Содержание
Введение 4
1 Разработка функциональной схемы 7
1.1 Описание функциональной схемы 9
2 Выбор средств автоматизации 12
2.1 Датчик температуры «ZET 7020» 16
2.2 Датчик уровня «РИЗУР 1300» 17
2.3 Датчик давления «ZET 315» 19
2.4 Модульный источник питания «MDS PSM-24» 20
2.5 Видеограф «ИНТЕГРАФ 1100» 21
2.6 Модуль расширения аналогового сигнала «MDS AI-8UI» 24
2.7 Модуль расширения дискретного сигнала «MDS DIO-16BD» 25
2.8 Регулирующий клапан с электроприводом «ППМ-300-ДХХD» 26
2.9 Пневомонасос «ТЦ1» 27
2.10 Корпус металлический «ЩМП TDM 0905-0067» 28
3 Разработка структурной схемы 30
4 Разработка электрических схем 31
4.1 Разработка схемы подключений 31
4.2 Разработка схемы соединений 36
5 Расчет средств автоматизации 39
5.1 Расчет вероятности безотказной работы контура регулирования 39
5.2 Расчет себестоимости автоматизации технологического процесса 42
6 Монтаж оборудования 53
6.1 Монтаж датчика температуры «ZET 7020» 53
6.2 Монтаж датчика уровня – «РИЗУР-1300» 54
6.3 Монтаж датчика давления – «ZET 315» 55
6.4 Монтаж блока питания «MDS PSM-24» 56
6.5 Монтаж видеографа «ИНТЕГРАФ 1100» 57
6.6 Монтаж модуля аналогового ввода-вывода «MDS AI-8UI» 58
6.7 Монтаж модуля дискретного ввода-вывода «MDS DIO-16BD» 59
6.8 Монтаж исполнительного механизма «ППМ-300-ДХХD» 60
6.9 Монтаж щита «ЩМП TDM 0905-0067» 61
7 Охрана труда 63
Заключение 68
Список использованных источников 70
Введение
Минералы играли огромную роль в человеческой деятельности на протяжении всей истории ее развития. При этом каждая ступень цивилизации демонстрирует определенный уровень развития способностей к преобразованию, обработке и практическому использованию минеральных ресурсов.
Первоначальные жизненные потребности человека в минеральных ресурсах удовлетворялись применением кремня и обсидиана и таких самородных металлов, как золото и медь. Эти первые шаги в использовании природных богатств исторически привели к одному из крупнейших достижений в области технического прогресса и культуры - к умению извлекать металлы из минеральных залежей. Первым металлом, добытым из руд, была медь. С совершенствованием технологических методов добычи и обработки минерального сырья неуклонно возрастали потребности в широком ассортименте этого сырья. Промышленная революция привела к резкому расширению этих потребностей: за последние полстолетия было израсходовано больше сырья, чем за всю предыдущую историю человечества. Развитие горнодобывающей промышленности шло параллельно с фундаментальными изменениями структуры мировой экономики. До промышленной революции разработка недр носила небольшие масштабы. Но промышленная революция привела к тому, что спрос не удовлетворялся внутренними и региональными источниками полезных ископаемых. Развитие горной промышленности во многих странах и увеличение объема ее продукции в международной торговле способствовали двум важным моментам.
Под минеральными ресурсами понимают природные скопления минеральных образований, твердых, жидких или газообразных, которые могут служить промышленным источником минерального сырья. Идея строительства алюминиевого завода в России возникла еще в дореволюционные времена.
Однако отсутствие источников дешевой электроэнергии, недостаток финансовых средств, плохая изученность сырьевой базы не позволили царскому правительству наладить промышленное производство алюминия. Только в конце 1920-х - начале 1930-х годов начинается строительство Тихвинского бокситового рудника и первых алюминиевых заводов - Волховского и Днепровского. Одной из важнейших проблем, стоящих перед российской алюминиевой промышленностью, в обозримой перспективе остается обеспечение алюминиевых заводов России глиноземом. По распространенности в природе алюминий занимает первое место среди металлов и третье место среди всех элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры. Вследствие своей высокой химической активности алюминий в природе встречается только в связанном виде (т. е. самородного металла не бывает).
Алюминий - металл, обладающий амфотерными свойствами, т.е. он может реагировать с кислотами, образуя соответствующие соли, и со щелочами, образуя алюминаты. Это существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд различного состава.
Метод Байера – это гидрохимический способ получения глинозема из бокситов. Этот метод был открыт в России Карлом Иосифовичем Байером в конце 18 века. Не все виды бокситов можно перерабатывать таким образом, одним из основных условий является низкое содержание кремния и серы.
Производство методом Байера является экономически выгодным так, как он значительно дешевле и проще в оборудовании, чем другие методы производства глинозёма из бокситов.
Основным критерием качества бокситов является кремневый модуль – отношения количества кремния к алюминию так, как молярная масса элементов близка используют простое отношение, не вводя дополнительных коэффициентов.
Актуальность дипломного проекта заключается в возможности использования полученных результатов для решения задач автоматизации. На сегодняшний день очень важно поддерживать техническую базу системы автоматического управления на современном уровне, так как это может повлиять на экономическую выгоду от оборудования, сокращение трудоемкости его обслуживания, соответствие нормам экологичности и т.д.
Цель – автоматизация технологического процесса производства глинозёма с помощью бокситов по методу Байера.
Задачи:
- изучение технологического процесса производства глинозёма из бокситов по методу Байера;
- разработка функциональной схемы;
- выбор средств автоматизации;
- разработка структурной схемы;
- разработка электрических схем;
- расчет средств автоматизации;
- монтаж оборудования;
- изучение вопросов охраны труда на производстве.
1 Разработка функциональной схемы
Функциональная схема – документ, разъясняющий определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии целом [1].
Функциональная схема представлена на чертеже ДП.15.02.07.059.006.С2.
Подготовка боксита к выщелачиванию. Боксит размалывают до фракций в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaОН, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.
Выщелачивание. Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание. Для полного протекания приведенной выше реакции вправо (образования алюмината натрия) необходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100—240 °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) перемешивание. Такие условия обеспечиваются в автоклавах — сосудах, работающих под давлением. Применяемые автоклавы представляют собой стальной цилиндрический сосуд диаметром 1,6—2,5 и высотой 13,5—17,5 м. Давление в автоклаве 2,5—3,3 МПа, пульпу подают сверху, снизу через патрубок — пар, который нагревает и перемешивает ее. Из автоклава пульпа выдавливается через трубу.
Пульпу обычно пропускают через батарею из 6—10 последовательно установленных автоклавов, где в течение 2 ч содержащийся в пульпе в виде Al2O3 (Н2O), Al2O3(3Н2O) и Al2O3 глинозем реагирует со щелочью (реакция приведена выше), переходя в Na2O(Al2O3). В первый автоклав пульпу подают насосом, предварительно подогрев до 150 °С, из последнего автоклава пульпа попадает в два автоклава-испарителя, в которых давление снижается до атмосферного. Продуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюминатного раствора (содержащего Na2O(Al2O3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).
Разделение алюминатного раствора и шлама после разбавления пульпы водой производят в сгустителях (отстойниках) — сосудах диаметром 15—50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию — декомпозицию. Получаемый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe2O3) идет в отвал, шлам содержит, %: Al2O3 12—18, SiO2 6—11, Fe2O3 44-50, CaO 8-13.
Разложение алюминатного раствора, называемое также декомпозицией или выкручиванием, проводят с целью перевести алюминий из «раствора в осадок в виде Al2O3(3Н2O), для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выщелачивания влево, в сторону образования Al2O3(3Н2O). Чтобы указанная реакция шла влево, необходимо понизить давление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алюминия) и пульпу для получения достаточно крупных кристаллов Al2O3(3Н2O) перемешивать в течение 50—90 ч.
Этот процесс осуществляют в серии установленных последовательно и соединенных перепускными сифонами декомпозеров, через которые последовательно проходит пульпа (алюминатный раствор с выпадающими кристаллами гидрооксида алюминия). В серии устанавливают 10—11 декомпозеров с механическим перемешиванием или 16—28 декомпозеров с воздушным перемешиванием пульпы. Первые представляют собой баки диаметром до 8 м, в которых перемешивание осуществляют вращением вокруг вертикальной оси волокуш (гребков). Декомпозеры второго типа, преимущественно применяемые в настоящее время, представляют собой цилиндрические баки высотой 25—35 м и объемом до 3000 м3; снизу в них подают сжатый воздух, перемешивающих пульпу.
Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности. После декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидрооксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в гидросепараторах разделяют на фракцию с размером частиц 40—100 мкм и мелкую фракцию
Кальцинацию или обезвоживание гидроксида алюминия осуществляют в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5—5 и длиной 35—110 м, отапливаемых природным газом или. Гидроксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200—300 °С в месте загрузки до 1200°С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидроксида идет реакция: Al2O3(3H2O) = Al2O3 + 3Н2O, заканчивающаяся при 900 °С. Продуктом является глинозем Al2O3 (порошок белого цвета).
Извлечение глинозема при использовании описанного способа Байера составляет около 87%. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0—2,5 т боксита, 70—90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7—9 т пара, 160—180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт/ч электроэнергии[2].
1.1 Описание функциональной схемы
Первым этапом боксит размалывают до фракций с добавлением раствора щелочи и извести в смесителе, где производится контроль подачи боксита и пульпы с помощью датчиков (LE 1-1; LE 2-1) до определённого верхнего и нижнего уровня с помощью исполнительных механизмов (1-3; 2-3).
Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание в подогреватель пульпы, в котором присутствуют: щелочная среда, высокое давление (3 МПа) регулируемое клапаном с исполнительным механизмом (4-3), датчиком (PE 4-1), нагрев до 100—240°С паром из сепаратора контролируется датчиком температуры (TE 3-1). Затем пульпа подаётся в две греющие автоклавы до определенного уровня (LE 6-1) — сосуды, работающие под давлением пара, который регулируется и контролируется с помощью датчика (PE 7-1) и исполнительным механизмом (7-3). Пульпу подают сверху с помощью клапана с исполнительным механизмом (6-3), снизу через патрубок поступает пар, который нагревает до нужной температуры (TE 5-1) и перемешивает ее.
Из греющих автоклав пульпа выдавливается через трубу в 6 реакционных автоклав, где поддерживается температура и нужное давление с помощью датчиков: (TE 8-1); (PE 9-1) и исполнительного механизма (9-3) протекает процесс выщелачивания. Затем пульпа подаётся в сепаратор, в котором давление, регулируемое датчиком (PE 10-1) и исполнительным механизмом (10-3) снижается до атмосферного, пульпа вскипает, пар от нагрева направляется в подогреватель. Конечным продуктом работы автоклав и сепаратора является пульпа, состоящая из алюминатного раствора и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита). Эта пульпа разбавляется в разбавителе алюминатным раствором из автоклава с помощью воздуха, его давления контролируется датчиком (PDG 12-1).
