Производство кремнийорганической смолы на основе современных средств автоматизации

Производство кремнийорганической смолы на основе современных средств автоматизации

Аннотация кремнийорганическая смола технология Целью дипломного проекта является автоматизация производства кремнийорганической смолы.

В основу проекта автоматизации положена АСУТП на базе современной микропроцессорной техники, которая полностью замешает локальную автоматику и позволяет решить задачу комплексной автоматизации производства. В проекте предоставлено техническое и технико-экономическое обоснование применения новых средств автоматизации. Также рассмотрены вопросы по охране труда и охране окружающей среды.

Проект включает пояснительную записку и графическую часть.

Пояснительная записка содержит:

страниц — 109,

таблиц — 36,

рисунков — 1.

Графическая часть, дающая наглядное представление о проектных решениях, содержит чертежи и плакаты, выполненные на листах ватмана формата А1, А2, А3, А4.

Чертежи:

1. Схема автоматизации.

2. Схема соединений внешних проводок.

3. Принципиальная схема электропитания.

4. Схема подключения модуля.

Плакаты:

1. Структурная схема КТС.

2. Экономическая оценка проектных решений.

Введение

Интенсификация и ускорение производственных процессов заставляют в настоящее время по-новому относиться к управлению отдельными операциями и производства в целом.

Существующие методы управления с помощью локальных измерительных приборов и регуляторов (а иногда при помощи лабораторных анализов периодически отбираемых проб), контролирующих и регулирующих отдельные параметры, требуют частого вмешательства обслуживающего персонала (операторов) для ручного управления и не дают руководству отдела или предприятия достаточно достоверной информации для оперативной оценки того, насколько нормально протекали процессы на том или ином участке, и принятия соответствующих мер.

Основным перспективным направлением в совершенствовании управления является создание автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).

АСУТП является новой качественной ступенью развития методов управления. Автоматизация в химической промышленности может дать:

— Снижение себестоимости продукции благодаря оптимальному расходованию толуола, ИБС, ФТХС, азота, теплои энергоносителей;

— Повышение качества продукции благодаря точному выполнению технологического процесса, возможности объективного контроля качества полупродуктов и конечных стоков;

— Повышение производительности труда путем интенсификации процессов и улучшения использования оборудования, которое при автоматизации не ограничивается человеческими возможностями;

— В отдельных случаях экономию рабочей силы;

— Улучшение условий труда;

— Снижение вероятности появления аварийных ситуаций;

— Снижение влияния «человеческого фактора»;

— Дистанционное управление процессами, управление которых по месту затруднено или токсично.

В химическом производстве ввиду характера протекания технологических процессов существуют большие возможности для использования современной измерительной и вычислительной техники для реализации АСУТП.

1. Описание технологического процесса и схемы

1.1 Химизм и стадии процесса Синтез кремнийорганической смолы (далее смолы) осуществляется гидролизом (1) и этерификацией (2) фенилтрихлорсилана в среде толуола с последующей поликонденсацией (3) силанола:

1. nC₆H₅SiCl₃+3nH₂O nC₆H₅Si (OH)₃+3nHCl+(225 950+3836) дж/моль ОХС

2. C₆H₅SiCl₃ + 2H₂O + ROH C₆H₅Si (OR)(OH)₂ + 3HCl

3. nC₆H₅Si (OH)₃ + m C₆H₅Si (OR)(OH)₂

[C₆H₅SiO_1,5]_n [C₆H₅SiO (OH)]_m [C₆H₅SiO (OR)]_1-(m+n)+(1+0.5n-0.5m)H₂O

Процесс получения смолы проводится периодическим методом и состоит из следующих стадий:

Подготовка сырья и приготовление реакционной смеси.

Гидролиз фенилтрихлорсилана с частичной этерификацией. Разделение, промывка и отстой раствора силанола смолы.

Отгонка растворителя.

Отстой, комплектация, розлив, упаковка и маркировка готового продукта.

1.2 Подготовка сырья Фенилтрихлорсилан принимают по трубопроводу насосом Н 1 из цеха № 16 в ёмкость поз. Е1, стальной аппарат вместимостью 25 м³. «Дыхание» ёмкости поз. Е1 осуществляется через гидрозатвор поз. Е11, связанный с системой азотного «дыхания» поз. Е13, в который подается азот с давлением 0,05 — 2,0 кПа и заполняется жидкостью ПФГОС-1 или ПЭС-5. Качество принимаемого ФТХС контролируют путем отбора пробы на анализ через пробоотборник, установленный на трубопроводе приёма. Подача фенилтрихлорсилана блокируется по достижении максимального уровня отсечным клапаном. Предусмотрена сиигнализация и извещение, а также защита насоса Н1 по минимальному давлению нагнетания, минимальному уровню ёмкости поз. Е1.

