5502. Д05.275 - АТХ-031.
При разработке функциональной схемы производства водорода решались следующие задачи:
- получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;
- стабилизация технологических параметров процесса;
- контроль и регистрация технологических параметров процесса и состояния технологического оборудования.
В технологическом процессе производится контроль температуры пара в пародистилляторе (1а), электролита в электролизере (49а, 54а, 60а, 65а) и на выходе из разделительных колонн (2а, 5а, 8а, 11а), водорода (3а, 6а, 9а, 12а) и кислорода(4а, 7а, 10а, 13а) в разделительных колоннах, водорода (14а, 16а, 18а, 20а) и кислорода (15а, 17а, 19а, 21а,) в промывателе, водорода на выходе электронагревателя (22а, 25а), в контактном аппарате (23а), I и II ступени очистки (26а, 27а, 28а, 29а), в холодильнике (24а, 30а, 31а).
Для этого используется термопреобразователь сопротивления ТСПУ Метран 276, с унифицированным выходным сигналом, изображенный на рисунке 2.1.
Назначение термопреобразователя ТСПУ Метран 276: Предназначен для преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в унифицированный токовый выходной сигнал. Обеспечивает измерение температуры нейтральных и агрессивных сред.
Рисунок 2.1 - ТСПУ Метран-276
Конструктивные особенности и преимущества: востренный в головку датчика измерительный преобразователь преобразует измеряемую температуру в унифицированный токовый выходной сигнал, что дает возможности построения систем АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей:
- НСХ: 100П для ТСПУ Метран-276.
- класс допуска: В или С.
- количество чувствительных элементов: 1 или 2.
- схема соединений: 2-х, 4-х проводная
- диапазон измеряемых температур: 0…300ОС.
- выходной сигнал: 0-5мА, 4-20мА.
- степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65 по ГОСТ 14254.
- поверка: периодичность не реже одного раза в год.
Далее сигнал подается на УВМ. для контроля и регистрации. Для управления температурой водорода и кислорода в разделительных колоннах используется электропневматический преобразователь ЭПП (3б, 4б, 6б, 7б, 9б, 10б, 12б, 13б) который преобразует электрический сигнал в пневматический. Качестве исполнительного механизма служи регулирующий пневмоклапан 25ч30нж (3в, 4в, 6в, 7в, 9в, 10в, 12в, 13в).
Измерение давления пара (32а), водорода (33а, 35а, 37а, 39а), кислорода (34а, 36а, 38а, 40а) в колоннах регулирования давления, водорода на выходе механической очистки (41а), осуществляется с помощью датчики давления Метран 55 представленный на рисунке 2.2
Рисунок 2.2 - Метран 55
Назначение: предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Датчики работают со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, воспринимающими стандартный токовый сигнал:
Измеряемые среды: жидкость, пар, газы.
Исполнение взрывозащищенное.
Выходной сигнал: 0-5, 4-20, 0-20 мА.
Межповерочный интервал : 2 года.
Расход пара (42а) и водорода после очистки измеряется расходомером с унифицированным выходным сигналом Метран-350-М (рисунок 2.3).
Измеряемые среды: газ, пар, жидкость Параметры измеряемой среды:
- температура:
-40...260ОС интегральный монтаж;
-40...450ОС удаленный монтаж датчика;
- максимальное избыточное давление в трубопроводе 10 МПа;
Диаметр условного прохода трубопровода (Ду), мм:
- для всего модельного ряда 50... 1820;
- для встраиваемых в трубопровод моделей (вариант с участком трубы) 12,5...50
Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного применения.
Пределы основной допускаемой относительной погрешности при измерении массового (объемного) расхода: ±1,5%.
Средний срок службы - 10 лет.
Уровень дистилята (44а) и электролита (45а) измеряется УЗК-датчиком LTC-Т10 (рисунок 2.4)
LTC служит для непрерывного измерения уровня насыпных твердых веществ и жидкости. Колебания плотности, температуры не влияют на измерения.
Далее сигнал поступает на УВМ, где производится автоматический контроль. Затем сигнал преобразуется из электрического в пневматический ЭПП (44б, 45б), и отправляется на регулирующий пневмоклапан 25ч30нж (44в, 45в).
Рисунок 2.4 - LTC
Для аварийного управления технологическим процессом и управлением вентиляцией помещений (46а, 57а) используется газоанализатор АГ 0012 (AG 0012) рисунок 2.5
Рисунок 2.5 - Газоанализатор АГ 0012 (AG 0012)
Газоанализатор АГ 0012 (AG 0012) предназначен для непрерывного автоматического измерения объемной доли водорода, аргона, азота, гелия, метана и двуокиси углерода в невзрывоопасных двух или многокомпонентных газовых смесях и выдачи измерительной информации в виде показаний по цифровому дисплею и стандартных электрических выходных сигналов информационной связи с другими изделиями.