После выщелачивания красный шлам отделяется с помощью сгустителя, в который добавляются флокулянты для ускорения процесса, на котором установлен датчик (LE 13-1) и исполнительный механизм (13-3).
Шлам дополнительно пропускают через фильтр, где располагается датчик давления (PE 14-1), затем направляется на промывание водой в промывателе, где установлен датчик (LE 15-1), оттуда красный шлам идет на упаривание, алюминат натрия из фильтра поступает в декомпозёр с датчиком давления (PE 16-1), регулировка подачи воздуха с помощью исполнительного механизма (16-3). Разложение раствора алюмината натрия, называемое - декомпозицией проводят с целью преобразовать алюминий в гидратную пульпу.
После декомпозиции пульпа поступает в сепаратор глинозёма, где гидратная пульпа делится на кристаллы, которые поступают в бункер и маточный раствор, который соединяется с раствором из промывателя шлама и идёт на упаривание.
Кальцинация (обезвоживание) гидрооксида алюминия, в трубчатых печах, отапливаемых топочным газом. С помощью датчиков (PE 17-1); (TE 18-1); и исполнительных механизмов (17-3) и (18-3) осуществляется контроль и поддержание определенного давления и температуры газа в печах.
Гидрооксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается до 200-300°. При нагреве гидрооксида идет реакция, заканчивающаяся при 900°С, конечным продуктом является глинозем (порошок белого цвета), который охлаждается в трубчатом холодильнике, на котором так же установлены датчики (TE 19-1); (LE 20-1) и исполнительные механизмы (19-3); (20-3) регулирующие и контролирующие уровень и температуру воды, которая охлаждает получившийся глинозём.
2 Выбор средств автоматизации
Схемы автоматизации является основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащения объекта управления приборами и средствами автоматизации.
Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергия, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.
Задачи автоматизации решаются наиболее эффективно тогда, когда они прорабатываются в процессе разработки технологического процесса. В этот период нередко выявляется необходимость изменения технологических схем с целью приспособления их к требованиям автоматизации, установленным на основании технико-экономического анализа. При разработке схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующее:
получения первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;
непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;
стабилизация технологических параметров процесса;
контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.
Указанные задачи решаются на основании анализа условий работы технологического оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к точности стабилизации, контроля и регистрации технологических параметров, к качеству регулирования и надежности.
Результатом составления схем автоматизации является:
выбор методов измерения технологических параметров;
выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отражающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизированного объекта;
определения приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;
размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т.п. и определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.
Оборудование для проекта подбирается строго по техническому заданию.
Техническое задание (ТЗ) – исходный технический документ для проведения работы, устанавливающий требования к создаваемому изделию (его СЧ или КИМП) и технической документации на него, а также требования к объему, срокам проведения работы и форме представления результатов [3].
Для проектирования системы автоматизации данного процесса в соответствии с техническим заданием (Автоматизация технологического процесса производства глинозема из бокситов по методу Байера.) и технологическим режимом необходимо использовать первичные, вторичные приборы и исполнительные механизмы следующих производителей: Средства автоматизации. Датчики. - «ZETLAB»; ООО НПФ «КонтрАвт». Промышленный контроллер, вторичные приборы - «ZETLAB»; ООО НПФ «КонтрАвт». Запорная арматура, насосы – ООО НПП «ТЭК».
Но в процессе анализа нужного оборудования выяснилось, что предложенные заводы-изготовители не имеют в своей продукции указанные средства к описываемому технологическому процессу.
В итоге были выбраны следующие производители оборудования: Средства автоматизации. Датчики – «ZETLAB», ООО «НПО РИЗУР». Промышленный контроллер, Вторичные приборы – ООО НПФ «КонтрАвт». Исполнительные механизмы – ПАО «Автоматика».
Средства автоматизации для данного технологического процесса были выбраны на основании ниже представленной таблицы 1.
Таблица 1 – Таблица технологического процесса
Измеряемый параметр и позиция Место установки прибора Диапазон измеряемой величины Выходной параметр сигнала Функциональный признак Тип исполнит механизма Модель
LE 1-1 Смеситель пульпы (С) Уровень поступа-емого вещества 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я;
С - Регулировка. Приводной пневно-механизм РИЗУР-1300
LE 2-1 Смеситель пульпы (С) Уровень поступа-емого вещества 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я;
С - Регулировка. Пневмо-
насос ТЦ-1
TE 3-1 Подогреватель пульпы (ПП) 100-240 °C 4-20 мА I - Показание - ZET 7020
PDG 4-1 Подогреватель пульпы (ПП) Мпа, Па 4-20 мА R – регистри-рующий; C- Регулировка. Приводной пневно-механизм ZET 315
TE 5-1 Греющие автоклава (ГА) 250 °C 4-20 мА I - Показание - ZET 7020
LE 6-1 Греющие автоклавы (ГА) Уровень поступа-емого вещества 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я;
С - Регулировка. Пневмо-
насос ТЦ-1
PDG 7-1 Греющие автоклавы (ГА) 2.5-3.5Мпа 4-20 мА R – регистри-рующий; C- Регулировка. Приводной пневно-механизм ZET 315
TE 8-1 Реакционные автоклавы (РА) 250 °C 4-20 мА I – Показание. - ZET 7020
PDG 9-1 Реакционные автоклавы (РА) 3Мпа 4-20 мА R – регистри-рующий; C- Регулировка. Пневмо-
насос ТЦ-1
PDG 10-1 Сепаратор газа и жид. (СЕ) 0.1-3Мпа 4-20 мА R – регистри-рующий; C- Регулировка. Приводной пневно-механизм ZET 315
Продолжение таблицы 1
LE 11-1 Сепаратор газа и жид. (СЕ) Уровень поступа-емого вещества 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я;
С - Регулировка. Приводной пневно-механизм РИЗУР-1300
PDG 12-1 Разбави-тель пульпы (Р) Мпа,Па 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я. - ZET 315
LE 13-1 Сгуститель шлама (СШ) Уровень поступа-емого вещества 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я;
С - Регулировка. Приводной пневно-механизм РИЗУР-1300
PDG 14-1 Фильтр (Ф) Мпа, Па 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я. - ZET 315
LE 15-1 Промыва-тель шлама (ПШ) Уровень поступа-емого вещества 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я. - РИЗУР-1300
PDG 16-1 Декомпо-зёр (Д) Мпа, Па 4-20 мА R – регистри-рующий; C- Регулировка. Приводной пневно-механизм ZET 315
PDG 17-1 Трубчатая печь (ТП) Мпа, Па 4-20 мА R – регистри-рующий; C- Регулировка. Приводной пневно-механизм ZET 315
TE 18-1 Трубчатая печь (ТП) 1200 °C 4-20 мА R – регистри-рующий; C- Регулировка. Приводной пневно-механизм ZET 7020
TE 19-1 Трубчатый холодильник (ТХ) 0-1200 °C 4-20 мА R – регистри-рующий;
С - Регулировка. Приводной пневно-механизм ZET 7020
LE 20-1 Трубчатый холодильник (ТХ) Уровень поступа-емого вещества 4-20 мА I - Показание;
A – Сигнал-я;
С - Регулировка. Приводной пневно-механизм РИЗУР-1300
Для обобщения сведений об элементах автоматики обратимся к таблице2, представленной ниже.
Таблица 2 – Средства автоматизации
Средство автоматизации Обоснование выбора
Датчики температуры «ZET 7020» Цифровой датчик температуры просто, точно и быстро измеряет температуру без необходимости настройки измерительных каналов и обработки данных.
Датчики давления «ZET 315» Данный вид датчиков был выбран так как способен работать в агрессивной среде, а также имеет взрывозащищенное исполнение.
Продолжение таблицы 2
Датчики уровня
«РИЗУР 1300» Прибор подходит для большинства жидкостей, независимо от изменений условий параметров измеряемой среды, обеспечивает надежный контроль уровня, имеет широкую область применения в разных промышленностях.
Регулирующий клапан с электроприводом «ППМ-300-ДХХD» Имеет точностные характеристики, взрывобезопасный, для его питания достаточно тока управления.
Пневомонасос ТЦ1 Имеет износостойкий шнековый механизм, позволяет подавать материалы на большие расстояния, имеет высокую надежность и производительность подачи и позволяет ускорить загрузку/выгрузку материала.
2.1 Датчик температуры «ZET 7020»
Датчик предназначен для непрерывного измерения температуры жидких, паро- и газообразных сред, сыпучих материалов и твердых тел в различных отраслях промышленности и преобразования значения температуры в унифицированный сигнал 4-20 мА. Предназначен для измерения температуры в жидких, газообразных и сыпучих средах.
Цифровой датчик температуры ZET 7020 начинает измерение температуры сразу после подачи питания и не требует специального технического обслуживания. Все необходимые настройки устанавливаются при первичной и периодической поверках и сохраняются в памяти измерительного модуля.
Полученные значения температуры передаются по интерфейсу RS-485, используя протокол Modbus.
В таблице 3 представлены технические характеристики датчика [4].
Таблица 3 – Технические характеристики и параметры датчика «ZET7020»
Характеристика Значение
Номинальное значение напряжения питания 24 В пост. тока
Диапазон напряжения питания 12…36 В пост. тока
Диапазон выходного тока преобразователя 4…20 мА
Вид зависимости «ток от температуры» линейная
Нелинейность преобразования, не хуже ±0,2 %
Продолжение таблицы 3
Разрядность цифро-аналогового преобразователя, не менее 12 бит
Сопротивление провода, соединяющего преобразователь с ТС, не более 30 Ом
Сопротивление линии связи с ТП, не более 100 Ом
Номинальное значение сопротивления нагрузки (при напряжении питания 24 В) (533 ± 5 %) Ом
Время установления рабочего режима (предварительный прогрев) после включения напряжения питания, не более 30 мин
Показатель тепловой инерции, не более 20...40 с
Степень защиты (по ГОСТ 14254): корпус с пластиковой коммутационной головкой корпус с металлической коммутационной головкой IP54 IP65
Диапазон измеряемых температур -270…+2500 °С
На рисунке 1 представлен датчик температуры «ZET 7020»
Рисунок 1 – Датчик температуры «ZET 7020»
2.2 Датчик уровня «РИЗУР 1300»
Прибор подходит для большинства жидкостей и сыпучих сред, независимо от изменений условий параметров измеряемой среды, таких как плотность, электропроводность, температура, давление. Неблагоприятные условия, например, турбулентность среды или небольшое количество пара, не влияют на точность и надежность работы прибора. Устройство применимо во всех типах процессов и имеет стабильные характеристики в средах с низкой диэлектрической постоянной, таких как масла и углеводороды.