Толуол принимают насосом поз. Н 2 из цеха № 45 в ёмкость поз. Е 2, нержавеющий аппарат вместимостью 50 м³. «Дыхание» емкости поз. Е 2 осуществляется через гидрозатвор поз. Е 11. Качество толуола контролируют путем отбора пробы на анализ из автоконтейнера на внешний вид и содержаение влаги. По достижении максимального уровня включается сигнализация и подача толуола блокируется отсечным клапаном, по достижении минимального уровня блокируется работа насоса поз. Н2 с извещением. Дополнительно для насоса поз. Н2 предусмотрена защита по минимальному давлению нагнетания, а также контроль наполненности полости ротора электродвигателя продуктом через технологический смотровой фонарь.

ИБС или бутиловый спирт поступает от поставщика или принимают из корпуса 220 цеха № 12 в автоконтейнерах, стальных или алюминиевых бочках, вместимостью 200 -250 дм³. Тара возвратная.

Предусмотрены дистанционный пуск и остановка насосов поз. Н1, поз. Н2 со щитовой КИПиА.

1.3 Приготовление реакционной смеси Продолжительность операции — 1 час 30 минут

Таблица 1

Загрузка на операцию

Приготовление реакционной смеси проводят в стальном эмалированном сборнике поз. Е 4, вместимостью 2,5 м³ «Дыхание» в сборнике поз. Е4 осуществляется через гидрозатвор поз. Е11.

Толуол из ёмкости поз. Е2 насосом поз. Н2 подаётся в ёмкость поз. Е4. Давление на трубопроводе нагнетания контролируется.

Перемешивание реакционной смеси проводят барботажем азота с давлением 0,07 МПа через сифон в течение 0,5 часа и подают в реактор поз. Р1 на гидролиз.

Во время приготовления реакционной смеси проводится контроль воздушной среды возле насосов поз. Н1, Н2, сборника поз. Е2.

В случае производственной необходимости предусмотрено аварийное освобождение сборника поз. Е4 от реакционной смеси в реактор поз. Р1.

1.4 Гидролиз фенилтрихлорсилана с частичной этерификацией.

Разделение, промывка и отстой раствора силанола смолы Продолжительность операции — 11 часов 15 минут.

Таблица 2

Загрузка на операцию

Гидролиз ФТХС проводят в стальном эмалированном реакторе поз. Р1, вместимостью 6,3 м³ с мешалкой и пароводяной рубашкой.

В реактор поз. Р1 загружают расчётное количество речной воды из трубопроводной цеховой системы. Из ёмкости поз. Е3 насосом поз. Н3 подают возвратные спирты (см. раздел 5.5). Из ёмкости поз. Е2 подают насосом Н2 толуол. Расчётное количество реакционной смеси из сборника поз. Е4 самотёком сливают по сифону. Реакция гидролиза — экзотермическая, температуру реакции гидролиза регулируют подачей обортной воды в рубашку реактора от общецехового узла. Контролируют-скорость слива реакционной смеси в реактор поз. Р1 при работающей мешалке 100−500 кг/ч; -температуру реакции гидролиза.

После гидролиза реакционную массу при необходимости подогревают до температуры (60−80) ⁰С, затем останавливают мешалку и при температуре (60 — 80) ⁰С производят отстой реакционной массы в течение (1,0−2,5) часов с частичным разделением кислого водного слоя от органического. Контроль при разделении слоёв в реакторе поз. Р 1 осуществляют по смотровому фонарю. Во время подслива отбирают пробу нижнего слоя для определения массовой доли хлористого водорода. Отбор проб производится с линии нижнего слива из реактора поз. Р 1 через пробоотборник, установленный на линии слива.

Нижний — кислый водный слой сливают вместе с промежуточным органическим слоем во флорентийский сосуд поз. К 1, графитовую колонну, вместимостью 4,2 м³, где происходит непрерывное разделение органического и водного слоев.

Верхний — органический слой из флорентийского сосуда поз. К1 по переливу поступает в сборник поз. Е 6, стальной эмалированный аппарат, вместимостью 6,3 м³. «Дыхание» сборника поз. Е 33 осуществляется через гидрозатвор поз. Е 12.

По мере накопления, органический слой из сборника поз. Е 6 вакуум-насосом вакуумируется на дальнейшую переработку для получения смолы более низкого качества. Разрежение в линии создаётся вакуум-насосом поз. Н5через каплеотбойник Т1, давление вакуумирования составляет -0.09 Мпа, аппарат из сплава ЭП с водяной рубашкой V=0.4м3. Затем охлаждённые сточные водя попадают в сборник поз. Е6.

Водный слой из нижней части флорентийского сосуда поз. К 1 по переливу поступает в емкость поз. Е7, горизонтальный цилиндрический аппарат, вместимостью 20 м³, «дыхание» сборника поз. Е 7 осуществляется через гидрозатвор поз. Е 12.

Предусмотрено периодическое вакуумирование накапливаемого органического слоя из сборника поз. Е 7 для дальнейшей переработки.

