Практические занятия - Автоматизированные системы управления энергопотреблением

Подождите немного. Документ загружается.

7. Процесс кристаллизации в кристаллизаторе с выносным

холодильником

Технологическая схема процесса кристаллизации в кристаллиза-

торе с выносным холодильником представлена на рис. 7.

Рис. 7. Схема одноступенчатого кристаллизатора выпарного типа: 1 – верхняя

камера; 2 – нижняя камера; 3 – кипятильник

Показателем эффективности процесса является одинаковый раз-

мер полученных кристаллов, при этом датчик размера отсутствует.

Поэтому необходимо стабилизировать температуру в аппарате (изме-

нением расхода хладоносителя) и расход исходного раствора. Для

поддержания материального баланса кристаллизатора следует стаби-

лизировать уровень в аппарате (изменением расхода суспензии). Ма-

точный раствор выводится из аппаратов за счет перелива, поэтому его

расход не регулируется. Стабилизация всех этих параметров обеспе-

чивает заданные размеры кристаллов.

Контролировать следует расходы поступающего раствора, маточ-

ного раствора, суспензии и хладоносителя, их температуру, уровень и

температуру в кристаллизаторе.

8. Процесс ректификации в ректификационной колонне

Технологическая схема процесса ректификации в ректификаци-

онной колонне показана на рис. 8.

Рис. 8. Схема процесса ректификации: 1 – теплообменник исходной смеси;

2 – ректификационная колонна; 3 – дефлегматор; 4 – кипятильник

Ректификационная установка для разделения смеси состоит из те-

плообменника исходной смеси, ректификационной колонны, дефлег-

матора, кипятильника. Показателем эффективности процесса ректи-

фикации является состав целевого продукта; дистиллята или целевого

остатка (в зависимости от технологии). Цель управления данным про-

цессом – поддержание постоянного состава целевого продукта (на-

пример, дистиллятора) при заданной производительности установки.

При этом необходимо регулировать следующие параметры: расход

исходной смеси; температуру исходной смеси путем изменения рас-

хода теплоносителя в теплообменнике; давление в верхней части ко-

лонны путем изменения расхода хладоносителя в дефлегматоре; кон-

центрацию исходного компонента в дистилляторе путем изменения

расхода флегмы в колонне; уровень в колонне путем изменения рас-

хода кубового остатка; температуру в колонне путем изменения рас-

хода теплоносителя в теплообменнике.

Сигнализации подлежат отклонения состава целевого продукта,

уровня и давления в колонне от заданных значений. При давлении в

колонне выше допустимого, а также при прекращении поступления

исходной смеси должны сработать автоматические устройства защи-

ты, отключающие ректификационную установку. При этом магистра-

ли теплоносителей, остатка и дистиллята перекрываются, а магистра-

ли хладоносителя и флегмы полностью открываются.

ВОПРОСЫ и ЗАДАНИЯ К ЗАНЯТИЯМ

1. Анализ промышленного процесса как объекта управления

ВОПРОСЫ

1. В чем заключается суть анализа промышленного процесса как

объекта управления?

2. Подробно охарактеризуйте основные шаги анализа промыш-

ленного процесса как объекта управления.

3. Принципы построения схемы материальных (энергетических)

потоков и их информационных переменных.

4. Принципы построения структурной схемы САУ.

5. Типовые структурные схемы САУ (регулирования, стабилиза-

ции) основных технологических переменных (расход, уровень, темпе-

ратура, давление, концентрация) на основе схемы материальных пото-

ков и их информационных переменных.

ЗАДАНИЕ 1.

1. Провести анализ следующих технологических процессов как

объекта управления:

а) процесс производства древесностружечных плит (стадии …;

б) процесс производства древесноволокнистых плит (сухой и

мокрый способ)

2. Составить таблицу технологических переменных, подлежащих

контролю и регулированию

2. Разработка схем автоматизации

ВОПРОСЫ

1. Дайте определение понятия функциональной схемы автомати-

зации.

2. Изобразите наиболее часто применяемые обозначения на функ-

циональных схемах автоматизации.

3. Каков порядок буквенных обозначений на функциональных

схемах автоматизации?

З а д а н и е 1.

Составить условные обозначения приборов по ГОСТ 2.404-85 в

соответствии со следующими данными.

Задача 1: а) температурное реле (прибор для измерения темпера-

туры, бесшкальные с контактным устройством, установленный по

месту); б) дифманометр показывающий (прибор для измерения пере-

пада давления, показывающий, установленные, по месту).