Сложная геометрия, а также наличие внутри емкостей различных выступающих конструкций (например, мешалок, лестниц, труб и т.д.) в непосредственной близости от уровнемера не оказывает влияние на точность измерений и надежность показаний прибора.
Волноводный уровнемер РИЗУР-1300 может применяться во взрывоопасных средах.
Волноводный уровнемер не подвержен влиянию изменений параметров измеряемой среды, таких как плотность, электропроводность, вязкость, температура, давление, диэлектрическая проницаемость и так далее.
В таблице 4 представлены технические характеристики датчика [5].
Таблица 4 – Технические характеристики
Характеристика Значение
Материал корпуса алюминиевый сплав; нержавеющая сталь
Уплотнительное кольцо резина;
силикон
Маркировка взрывозащиты 0ExiaIICT6X; 1ExdIICT6; без взрывозащиты
Степень защиты IP67/IP68
Выходной сигнал 4-20мА, аналоговый, 4-х проводной;
дискретный выходной сигнал (в соответствии с настройкой) открытый коллектор PNP
Погрешность 0 03% от измеренного значения, но не менее 3 мм
Напряжение питания 12... 30 В постоянного тока
Потребление тока <50 мА при 24 В
На рисунке 2 представлен датчик уровня «РИЗУР 1300»
Рисунок 2 – Датчик уровня «РИЗУР 1300»
2.3 Датчик давления «ZET 315»
Преобразователи давления ZET 315 предназначены для систем автоматического регулирования и управления в промышленности на основных и вторичных производствах, расположенных в сложных климатических и иных условиях, требующих применения оборудования в «полевом» корпусе: газотранспортных и газораспределительных системах, нефтепромыслах, объектах транспортировки нефти, НПЗ, объектах энергетики. измерение статического и динамического давления; регистрация импульсных процессов; широкая линейка диапазонов измерений высокая прочность при воздействии динамических нагрузок [6].
В таблице 5 представлены технические характеристики датчика «ZET 315».
Таблица 5 – Технические характеристики и параметры датчика «ZET 315»
Характеристика Значение
Тип исполнения врезной
Частотный диапазон DC…1000 Гц (газообразные и жидкие среды)
Собственные шумы, СКЗ от диапазона 10-5
Предельное статическое давление 0,1 Мпа - 160 МПа
Продолжение таблицы 5
Напряжение питания +5 В
Материал корпуса нержавеющая сталь
Размеры (длина × диаметр корпуса) 171 × ⌀23 мм
Присоединительная резьба М20×1,5
На рисунке 3 представлен датчик уровня ««ZET 315»
Рисунок 3 – Датчик «ZET 315»
2.4 Модульный источник питания «MDS PSM-24»
Модуль PSM-24 предназначен для питания модулей серии MDS, нормирующих преобразователей, электромеханических реле, устройств сигнализации, индикации и других устройств в системах промышленной автоматики. Модуль предназначен для преобразования сетевого напряжения в стабилизированное постоянное напряжение 24 В. Модуль содержит два связанных канала с раздельной защитой по току. По способу защиты человека от поражения электрическим током модули питания соответствуют классу II ГОСТ Р 12.1.019-2009. Конструкция модулей питания обеспечивает их установку на монтажную шину по стандарту DIN в шкафах промышленной автоматики.
В таблице 6 представлены технические характеристики и параметры блока питания «MDS PSM-24» [7].
Таблица 6 – Технические характеристики и параметры блока питания «MDS PSM-24»
Характеристика Значение
Напряжение питания 90…260 В (47…440 Гц)
= 120…370 В
Продолжение таблицы 6
Внешняя защита от перегрузки по ток Не требуется, модуль снабжен внутренними самовосстанавливающимися предохранителями (2 канала)
Выходная мощность 7,5 Вт х 2
Номинальное напряжение 24 В = +-2%
Средняя наработка на отказ (надёжность) >200 000 ч
Температура работы / хранения 0 °С … +50 °С/ -50 °С … + 70 °С
Влажность Макс. 95 %, без конденсации
На рисунке 4 представлен модульный источник питания «MDS PSM-24».
Рисунок 4 – Модульный источник питания «MDS PSM-24»
2.5 Видеограф «ИНТЕГРАФ 1100»
Распределенный видеографический безбумажный регистратор параметров ИНТЕГРАФ-1100 представляет собой электронный регистратор аналоговых и дискретных сигналов, поступающих от технологических объектов, предназначен для их математической обработки, визуализации и архивирования, а также для выдачи дискретных сигналов на внешние устройства. В случае пространственно-распределенных объектов модули видеографического безбумажного регистратора можно размещать в непосредственной близости от объектов вдали от управляющей панели оператора. Это позволяет сокращать затраты на кабельно-проводниковую продукцию и ее прокладку, упрощает монтаж, повышает качество сигналов. В случае размещения модулей на объекте можно использовать модули для климатического исполнения С4 в диапазоне рабочих температур (-40…+60) °С, при влажности до 95 %, в то время как для панели безбумажного самописца необходимы более мягкие условия: (0…45) °С. Если модули располагаются в шкафу управления, то их можно расположить в объеме шкафа оптимальным образом, что сокращает габариты шкафа до 80 мм. Малая глубина видеографической панели оператора позволяет использовать шкаф управления технологическими процессами небольшой глубины. Модульность многоканального регистратора технологических параметров повышает его ремонтопригодность, сокращает расходы на обслуживание, поверку, ремонт. Выход из строя отдельных модулей не вызывает потерю работоспособности электронного регистратора в целом, замена моделей не требует высокой квалификации персонала. Подключение сигнальных проводников к модулям ввода-вывода производится с помощью разъемных клеммных соединителей, что упрощает монтаж-демонтаж модулей при их обслуживании и замене. Решение, построенное на основе видеографического безбумажного регистратора технологических параметров, является экономичным как по стоимости приобретения, так и по стоимости эксплуатации.
В таблице 7 представлены характеристики и параметры контроллера «ИНТЕГРАФ 1100» [8].
Таблица 7 – Технические характеристики и параметры контроллера «ИНТЕГРАФ 1100»
Характеристика Значение
Количество портов питания 2 (основной и резервный)
Напряжение питания 10…48 В (номинальное 24 В)
Продолжение таблицы 7
Напряжение перехода от основного источника питания к резервному 6…9 В
Потребляемая мощность, не более 16 Вт
Объем флеш-памяти (тип памяти) 512 Мбайт (NAND)
Объем оперативной памяти (тип памяти) 256 Мбайт (DDR3)
Операционная система Linux
Степень защиты корпуса по ГОСТ 14254–96 IP20
Средняя наработка на отказ 60 000 ч
Тип входов по ГОСТ IEC 61131-2 1
Максимальный ток «логической единицы» 5,5 мА
Максимальный ток «логического нуля» 1,2 мА
Напряжение «логической единицы» 9…30 В
Напряжение «логического нуля» 0…5,5 В
Максимальная частота входного сигнала 20 Гц
Время опроса одного входа не более 0,6 с
Предел основной приведенной погрешности ±0,25 %
Разрядность АЦП 16 бит
Дискретные выходы (DO и FDO) 12 шт.
Напряжение питания выходов 10…36 В
Максимальный постоянный ток нагрузки 0,85 А
Минимальная длительность выходного сигнала 5 мкс
На рисунке 5 представлен видеограф «ИНТЕГРАФ 1100».
Рисунок 5 – Видеограф «ИНТЕГРАФ 1100»
2.6 Модуль расширения аналогового сигнала «MDS AI-8UI»
Модули серии MDS обеспечивают периферийный ввод/вывод аналоговых и дискретных сигналов. Модуль MDS AI-8UI входит в состав серии MDS-модулей. Он обеспечивает двунаправленный ввод/вывод аналоговых сигналов по 8 независимым каналам. Направление «ввод-вывод» каждого канала программируется. Обмен данных с управляющим компьютером (контроллером) осуществляется по интерфейсу EIA/TIA-485 (RS-485). MDS-модули поддерживают протоколы сетевого информационного обмена RNet, MODBUS RTU и DCON. Это позволяет включать их во все решения, где поддерживается эти протоколы. В частности, они могут использоваться в единой сети.
В таблице 8 представлены характеристики и параметры расширителя «MDS AI-8UI» [9].
Таблица 8 – Технические характеристики и параметры расширителя «MDS AI-8UI»
Характеристика Значение
Количество входов 8 AI
Разрядность АЦП 16 бит
Предел основной приведенной погрешности ±0,25 %
Напряжение питания =10…48 (номинальное =24) В
Степень защиты корпуса IP20
Монтаж на DIN-рейку / на стену
Температура окружающего воздуха -40…+55 °С
Относительная влажность воздуха от 10 до 95 %
Минимальный период записи 10 сек
На рисунке 6 представлен модуль расширения аналогового сигнала «MDS AI-8UI»
Рисунок 6 – Модуль расширения аналогового сигнала «MDS AI-8UI»
2.7 Модуль расширения дискретного сигнала «MDS DIO-16BD»
Модули серии MDS обеспечивают периферийный ввод/вывод аналоговых и дискретных сигналов. Модуль DIO-16BD входит в состав серии MDS-модулей. Он обеспечивает двунаправленный ввод/вывод дискретных сигналов по 16 независимым каналам. Направление «ввод-вывод» каждого канала программируется. Обмен данных с управляющим компьютером (контроллером) осуществляется по интерфейсу EIA/TIA-485 (RS-485). Это позволяет включать их во все решения, где поддерживается эти протоколы. В частности, они могут использоваться в единой сети Модули предназначены для управления по сигналам из сети Ethernet встроенными дискретными выходными элементами, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным управлением.
В таблице 9 представлены характеристики и параметры расширителя «MDS DIO-16BD» [10].
Таблица 9 – Технические характеристики и параметры расширителя «MDS DIO-16BD»
Характеристика Значение
Количество выходов 16 DO
Тип выходов электромагнитное реле
Электрическая прочность 1780 В
Время включения 15 мс
Время выключения 15 мс
Максимальная частота ШИМ 1 Гц
Потребляемая мощность при питании =24 В не более 9 Вт
Защита от переполюсовки есть
Минимальная длительность импульса ШИМ 50 мс
На рисунке 7 представлен модуль расширения аналогового сигнала «MDS DIO-16BD»
Рисунок 7 – Модуль расширения дискретного сигнала «MDS DIO-16BD»
2.8 Регулирующий клапан с электроприводом «ППМ-300-ДХХD»
Позиционер является управляющим звеном следящей автоматической системы «позиционер – пневматический исполнительный механизм (ИМ)» и предназначен для приведения ИМ в положение, соответствующее заданной величине сигнала управления (Iу = 4-20 мА). Позиционер представляет собой электропневматическую систему с микропроцессорным управлением. Для питания позиционера достаточно тока управления, поэтому дополнительного источника питания не требуется.