Промывку кислого раствора смолы проводят в реакторе поз. Р 1, в который загружают речную воду, перемешивают в течение 30 минут при температуре (50−80) ⁰С. Затем проводят отстой в течение (1,0−2,5) часа при температуре (50−80) ⁰С. После отстоя и полном разделении слоев производят слив нижнего водного слоя вместе с промежуточным слоем во флорентийский сосуд поз. К 1. После промывки из реактора поз. Р 1 отбирают пробу для определения показателя активности ионов водорода (рН) водной вытяжки раствора смолы. При рН меньше 4 промывку раствора смолы повторяют, соблюдая условия первой промывки. При рH 4−7 отбирают пробу для определения массовой доли нелетучих веществ.

Сточные воды от промывки оборудования направляются во флорентин поз. К 1, смывы полов, лабораторные стоки самотёком направляют в емкость сточных вод поз. Е 8, вместимостью 1,0 м³, уровень в которой контролируется, откуда по мере накопления насосом поз. Н 8, давление нагнетания которого контролируется, откачивают в емкость сточных вод поз. Е 7 При положительных результатах сточные воды направляют в колодец № 8067, где анализируются, далее на стадию усреднения и нейтрализации сточных вод и на биологические очистные сооружения (БОС). Контролируется уровень емкости поз. Е8.

Во время работы оборудования проводится контроль воздушной среды возле реактора поз. Р 1, насоса поз. Н3.В случае производственной необходимости предусмотрено аварийное освобождение емкостей поз. Р1, Е3 от продуктов в аварийную стальную емкость поз. Е 9, вместимостью 50 м³, уровень в которой контролируется с отсечкой и сигнализируется, также предусмотрена сигнализация максимального уровня от двух независимых источников.

Примечания:

1.При плохом разделении силанола в реактор поз. Р 1 загружают 200 кг возвратных спиртов или толуола, перемешивают в течение (20−30) мин и проводят отстой (1,0−2,5) часа.

Допускается загрузка бутилового спирта или ИБС в таком же количестве.

1.5 Отгонка растворителя Продолжительность операции — 12 часов 00 минут.

Таблица 3

Загрузка на операцию

Отгонку растворителя проводят в реакторе поз. Р 1_.

Контролируют отгонку: давление атмосферное, температура 100−120 С, регулируется подачей пара давлением не более 3.0 кгс/м2.

Пары из реактора Р1 поступают в холодильник поз. Т1, коробон с поверхностью теплообмена 16.0 м3, охлаждаемый оборотной водой, где они конденсируются. «Дыхание» коробона поз. Т1 осуществляется через гидрозатвор поз. Е 12. Конденсат из коробона поз. Т1 поступает в сборник поз. Е3 для последующего направления на стадию гидролиза в поз. Р1. Пробы возврата анализируют. Отбор пробы на анализ производится через пробоотборник, установленный на трубопроводе от поз. Е 3 поз. Н 3 поз. Р 1. После окончания отгонки прекращают подачу пара в рубашку реактора поз. Р1, перекрывают всю отсекающую арматуру на трубопроводах пара и конденсата, затем в рубашку реактора Р1 подают оборотную воду и охлаждают полученный продукт — кремнийорганическую смолу до температуры не более 40С. Во время отгонки проводится контроль воздушной среды возле реактора поз. Р1.

1.6 Отстой, комплектация, розлив, упаковка и маркировка готового продукта Готовую смолу из реактора поз. Р1 самотеком сливают в ёмкость поз. Е10, стальной эмалированный аппарат, вместимостью 10 м³. По мере накопления в ёмкости поз. Е10 необходимого количества продукта, смолу усредняют при помощи насоса поз. Н10, давление нагнетания которого контролируется, включив его на циркуляцию на 1,5−2 часа. Качество смолы в ёмкости поз. Е10 контролируют путём отбора пробы на анализ и при положительном результате анализа готовый продукт из ёмкости насосом поз. Н10 откачивают для залива в автоконтейнер или в бочки. «Дыхание» ёмкости поз. Е10 осуществляется через гидрозатвор поз. Е11.

Розлив смолы производят в стальные бочки, ёмкостью до 200 л по ГОСТ 13 950–91, до 275 л по ГОСТ 17 366–80 насосом поз. Н10 из емкости поз. Е10 в специально оборудованном месте под навесом, оснащенном отбортовкой по периметру места розлива. Вес смолы залитого в автоконтейнер контролируется на автовесах. Заполнение бочек и автоконтейнеров должно быть не более 96% объема согласно ГОСТ 9980.3−86. Маркировка упаковочных мест производится согласно ГОСТ 9980.1−86-ГОСТ 9980.5−86.

Маркировка транспортной тары производится по ГОСТ 14 192–96 с нанесением знаков опасности.

Готовую смолу из бочек, автоконтейнера анализируют на соответствие ТУ.

Вес залитой смолы фиксируется в паспорте качества. При соответствии ТУ продукт предъявляется в ОТК с отбором арбитражной пробы. После предъявления готового продукта в ОТК — бочки, автоконтейнер герметизируются, горловины пломбируются. Общая продолжительность получения смолы — 24 часа 45 минут.