Область применения: металлургические, нефтеперерабатывающие заводы, ТЭС, электролизные установки, контроль утечек водорода в охлаждающей системе турбогенераторов и других технологических установках.
Принцип работы: термокондуктометрический
Выходной сигнал: унифицированный 0-5, 0-20, 4-20 мА
Газоанализатор АГ 0012 (AG 0012) измеряет концентрацию газа в воздухе и передает информацию УВМ. При критическом значении концентрации включается сигнализация и производится отключение электролизеров. Сигнал, после УВМ попадает на электромагнитный пускатель (46б, 57б) и отправляется на исполнительный механизм МЭО-16/20-0,23-77 (46в, 57в).
Контроль за содержанием кислорода в водороде (47а, 52а, 58а, 63а, 68а) и содержание водорода в кислороде(48а, 53а, 59а, 64а) также осуществляется с помощью газоанализатор АГ 0012 (AG 0012).
Для контроля силы тока подаваемого на электролизер используются шунты измерительные стационарные 75ШИСВ (50а, 55а, 61а, 66а) рисунок 2.6.
Рисунок 2.6 - Шунт измерительный стационарный 75ШИСВ
Контроль за содержанием влаги в водороде после влагоотделителей осуществляется с помощью гигрометра БАЙКАЛ-2ВМ (69б, 70б, 71б)
БАЙКАЛ-2ВМ применяется для автоматического измерения и сигнализации объемной доли влаги и абсолютной влажности в азоте, воздухе, углекислом газе, водороде, кислороде, инертных и других газах и их смесях, используемых в технологических процессах рисунок 2.7.
Датчик гигрометра относится к взрывозащищенному оборудованию, имеет маркировку 1Exd11CT1 (69а, 70а, 71а), может устанавливаться вовзрывозащищенных зонах класса В-1а согласно ПУЭ.
Длина соединительного кабеля между датчиком и блоком измерения не более 300 м.
Рисунок 2.7 - Гигрометр БАЙКАЛ-2ВМ
Предел измерений объемной доли влаги: до 1000 ppm
для области измерений: 0…1 ppm - ±10%
для области измерений: 1…10 ppm -±4%
для области измерений: 10…1000 ppm - ± 2,5%
Выходной сигнал: 4-20 или 0-5 мА
Время установления показаний: не более 3 мин
Общий расход анализируемого газа: не более 1000 см3/мин
Параметры анализируемой среды: температура +5...+50°
2.3 Функции и функциональная структура
системы автоматизации
Основными целями при разработке АСУТП получения водорода определяются:
– обеспечение стабильности протекания технологического процесса;
– выполнение требований технологического регламента;
– обеспечение требуемых и планируемых показателей;
– оптимизация технологических регламентов.
Достижение перечисленных целей осуществляется с участием оператора путем его взаимодействия с техническими и программными средствами АСУТП.
Контроль и регулирование производится с помощью УВМ. Он осуществляет измерение и стабилизацию основных технологических параметров процесса, выполняет централизованный сбор, обработку и представление информации. На чертеже 2102. Д04.275 - АТХ-033. представлена функциональная структура АСУТП производства водорода.
Функциональные задачи АСУТП реализуются в следующих подсистемах:
- подсистема сбора и обработки информации о технологическом процессе;
- подсистема оперативного контроля технологических параметров;
- ситуационный анализ состояния технологического процесса;
- подсистема документирование технологического процесса;
- подсистема формирование и реализации управляющих воздействий;
- диагностика состояния технологического оборудования.
Отображение текущих параметров на мониторе оператора позволяет следить за ходом процесса. Здесь производится отображение текущих значений, которые при необходимости выводятся на печать или отправляются в архив данных.
Контроль состояния оборудования и текущих значений параметров производит УВМ автоматически. Он анализирует сложившуюся ситуацию и вовремя сигнализирует критическое отклонение параметров. Здесь же производится формирование автоматического управляющего воздействия.
Графическое представление сигнализации на мнемосхеме помогает быстро реагировать на отклонение параметров и вовремя принять решения по ее устранению, т.е. самостоятельно изменить значение параметров.
2.4 Техническая структура АСУТП
Состав технических средств АСУТП показан на чертеже 5502. Д05.275 - АТХ-034. Основными компонентами технического обеспечения рассматриваемой АСУ являются вычислительный комплекс, устройство связи с объектом и устройство связи с оператором. Устройство связи с объектом обеспечивает сбор информации с участков производства и ее предварительную обработку. Здесь таковыми выступают: датчики, нормирующий преобразователь, модули ввода, модули вывода и исполнительный механизм. Показания снимаются с датчиков и обрабатываются для дальнейшей работы. А готовые управляющие воздействия преобразовываются модулями вывода и поступают на исполнительный механизм.