В таблице 10 представлены характеристики и параметры исполнительного механизма «ППМ-300-ДХХD» [11].
Таблица 10 – Технические характеристики и параметры исполнительного механизма «ППМ-300-ДХХD»
Характеристика Значение
Сигнал тока 0 - 20мА
Питающее напряжение 15 - 30 В
Maксимальная мощность 0,6 Вт
Степень защиты прибора IP 65
Срок службы 1000000 циклов
Температура рабочей среды 180 °C
Способ монтажа горизонтальный
На рисунке 8 представлен регулирующий клапан с электроприводом «ППМ-300-ДХХD»
Рисунок 8 – Регулирующий клапан с электроприводом «ППМ-300-ДХХD»
2.9 Пневомонасос «ТЦ1»
Пневмонасос ТЦ-1, используется для подачи по трубопроводу сухих пылевидных или мелкозернистых материалов при помощи сжатого воздуха. На раме пневмонасоса установлены приемная камера, в которой находится приемный шнек и смесительная камера.
В таблице 11 представлены характеристики и параметры пневмонасоса «ТЦ1» [12].
Таблица 11 – Технические характеристики и параметры пневмонасоса «ТЦ1»
Характеристика Значение
Производительность, т/час: 80
Дальность подачи, м: 160
Высота подъема, м: 30
Расход сжатого воздуха м3/мин.: 20
Рабочее давление в смесительной камере, МПа: 0,2
Мощность привода шнека, кВт: 37
Диаметр транспортного трубопровода, мм: 150
На рисунке 9 представлен пневманасос ТЦ1.
Рисунок 9 – Пневмонасос «ТЦ1»
2.10 Корпус металлический «ЩМП TDM 0905-0067»
Используется для сборки разнообразных электрощитов: силовых, управления, автоматики. Позволяют производить монтаж аппаратуры как модульного, так и обычного исполнения. Сварной металлический корпус со съемной монтажной панелью. Дверца корпуса запирается на замок. Ключ замка имеет единый секрет. Корпус со степенью защиты IK09, имеет на дверце уплотнение из двухкомпонентного герметика и влагонепроницаемый замок.
Параметры, характеризующие способность рассеивать тепловую энергию, представлены в таблице 12 [13].
Таблица 12 – Параметры, характеризующие способность рассеивать тепловую энергию
Параметры Исполнение металлокорпуса ЩМП 0905-0067
Номинальный ток металлокорпуса, не более, А 630
Максимальная статическая нагрузка на дверь/оболочку, Н, в соответствии с YKM.001.2015 ТУ 10/35
Степень защиты от внешнего механического воздействия по ГОСТ IEC 62262 IK09
Расположение вводных отверстий снизу
Ремонтопригодность Неремонтопригодные
Продолжение таблицы 12
Габаритные размеры корпуса, мм Высота 1200
Ширина 800
Глубина 400
На рисунке10 представлен пневманасос ТЦ1.
Рисунок 10 - Корпус металлический ЩМП TDM 0905-0067
3 Разработка структурной схемы
Схема структурная - документ, определяющий основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи [1].
Структурная схема автоматизации представлена на чертеже ДП.15.02.07.059.006.Э1.
Для управления технологическим процессом была выбрана многоуровневая структура, позволяющая распределять задачи, решаемые АСУ между узлами системы и, тем самым повысить надёжность функционирования.
Многоуровневая структура состоит из 3 уровней:
На нижнем уровне располагаются: датчики давления PDG с позициями 4-1; 7-1; 9-1; 10-1; 12-1; 14-1; 16-1; 17-1; Датчики уровня LE с позициями: 1-1; 2-1; 6-1; 11-1; 20-1; Датчики температуры TE с позициями: 3-1; 5-1; 8-1; 18-1; 19-1; 12-1. Исполнительные механизмы с позициями: 1-3; 2-3; 4-3; 6-3; 7-3; 9-3; 10-3; 11-3; 13-3; 16-3; 17-3; 18-3; 19-3; 20-3.
На среднем уровне располагается видеограф ИНТЕГРАФ 1100, модули аналогового ввода/вывода MDS количестве 2 штуки и модуль дискретного ввода/вывода MDS в количестве 1 штука. Модули ввода предназначены для измерения унифицированных аналоговых сигналов встроенными аналоговыми входами, преобразования измеренных величин в значение физической величины и последующей передачи этого значения по сети RS-485. Модули вывода предназначены для преобразования цифровых сигналов, передаваемых по сети RS-485, в аналоговые сигналы для управления исполнительными механизмами или для передачи сигналов приборам регистрации и самописцам.
Верхний уровень представлен автоматизированным рабочим местом (АРМ) — комплексом средств вычислительной техники и программного обеспечения, располагающимся непосредственно на рабочем месте сотрудника и предназначенный для автоматизации работы сотрудника в рамках его специальности.
4 Разработка электрических схем
4.1 Разработка схемы подключений
На принципиальной схеме показано подключение первичных преобразователей (датчиков) к вторичному устройству (программируемое реле) через блоки питания и модули расширения, и подключение исполнительных механизмов к выходам программируемого реле [1].
Таким образом: датчик LE 1-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI1» контролера жилой №1, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №2, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 5» контролера жилой №3, контакт «DO 1» контролера подключен к контакту «20» исполнительного механизма LC 1-3 жилой №43, контакт «DO 2» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма LC 1-3 жилой №44, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма LC 1-3.
Датчик LE 2-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI2» контролера жилой №4, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №5, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 5» контролера жилой №6, контакт «DO 3» контролера подключен к контакту «20» исполнительного механизма LC 2-3 жилой №45, контакт «DO 4» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма LC 2-3 жилой №46, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма LC 2-3.
Датчик TE 3-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «COM 1» контролера жилой №7, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №8, контакт «-» блока питания подключен к контакту «DI 1» контролера жилой №9, контакт «DO 5» контролера подключен к контакту «20» исполнительного механизма LC 3-3 жилой №47, контакт «DO 6» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма TC 3-3 жилой №48, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма TC 3-3.
Датчик PDG 4-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI3» контролера жилой №10, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №11, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 5» контролера жилой №12, контакт «DO 7» контролера подключен к контакту «20» исполнительного механизма PC 4-3 жилой №49, контакт «DO 8» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма PC 4-3 жилой №50, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма PC 4-3.
Датчик TE 5-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI4» контролера жилой №13, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №14, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 5» контролера жилой №15, контакт «DO 9» контролера подключен к контакту «20» исполнительного механизма TC 5-3 жилой №51, контакт «DO 10» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма TC 5-3 жилой №52, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма TC 5-3.
Датчик LE 6-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «DI 2» контролера жилой №16, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №17, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 1» контролера жилой №18, контакт «DO 11» контролера подключен к контакту «20» исполнительного механизма LC 6-3 жилой №53, контакт «DO 12» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма LC 6-3 жилой №54, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма LC 6-3.
Датчик PDG 7-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «DI 3» контролера жилой №19, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №20, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 1» контролера жилой №21, контакт «DO 13» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма PC 7-3 жилой №55, контакт «DO 14» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма PC 7-3 жилой №56, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма PC 7-3.
Датчик TE 8-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI5» контролера жилой №22, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №23, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 5» контролера жилой №24, контакт «DO 15» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма TC 8-3 жилой №57, контакт «DO 16» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма TC 8-3 жилой №58, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма TC 8-3.
Датчик LE 9-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «DI 4» контролера жилой №25, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №26, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 1» контролера жилой №27, контакт «DO 17» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма LC 9-3 жилой №59, контакт «DO 18» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма LC 9-3 жилой №60, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма LC 9-3.
Датчик PDG 10-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI6» контролера жилой №28, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №29, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 5» контролера жилой №30, контакт «DO 19» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма PC 10-3 жилой №61, контакт «DO 20» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма PC 10-3 жилой №50, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма TC 10-3.
Датчик LE 11-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «DI 5» контролера жилой №31, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №32, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 2» контролера жилой №33, контакт «DO 21» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма LC 11-3 жилой №63, контакт «DO 22» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма LC 11-3 жилой №64, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма LC 11-3.
Датчик PDG 12-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI7» расширителя жилой №34, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №35, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №36, контакт «DO 23» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма PC 12-3 жилой №65, контакт «DO 24» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма PC 12-3 жилой №66, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма PC 12-3.
Датчик PDG 13-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI8» расширителя жилой №37, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №38, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» контролера жилой №39, контакт «DO 25» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма PC 13-3 жилой №67, контакт «DO 26» расширителя подключен к контакту «24» исполнительного механизма PC 13-3 жилой №68, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма PC 13-3.
Датчик PDG 14-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI9» расширителя жилой №40, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №41, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №42, контакт «DO 27» расширителя подключен к контакту «20» исполнительного механизма PC 14-3 жилой №69, контакт «DO 28» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма PC 14-3 жилой №70, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма PC 14-3.
Датчик LE 15-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI9» расширителя жилой №43, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №44, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №46, контакт «DO 28» расширителя подключен к контакту «21» исполнительного механизма LC 15-3 жилой №70, контакт «DO 30» контролера подключен к контакту «24» исполнительного механизма LC 15-3 жилой №71, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма LC 15-3.
Датчик PDG 16-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI10» расширителя жилой №46, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №47, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №49, контакт «DO 31» расширителя подключен к контакту «23» исполнительного механизма PC 16-3 жилой №69, контакт «DO 32» контролера подключен к контакту «29» исполнительного механизма PC 16-3 жилой №73, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма PC 16-3.
Датчик PDG 17-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI11» расширителя жилой №49, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №51, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №52, контакт «DO 33» расширителя подключен к контакту «23» исполнительного механизма PC 17-3 жилой №74, контакт «DO 32» контролера подключен к контакту «28» исполнительного механизма PC 17-3 жилой №75, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма PC 17-3.
Датчик TE 18-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI12» расширителя жилой №53, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №54, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №55, контакт «DO 35» расширителя подключен к контакту «30» исполнительного механизма TC 18-3 жилой №76, контакт «DO 37» контролера подключен к контакту «31» исполнительного механизма TC 18-3 жилой №77, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма TC 18-3.