1.7 Улавливание абгазов «дыхания»

Система «дыхания» оборудования поз. Е 1, Е2, Н 1, Е 4₁, Е 3, Н 2, К 1, Е 10, Н10, Е6, Е7, Т1, выходит на гидрозатворы поз. Е11, Е12 заполненные кремнийорганической жидкостью ПФГОС-1 (ПЭС-5), где давление азота контролируется автоматически. В гидрозатворах отходящие газы частично очищаются от НСl, органохлорсиланов, растворителей и далее направляются в змеевиковый абсорбер поз. Е13, орошаемый водой. Очищенные абгазы рассеиваются через «воздушку» высотой 33 м и диаметром 0,57 м в атмосферу, отработанная вода направляется во флорентийский сосуд поз. К 1.

Уровень ПФГОС-1 (ПЭС-5) в гидрозатворах поз. Е11, Е12 контролируют по смотровому фонарю, замену абсорбентов производят при повышении давления в системе азотного «дыхания» на гидрозатворах до 350 кПа (через 20−25 операций получения смолы).

Газоанализаторы ГАНК-4С (Р) предназначены для определения НКПРП в производственном помещении корпуса. Газоанализаторами осуществляется контроль выбросов толуола от поз. Е1, Е2, Е3, Е4 и поз. Р1.

Таблица 4

Перечень контролируемых и регулируемых параметров

2. Обоснование выбора КТС АСУТП Современные системы в химической промышленности, как правило, являются сложными системами. В сфере промышленного производства в настоящее время практический интерес представляют автоматизированные системы управления технологическими процессами — АСУТП.

При разработке схемы автоматизации нужно учитывать не только заданные параметры, но и условия среды, в которой работают приборы контроля, регулирования и управления.

2.1 Обоснование выбора датчиков Выбору датчиков уделяется особое внимание, что не удивительно. Только правильно подобранные приборы обеспечивают интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости выпускаемой продукции. Также оказывает влияние простота их обслуживания, легкость монтажа и демонтажа, надежность и точность результатов.

В данном проекте уделено внимание отечественному производителю приборов автоматизации ЗАО ПГ «Метран», что не случайно. Приборы этой фирмы известны своими надежными, качественными и эксплуатационными характеристиками.

В качестве измерительных приборов давления выбраны датчики избыточного давления Rosemount 3051S с выходным унифицированным токовым сигналом 4?20мА. Для измерения температуры использованы датчики ТСМУ Метран-274 с медным чувствительным элементом и номинальной статической характеристикой 100 М с длиной чувствительного элемента 1250 мм для измерения показаний в реакторе. В качестве прибора для измерений массового расхода используется электромагнитный расходомер серии Метран-370 для агрессивных сред. Для измерения уровня в ёмкостях выбраны волноводные уровнемеры Rosemount 5301 с целью контролирования разделения фаз в реакторных ёмкостях и учёта образования продукта. Для контролирования уровня в ёмкостях выбраны гидростатические уровнемеры Rosemount 3051S-L. Для определения ПДК паров толуола в производстве используются газоанализаторы ГАНК-4С (Р). Для запуска и остановки работы центробежных насосов используются электромагнитные пускатели ПМЛ2100. Для регулирующих клапанов предусмотрены электромагнитные пускатели ПБР-2м, номинальное напряжение 380 В. Все измерительные приборы имеют унифицированный выходной токовый сигнал 4?20 мА, который непосредственно заводится в контроллер ТКМ 700 для обработки показаний. Ввиду наличия в производстве легковоспламеняющихся жидкостей, таких, как, например толуол и ИБС все датчики представлены во взрывозащищённом исполнении.

2.2 Обоснование выбора клапанов Регламентное протекание технологического процесса невозможно без регулирования определенных параметров. Точное регулирование оказывает большое влияние на протекание процесса, качество получаемой продукции. Поэтому при выборе регулирующих органов нужно учитывать не только их качественные характеристики, но и условия среды.

В качестве регулирующе-отсечных клапанов, где условия среды позволяют их использование, применены малогабаритные (D_y=50 мм) клапаны производства «ЛГ автоматика» серий КМРО ЛГ (клапаны малогабаритные регулирующее-отсечные). для вышеперечисленных клапанов научно-производственной фирмы «ЛГ автоматика» установлены механизмы электрические прямоходные кривошипные МЭПК-6300/50−30.

2.3 Обоснование выбора контроллера За последние годы существенное развитие получили устройства и системы автоматического управления, требуемые для организации регулирования сложных процессов. С увеличением конкуренции на рынке химической промышленности резко увеличилась потребность предприятий в улучшении качества продукции, снижения его себестоимости, увеличения объема выпускаемой продукции, снижения потребления ресурсов необходимых для производства продукции. Во многом этого помогает достичь внедрение систем автоматического контроля и управления производством на базе современных микропроцессорных контроллеров. Системы управления производством с использованием контроллеров более надежны, экономичны в энергопотреблении, быстродейственны и снижают риск случайных ошибок до минимума, благодаря минимизации участия человека в регулировании технологического процесса.

