимого. Ручное управление реализовано кнопками SB1.1 и SB1.2. Сигнализация состояния двигателя осуществляется сигнальными лампами HL1 и HL2 посредством контактов пускателя KM1.6 и KM1.7.

Для реализации блокировки по падению уровня на отборной тарелке используется реле уровня P3. Сигнал с его контактов P3.1 поступает на реле напряжения KV3, нормально замкнутые контакты KV3.1 которого обесточивают при срабатывании блокировки магнитный пускатель KM2, управляющий электромотором M2 насоса Н-102. При подъеме уровня до допустимых значений срабатывает реле уровня P4. Сигнал с его контактов P4.1 поступает на реле напряжения KV4, которое своими контактами KV4.1 подает питание на двигатель. Контакты пускателя KM2.2 служат, чтобы двигатель не остановился при падениии уровня ниже нормального, но выше минимально допустимого. Ручное управление реализовано кнопками SB2.1 и SB2.2. Сигнализация состояния двигателя осуществляется сигнальными лампами HL3 и HL4 посредством контактов пускателя KM2.6 и KM2.7.