Датчик TE 19-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI13» расширителя жилой №56, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №57, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №58, контакт «DO 35» расширителя подключен к контакту «32» исполнительного механизма TC 19-3 жилой №78, контакт «DO 38» контролера подключен к контакту «33» исполнительного механизма TC 19-3 жилой №79, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма TC 19-3.
Датчик LE 20-1 подключен к контролеру следующим образом. Контакт «+» датчика подключен к контакту «AI12» расширителя жилой №59, контакт «-» датчика подключен к контакту «+» блока питания жилой №60, контакт «-» блока питания подключен к контакту «COM 6» расширителя жилой №61, контакт «DO 35» расширителя подключен к контакту «34» исполнительного механизма LC 20-3 жилой №80, контакт «DO 36» контролера подключен к контакту «36» исполнительного механизма LC 20-3 жилой №81, контакт «Ноль» подключен к контакту «1» исполнительного механизма LC 20-3.
4.2 Разработка схемы соединений
Схема соединений – схема, показывающая все устройства и элементы, входящие в состав изделия, их входные и выходные элементы (соединители, платы, зажимы и т.п.), а также соединение между этими устройствами и элементами [1].
МКЭШ — это монтажный экранированный кабель, с медной луженой жилой, изоляцией и оболочкой из ПВХ. Кабели предназначены для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств, работающих при номинальном переменном напряжении до 500 В частоты до 400 Гц или постоянном напряжении до 750 В. [14].
Кабель ШВВП — это шнур повышенной гибкости с параллельными медными жилами, поливинилхлоридной изоляцией и оболочкой, на напряжение до 380В для систем 380/380В. [15].
JDC-W - Однополярное комбинированное устройство передачи скользящего контакта, которое можно комбинировать произвольно в соответствии с различными потребностями. Однополярная комбинированная скользящая контактная шина обладает такими характеристиками, как быстрая рабочая скорость, большая грузоподъемность и отличная термостойкость [16].
Исходя из вышесказанного, датчики температуры TE позиции 3-1; 5-1; 8-1; 18-1; 19-1, соединяются кабелем с 10 жилами «МКЭШ». Все 5 датчиков заведены в общую шину проводов №1 «JDC-W» с 10-ю жилами, задействованы 10. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 20,7 мм. Шина №1 заводится в протяжную коробку ПК №1 [17].
Датчики уровня LE позиции 1-1; 2-1; 6-1; 11-1; 13-1; 15-1; 20-1, соединяются кабелем с 14 жилами «МКЭШ». Все 7 датчиков заведены в общую шину проводов №2 «JDC-W» с 14-ю жилами, задействованы 14. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 20,7 мм. Шина №2 заводится в протяжную коробку ПК №2.
Датчики давления PDG позиции 4-1; 7-1; 9-1; 10-1; 12-1; 14-1; 16-1; 17-1, соединяются кабелем с 16 жилами «МКЭШ» Все 8 датчика заведены в общую шину проводов №3 «JDC-W» с 16-ю жилами, задействованы 16. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 20,7 мм. Шина №3 заводится в протяжную коробку ПК №3.
Из протяжных коробок все шины соединяются в одну шину с 40 жилами, используется 40. Затем шины №4,5,6 протягивается в протяжную коробку ПК №4 и затем через неё на клеммники щита автоматизации, где осуществляется подключение. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 50мм.
Исполнительные механизмы LС позиции 1-3; 2-3; 6-3; 11-3; 13-3; 20-3, соединяются кабелем с 6 жилами «МКЭШ». Все 6 исполнительных механизмов заведены в общую шину проводов №7 «JDC-W» с 6-ю жилами, задействованы 6. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 20,7 мм. Шина №7 заводится в протяжную коробку ПК №5.
Исполнительные механизмы PRС позиции 4-3; 7-3; 9-3; 10-3; 16-3; 17-3, соединяются кабелем с 18 жилами «МКЭШ» Все 6 исполнительных механизма заведены в общую шину проводов №8 «JDC-W» с 18-ю жилами, задействованы 18. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 20,7 мм. Шина №8 заводится в протяжную коробку ПК №6.
Исполнительные механизмы TRС позиции 18-3; 19-3; соединяются кабелем с 6 жилами «МКЭШ». Все исполнительные механизмы заведены в общую шину проводов №9 «JDC-W» с 6-мя жилами, задействованы 6. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 20,7 мм. Шина №9 заводится в протяжную коробку ПК №7.
Из протяжной коробки все шины соединяются в одну шину с 30-ю жилами, используется 30. После шины №10,11,12 заводятся в протяжную коробку ПК №8 затем она протягивается на клеммники щита автоматизации, где осуществляется подключение. Защита кабеля осуществлена при помощи JDC-W длиной 100 метров и диаметром 50мм.
5 Расчет средств автоматизации
5.1 Расчет вероятности безотказной работы контура регулирования
Вычислим надежность системы автоматизации, считая ее элементы нерезервированными и невосстанавливаемыми, а их вероятность безотказной работы - распределенной по экспоненциальному закону.
Структурная схема расчета надежности представлена на рисунке 11 [18].
Рисунок 11 - Структурная схема
Д - Датчик, ЛС - Линии связи, ОС - Операторская станция, К- контроллер, ИМ - исполнительный механизм
Контур регулирования представлен на рисунке 12.
Рисунок 12 – Контур регулирования
Датчиком в этом контуре регулирования является датчик давления «ZET 315».
Видеограф «ИНТЕГРАФ 1100».
Регулирующий клапан с электроприводом «ППМ-300-ДХХD».
Заявленные данные для расчёта надежности представлены в таблице 13, взяты из технических паспортов.
Таблица 13 Данные для расчета надежности
Элемент системы Средняя наработка на отказ (Т) ч. Интенсивность отказа (л=1/Т) ч-1
Датчик 65 000 0,000015
Линия связи от датчика 70 000 0,000014
Исполнительный механизм 65 000 0,000015
Операторская станция 410 000 0,000002
Контроллер 70 000 0,000014
Линии связи к исполнительному механизму 40 000 0,000025
Составим формулы расчета вероятности безотказной работы системы автоматизации, зная, что для отдельного элемента:
P(t)=e^-лt = P(t)=Pд(t)*Pлс1(t)*Рк(t)*Poc(t)*Pлс2(t)*Pим(t) (1)
После произведения расчетов данные занесены в таблицу 14.
Таблица 14 - Вероятность безотказной работы контура регулирования
Время, 10*ч. Вероятность безотказной работы
1000 0,930277
2000 0,865416
3000 0,805076
4000 0,748944
5000 0,696725
6000 0,648148
7000 0,602957
8000 0,560917
9000 0,521808
Продолжение таблицы 14
10000 0,485426
11000 0,451581
12000 0,420096
13000 0,390805
14000 0,363557
15000 0,338209
16000 0,314628
17000 0,292691
18000 0,272284
19000 0,2533
20000 0,235639
21000 0,219209
22000 0,203925
23000 0,189707
24000 0,17648
25000 0,164176
26000 0,152729
27000 0,14208
28000 0,132174
29000 0,122958
30000 0,114385
31000 0,10641
32000 0,098991
33000 0,092089
34000 0,085668
35000 0,079695
36000 0,074139
37000 0,068969
38000 0,064161
39000 0,059687
40000 0,055526
41000 0,051654
На рисунке 13 представлен график зависимости вероятности безотказной работы от времени.
Рисунок 13 - График вероятности безотказной работы от времени
Вывод: по графику вероятности безотказной работы видно, что безотказность системы снижается в интервале времени с 1000*10 ч. до 41000*10 ч. со значения «0,93» до «0,005».
5.2 Расчет себестоимости автоматизации технологического процесса
Себестоимость - сумма, затраченная при производстве товара (или его транспортировке, приобретении) [19].
Сумма затрат на приобретение приборов и средств автоматизации
Спр = Цпр * Кпр (2)
где Спр - стоимость приборов, руб.
Цпр – цена прибора, руб., взята по данным предприятия, руб.
Кпр – количество приборов, шт. (перенесены из схемы автоматизации и внешних соединений)
С_ПР=5⋅19770+26780⋅8+67500⋅7+29300⋅14+52720⋅1+13740⋅2+22740⋅1+1671⋅3 + 5542⋅1=1309402 р.
РтиУ = ΣСпр * 1,5/100 (3)
РтиУ=1309402*1,5/100=19641,03 р.
где РтиУ- затраты на тару и упаковку, руб.
1,5% – процент затрат на тару и упаковку
Рс = ΣСпр * 1,2/100 (4)
Рс =1309402*1,2/100=15712,82 р.
где Рс - складские расходы, руб.
1,2%-процент затрат на складские расходы.
Ртр = ΣСпр * 3/100 (5)
Ртр =1309402*3/100=39282,06 р.
где Ртр - транспортные расходы, руб.
3%-процент затрат на транспортные расходы.
Рк = ΣСпр * 0,5/100 (6)
Рк =1309402*0,5/100=6547,01 р.
где Рк - расходы на комплектацию, руб.
0,5% - процент расходов на комплектацию.
ΣС= Спр + РтиУ + Рс + Ртр + Рк (7)
ΣС=1309402+19641,03+15712,82+39282,06+6547,01=1390584,92 р.
Сумма затрат на приобретение приборов и средств автоматизации представлена в таблицу 15 на основе расчетов, проведенных выше.
Таблица 15 - Сумма затрат на приобретение приборов и средств автоматизации
№ Наименование приборов и средств автоматизации Тип Кол-во приборов и средств автоматизации, шт. Цена, руб. Стоимость всех приборов и средств автоматизации
1 ZET 7020 Датчик температуры 5 19770 98850
2 РИЗУР-1300 Датчик уровня 7 67500 472200
3 ZET 315 Датчик давления 8 26780 214240
5 Клапан, регулирующий ППМ-300-ДХХD Электропривод 14 29300 410200
6 ИНТЕГРАФ 1100 Видеограф 1 52720 52720
7 MDS AI-8UI/D Модуль расширения аналогово ввода-вывода 2 13740 27480
8 MDS DIO-16BD Модуль расширения дискретного ввода-вывода 1 22740 22740
9 ЩМП TDM 0905-0067 Щит распр. 1 5542 5542
10 MDS PSM-24 Блок питания 3 1671 5130
Итого 1 309 402
1 Затраты на упаковку 1,5% 19641,03
2 Складские расходы 1,2% 15712,82
3 Транспортные расходы 3% 39282,06
4 Комплектация 0,5% 6547,01
Итого 81182,92
Сумма 1390584,92
Расчет стоимости монтажных работ
Сметная стоимость строительно-монтажных работ складывается из затрат на строительное производство, включающих прямые затраты и накладные расходы и сметной или нормативной прибыли.