Одним из важных показателей АСУТП является возможность их работы в реальном масштабе времени, моментальной (до 0.1−0.2 сек) реакции на изменения протекания процесса и расчет наиболее оптимального пути регулирования процесса.

Ввод на предприятиях системы децентрализованного управления технологическим процессом позволяет повысить надежность средств автоматизации, упростить программирование, настройку и отладку системы управления процессами, повысить быстродействие системы.

Широкое распространение сложных автоматизированных технологических комплексов, включающих в себя технологические объекты управления (ТОУ) и автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), требует достаточно высокого уровня подготовки обслуживающего их персонала, но в то же время делает АСУТП гибкой, более наглядной и легко управляемой.

Контроллеры в промышленности нашли широкое применение, что неудивительно ввиду развития автоматизации управления технологическими процессами. Они решают многие проблемы, такие как оптимизация параметров процесса, снижение травмоопасности на производстве, удаленное управление, снижение «человеческого фактора» и др.

Выбор контроллеров довольно таки разнообразен. Они отличаются исполнением корпуса (модульный или моноблочный), количеством каналов ввода-вывода информации, условий эксплуатации, поставленных задач.

На российском рынке можно встретить контроллеры как отечественного производства (КР-500, Decont-182, ТКМ410 и др.), так и зарубежного (Simatic S7−200, Modicon TSX 37 Micro, CS1 и др.). Все они отличаются не только перечисленными выше параметрами, но и ценой, программным обеспечением, необходимой для правильной работы контроллера.

В качестве микропроцессорного контроллера был выбран ТКМ700, производства ЗАО ПК «Промконтроллер», известный отечественный производитель, отлично зарекомендовавший себя на рынке автоматизации.

Многофункциональный программируемый контроллер ТКМ700 предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов среднего (по числу входов-выходов) уровня сложности и широким динамическим диапазоном изменения технологических параметров, а также построения отдельных подсистем сложных АСУ ТП.

Контроллер предназначен для работы:

* как автономное устройство управления небольшими объектами (автономный режим);

* как удаленный терминал связи с объектом в составе распределенных систем управления (режим удаленного терминала связи);

* одновременно как локальное устройство управления и как удаленный терминал связи с объектом в составе сложных распределенных систем управления (смешанный режим). Данный режим применим в моём проекте.

Задачи, решаемые контроллером:

* сбор информации с датчиков различных типов и ее первичная обработка (фильтрация сигналов, линеаризация характеристик датчиков, сигналов и т. п.)

* выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов;

* контроль технологических параметров и аварийная защита многофунк-ционального оборудования;

* регулирование параметров по различным законам;

* логическое, программно-логическое управление технологическими агрегатами, автоматическое включение и выключение многофункционального оборудования;

* математическая обработка информации по различным алгоритмам;

* регистрация и архивирование параметров технологических процессов;

* обмен данными в распределенных системах, обмен данными с другими контроллерами, работа с интеллектуальными датчиками;

* обслуживание оператора-технолога, прием и исполнение команд, аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров, передача значений параметров и различных сообщений на панель оператора и в SCADA-систему верхнего уровня;

* диагностика контроллера в непрерывном режиме, вывод информации о техническом состоянии контроллера.

Контроллер соответствует требованиям стандарта ГОСТ Р 51 841−2001 (МЭК61 131−2-92) «Программируемые контроллеры. Общие технические требования и методы испытаний» и техническим условиям ДАРЦ.421 243.008ТУ.

Совместно с ТКМ700 разработчик АСУ ТП может использовать модули ввода/вывода ТЕКОНИК R и интеллектуальные датчики ТСТ11, располагая их в непосредственной близости от объекта управления.

Таблица 5

Основные функциональные характеристики контроллеров серии ТКМ

Контроллер ТКМ700 был создан в тесном сотрудничестве с фирмой Тесо a.s. (Чехия). Такое международное партнерство позволило в короткие сроки создать современный продукт, сочетающий в себе европейский дизайн и качество с особенностями российской эксплуатации и требованиями отечественных ГОСТ. ТКМ 700 предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов среднего и большого, (по числу входов/выходов) уровня сложности. Открытые стандартные интерфейсы позволяют легко интегрировать контроллер в различные сетевые структуры АСУ ТП. Контроллер отличают гибкость при конфигурировании в составе ПТК АСУ ТП, расширенные функции непрерывной самодиагностики, высокая надежность и низкое энергопотребление.

Основные преимущества ТКМ 700:

* модульная структура и широкий выбор модулей ввода/вывода, включая 64-канальные дискретные модули;

* высокая надежность за счет низкого энергопотребления и применения современной элементной базы, оригинальных схемотехнических решений и отлаженной технологии производства;

* непрерывная самодиагностика процессорного модуля и модулей ввода/вывода;

* горячая замена и автоматическое конфигурирование модулей ввода/вывода («plug-&-p]ay»);

* невысокая стоимость при широких функциональных возможностях;

* возможность резервирования электропитания (источники питания могут работать параллельно).

