Управление процессом получения стекломассы в производстве

3.1 Функциональная схема автоматизации.

Функциональная схема автоматизации участка производства стекла, состоящая из стекловаренной печи, выработочного канала и трёх питателей, представлена на чертеже ДП 220301.800.2010 лист 1,2.

Разработана автоматизированная система управления с использованием программируемого контроллера.

Контролер выполняет функции сбора и обработки информации с датчиков и приборов, регулирование параметров, управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов по соответствующим алгоритмам. Введены необходимые системы защиты и блокировки, сигнализация предельных значений параметров.

Проектируемая система предусматривает применение электрических исполнительных механизмов и использование электромагнитных пускателей, так как производство не является пожаровзрывоопасным.

Все применяемые первичные измерительные преобразователи имеют унифицированный выходной токовый сигнал 4-20 мА и соответствующие классы взрывозащищенного исполнения.

Первичные измерительные преобразователи и исполнительные механизмы располагаются непосредственно на технологическом оборудовании и рядом с ним.

Все остальное оборудование расположено в шкафах и щитах в операторной. Здесь также расположены программируемые логические контроллеры. В операторной располагается рабочая станция на базе IBM PC, связанная с контроллером по протоколу Ethernet. Разрабатываемая система позволяет управлять процессом, как в автоматическом, так и в ручном режиме. При этом на экране отображаются положения исполнительных механизмов, сигналы с первичных измерительных преобразователей, аварийные ситуации и.т.д. Также предусмотрены системы защиты и блокировки.

3.1.1. Работа системы регулирования.

Шихта подаётся в печь конвейером К1 и загрузчиком З1.

Контроль уровня шихты в печи осуществляется датчиком уровня поз. 4-1, выходной сигнал с которого поступает в контроллер поз. 1-3.

Регулирующее воздействие поступает на  магнитный бесконтактный пускатель поз. 4-5, изменяющий скорость электропривода загрузчика шихты, вследствие изменения питающего напряжения, поступающего на обмотки электродвигателя.

Печь имеет три зоны: зона варки, зона осветления и рабочая зона.

Горелки в печи расположены по бокам, по две на каждую зону: слева и справа. Горение осуществляется либо с одной стороны, либо с другой, с переводом пламени через каждые 30 минут. В зоне варки и в рабочей зоне осуществляется контроль температуры датчиками поз. 6-1, 7-1. в зоне осветления реализована каскадная система регулирования температуры. С датчика температуры поз. 1-1 выходной унифицированный сигнал поступает в контроллер поз. 1-3, в котором программно реализован корректирующий регулятор поз. 1-5. Выходной сигнал с регулятора, главной регулируемой величины, корректирует задание регулятора роз. 2-3,   промежуточной величины (расхода топливного газа) измеряемой датчиком расхода поз. 2-2. Регулирующее воздействие, через магнитный пускатель поз. 2-5, поступает на исполнительный механизм поз. 2-7 клапана на линии подачи топливного газа на горелки печи. Воздух, на горелки печи, подаётся воздуходувкой В1, через регенератор Р1, в котором воздух подогревается до необходимой температуры. Контроль температуры в регенераторе Р1 осуществляется датчиком температуры поз. 8-1. В ванну печи подаётся воздух, обеспечивающий перемешивание стекломассы, воздуходувкой В2, расход воздуха осуществляется датчиком расхода поз. 12-1, выходной сигнал с которого поступает в контроллер. Регулирующее воздействие с контроллера, через магнитный пускатель поступает поз. 12-5 поступает на исполнительный механизм регулирующего органа, поз. 12-7, на трубопроводе подачи воздуха на барботаж стекломассы. Образующиеся в процессе горения, дымовые газы удаляются в атмосферу через дымовую трубу ДТ1. регулирование давления в печи осуществляется регулятором давления поз. 3-2. Управляющий выходной сигнал с регулятора поступает на магнитный пускатель поз. 3-5, который меняет положение регулирующего органа поз. 3-6 на линии отвода дымовых газов из печи. Контроль дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу, осуществляется датчиком температуры поз. 9-1.Разработана каскадная система регулирования качества горения. Главная регулируемая величина-содержание кислорода в дымовых газах, измеряется датчиком концентрации кислорода поз. 10-1. Выходной сигнал с датчика поступает в контроллер. Программно реализованный регулятор поз. 10-3 корректирует задание регулятора  поз. 11-3, вспомогательной величины-расхода воздуха, измеряемого датчиком расхода поз. 11-1. регулирующее воздействие подаётся на магнитный пускатель поз. 11-5, который в свою очередь изменяет положение регулирующего органа на линии подачи воздуха на горелки печи.