Расчет необходимых материалов (комплектующих) для монтажных работ
Ркв = Рк1 * Кпр (8)
Р_кв1=100*20=2000 м.
Р_кв2=10*20=200 м.
Р_кв3=100*14=1400 м.
Р_кв4=10*14=140 м.
Р_кв5=100*14=1400 м.
Р_кв6=1*8=8 шт.
где Ркв – расход необходимых материалов (комплектующих) для монтажных работ на внедрение всех приборов
Рк1 – расход материалов (комплектующих) на внедрение одного прибора, м., шт.
Кпр – количество приборов из расчета
Расход необходимых материалов (комплектующих) для монтажных работ представлен в таблице 16.
Таблица 16– Перечень материалов (комплектующих) для монтажных работ
№ Наименование материалов и комплектующих, их марки, размеры Единицы измерения Типы приборов и средств автоматизации, их кол-во, шт. Расход на внедрение
Одного прибора Всех приборов
1 Кабель МКЭШ 20,7мм М. 20 10 200
2 Кабель МКЭШ 20,7мм М. 20 100 2000
3 Кабель ШВВП 4х15 М. 14 100 1400
4 Кабель ШВВП 4х15 М. 14 10 140
Продолжение таблицы 16
5 JDC-W М. 14 100 1400
6 Распределительная коробка Шт. 8 1 8
Расчет стоимости материалов, комплектующих, необходимых для монтажных работ
Скв = Цк * Ркв (9)
Скв1=74,18*2200=163200 р.
Скв2=107,79*1540=166000 р.
Скв3=145,71*1400=204000 р.
Скв4=1050*8=8400 р.
где Скв- стоимость материалов (комплектующих), руб.
Цк – цена за единицу материала (комплектующих), руб.
Ркв – расход материала (комплектующих), м., шт., из таблицы 16.
Стоимости материалов, комплектующих, необходимых для монтажных работ представлена в таблице 17.
Таблица 17 – Стоимость материалов, комплектующих
№ Наименование материалов и комплектующих по видам работы Единицы измерения Цена, рублей Расход на внедрение Стоимость материалов комплектующих, руб.
1 Кабель МКЭШ 20,7мм М. 74,18 2200 163200
2 Кабель ШВВП 4х15 М. 107,79 1540 166000
3 JDC-W М. 145,71 1400 204000
4 Распределительная коробка Шт. 1050 8 8400
5 Итого 541 600
Расчет трудоемкости демонтажных и монтажных работ
Трв = Тр1 * Кпр (10)
Демонтаж:
Трв1=30*5=2,5 час.
Трв2=30*8=4 час.
Трв3=30*7=4,5 час.
Трв4=60*14=14 час.
Трв5=90*1=1,5 час.
Трв6=30*2=1 час.
Трв7=30*1=0,5 час.
Трв8=30*3= 1,5 час.
Трв9=30*1= 0,5 час.
Монтаж:
Трв9=60*5=5 час.
Трв10=60*8=8 час.
Трв11=60*7=7 час.
Трв12=30*14=7 час.
Трв13=120*1=2 час.
Трв14=45*2=1,5 час.
Трв15=60*1=1 час.
Трв16=60*3=3 час.
Трв16=60*1=1 час.
где Тр - трудоемкость демонтажа (монтажа), нормо-час
Тр1 – трудоемкость демонтажа (монтажа) одного прибора, нормо-час
Кпр – количество приборов, шт.
Трудоемкости демонтажных и монтажных работ представлена в таблице 18.
Таблица 18 – Трудоемкость, монтажные и демонтажные работы
№ Наименование профессий по видам работ Разряд Киповца, Типы, количество приборов и средств автоматизации, шт. Трудоемкость, нормо-час
Одного прибора
Мин. Всех приборов
Час.
1 Демонтаж
Слесарь КИПиА 5 разряда Датчик температуры
ZET 7020 (5 шт.) 30 2,5
2 Демонтаж
Слесарь КИПиА 5 разряда Датчик давления
ZET 315 (8 шт.) 30 4
3 Демонтаж
Слесарь КИПиА 5 разряда Датчик уровня
РИЗУР-1300 (7 шт.) 30 3,5
4 Демонтаж
Слесарь КИПиА 5 разряда Клапан, регулирующий ППМ-300-ДХХD (14 шт.) 60 14
5 Демонтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Видеограф ИНТЕГРАФ 1100 (1 шт.) 90 1,5
6 Демонтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Модуль расширения аналогово ввода/вывода (2 шт.) 30 1
7 Демонтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Модуль расширения дискретного ввода/вывода (1 шт.) 30 0,5
8 Демонтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Блок питания
MDS PSM-24 (3 шт.) 30 1,5
9 Демонтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Щит распр. (1 шт.) 30 0,5
10 Итого по демонтажу: 29
1 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Датчик температуры
ZET 7020 (5 шт.) 60 5
2 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Датчик давления
ZET 315 (8 шт.) 60 8
3 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Датчик уровня
РИЗУР-1300 (7 шт.) 60 7
4 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Клапан, регулирующий ППМ-300-ДХХD (14 шт.) 30 7
5 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда
Видеограф ИНТЕГРАФ 1100 (1 шт.) 120 2
6 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Модуль расширения аналогово ввода/вывода (2 шт.) 45 1,5
Продолжение таблицы 18
7 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда
Модуль расширения дискретного ввода/вывода (1 шт.) 60 1
8 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда
Блок питания
MDS PSM-24 (3 шт.) 60 3
9 Монтаж Слесарь КИПиА 5 разряда Щит р-ный (1 шт.) 60 1
10 Итого по монтажу: 35,5
Расчет заработной платы рабочих, осуществляющих демонтажные и монтажные работы
Зт = Тст * ΣТрв (11)
Зт=90* 64,5= 5805 р.
где Зт- тарифный фонд заработной платы, руб
Тст – тарифная ставка (уточняется на базовом предприятии), руб.
ΣТрв – трудоемкость работ, нормо-час, из таблицы 18
Пр = Зт * %премии/100 (12)
Пр = 5805*25/100= 1451 р.
где % Пр – премия от тарифного фонда, руб.
% премии от тарифного фонда (уточняется на базовом предприятии)
Зосн = Зт + Пр (13)
Зосн =5805 + 1451 = 7256 р.
Зосн- Основной фонд заработной платы, руб
Здоп = Зосн * 10/100 (14)
Здоп = 7256*10/100 = 725,5 р.
где Здоп- Дополнительная заработная плата, руб
10% – дополнительная заработная плата от тарифного фонда, %.
Зобщ = (Зосн + Здоп)*(1 + Рк) (15)
Зобщ = (7256+725,5)*(1+0,15) = 8090 р.
где Зобщ - Заработная плата с учетом районного коэффициента, руб.
Рк – районный коэффициент, Рк = 0,15
Нсоц = Зобщ * 30/100 (16)
Нсоц = 8090*30/100= 2427 р.
где Нсоц - страховые отчисления, руб.
30% – ставка страховых взносов, %
Расчет сметы затрат на монтажные работы
Стоимость материалов для монтажных работ из расчета 9
Заработная плата рабочих, из расчета 15, Зобщ, руб.
Единый социальный налог, из расчета 16, Нсоц, руб.
Рпр = (Зобщ + Нсоц)*75,5/100 (17)
Рпр = (8090+2427) *75,5/100 = 7940 р.
где Рпр- Прочие расходы, руб.
75,5% – прочие расходы,
Затрат на монтажные работы представлены в таблице 19.
Таблица 19 – Смета затрат на монтажные работы
№ Наименование статей затрат Сумма затрат, руб.
1 Стоимость материалов комплектующих 5 541 600
2 Заработная плата рабочих 723 200
3 Единый социальный налог 2 160,30
4 Итого: 564 960,3
Расчет себестоимости автоматизации
Стоимость средств автоматизации из расчета 7.
Стоимость монтажных работ, из таблицы 19.
Себестоимость автоматизации технологического процесса представлена в таблице 20.
Таблица 20 - Стоимость автоматизации технологического процесса
№ Наименование затрат Сумма затрат, руб.
1 Стоимость средств автоматизации и приборов 1 390 584,92
2 Монтажные работы 564 960,3
3 Итого: 1 955 545,22
Вывод: целесообразность данных затрат имеет смысл, так как окупаемость данных работ будет осуществлена в течение 3,5 лет.
Годовой экономический эффект составит:
(18)
где: Эф- годовая экономия
- нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности капитальных вложений ( )
Кв – капитальные затраты на приобретение, монтаж и наладку
Э_ф=564 960,3-0,15*1 955 545,22 = 271 628,5 руб.
Срок окупаемости составит
(19)
T_ок= 1 955 545,22 /564 960,3= 3,5 года
6 Монтаж оборудования
Монтаж промышленного оборудования — работа, включающая в себя комплекс взаимосвязанных операций по сборке машин, установке в рабочее положение в зоне постоянного использования. Под это определение попадает и соединение оборудования в технологические линии, испытание его под нагрузкой либо на холостом ходу, работы по подготовке, настройке, которые не выполнили при изготовлении. Собственно процесс монтажа состоит из цепи связанных между собой действий. Результат — трансформация исходных составляющих в готовый агрегат, комплекс, технологическую установку, линию, выпускающую промышленную продукцию определенного вида [20].
6.1 Монтаж датчика температуры «ZET 7020»
При монтаже следует придерживаться мер безопасности. При монтаже датчика необходимо обеспечить контакт 2/3 длины погружаемой части с измеряемой средой, при этом погружаемая часть датчика должна располагаться перпендикулярно или под острым углом в направлении движения потока измеряемой среды.
При монтаже датчика ZET 7020 необходимо:
1. плотно прижать пластину к трубопроводу с помощью хомута;
2. применить теплопроводную пасту для обеспечения эффективного теплового контакта пластины и трубопровода;
3. укрыть арматуру датчика по всей длине теплоизоляционным материалом для трубопровода.
Схема монтажа датчика температуры «ZET 7020» изображена на рисунке 14.
Рисунок 14 – Схема монтажа датчика температуры «ZET 7020»
6.2 Монтаж датчика уровня – «РИЗУР-1300»
В зависимости от особенностей объекта эксплуатации и используемого типа АС возможны различные варианты монтажа.
Для монтажа БИЦ и АС на объекте могут поставляться комплекты присоединительной арматуры.
Состав комплекта и количество присоединительной арматуры зависят от типа АС и способа (варианта) ее монтажа.
Монтаж АС без звуковода производится, как правило, на имеющиеся конструкции резервуаров или открытых каналов. АС крепятся на монтажном диске. Монтажный фланец АС крепится с помощью болтового соединения к конструкции рамы.