Контроллер выполнен в виде крейта с устанавливаемыми на объединительную панель модулями. В состав контроллера входят: объединительная панель RM-7941 (8 посадочных мест) или RM-7942 (15 посадочных мест), источник питания PW-7903 (занимает 2 посадочных места), процессорный модуль СР-7010 или СР-7002, модули ввода/вывода. Максимальное количество модулей ввода/вывода — 56 объединительных панелей — 4, которые могут быть удалены на расстояние до 300 м. В состав объединительной панели входят металлический каркас, внутренняя шина с разъемами для подключения модулей, переключатель для установки адреса панели и разъемы для подключения дополнительных панелей расширения или установки терминаторов. При размещении дополнительных панелей расширения контроллера в одном шкафу по объединительным кабелям вместе с сигналами внутренней шины может передаваться питание. Контроллер позволяет резервировать источники питания, при этом нагрузка источников питания распределяется равномерно. Внутренняя диагностика контроллера позволяет определять работоспособное состояние и контролировать величину нагрузки для каждого источника питания.

В качестве SCADA-системы предполагается использование программного обеспечения Master-SCADA. Основные преимущества этого программного обеспечения:

1. Комплексное ПО современного ПТК:

а) Мощные средства тиражирования проектных решений, б) Однократный ввод параметра для использования во всем проекте, в) Метрологическая поверка измерительных каналов АСУТП, г) Паспортизация технологического оборудования, д) Автоматизация настройки систем регулирования;

2. 3D-графика и широкие возможности анимации:

а) Обширные библиотеки технологических элементов, б) Динамизация свойств любых ActiveX без программирования, в) Встроенный редактор мультфильмов, г) Объемные элементы со встроенным индикатором уровня;

3. Абсолютная гибкость обработки данных:

а) Редактор визуального создания схем функциональных блоков, б) Широкие возможности формальных вычислений, в) Библиотека из более 150 функций и функциональных блоков, г) Первичная обработка и контроль границ всех сигналов, д) Любые действия по расписаниям, событиям и командам, е) Встроенные средства имитации сигналов и отладки;

4. Архивы и тренды — без ограничений:

а) Единые тренды для архивных и текущих данных, б) Компактный формат без ограничения длительности хранения, в) Масштабирование шкал в режиме исполнения;

5. Прозрачно-распределенная сетевая архитектура:

а) Единый проект для всех компьютеров и контроллеров системы, б) «Прозрачная» распределенность без настройки связей узлов, в) Перенос проектов на целевую сеть без перенастройки, г) Интернет-клиенты для доступа к любым документам, д) Технология «OPC в ядре системы»;

6. Целевые системы для всех типов контроллеров:

а)Быстродействующий интерпретатор технологических программ, б) Горячее резервирование, горячий рестарт, watchdog,

в) Удаленная отладка и «горячая» загрузка программ, г) Архивирование данных в темпе опроса, д) Связь по любому каналу (сеть, модем, GSM);

7. Совместимость с внешними программами:

а)Встраивание внешних программ в оболочку MasterSCADA,

б)Экспорт проекта и всех документов в формат xml (html),

в)Обмен данными с SQL-серверами, экспорт архивов и журналов, г) Создание рапортов в MS Excel;

8. Наилучшее соотношение цена/качество:

а) Бесплатный инструмент разработки, б) Бесплатная система на 32 точки, в) Стоимость рабочего места оператора намного ниже аналогов, г) Базовый комплект включает все типовые функции и модули, д) Минимальная на рынке совокупная стоимость владения.

Для работы системы автоматизации контроллер ТКМ700 должен иметь определенные модули ввода и вывода. Предполагается использование следующих модулей:

— PW-7903 — модуль источника питания. Представляет собой импульсный источник питания с выходным напряжением 24 В и максимальной мощностью 50 Вт, номинальное входное напряжение переменного тока 220 В частотой 50 Гц. Основные особенности: технические средства диагностики и контроля выходной мощности (нагрузки), средства индикации для отображения состояния, входные и выходные цепи защиты от перенапряжения и перегрузки, занимает два посадочных места. Количество — 1 шт.;

— CP-7002 — процессорный модуль. Основные характеристики: процессор RISC 54 МГц 32-бит, системное ПЗУ 1 Мбайт, системное ОЗУ 4Мбайта. Количество — 1 шт.;

— IT-7607 — модуль вода аналоговых сигналов постоянного тока. 8 каналов ввода с индивидуальной гальванической развязкой. Входные диапазоны 0?20мА, 4?20мА, 0?5мА, 0?10 В. Выходные диапазоны 0?20мА, 4?20мА. Пределы допустимой основной приведенной погрешности — ±0,1%. Встроенные настраиваемые фильтры, подключение плоским кабелем на ТСС9АО. Количество — 5 шт.;

— ОТ-7652 — модуль вывода аналоговых сигналов постоянного тока. 8 каналов с групповой гальванической развязкой, одна группа из 8 каналов. Выходные диапазоны 0?20мА, 4?20мА. Пределы допустимой основной приведенной погрешности — ±0,1%. Количество — 2 шт.;

— OR-7453 — модуль вывода дискретных сигналов переменного тока 220 В и постоянного тока напряжением до 30 В. 8 каналов с индивидуальной развязкой. Электромеханическое реле. Количество — 2 шт.