Переключение горелок и регенераторов обеспечивается таймером поз. 5-1, работающим по определённой программе. Через каждые 30 минут осуществляется переключение: запорных клапанов на линиях подачи топливного газа, управляемых исполнительными механизмами поз. 5-4, 5-6 запорных клапанов на линиях подачи воздуха в регенераторы, управляемых исполнительными механизмами поз. 5-8, 5-10, 5-12, 5-14. Контроль давления на трубопроводах топливного газа, воздуха и дымовых газов в печи осуществляется датчиками-реле давления поз. 48-1, 49-1, 50-1, 57-1, 58-1, 59-1, 60-1. При падении давления в трубопроводах топливного газа или воздуха, при повышении давления дымовых газов в печи, отключаются электроприводы воздуходувок В1, В2, конвейера К1, загрузчика шихты З1, закрывается клапан на линии подачи топливного газа на горелки печи, управляемый исполнительным механизмом поз. 28-6.

Далее стекломасса из печи поступает в выработочный канал, который распределяет её по трём питателям. В выработочном канале измерение температуры осуществляется термометром поз. 13-1, унифицированный сигнал с которого поступает на регулятор. Регулирующее воздействие подаётся на электромагнитный пускатель поз. 13-5, который в свою очередь изменяет положение исполнительного механизма поз.13-7 регулирующего органа на линии подачи газо-воздушной смеси на горелки Г4, Г5 выработочного канала. Дымовые газы, образующиеся в процессе горения в выработочном канале, удаляются естественным путём в атмосферу. Контроль температуры дымовых газов осуществляется при помощи термометра поз. 18-1. Контроль качества горения осуществляется посредством датчика концентрации кислорода, ранее использованного в разрабатываемой системе, поз. 20-1, сигнал с которого поступает на котроллер, в котором программно реализован регулятор поз.20-3, который в свою очередь корректирует задание регулятора поз. 21-3, второстепенной величины-расхода  воздуха, подаваемой в смеситель С1. Регулятор сообщает регулирующее воздействие электромагнитному пускателю поз. 21-5, изменяющего положение исполнительного механизма поз.21-7 регулирующего органа на линии подачи воздуха в ранее упомянутый смеситель С1. Регулирование соотношения газ-воздух, в заданных пропорциях, в смесителе С1 осуществляется регулятором поз.24-3, на который приходят информации о текущем расходе с датчиков поз.24-1, 25-1. Регулятор сообщает регулирующее воздействие электромагнитному пускателю поз.25-5, изменяющего положение исполнительного механизма поз. 25-7 регулирующего органа на линии подачи топливного газа в смеситель С1. Далее стекломасса плавно перетекает в питатели, разделённые на четыре зоны. Для каждого питателя предусмотрена своя газосмесительная станция.