Проверка отклонения базовой плоскости отсчета монтажного фланца от горизонтальной плоскости производится с помощью строительного уровня в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Такая проверка обеспечивает вертикальное положение оси - монтаж с использованием установочного патрубка, при этом применяется установочный патрубок, который приваривается к стенке емкости, трубопровода или к элементам рамы произвольной конструкции, установленной на объекте, после чего к фланцу установочного патрубка крепиться с помощью болтового соединения монтажный фланец АС - в случае, когда необходимо предотвратить возможное подтопление АС используется один или два переходных патрубка.
Переходные патрубки крепятся между фланцем установочного патрубка и монтажным фланцем АС с помощью болтового соединения.
Для проверки положения оси звуковода используется строительный уровень.
Для обеспечения вентиляции АС при наличии над емкостью (трубопроводом) летучих газов и/или для оптимизации температурного режима работы АС может использоваться перфорированный переходной патрубок.
Схема монтажа датчика уровня – «РИЗУР-1300» изображена на рисунке 15.
Рисунок 15 – Схема монтажа датчика уровня – «РИЗУР-1300»
6.3 Монтаж датчика давления – «ZET 315»
Монтажное положение преобразователя может быть произвольным – удобным для монтажа, демонтажа и обслуживания.
Преобразователь рекомендуется монтировать с ориентацией соединителя электрического (разъема) вверх. Во время монтажа усилие затягивания, прикладываемого к гайке штуцера преобразователя, не должно превышать 50 Н ⋅ м. Уплотнение между штуцером и гнездом следует выполнять с помощью прокладки из комплекта поставки преобразователя или аналогичной таких же размеров, выполненной из того же материала.
Рекомендации для монтажа преобразователя:
в случае использования соединительных линий в них должны предусматриваться специальные заглушаемые отверстия для продувки (слива конденсата);
соединительные линии (импульсные трубки) следует прокладывать так, чтобы исключить образование газовых мешков (при измерении давления жидкости) или гидравлических пробок (при измерении давления газа);
перед присоединением преобразователя магистрали (соединительные линии) должны быть тщательно продуты для уменьшения загрязнения полости приемника давления преобразователя;
после присоединения преобразователя следует проверить места соединений на герметичность при максимальном рабочем или максимальным допустимым перегрузочном давлении;
в случае установки преобразователя непосредственно на технологическом оборудовании и трубопроводах должны применяться отборные устройства с вентилями (трехходовыми кранами) для обеспечения возможности отключения и проверки преобразователя;
при пульсирующем давлении рабочей среды, гидроударах, отборные устройства должны иметь отводы в виде петлеобразных успокоителей.
Схема монтажа датчика давления – «ZET 315» изображена на рисунке 16.
Рисунок 16 – Схема монтажа датчика давления – «ZET 315»
6.4 Монтаж блока питания «MDS PSM-24»
Выбор места размещения БП определяется следующими условиями:
- наличием свободного доступа к БП;
- длиной входных и выходных кабелей; - отсутствием капающего на БП конденсата, либо жидкости с расположенных рядом предметов, технических устройств или трубопроводов.
Не допускается размещение БП:
- в помещении, где температура окружающего воздуха может выходить за пределы +5 … +50 °С, а относительная влажность превышать 80 % при температуре до +35 С; -
- вблизи источников тепла, например, горячих трубопроводов.
Для защиты от механических повреждений рекомендуется кабели размещать в металлических трубах или металлорукавах. БП не имеет собственного сетевого выключателя, поэтому сетевое напряжение на ИВП рекомендуется подавать через защитное отключающее устройство со значением тока отключения не менее 2 А. Входной и выходной кабели пропустить через соответствующие гермовводы, зачистить от изоляции на длину 5 мм, облудить и подключить их к контактным колодкам в соответствии с маркировкой.
Схема монтажа блока питания «MDS PSM-24» изображена на рисунке 17.
Рисунок 17 – Схема монтажа блока питания «MDS PSM-24»
6.5 Монтаж видеографа «ИНТЕГРАФ 1100»
Прибор предназначен для монтажа в шкафу электрооборудования на DIN-рейку или внутреннюю стенку шкафа. Конструкция шкафа должна защищать прибор от попадания в него влаги, грязи и посторонних предметов.
Для установки прибора следует подготовить место для установки на стенке шкафа или DIN-рейке в соответствии с габаритными размерами, закрепить прибор на DIN-рейке или на вертикальной поверхности при помощи винтов.
Схема монтажа видеографа «ИНТЕГРАФ 1100» изображена на рисунке 18.
Рисунок 18 – Схема монтажа видеографа «ИНТЕГРАФ 1100»
6.6 Монтаж модуля аналогового ввода-вывода «MDS AI-8UI»
Модуль устанавливается в шкафу электрооборудования. Конструкция шкафа должна обеспечивать защиту модуля от попадания влаги, грязи и посторонних предметов.
Для установки модуля следует:
1. Убедиться в наличии свободного пространства: необходимо 50 мм над модулем и под ним для подключения модуля и прокладки проводов.
2. Закрепить модуль на DIN-рейке или на вертикальной поверхности с помощью винтов.
Схема монтажа модуля аналогового ввода-вывода «MDS AI-8UI» изображена на рисунке 19.
Рисунок 19 – Схема монтажа модуля аналогового ввода-вывода «MDS AI-8UI»
6.7 Монтаж модуля дискретного ввода-вывода «MDS DIO-16BD»
Прибор устанавливается в шкафу электрооборудования. Конструкция шкафа должна обеспечивать защиту прибора от попадания влаги, грязи и посторонних предметов.
Для установки прибора следует выполнить действия:
1. Убедиться в наличии свободного пространства для подключения прибора и прокладки проводов.
2. Закрепить прибор на DIN-рейке или на вертикальной поверхности с помощью винтов
Схема монтажа модуля дискретного ввода-вывода «MDS DIO-16BD» изображена на рисунке 20.
Рисунок 20 – Схема монтажа модуля дискретного ввода-вывода «MDS DIO-16BD»
6.8 Монтаж исполнительного механизма «ППМ-300-ДХХD»
Позиционер устанавливают во взрывоопасных зонах непосредственно на регулирующем клапане, при этом следует руководствоваться действующими «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) и другими нормативными руководящими документами. Перед монтажом позиционер должен быть осмотрен. При осмотре визуально проверить: - наличие всех крепящих элементов; - наличие маркировки взрывозащиты; - состояние кабельных вводов; - состояние клемм для подключения. Подготовить позиционер к монтажу, используя соответствующий комплект монтажных частей. Комплект монтажных частей заказывается отдельно под конкретный ИМ, состав оговаривается.
Схема монтажа исполнительного механизма «ППМ-300-ДХХD» изображена на рисунке 21.
Рисунок 21 – Схема монтажа исполнительного механизма «ППМ-300-ДХХD»
6.9 Монтаж щита «ЩМП TDM 0905-0067»
1. Щит следует устанавливать в местах, указанных в рабочих чертежах и в соответствии с инструкцией предприятия-изготовителя.
2. Щит следует закреплять к строительным основаниям способом, указанным в рабочих чертежах (дюбелями, болтами, опорные конструкции - сваркой к закладным элементам строительных оснований).
3. Ввод проводов, кабелей или труб в щиты не должен нарушать степень защиты оболочки и создавать механических воздействий, деформирующих их.
4. При монтаже щитов в навесном исполнении сначала выполняется разметка мест установки дюбелей при помощи рулетки, шнура и маркера.
5. Сверление отверстий для установки дюбелей выполняется перфоратором на глубину и диаметр, соответствующий типу дюбеля.
6. После выполнения сверления, перед установкой распорных дюбелей отверстия необходимо продуть сжатым воздухом от переносного компрессора.
7. После установки дюбелей, устанавливается щит, и закрепляется болтами.
8. При монтаже щитов должна быть обеспечена их вертикальность.
9. Допускается разность уровней несущей поверхности под щитами 1 мм на 1 м поверхности.
Схема монтажа щита «ЩМП TDM 0905-0067» изображена на рисунке 22.
Рисунок 22 – Схема монтажа щита ЩМП TDM 0905-0067
7 Охрана труда
Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия [21].
Под техникой безопасности подразумевается комплекс мероприятий технического и организационного характера, направленных на создание безопасных условий труда и предотвращение несчастных случаев на производстве [22].
На любом предприятии принимаются меры к тому, чтобы труд работающих был безопасным, и для осуществления этих целей выделяются большие средства. На заводах имеется специальная служба безопасности, подчиненная главному инженеру завода, разрабатывающая мероприятия, которые должны обеспечить рабочему безопасные условия работы, контролирующая состояние техники безопасности на производстве и следящая за тем, чтобы все поступающие на предприятие рабочие были обучены безопасным приемам работы. На заводах систематически проводятся мероприятия, обеспечивающие снижение травматизма и устранение возможности возникновения несчастных случаев.
В целях проведения специальной оценки условий труда исследованию (испытанию) и измерению подлежат следующие вредные и (или) опасные факторы производственной среды:
1) физические факторы - аэрозоли преимущественно фиброгенного действия, шум, инфразвук, ультразвук воздушный, вибрация общая и локальная, неионизирующие излучения (электростатическое поле, постоянное магнитное поле, в том числе гипогеомагнитное, электрические и магнитные поля промышленной частоты (50 Герц), переменные электромагнитные поля, в том числе радиочастотного диапазона и оптического диапазона (лазерное и ультрафиолетовое), ионизирующие излучения, параметры микроклимата (температура воздуха, относительная влажность воздуха, скорость движения воздуха, тепловое облучение), параметры световой среды (искусственное освещение (освещенность) рабочей поверхности);
2) химические факторы - химические вещества и смеси, измеряемые в воздухе рабочей зоны и на кожных покровах работников, в том числе некоторые вещества биологической природы (антибиотики, витамины, гормоны, ферменты, белковые препараты), которые получают химическим синтезом и для контроля содержания которых используют методы химического анализа;
3) биологические факторы - микроорганизмы-продуценты, живые клетки и споры, содержащиеся в бактериальных препаратах, патогенные микроорганизмы - возбудители инфекционных заболеваний.
Под средствами индивидуальной защиты (СИЗ) понимают технические средства, используемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работника вредных и (или) опасных производственных факторов (физических, биологических и химических), а также защиты от загрязнения.
К средствам индивидуальной защиты относятся: перчатки, маски, очки, щитки, фартуки, нарукавники, обувь, спецодежда, средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), которые выдаются работникам согласно отраслевых норм.
В каждом производственном подразделении предприятия должна быть в наличии необходимая нормативно-техническая документация, определяющая порядок и условия безопасного ведения производственного процесса, действий персонала в аварийных ситуациях и осуществления ремонтных работ. Перечень указанной технической документации для каждого рабочего места должен быть утвержден главным инженером (техническим директором) предприятия. Данная документация подлежит пересмотру каждые три года, а также при изменении документации, положенной в основу этих документов, и по результатам расследований аварий, случаев производственного травматизма или несчастных случаев.