Таблица 6

Карта заказа контроллера ТКМ700

3. Разработка схемы автоматизации и рабочих чертежей Под автоматизацией производственных процессов (АПП) понимают комплекс технических мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и созданию на их основе высокопроизводительного оборудования, выполняющего все основные и вспомогательные операции по изготовлению изделий без непосредственного участия человека. АПП является комплексной конструктивно-технологической и экономической задачей создания принципиально новой техники.

Экономические преимущества, достигаемые при использовании автоматических систем в производстве, являются следствием технических преимуществ. К ним можно отнести возможность значительного повышения производительности труда; более экономичное использование ресурсов (труда, материалов, энергии); более высокое и стабильное качество продукции; сокращение периода времени от начала проектирования до получения изделия; возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов.

Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы, энергию. Автоматическое планирование и оперативное управление производством обеспечивают оптимальные организационные решения, сокращают запасы незавершенного производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери вследствие поломок инструментов и вынужденных простоев оборудования. Автоматизация проектирования и изготовления продукции с использованием ЭВМ позволяет значительно сократить число бумажных документов (чертежей, схем, графиков, описания и др.), необходимых в неавтоматизированном производстве, составление, хранение, передача и использование которых занимает много времени.

При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, какие параметры необходимо контролировать и регулировать с целью поддержания оптимальных параметров технологических процессов, условия контролируемой (регулируемой) среды, необходимая точность приборов, надежность и простота эксплуатации.

Выбору комплексу технических средств уделяется большое внимание. Только их правильный выбор обеспечивает нормальное протекание технологического процесса и достижение поставленных задач. Каждый датчик должен соответствовать поставленной задаче. От этого зависит эффективность работы, минимизация затрат, надежность, работоспособность, качество получаемых продуктов.

В данном проекте установлено 28 контуров регулирования и контроля. Рассмотрим их подробнее.

Контуры 1, 5 и 27 представляют собой контуры регулирования уровня в ёмкостях поз. Е1, Е2 и Е9 соответственно. С этой целью установлены датчики измерения гидростатического давления Rosemount 3051S-2-L-D. Значение в виде унифицированного выходного токового сигнала (УВТС) 4−20 мА с датчика Rosemount 3051S-2-L-D поступает на аналоговые вводы модуля IT-7607 микроконтроллера ТКМ 700, где происходит обработка данных и видеоотображение. Регулирующее воздействие с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ700 с целью поддержания заданного уровня, в виде дискретного выходного сигнала поступает на безконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М, с которого управляющее воздействие подаётся на механизм электрический прямоходный кривошипный МЭПК-6300/50−30 регулирующего клапана малогабаритного, регулирующее — отсечного.

Контуры 3, 7, 11, 18, 24 являются контурами контроля наличия паров толуола в рабочей зоне возле ёмкостей поз. Е1, Е2, Е3, Е4, Р1. ПДК составляет 0.6мг/дм³. Для этого установлены газоанализаторы стационарные универсальные ГАНК-4С (Р). Выходной сигнал в виде унифицированного выходного токового сигнала (УВТС) 4−20 мА поступает на аналоговые вводы модуля IT-7607 микроконтроллера ТКМ 700, где происходит обработка данных и видеоотображение, а, в случае превышения — речевое сообщение.

Контуры 4, 8, 22, 25, 29 представляют собой контуры регулирования подачи сырья и реакционной массы в ёмкости поз. Е1, Е2, Е3, Е8, Е9. Измерение давления производится датчиками Rosemount 3051S-2-T сигналы, с которых в виде УВТС 4−20 мА поступают на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае падения давления на трубопроводе нагнетания ниже 0.15 МПа с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ 700 поступает дискретный выходной сигнал на электромагнитный пускатель ПМЛ2100, который останавливает работу центробежного насоса в одном из этих контуров.

Контуры 9 и 17 предназначены для контроля уровня реакционной массы в ёмкости поз. Е4 и реакторе поз. Р1. Измерение уровня осуществляется волноводными уровнемерами Rosemount-5301-Н-А. УВТС 4−20 мА с датчика Rosemount 3051S-2-L-D поступает на аналоговые вводы модуля IT-7607 микроконтроллера ТКМ 700, где происходит обработка данных видеоотображение, печать, и, при достижении значения 0.75−3.1 м и 1.1−4.4 м соответственно, срабатывает речевое сообщение.

Контур 12 является контуром регулирования расхода реакционного раствора из ёмкости поз. Е4 в реактор поз. Р1. Измерение расхода осуществляется электромагнитным расходомером Метран-370-Ex. Сигнал в виде УВТС 4−20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. Регулирующее воздействие с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ700 с целью поддержания заданного расхода реакционного раствора 100−500 кг/ч, в виде дискретного выходного сигнала поступает на безконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М, с которого управляющее воздействие подаётся на механизм электрический прямоходный кривошипный МЭПК-6300/50−30 регулирующего клапана малогабаритного, регулирующее — отсечного.

Контур 14 является контуром регулирования температуры пара в рубашке реактора поз. Р1. Измерение температуры осуществляется датчиком температуры ТСМУ Метран-274 с номинальной статической характеристикой НСХ 100 М, который установлен непосредственно в этот аппарат. Выходной сигнал в виде УВТС 4−20 мА с термопреобразователя поступают на аналоговые входы модуля IT-7607 контроллера ТКМ 700 с целью обработки и визуализации данных. Регулирующее воздействие с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ 700 с целью поддержания заданной температуры, в виде дискретного выходного сигнала поступает на безконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М, с которого управляющее воздействие подаётся на механизм электрический прямоходный кривошипный МЭПК-6300/50−30 регулирующего клапана малогабаритного, регулирующее — отсечного.

Контур 10 является контуром контроля давления азота поступающего в ёмкость поз. Е4 для барботажа. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4−20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае падения давления на трубопроводе нагнетания ниже 0.07 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контур 16 является контуром контроля давления в реакторе поз. Р1. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4−20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае падения давления в реакторе поз. Р1 ниже 0.3 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контур 19 является контуром контроля давления в ёмкости поз. Е6. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4−20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ700 для визуализации и обработки данных. В случае превышения давления в ёмкости поз. Е6 выше -0.09 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контуры 20, 21, 23, 26 и 30 является контурами контроля уровня в ёмкостях поз. Е6, Е7, Е3 и Е8 соответственно. Измерение уровня осуществляется датчиками Rosemount 3051S-2-L-D сигнал, с которых в виде УВТС 4−20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае превышения уровня 1.71 м в ёмкостях поз. Е6 и Е7, 2.14м в ёмкости поз. Е3, 2.04 м в ёмкости поз. Е8, и 0.77−3.08 м срабатывает речевое оповещение.

Контуры 31 и 33 являются контурами контроля давления в гидрозатворах поз. Е11 и Е12. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4−20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае превышения давления в ёмкостях поз. Е11 и Е12 выше -0.09 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контур 35 представляет собой контур регулирования разрежения в системе азотного «дыхания». Измерение давления производится датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4−20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае повышения давления в системе азотного «дыхания» выше -0.09 МПа с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ 700 поступает дискретный выходной сигнал на электромагнитный пускатель ПМЛ2100, который регулирует работу поршневого насоса.

Таблица 7

Спецификация на приборы и средства автоматизации

3.1 Описание схемы электропитания Схема электропитания для производства кремнийорганической смолы представлена в виде чертежа в дипломном проекте. Исходными материалами для разработки принципиальной электрической схемы являются схема автоматизации и дополнительные требования, изложенные в задании па разработку принципиальных электрических схем. На чертеже принципиальной электрической схемы все элементы КТС АСУТП расположены в соответствии с логикой действия схемы и последовательностью действия отдельных ее элементов.

Основное электропитание шкафов автоматики и контроллера АСУТП осуществляется от сети переменного тока 1 категории напряжением ~220 В.

Все цепи, приведенные на электрической схеме, имеют маркировку. Основным требованием при маркировке электрических цепей является условие неповторяемости марок. Цепи питания маркированы последовательными числами в пределах функциональной цепи.

В качестве АВР предусмотрен щиток автоматического питания ЩАП-12

Таблица 8

Спецификация на аппаратуру электропитания

На схеме предусмотрено питание всех электропотребителей производства кремнийорганической смолы.

3.2 Описание схемы соединений внешних проводок Схема соединений внешних проводок — это комбинированная схема, на которой показаны электрические и трубные связи между приборами и средствами автоматизации, установленными на технологическом оборудовании, вне щитов и на щитах, а также подключения проводок к приборам и щитам.

При необходимости раздельного изображения электрических и трубных проводок цеха, участка, технологического агрегата и т. п. допускается выполнять схемы соединений и подключения раздельно, на разных листах: для электрических и отдельно трубных проводок.

Схема соединений и подключения внешних проводок выполнена на основании следующих материалов: схемы автоматизации и электрической схем.

На схеме указаны:

· Электрические провода и кабели (с указанием их номера, типа, длины и, при необходимости, мест подсоединения);

· Датчики, регулирующие органы и т. п., встраиваемые в технологическое оборудование и трубопроводы с указанием номеров их позиций по спецификации оборудования и номеров чертежей их установки;

· Технические характеристики кабелей, проводов, соединительных и разветвительных коробок, труб, арматур и т. п., предусмотренных данной схемой и необходимое их число.

Таблица 9

Спецификация на схему внешних соединений