Задача 2: а) электроконтактный манометр или вакуумметр (при-

бор для измерения давления или разрежения, показывающий, с кон-

тактными устройствами, установленный по месту); б) дифманометр

(ротаметр) бесшкальный с пневмо- или электропередачей (прибор для

измерения расхода, бесшкальный, с дистанционной передачей показа-

ний, установленный по месту).

Задача 3: а) счетчик-дозатор (прибор для измерения расхода, ин-

тегрирующий с устройством для выдачи сигнала после прохождения

заданного количества вещества, установленный по месту); б) мано-

метр (дифманометр), используемый для измерения уровня, показы-

вающий, установленный по месту.

Задача 4: а) вторичный прибор влагомера (прибор для намерения

влажности, регистрирующий, установленный на щите); б) датчик рH –

метра (первичный измерительный преобразователь для измерения ка-

чества продукта, установленный по месту).

Задача 5: а) устройство электронно-тензометрическое сигнализи-

рующее (прибор для измерения массы продукта, показывающий, с

контактным устройством, установленный по месту); б) преобразова-

тель сигнала, установленный по месту, входной сигнал – пневматиче-

ский, выходной – электрический.

З а д а н и е 2.

1. Провести анализ технологического процесса как объекта

управления.

2. Составить функциональную схему автоматизации технологиче-

ского процесса и дать ее описание. При составлении функциональных

схем автоматизации технологического процесса необходимо выпол-

нить следующее.

 уточнить, согласно заданию, переменные, подлежащие кон-

тролю и регулированию; при необходимости ввести дополни-

тельно новые переменные регулирования и контроля (поло-

жение регулирующего органа, сигнализация, пожаротушение

и т. д.)

 выделить приборы, которые устанавливаются на щите и по

месту

Задача 1 (рис.1).

На схеме изображена установка для варки клеящей смолы. Про-

цесс варки является периодическим. Сначала реактор I с помощью

мерников заполняется фенолом, формалином и катализатором (едким

натром). Затем включается мешалка 2,и подается пар в рубашку реак-

тора, температура смеси при этом возрастает до 70-75°С.

Рис.1. Установка для варки смолы: 1- варочный реактор; 2-мешалка; 3-

холодильник;4- ёмкость для смолы; 5- сборник конденсата; 6- вакуум-насос;7-

мерник фенола; 8- мерник формалина; 9- мерник катализатора

Дальнейший подъем температуры происходит за счет экзотерми-

ческой реакции, при этом температуру поддерживают в пределах 95 –

100°С за счет подачи охлаждающей воды в рубашку реактора. Кон-

денсатор (холодильник) 3 служит для конденсирования образующихся

в реакторе паров и их возврата в процессе кипения, а также для удале-

ния конденсата по окончании этого процесса. Сушка смолы (удаление

воды) происходит под действием вакуум-насоса 6 (вакуум в реакто-

ре достигает 70-80 кПа), при этом холодильник включается, ходит

под действием вакуум-насоса 6 (вакуум в реакторе достигает 70-80

кПа), при этом холодильник включается напрямую, а конденсат по-

ступает в сборник 5. Готовая продукция выгружается в емкость. Не-

обходимо привести на схеме приборы, обеспечивающие задаваемый

температурный режим, контроль уровня смолы в емкости 4, включе-

ние и выключение мешалки, вакуум-насоса и подачу компонентов из

мерников, а также выгрузку смолы с соответствующей сигнализаци-

ей.

Задача 2 (рис.2).

Рис.2. Схема воздушно-паровой сушильной установки периодического действия

для древесных материалов: I-штабель; 2-вентилятор; 3 -приточно-вытяжные

каналы; 4-калориферы; 5-подача пара в калориферы; 6 - пропарочная линия

В воздушно-паровой сушильной камере периодического действия

насыщенный пар под давлением около 0,4 МПа поступает из котель-

ной в калориферы, которые нагревают циркулирующий через штабель

сушильный агент (паровоздушную смесь). Циркуляция сушильного

агента принудительная, под действием вентилятора. Температура су-

шильного агента задается путем изменения подачи пара в калорифе-

ры. Влажность сушильного агента регулируется с учетом показаний

увлажненного («мокрого») термометра, путем подачи пара через про-

парочную трубу непосредственно в камеру. Включение и реверсиро-

вание вентилятора, открытие задвижек на приточно-вытяжных кана-

лах должны производиться дистанционно. Давление пара на входе ка-

меры поддерживается на заданном уровне. На схеме необходимо при-

вести приборы и средства, обеспечивающие задаваемый температур-

ный режим управления вентилятором и задвижками, контроль в сиг-

нализацию их положений.