Общее руководство работой по организации инструктажа, обучения и проверки знаний по охране труда возлагается на руководителя предприятия (работодателя), а в подразделениях (в производствах, цехах) на руководителей подразделений.
На случай возникновения пожара в любом из помещений категории А, Б, В1, В2 и В3 предусмотрено отключение единой кнопкой всех обслуживающих это помещение систем вентиляции, кроме систем вентиляции тамбур-шлюза и систем продувки электродвигателей, установленных в помещении газовой компрессорной. Единая кнопка установлена снаружи у главного эвакуационного выхода.
Для вентиляционных систем, обслуживающих помещения, оборудованные системами автоматического пожаротушения или сигнализации, кроме того, предусмотрено автоматическое отключение этих систем при пожаре, включая аварийные. Для обеспечения работы системы пенотушения в составе установки имеется насосная пенотушения.
Возникновение и накопление зарядов статического электричества происходит при перекачке нефтепродуктов по трубопроводам в аппараты, емкости, а также во время трения движущихся частей оборудования. Искровые разряды статического электричества могут привести к пожарам и взрывам.
1. Все аппараты и трубопроводы должны быть заземлены. Заземление устройства для защиты от статического электричества объединяются заземляющими устройствами для электрооборудования. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, допускается до 100 Ом.
2. Трубопроводы, вентиляционные короба и т.п., расположенные на эстакадах, в лотках должны представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая должна быть присоединена к контуру заземления.
3. Для отвода статического электричества, накапливающегося на людях, особенно при выполнении ручных операций (промывка, чистка, отбор проб) необходимо не допускать применения одежды из синтетических материалов.
Перечень мероприятий по улучшению условий и охраны труда и снижению уровней профессиональных рисков.
1. Проведение специальной оценки условий труда (СОУТ).
2. Обеспечение работников, занятых на работах с вредными и (или) опасными условиями труда, а также на работах, производимых в особых температурных и климатических условиях или связанных с загрязнением, средствами индивидуальной защиты, смывающими и обезвреживающими средствами.
3. Организация обучения и проверки знаний по охране труда работников.
4. Проведение обязательных медицинских осмотров и психиатрических освидетельствований.
5. Устройство новых и (или) модернизация имеющихся средств коллективной защиты работников от воздействия опасных и вредных производственных факторов.
6. Приведение уровней естественного и искусственного освещения на рабочих местах, в бытовых помещениях, местах прохода работников в соответствие с действующими нормами.
7. Устройство новых и (или) реконструкция имеющихся мест организованного отдыха, помещений и комнат релаксации, психологической разгрузки, мест обогрева работников, а также укрытий от солнечных лучей и атмосферных осадков при работах на открытом воздухе; расширение, реконструкция и оснащение санитарно-бытовых помещений.
8. Обеспечение хранения средств индивидуальной защиты, а также ухода за ними (своевременная химчистка, стирка, дегазация, дезактивация, дезинфекция, обезвреживание, обеспыливание, сушка), проведение ремонта и замена СИЗ.
9. Приобретение стендов, тренажеров, наглядных материалов, научно-технической литературы для проведения инструктажей по охране труда, обучения безопасным приемам и методам выполнения работ, оснащение кабинетов (учебных классов) по охране труда компьютерами, теле-, видео-, аудиоаппаратурой, лицензионными обучающими и тестирующими программами, проведение выставок, конкурсов и смотров по охране труда.
10. Обучение лиц, ответственных за эксплуатацию опасных производственных объектов.
11. Оборудование по установленным нормам помещения для оказания медицинской помощи и (или) создание санитарных постов с аптечками, укомплектованными набором лекарственных средств и препаратов для оказания первой помощи.
12. Организация и проведение производственного контроля.
13. Издание (тиражирование) инструкций по охране труда.
Защита окружающей среды – это система организационных мероприятий и
технических средств, предотвращающих воздействие вредных производственных факторов на окружающую природную среду и жителей населенных мест.
Заключение
В дипломном проекте был автоматизирован технологический процесс производства глинозема из бокситов по методу Байера.
Проект разработан в соответствии с техническим заданием. Разработка графической части, а именно функциональной, структурной схем реализовывалась на основании описания технологического процесса и технологической схемы, взятой из технического задания. Разработка схемы подключения и схемы внешних проводок была реализована на основании технических паспортов, выбранных для автоматизации данного проекта.
Для проектирования системы автоматизации данного процесса в соответствии с техническим заданием (Автоматизация технологического процесса производства глинозема из бокситов по методу Байера.) и технологическим режимом необходимо использовать первичные, вторичные приборы и исполнительные механизмы следующих производителей: Средства автоматизации. Датчики. - «ZETLAB»; ООО НПФ «КонтрАвт». Промышленный контроллер, вторичные приборы - «ZETLAB»; ООО НПФ «КонтрАвт». Запорная арматура, насосы – ООО НПП «ТЭК».
Но в процессе анализа нужного оборудования выяснилось, что предложенные заводы-изготовители не имеют в своей продукции указанные средства к описываемому технологическому процессу.
В итоге были выбраны следующие производители оборудования: Средства автоматизации. Датчики – «ZETLAB», ООО «НПО РИЗУР». Промышленный контроллер, Вторичные приборы – ООО НПФ «КонтрАвт». Исполнительные механизмы – ПАО «Автоматика».
В дипломном проекте были решены следующие задачи:
- изучение технологического процесса производства глинозёма из бокситов по методу Байера;
- разработка функциональной схемы;
- выбор средств автоматизации;
- разработка структурной схемы;
- включающая в себя схемы подключений и соединений (монтажная);
- расчёт средств автоматизации. Состоящий из 2-х расчётов, первый - расчёт вероятности безотказной работы контура регулирования, согласно которому безотказность системы снижается в интервале времени с 1000*10 ч. до 41000*10 ч. со значения «0,93» до «0,005» как это показано на рисунке 19.
Второй - расчёт себестоимости автоматизации технологического процесса, который составил 1 955 545,22рублей; целесообразность данных затрат имеет смысл, так как окупаемость данных работ будет осуществлена в течение 3,5 лет.
- монтаж оборудования;
- изучение вопросов охраны труда на производстве.
Цель и задачи дипломного проекта выполнены полностью.
Список использованных источников
ГОСТ 2.701-2008. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200069439 (дата обращения 10.04.2023).
Соколов Р.С Химическая технология: учебное пособие для студентов химических и биолого-химических факультетов педагогических вузов / Р.С. Соколов - Том 1., испр. и доп. — Москва: Издательство Владос, 2020. – 183 с.
ГОСТ 15.016-2016 Система разработки и постановки продукции на производство. Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://internet-law.ru/gosts/gost/64271/ (дата обращения 10.04.2023).
Датчик температуры «ZET 7020» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://zetlab.com/shop/tsifrovyie-datchiki/tsifrovoy-datchik-temperaturyi-zet-7020/ (дата обращения 10.04.2023).
Датчик уровня «РИЗУР 1300» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://rizur.ru/catalog/urovnemery/urovnemer-mikrovolnovoy-refleks-radarnyy-rizur-1300/ (дата обращения 10.04.2023).
Датчик давления «ZET 315» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://zetlab.com/shop/datchiki/datchiki-kavitatsii/zet-315/ (дата обращения 10.04.2023).
Модульный источник питания «MDS PSM-24» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.contravt.ru/production/bloki-pitaniya-i-kommutacionnye-ustroystva/blok-pitaniya-24-v-1-5-a-36-vt-psm-36-24 (дата обращения 10.04.2023).
Видеограф «ИНТЕГРАФ 1100» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.contravt.ru/production/registratory-videograficheskie/videograficheskiy-bezbumazhniy-4-8-12-16-kanalniy-registrator-dannyh-integraf-1100 (дата обращения 10.04.2023).
Модуль расширения аналогового сигнала «MDS AI-8UI» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.contravt.ru/production/kontrollery-moduli-vvoda-vyvoda/moduli-vvoda-analogovyh-signalov-toka-i-napryazheniya-mds-ai-8ui (дата обращения 10.04.2023).
Модуль расширения дискретного сигнала «MDS DIO-16BD» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.contravt.ru/production/kontrollery-moduli-vvoda-vyvoda/moduli-vvoda-vyvoda-diskretnyh-signalov-16-kanalnye-mds-dio-16bd (дата обращения 10.04.2023).
Регулирующий клапан с электроприводом «ППМ-300-ДХХD» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oavt.ru/catalog/pozicionery-privodnyh-mehanizmov/positsioner-privodnih-mehanizmov-ppm300-dxxd.html (дата обращения 10.04.2023).
Пневомонасос «ТЦ1» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://stroymash.net/pnevmonasosu?ysclid=libw5xo8rd626003541 (дата обращения 10.04.2023).
Корпус металлический «ЩМП TDM 0905-0067» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://tdmelectric.ru/collection/shchity-shchmp-ip31/product/shchmp-6-0-1200kh750kh300-tdm?ysclid=libwjrpudm711527807 (дата обращения 10.04.2023).
МКЭШ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kabel-s.ru/catalog/mkesh/mkesh-2x0-75/?etext=&_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5yd Ts0MTc3MDI5Njs3MTk4MjgxMjU1O3lhbmRleC5ydTpwcmVtaXVt&yclid=2979280672831642235 (дата обращения 10.04.2023).
ШВВП [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sinells.ru/products/provod-shvvp/kabel-svvp-2-1-5.html (дата обращения 10.04.2023).
JDC-W [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://vestonn.ru/trollejnyie-shinoprovodyi/shinoprovodyi-proizvodstva-kitaj-komay/monotrollejnyij-shinoprovod-jdc-w-do-1600a (дата обращения 10.04.2023).
Протяжная коробка [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.chipdip.ru/product0/9000531307?yclid (дата обращения 10.04.2023).
Шишмарёв, В.Ю. Надежность технических систем: учебник для вузов / В.Ю. Шишмарёв. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2022. — 289 с.
Себестоимость продукции [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://assistentus.ru/buhuchet/sebestoimost/ (дата обращения 29.04.23).
Монтаж промышленного оборудования [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://promalp-ural.ru/stati/montazh-promyshlennogo-oborudovaniya/ (дата обращения 29.04.2023).
ГОСТ 12.0.002-2014 Система стандартов безопасности труда. Термины и определения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200125989 (дата обращения 01.05.23).
ГОСТ 12.0.004-2015 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/551727790 (дата обращения 01.05.23).
RUB
UAH
USD