Воздух подаётся в смеситель С2 воздуходувкой В3 в заданном соотношении к расходу топливного газа, соотношение задаётся регулятором соотношений, программно реализованном в контроллере, поз.26-3. Информация о текущих расходах топливного газа и воздуха поступает на регулятор с датчиков расхода поз. 26-2, 27-2. При необходимости улучшения соотношения газ-воздух командный сигнал с регулятора поступает на электромагнитный пускатель поз. 26-5, который  в свою очередь подаёт командный сигнал исполнительному механизму,  изменяющего положение регулирующего органа на линии подачи топливного газа, поз. 26-7. Контроль качества горения осуществляется при помощи датчика измерения кислорода в дымовых газах, поз. 22-1, отходящих, из питателя П1, естественным путём в атмосферу. Сигнал с датчика поступает в регулятор поз. 22-3, который вносит коррективы в работу регулятора расхода воздуха поз. 23-3, командный сигнал с которого поступает на электромагнитный пускатель поз. 23-5, изменяющий положение исполнительного механизма поз. 23-7 регулирующего органа на линии подачи воздуха в смеситель С2 . В каждой из четырёх зон питателя осуществляется контроль и регулирование температуры. Контроль температуры в первой зоне питателя осуществляется, как и в печи, высокотемпературным пирометром поз. 14-1, сигнал с которого поступает в регулятор поз. 14-3. Регулятор подаёт командное воздействие на электромагнитный пускатель поз. 14-5, который передаёт регулирующее воздействие на исполнительный механизм регулирующего органа поз. 14-7 на линии подачи газо-воздушной смеси на горелки Г6, Г7. Во второй зоне контроль температуры осуществляется при помощи датчика температуры, в виде стационарного высокотемпературного пирометра, поз. 15-1. сигнал с датчика поступает в регулятор температуры поз.15-3, который подаёт командный сигнал на электромагнитный пускатель поз.15-5. Далее регулирующее воздействие подаётся на исполнительный механизм поз. 15-7, на линии подачи газо-воздушной смеси на горелки второй зоны питателя Г8, Г9. В третьей зоне, измерение температуры осуществляется также, как и в двух предыдущих, и посредством всё того же высокотемпературного стационарного пирометра поз. 16-1. Сигнал с датчика поступает в регулятор поз. 16-3, который подаёт командный сигнал электромагнитному пускателю поз. 16-5, подающего регулирующее воздействие исполнительному механизму поз.16-7 регулирующего органа на линии подачи газо-воздушной смеси на горелки третьей зоны питателя: Г10, Г11.  Температура в четвёртой зоне питателя измеряется завсегдатаем этого действа-                                                                     пирометром высокотемпературным поз. 17-1. Информация, о текущем состоянии температуры в зоне, поступает в регулятор поз. 17-3. Далее сигнал с регулятора «идёт» на электромагнитный пускатель поз. 17-5, который сообщает регулирующее воздействие исполнительному механизму регулирующего органа поз. 17-7. При снижении давления в трубопроводах подачи топливного газа или воздуха на смесители С1 и С2, измеряемого датчиками-реле давления поз. 57-1, 58-1, 59-1, 60-1, срабатывает система блокировок запорных клапанов, управляемых исполнительными механизмами поз. 32-6, 32-9, 32-12, 32-15 на линиях подачи топливного газа и воздуха в смесители С1 и С2. Также эта система блокировок срабатывает при отсутствия пламени на горелках выработочного канала или питателя, которое контролируется датчиками-реле контроля пламени поз. 32-1, 33-1.    

Индикация, сигнализация предельных значений параметров осуществляется на мониторе ЭВМ. Текущее значение выводится на печать. Дистанционное управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов, электроприводами воздуходувок, конвейера, загрузчика, осуществляется оператором в режимах проверки оборудования и в аварийных ситуациях.

Выход за номинальный режим всех параметров сигнализируется на рабочей станции оператора, фиксируется и сохраняется в аварийный журнал автоматически. После восстановления номинальных значений всех параметров, клапаны закрываются или открываются, либо автоматически, в соответствии с заложенным алгоритмом, либо вручную из операторной.

3.2. Выбор технических средств автоматизации.

1.Измерение  давления.