Вычислительный комплекс состоит из УВМ. Он обеспечивает обработку информации в реальном времени. Производит автоматический контроль, отображает информацию на мониторе оператора. Выводит на печать нужные параметры в реальном времени. Оператор при необходимости с помощью УВМ может вмешаться в ход процесса.
2.5 Структурная схема АСУТП
Исходя из выбранных функций, сначала выбираем структуру системы автоматизации, а затем средства реализации этой структуры.
В данном дипломном проекте для автоматизации технологического производства водорода предлагается использовать двухуровневую структуру системы контроля и управления.
Первый уровень представляет собой систему датчиков контроля или первичных преобразователей технологических параметров, исполнительных механизмов и модулей удаленного сбора данных. На этом уровне происходит измерение и преобразование значений технологических параметров в информационный сигнал. Обязательным требованием к таким приборам является наличие стандартных электрических сигналов на выходе преобразователей.
На этом же уровне системы автоматизации используются микроконтроллеры либо модули удаленного сбора данных. Они осуществляют прием, нормирование, согласование, первичную обработку и передачу сигналов в управляющий компьютер (РС), который по функциональному признаку относится к второму уровню.
На втором уровне происходит обработка, анализ и выдача оператору информации о значении технологических параметров процесса. Благодаря полученной информации РС в режиме непосредственного цифрового управления при помощи программного алгоритма вырабатывает управляющее воздействие на исполнительные механизмы, приводы аппаратов и другие устройства взаимодействия с технологическим объектом автоматизации. При наличии на производстве нескольких РС, встроенные в них устройства обмена позволяют осуществлять передачу информации друг другу для совместной и более эффективной работы.
Для построения схемы автоматизации производства водорода произведен выбор технических средств контроля и управления технологическим процессом. В качестве сетевого контролера выбрано устройство серии ICOS-8000, предназначенные для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивающие выполнение следующих функций:
- аналоговый ввод-вывод;
- дискретный ввод-вывод;
- первичное преобразование информации;
- прием команд от удаленной вычислительной системы и передача в ее адрес преобразованных данных с использованием интерфейса RS-485.
ICOS-8000 состоит из трех модульных компонентов: процессор, кросс-плата, модули ввода-вывода. Каждое устройство может содержать до 8 модулей (64 канала ввода-вывода). Имеется возможность гибкого конфигурирования системы и входящих в ее состав устройств в зависимости от количества и вида контролируемых параметров, а также от расположения контролируемых объектов. Устройства серии ICOS-8000 могут объединяться в многоточечную сеть на базе интерфейса RS-485, управляемую центральным компьютером. Применение локально устанавливаемых модулей ввода-вывода позволяет существенно снизить затраты на монтаж, а также обеспечивает повышенные удобства в процессе обслуживания.
Каждая система ICOS-8000 использует 2-проводную линию для связи с управляющим компьютером по мультиабонентским сетям на базе интерфейса RS-485. Благодаря использованию символьного протокола обмена в качестве управляющей может быть применена любая вычислительная платформа.
Повышенные удобства монтажа и простота изменения конфигурации устройства обеспечены применением специальной объединительной панели, предназначенной для установки модулей. Кроме того, имеется возможность установки на отдельную панель или на DIN-рельс. Для подключения источников сигналов используется терминальный соединитель с винтовой фиксацией, обеспечивающий возможность оперативного присоединения и повышенные удобства при обслуживании.
К особенностям контроллеров ICOS-8000 относится:
- подключение до 256 систем к одному последовательному порту;
- до 64 каналов цифрового ввода-вывода или аналоговых канала;
- удаленная настройка диапазонов и типов входных аналоговых сигналов;
- гальваноразвязка по входу/выходу/питанию и контроль с помощью сторожевого таймера;
- двухпроводные мультиабонентские сети на базе интерфейса RS-485;
- протокол обмена на базе ASCII-кодов;
- скорость передачи данных до 115 кбит;
- напряжение питания от +10 до +30 В;
- легкая установка на DIN-рельс или панель;
- фронтальное подключение, характерное для программируемых логических контроллеров;
- программа настройки включена в комплект поставки;
- диапазон рабочих температур от –10 до +70°С;
- диапазон температур хранения от –25 до +85°С;
- влажность: от 5 до 95% без конденсации влаги.
В данном дипломном проекте используется совместимый программируемый микроконтроллер ICOS-8811.
Микроконтроллер ICOS-8811 предназначен для использования в локальных и распределенных системах автоматизации в качестве автономного контроллера. Он обеспечивает прием и выдачу аналоговых и дискретных сигналов, первичное преобразование сигналов по запрограммированным пользователем алгоритмам и обмен информацией по