Задача 3 (рис.3)

Сушка древесных частиц обычно производится в барабанных су-

шилках при помощи топочных газов. Топка и сушилка представляют

собой единый агрегат.

Рис. 3. Барабанная сушилка для древесных частиц: 1- топка; 2- смеситель; 3-

загрузочное устройство; 4- барабан; 5- приводная шестерня; 6- дымосос.

Дымовые газы, разбавленные воздухом, имеют на входе в бара-

бан температуру около 350°С. При вращении барабана древесные

частицы и дымовые газы передвигаются прямотоком. Продолжитель-

ность сушки составляет около 10 мин. На выходе из барабана су-

шильный агент имеет температуру около 120°С. Необходимо разра-

ботать схему автоматического регулирования процесса сушки по

температуре газов на выходе из барабана с регулирующим воздейст-

вием на подачу топлива в смесительную камеру дистанционного

управления, контроля и сигнализации подачи воздуха.

ЛИТЕРАТУРА

Кобрынец В. П., Лебедзеў В. Д., Максiмаў У.Я. Аўтаматыка,

аўтаматызацыя і аўтаматызаваныя сістэмы кіравання тэхналагічнымі

працэсамі. – Мн.: БДТУ, 2007. – 84 с.

Современный вариант пособия по дипломному проектированию

раздела «Автоматизации». В приложении (С. 54-80) даны сведения

о технических средствах автоматизации: измерения: давления, тем-

пературы, расхода, уровня, массы, физико-химических и оптико-

физических свойствах веществ, (концентратомеры, pH-метры, газо-

анализаторы и т.п.); регистрирующие приборы; промышленные кон-

троллеры и т.д..

Кузьміцкі І. Ф., Кобрынец В. П., Лебедзеў В. Д. Аўтаматыка,

аўтаматызацыя і аўтаматызаваныя сістэмы кіравання хімічна-

тэхналагічнымі працэсамі. – Мн.: БДТУ, 2005. – 318 с.

В учебнике приведено много функциональных схем автоматизации

конкретных технологических процессов. В приложении даны сведе-

ния о современных технических средствах автоматизации, т.е. при-

борах и средствах автоматизации.

Так как технические средства автоматизации непрерывно разви-

ваются, то самые последние реализации следует искать в интернет-

источниках с обязательной ссылкой. Например:

НПФ «Ракурс». Контроллер С200Н Omron [Электрон. ресурс]. –

Режим доступа: http://www.omron.spb.ru/?id=68

Применение промышленного контроллера – по заданию препо-

давателя (см. файл «БАРАШКО О.Г.- Автоматика (приложения).pdf»)

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОЦЕССА КАК ОБЪЕКТА УРАВЛЕНИЯ 3

1.1. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ 5

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 11

2. ВЫБОР КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ 16

2.1. Выбор первичных измерительных преобразователей (датчиков) 18

2.2. Выбор вторичных измерительных преобразователей 18

2.3. Выбор промежуточных преобразователей 19

2.4. Выбор автоматических регуляторов (промышленных контроллеров) 20

2.5. Выбор исполнительных устройств 22

3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ 25

4. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

АВТОМАТИЗАЦИИ 41

4.1. Условные графические обозначения 41

4.2. Синтез принципиальных электрических схем автоматизации 49

ПРИЛОЖЕНИЯ 53

Приложение 1. Основные графические обозначения на схеме анализа технологического

процесса как объекта управления 53

Приложение 2. Примеры построения схем анализа технологического процесса как

объекта управления 55

Приложение 3. Обобщающий пример «Процесс переработки оборотного брака» с

комментариями (набраны arial) 63

Приложение 4. Типовые технологические процессы автоматизации 75

1. Процесс перемещения сыпучих материалов по ленточному транспортеру 75

2. Процесс измельчения в барабанной мельнице 76

3. Процесс нагревания в кожухотрубчатом теплообменнике 77

4. Процесс сушки в барабанной прямоточной сушилке 78

5. Процесс абсорбции в абсорбционной колонне 79

6. Процесс десорбции в десорбере с кипящим слоем 80

7. Процесс кристаллизации в кристаллизаторе с выносным холодильником 81

8. Процесс ректификации в ректификационной колонне 82

ВОПРОСЫ и ЗАДАНИЯ К ЗАНЯТИЯМ 83

1. Анализ промышленного процесса как объекта управления 83

2. Разработка схем автоматизации 84

Задание 1. 84

Задание 2. 85

ЛИТЕРАТУРА 88