Датчик давления  Метран-150

Измеряемые среды: жидкости, в т.ч. нефтепродукты; пар, газ, газовые смеси

Диапазоны измеряемых давлений: минимальный 0-0,025 кПа; максимальный 0-68 МПа.

Напряжение питания 24 В.

Выходные сигналы:

4-20 мА с HART-протоколом; 0-5 мА

Основная приведенная погрешность до ±0,075%; опции до ±0,2%; ±0,5%

Диапазон температур окружающей среды от -40 до 80°С; от -55 до 80°С (опция)

Перенастройка диапазонов измерений 100:1

Высокая стабильность характеристик

Взрывозащищенное исполнение вида "искробезопасная цепь и "взрывонепро-ницаемая оболочка"

Гарантийный срок эксплуатации 3 года

Межповерочный интервал  3 года

Внесены в Госреестр средств измерений под №32854I06, сертификат №25415,

ТУ 4212-022-51453097-2006

Датчики давления серии Метран-150 предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин:

/ избыточного давления; / абсолютного давления; / разности давлений;

/ давления/разрежения; / гидростатического давления (уровня).

Управление параметрами датчика: / с помощью HART/коммуникатора;

/ удаленно с помощью программы HART/ Master, HART/ модема и компьютера или программных средств АСУТП; / с помощью клавиатуры и ЖКИ.

Улучшенный дизайн и компактная конструкция.

Поворотный электронный блок и ЖКИ. Высокая перегрузочная способность.

Защита от переходных процессов. Внешняя кнопка установки "нуля" и диапазона.

Непрерывная самодиагностика.

2.Измерение уровня.

Rosemount серии 5300

Измеряемые среды: жидкие (нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, водные растворы, сжиженный газ, кислоты и др.), сыпучие (пластик, зольная пыль, цемент, песок, сахар, злаки и т.д.)

Диапазон измерений: от 0,1 до 50 м. Напряжение питания: 24 В.

Выходные сигналы: 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HARTLпротокола или FounL dation™ Fieldbus. Наличие взрывозащищенного исполнения.

Межповерочный интервал - 2 года. Внесены в Госреестр средств измерений

под №38679, сертификат №32768. Уровнемеры Rosemount серии 5300 применяются в следующих отраслях промышленности: химической и нефтехимической; нефтегазовой; целлюлозно-бумажной; фармацевтической; пищевой промышлен-ности и производстве напитков; контроле питьевой воды и сточных вод; энергетике (плотины и гидроэлектростанции).

Достоинства: широкий диапазон измерений и качественные измерения сред с низким коэффициентом отражения благодаря технологии прямого переключения и

функции проецирования конца зонда; улучшенные характеристики электромагнитной совместимости благодаря интеллектуальной гальванической развязке; повышенная безопасность благодаря модульной конструкции блока электроники; расширенная диагностика и возможность профилактического обслуживания по протоколам HART® и Foundation™ Fieldbus; а также все достоинства и преимущества, которыми обладают популярные уровнемеры Rosemount серии 3300.

3.Измерение расхода.

Расходомер Метран – 350

Предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.  А также в системах коммерческого учета жидкостей пара и газов.

Основные преимущества:

o        Простая установка в трубопровод через одно отверстие;

o        Установка в трубопровод без остановки процесса (специальная конструкция);

o        Минимальная вероятность утечек измеряемой среды;

o        Более низкие потери давления и меньшие длины прямолинейных участков по сравнению с расходомерами на базе сужающих устройств;

o        Существенное сужение стоимости монтажа и обслуживания благодаря интегральной конструкции;

o        Лёгкость взаимодействия с существующими контрольными системами или вычислителями расхода посредством интеллектуального протокола коммуникаций HARTRZ и Modbus;

o        Простота перенастройки динамического диапазона;

o        Высокая надёжность, отсутствие движущихся частей;

Основные технические характеристики Метран – 350: