Ректификаттау колонналарының конструкциясы
7
8
9
10
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада мұнай ректификаттау колоннасындағы
процестерді автоматтандырудың программалық жиынтығын жасау және
зерттеу мәселелері қарастырылған.
Технлогиялық бөлімде мұнай ректификаттау колоннасын автоматты
басқару жүйесі және негізгі параметрлерді (қысым, температура, деңгей)
реттеу жүйелері жайлы ақпарат берілген.
Арнайы бөлімде мұнай ректификаттау колоннасының жоғары бөлігінің
қысымын
реттеу контуры құрастырылды. Беріліс функцияларының
коэффициенттері теориялық және практикалық жолмен анықталып, өтпелі
процес графигі алынып орнықтылыққа зерттелінді. TIA Portal интегралды
ортасында автоматты реттеу программасы жазылып, адам-машина интерфейсі
құрылды.
Экономикалық негіздеу бөлімінде мұнау ректификаттау процесін
автоматтандыру жүйесін құрудың тиімділіктері анықталды.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде мұнай ректификаттау колоннасының
операторлық бөлімінің жарықтандыру, электромагнит толқындардан қорғану
және микроклимат нормалары қарастырылды.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы разработки и
исслледования комплекса
программ автоматизации для процесса
ректификации нефти в ректификационной колонне.
В технологической части описаны системы автоматического
регулирования и управления основными параметрами (давление, температура,
уровень) ректификационной колонны.
В специальной части построен контур регулирования давления в
верхней части ректификационной колонны. Были найдены коэффициенты
предаточной функций экспериментальным и
теоретическим методом,
построен график переходного Написана программа регулирования и создан
АРМ оператора в интегральной среде разработки программного обеспечения
TIA Portal.
В экономической части рассчитаны расходы на создание проекта и
определена его эффективность.
В разделе безопасности жизнедеятельности решена задача
искусственного освещения операторской комнаты, рассмотрена меры защиты
от электромагнитных излучений и определены нормы микроклимата.
Мазмұны
11
Кіріспе
1 Технологиялық бөлім. Мұнай ректификаттау процесінің
технологиялық анализі
1.1 Ректификация процесі
1.2 Ректификация процесін басқару ерекшеліктері
1.3 Автоматтандырудың техникалық тәсілдерін бағдарламалық
жабдықтау анализі
1.4 Есептің қойылымы
1.5 Автоматтандыру объектісін сипаттау
1.6 Басқару жүйесінің элементтерін математикалық бейнелеу
2 Арнайы бөлім
2.1 Өлшеу құралдары мен орындаушы механизмдерді таңдау
2.2 Басқару жүйесінің деңгейлері
2.3 Реттеу контурын зерттеу және бапқа келтіру
2.4 Siemens CPU 313 еркін программаланатын логикалық контроллердің
мұнай ректификаттау процессінің параметрлерін автоматты реттеу және
басқару жүйесінің программалық жабдығын жасау
3 Техника экономикалық негіздеу
3.1 Жобаның бейнеленуі
3.2 Өндірістік жоспар
3.3 Автоматтандыру жүйесінің эксплуатацияға кеткен шығындар
3.4 Қаржы жоспары
4 Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі
4.1 Ректификаттау колоннасының қоршаған ортаға әсері
4.2 Өндірістік орынның жасанды жарықтандыру жүйесін есептеу
4.3 Электромагнит сәулесінің жоғары деңгейінен қорғау
4.4 Жайсыз микроклимат параметрлері
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
А қосымша Айнымалылар кестесі
Б қосымша Программа листингі
Кіріспе
12
7
8
8
11
14
17
17
23
25
25
28
34
42
49
49
49
54
58
60
60
62
67
68
70
71
73
74
Ректификация - бұл жылу және масса алмасу процесі, қайнау
температуралары әр түрлі сұйықтықтарды бір -бірінен бөлу мақсатында
қолданылады.
Қазіргі таңда ректификация мұнай, химия, фармацевтика, металлургия,
ас, коксобензол салаларында кеңінен қолданылады. Ректификация процесі
арнайы ректификаттау колонналарында өтеді. Колонна жұмысының өнімділігі
мен сапасы колоннаға қойылатын алғашқы талап болып табылады. Осы
талапты қанағаттандыру үшін ректификаттау колоннасының параметрлерін (
қысым, деңгей, температура ) автоматты реттеу және басқару жүйесі құрылуы
қажет.
Дипломдық жұмыстың өзектілігі заманауи автоматтандыру жүйесін
енгізу арқылы мұнай ректификаттау секілді адам өміріне қауіпті
технологиялық процесстердің қауіпсіз және сапалы өтуін қамтамасыз ету.
Сапа мен қауіпсіздікті қамтамасыз ету есебі технологиялық процессті жоғары
дәрежеде автоматтандырылған бақылау, реттеу және басқару жүйелерін құру
арқылы ғана шешіледі.
Дипломдық жобаның мақсаты мұнау ректификаттау колоннасының
параметрлерін автоматты реттеу және басқару жүйесін программалық жабдық
жасаудың интегралды ортасы TIA Portal- да құру. TIA Portal Siemens
фирмасының Simatic программалық жабдықтарының эволюциялық даму
нәтижесінде пайда болған өнім. Құрамына логикалық контроллерлерді
программалау пакеті Step7 және адам - машина интерфейсін жасау пакеті
WinCC кіреді. Реттелетін параметр ретінде ректификаттау колоннасының
жоғары бөлігінің қысымы таңдалынды. Колонна жоғары бөлігінің қысымын
реттеу арқылы колонна жоғары бөлігінің температурасы тұрақты болады.
Нәтижесінде алынатын дайын өнімнің сапасы жоғарылайды. Колонна
деңгейін автоматты бақылау және басқару жүйесін құру арқылы
ректификация процессінің қауіпсіз өтуі қаматамасыз етіледі. Авариялық
жағдайдың болуын дәл уақытында хабардар етіледі. Басқару және реттеу
жүйесінің негізі болып Siemens фирмасының Simatic апараттық және
программалық жабдықтары болып табылады.
1
Технологиялық бөлім. Мұнай ректификаттау процесінің
технологиялық анализі
13
1.1 Ректификация процесі
Ректификация - бұл жылу және масса алмасатын процес, компоненттері
қайнау температурасы бойынша әр түрлі сұйықтықтарды бір бірінен бөлу
үшін қолданылады. Құрамы мен температурасы бірдей емес бу мен
сұйықтықтың ағындары әсерлесу арқылы процес жүзеге асады. Себебі, бу
құрамында сұйықтықпен салыстырғанда жоғары қайнау компоненттері
көбірек және температурасы жоғары.
Масса алмасу - зат құрамындағы таратылған заттың дифузиясы арқылы
өтетін процес. Бұл әдіс химия, мұнай, газ, ас, химия - фармацевтика
өндірістерінде және басқада шаруашылықтың көптеген саласында кеңінен
қолданылады. Осындай процесстердің бірі
ректификация
-
аралас
сұйықтықты таза компоненттерге бөлу процесі. Бұл күрделі процес, көтеріліп
келе жаткан бу мен оған қарсы ағып келе жатқан сұйықтықтың (флегма)
әсерлесуі, заттың сұйық күйден бу күйге және керісінше бу күйден
сұйықтыққа өтүін қамтитын процес.
Қазіргі уақытта ректификация табиғи көміртекті фракцияларға бөлу
үшін мұнай өңдеуде кеңінен қолданылады. Металлургияда сирек металлдарды
алдын ала металл тұздарымен байыту үшін қолданылады. Оттегі өндірісінде
газдың сұйық құрамын ауаны алдын ала жағу арқылы тазарту мақсатымен
қолданылады.
Ректификаттау құрал жабдықтары екі түрге бөлінеді: негізгі және
көмекші. Негізгі жабдыққа ректификаттау колоннасы және табақшалар
жатады. Колонна тік орналасқан жабық цилиндр, ішінде табақшалар немесе
сұғындырмалар орнатылған. Табақшалар мен сұғындырмалар міндеті - фаза
аралық бетті дамыту және бу мен сұйықтық арасындағы бетті жақсарту.
Табақшалы, сұғындырмалы, торлы, қабықшалы және ротор
-
қабықшалы колонналар бар. Табақшалы ректификаттау колонналарында (1.1a
сурет) бу фазасы көпіршіктер мен кішігірім ағындар түрінде сұйықтық
қабаттары арқылы табақшада өтеді.
Мұнайхимиялық және химиялық өнеркәсіпте табақшаларды
орналастыру амалдарының көптеген түрлерінен стандартты конструкциялы
түрі негізгі болып табылады.
Табақшалы колонналардың артықшылығы
(сұғындырмалы және
қабықшалы колонналармен салыстырғанда) бірдей өнім бере тұра салмағы
жеңілірек және ауыртпалықты өзгерткен сәтте тұрақты жұмыс істеуі.
Кемшілігі бу ағынына түсіретін жоғары гидравликалық кедергісі, бұл
қысымның және сұйықтықтың қайнау температуасының жоғарылауына себеп
болады.
14
а - табақшалы колонна; б - торлы колонна; в - сұғындырмалы колонна
1.1 сурет - Ректификаттау колонналарының конструкциясы
Торлы колонналарды (1.1б сурет) көп жағдайда спирт және сұйық
ауаны ректификаттауда колданады. Олар үшін сұйықтық және буға рұқсат
етілген жүктемелері салыстырмалы түрде үлкен емес, бірақ олардың
жұмысын реттеу қиыншылық тудырады.
Сұғындырмалы колонналарда сұйықтық қабықша түрінде (1.1в сурет)
сұғындырма бетімен немесе тік орналасқан құбырлардың ішкі немесе сыртқы
бетімен ағады. Бұл колонналардың артықшылығы - гидравликалық кедергінің
төмен болуы.
Мұнай ректификаттаудың технологиялық процессі:
Технологиялық процесс сұлбасы 1.2 суретте көрсетілген. Қыздырылған
тұзсыз және ылғалсыз мұнай ағыны ректификаттау колоннасына ағып түседі.
Бұл жерде ректификаттау процессі өтеді, бұл - жылу және масса алмасу
арқылы қайнау температурасы әр түрлі сұйықтықтарды бір бірінен ажырату
процессі. Ажырату - бу мен сұйықтықты бір біріне көп рет әсерлестіру
арқылы жүзеге асады. Колоннада әр табақша арқылы керітокпен 2ағын өтеді:
- сұйықтық - флегма, жоғары орналасқан табақшадан төменгі табақшаға
ағады;
- төменгі табақшадан жоғарғы табақшаға көтерілетін бу ағыны.
Табақшаға келіп түскен бу мен сұйықтық тепе теңдік күйде болмайды,
бірақ сол күйге ұмтылады. Жоғары табақшадағы сұйықтық температурасы
жоғары алаңға келген кезде оның құрамындағы төмен қайнайтын
компоненттердің белгілі мөлшері буға айналады, сол себепті сұйықтық
құрамында оның концентрациясы төмендейді.
15
Төменгі табақшадан келетін бу ағыны температурасы төмен алаңға
келген кезде жоғары қайнайтын өнімнің бір бөлігі конденсацияланады,
сұйықтыққа айналады.
1 - жылуалмастырғыш, 2 - дефлегматор, 3 - температура датчиктері, 4 -
ректификаттау колоннасы, 5 - шығарылмалы қыздырғыш
1.2 сурет - Технологиялық процесс сұлбасы
Бу құрамындағы компонент концентрациясы төмендейді, ал төмен
қайнайтын компоненттікі жоғарылайды. Бу және сұйықтықтың фракциондық
құрамы колонна биіктігі бойынша үздіксіз өзгеріп отырады. Ректификаттау
колоннасының шикізат енгізу орнынан жоғары орналасқан бөлігі
концентрациялау, ал енгізуден төмен орналасқан бөлігі - айдау бөлігі деп
аталады.
Концентрациялау бөлігінің жоғары жағынан бу фазасында қажетті
тазалықта тұтас өнім - ректификат алынады, ал төменгі табақшадан жеткілікті
мөлшерде төмен қайнайтын компоненттері бар сұйықтық алынады. Айдау
бөлігінде осы сұйықтықтан жеңіл қайнайтын фракцияларды буландыру
процессі өтеді, ал колоннаның төменгі жағынан жоғары қайнайтын өнім -
текше қалдық шығарылады.
Колоннаның жоғары бөлігінен көмірсутек газдар қоспасы, бензин және
су булары ауа суытқыш конденсаторлаға жіберіледі. Бұл жерде ауа арқылы
16
35oС дейін суыту арқылы булар конденсацияланады. Конденсат суландыру
бөліміне келіп түседі. Бұл жерде конденсат суытылады және су мен бензинға
бөлінеді. Су сыртқа шығарылу арқылы құрылғыдан шығарылады.
Бензин суландыру бөлімінен сорғыларға келіп түседі. Бензиннің бір
бөлігі осы сорғылар арқылы өткір суландыру ретінде колоннаның жоғары
бөлігіне жіберіледі. Бензиннің қалған бөлігі орнықты температурамен клапан
арқылы құрылғыдан дайын өнім ретінде шығарылады.
Колонна ішінде және сыйымдылықта қысым рұқсат етілген максимал
мәннен асып кетпеуін алдын алу үшін қолмен басқарылатын клапандар
орнатылған.
Алдын ала жылуалмастырғышта қызыдырудан өткен дайын бензин
колоннаның төменгі жағынан сорғылар арқылы ары қарай өңделуге
жіберіледі.
Қосымша ретінде артық мұнайды авариялық жағдайда шикізат паркіне
кері айдау мүмкіншілігі қарастырылған.
1.3
Ректификация процесін басқару ерекшеліктері
Колоннадағы температура және қысым секілді
параметрлер
ректификация процесін дұрыс жүргізүді және экономикалық көрсеткіштерді
тиімді етуді қамтамасыз етеді.
Ректификаттау колонналарының тиімді жұмыс істеуі өңделетін шикізат
түріне, эксплутация режиміне, жұмыс істеу шарттарына, автоматизациялау
жүйесінің жұмысына, колонна және табақшалар монтажының сапасына өте
тәуелді. Өндірістік біртипті құрылғы колонналардың тиімділігі жайлы
практикалық деректер әр түрлі болып келеді. Бірақ, бұл көрсеткіштер
жобалауда колоннаның жұмыс істеу мінездемесін таңдауға, бастапқы басқару
жүйесінің ретеуіш коэффициенттерін алуға мүмкіншілік береді.
Қарапайым ректификаттау колонна құрамында бір шикізат ағыны, екі
өнім ағыны, бір жылу алғыш және бір жылу түсіргіш аппарат соңында бар.
ТҚК және ЖҚК байытылған қоспаны екі фракцияға берілген мөлшерде
немесе құрамында белгіленген мөлшерде тұтас компоненттерді
ректификаттау үшін толық ректификаттау колоннасының технологиялық
сұлбасы қолданылады. Бұл аппаратта шикізат колонна ортасы - қорек
табақшасына беріледі. ТҚК немесе фракцияларға байытылған дистиллят
жоғарыдан алынады, ал ЖҚК байытылған қалдық колоннаның төменгі
жағынан алынады. Шикізат енгізу бөлігінен жоғары орналасқан секция -
концентрациялы немесе бекітуші, ал шикізат енгізу бөлігінен төмен
орналасқан секция - айдау немесе тауысушы деп аталады.
Бірнеше өнім алуға арналған (аралық) ректификаттау колонналарына
материалды және жылу ағынымен байланысқан колонналар тобын жатқызуға
болады. Жеке колонналардың бір бірімен байланысу тәсілдерін (құрылғының
технологиялық сұлбасын таңдау) технико - экономикалық есептеулер арқылы
және алынатын өнімнің жылулық тұрақтылығы мен хладагенттің, жылу
тасымалдағыштардың сәйкес мөлшері болуы анықтайды.
17
Үздіксіз жұмыс істейтін үлкен өндіріс орындарындағы құрылғылар үшін
жылулық сұлбаны дұрыс таңдау жылулық баланс негізінде шешіледі және
салмақты экономикалық маңызды болып табылады.
Бақылауға келесі параметрлер жатады: бастапқы қоспа шығыны,
дистиллят, флегма, текше қалдығы, жылу- және хладотасымалдағыштар,
соңғы өнімнің құрамы мен температурасы, бастапқы қоспа температурасы,
колонна деңгейі бойынша температура профилі, колонна текше деңгейі,
колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің қысымы, қосымша осы
қысымдардың құлдырауы.
Жоғарыда аталған параметрлердің колонна жұмысына әсерін
қарастытрайық. Бастапқы қоспа колоннаға жеткіліксіз мөлшерде енгізіледі
деп тұжырымдайық. Бұл дистилляттағы ТҚК мөлшерін көбеюіне алып келеді
және сол себепті колонна өнімділігі төмендейді. Кері жағдайда, бастапқы
қоспа мөлшері артық болса, ТҚК буландыруға қажет жылу жетіспей колонна
құрамында ЖҚК мөлшері көбейіп кетеді және алынатын өнім сапасы
төмендейді.
Сол себепті, колонна экономды түрде жұмыс жасап және таза өнім беруі
үшін колонна жүктемесін тұрақтандыру қажет. Берілген жағдайда бұл мүмкін
емес, себебі, бастапқы шығын мөлшері алдыңғы процесс жүрісіне
байланысты, сол себепті жүктеме өзгерісін қатты кедергі әсер ретінде
қарастыру қажет.
Бастапқы қоспа құрамын өзгерту колонна жұмысына кері әсер етеді,
себебі бастапқы қоспа құрамында ЖҚК мөлшерін азайту ТҚК буландыруға
қажет жылу мөлшерін азайтуға алып келеді. Колоннадағы температура
жоғарылайды, ал колоннаға тапсырылған өнімділік мөлшері бұзылады. Кері
жағдайда, бастапқы қоспа құрамында ЖҚК мөлшері жоғарыласа, алынатын
өнім сапасы нашарлайды. Бастапқы қоспа құрамының жиі және бірталай
ауытқулары процессті реттеуді қиындатады, себебі бастапқы қоспа құрамы
тұрақтылыққа жатпайды, осыны автоматтандырудың принципиалды амалын
таңдағанда есепке алу қажет.
Ректификация процессінде бастапқы қоспа температурасы өте маңызды
болып табылады. Егер қоспа колоннаға қайнау температурасынан төмен
температурада келіп түссе, оны колоннаның төменгі жағынан келетін булар
арқылы қыздырылу керек. Осы жағдайды бу конденсациясы жоғарылайды,
ректификация процесс режимі бұзылады. Сол себепті, бастапқы қоспа
температурасын жылутасымалдағыш шығынын өзгерту арқылы
тұрақтандырылады. Осылайша бір әсердің саны азаяды.
Колонна ішіндегі бу жылдамдығы қатты қыздырылған бу шығынына
байланысты, ол өз кезегінде процесс интенсивтілігін және үнемділігін
анықтайды. Бу жылдамдығы жоғарыласа - көбік пен шашырау қабаттары да
көбейеді, осыған орай компоненттер бөлінуі интенсивті түрде өтеді. Басқа
жағынан, бу жылдамдығын жоғарылату колоннада қақалу құбылысына
алып келуі мүмкін, бұл жағдайда бу ағыны сұйықтықтың табақшалар
18
бойымен ағуына кедергі тудырады. Үздіксіз жүктеме арқылы бу беруді
тұрақтандыруға болады. Колоннаны айнымалы жүктегенде ол өзгеріске
байланысты өзгеріп отыруы қажет.
Шығарылмалы қайнатқыш пен колонна жақсы жұмыс істеуін және
материалдық балансты ұстап тұруды қамтамасыз ету үшін колонна ішіндегі
деңгейді тұрақтандыру қажет, себебі бастапқы қоспа құрамы мен шығынын
өзгерткенде олда өзгеріске ұшырауы мүмкін.
Колоннаға флегма берілісіне дистиллят тазалығы байланысты. Флегма
берілісін көбейту біршетінен колоннаның текше сұйықтық бойынша
өнімділігін жоғарылатады, бірақ, басқа бір жағынан, артық флегманы
буландыруға кететін жылу шығынын арттырады, яғни процесс үнемділігін
төмендетеді.
Булық және сұйықтықтық фазалар құрамы әр табақшада температура
мен қысымға тәуелді. Егер қысым тұрақтандырылса - температура мен құрам
арасындағы байланыс бір мәнді болады. Сол себепті алынатын құрам
ағындары жайлы жылдам ақпараттар алуды температура арқылы қадағалауға
болады. Бақылау колонна шығысындағы ағындарға температура датчигін
жақын орналастыру арқылы жүзеге асады, ал өнім құрамын бақылау
құрылғылары температура өлшеуіштерді периодты түрде түзетіп отыруға
қызмет етеді.
Колоннада қысымды тұрақтандыру мүмкіншілігін қарастырайық.
Қысым өзгерісін тудыратын фактор: бастапқы қоспа мөлшері мен құрамының,
флегма мөлшерінің тербелісі. Колоннаның жоғарғы бөлігінде қысымды
тұрақтандыру берілген тұтас өнім құрамын ұстап тұру үшін ғана емес,
қосымша, колоннаның гидродинамикалық режимін дұрыс жүруін қамтамасыз
ету үшін қажет, себебі қысым түсіп кеткен жағдайда колонна қақалуы
мүмкін, ал қысым өсіп кеткен жағдайда бу ағынының жылдамдығы
төмендейді, бұл өз кезегінде құрылғының өнімділігіне кедергі болады. Текше
ішіндегі бу қысымын тұрақтандыру қажет емес, себебі ректификация
колоннасы осы параметр бойынша жақсы енігзілген өзін реттеу қасиеттеріне
ие, ал қысымды колоннаның бекітілген бөлігінде реттеген кезде текше
ішіндегі қысым бірнеше минуттан соң білгілі мәнге ие болады (колоннаның
жоғарғы бөлігінен сәл жоғары). Егер қысым тұрақталған болса, текше қалдық
құрамы тек температураға тәуелді болады.
Колоннадағы температураның ректификация процессінің сапасына
әсерін қарастырайық. Колонна текшесінде температура төмендеген жағдайда
текше қалдығының булану интенсивтілігі төмендейді, біріншіден текшедегі
қысым құлайды, сосын жоғарғы бөлікте төмендейді. Қысым реттеуіш
хладагенттің дефлегматорға келуіне кедергі түсіреді, сол себепті колоннадан
бу алу төмендейді. ТҚК бір бөлігі колонна текшесіне келіп түсу салдарынан
алынатын өнім сапасы нашарлайды. Колоннада температура жоғарылауы
дистиллят құрамында ЖҚК мөлшерін көбейтеді, осыдан колонна өнімділігі
төмендейді. Тұрақты қысымда колонна температурасы бастапқы қоспа
19
параметрлеріне, қайнатқышқа берілетін флегма және бу мөлшеріне тәуелді.
Реттеуші параметр ретінде температураны таңдаған жағдайда колоннаның көп
сыйымдылықты өзара байланысқан параметрлі объект екенін есепке алу
керек.
Өзгеше рөлді физико - химиялық айнымалыларды реттеуге беру керек.
Мұндай айнымалыларға жататындар: өнім буы мен эталонды сұйықтықтың
парциалды қысым айырмалары, тығыздық, тұтану температурасы, өнім мен
эталонды сұйықтықтың қайнау температурасының айырымы, қайнау басы мен
аяғы. Шығысы эталонды сұйықтық пен өнім параметрлері айырымына
пропроционал сигналға ие болатын құрылғылар айрықша таңдалынады, себебі
олардың шығысын реттеуіш сұлбаларында қолдануға болады.
1.4
Автоматтандырудың техникалық тәсілдерін бағдарламалық
жабдықтау анализі
Ақпарат құралдарының тез дамуына байланысты бағдарламалау
тәсілдері мен бағдарламалау жабдықтарына көбірек көңіл бөлген жөн. Ең кең
тараған SCADA-жүйелер (Supervisory Control And Data Acquisition). Бұл жүйе
технологиялық объекттерді модельдеуге және сан алуан жұмыс режимдерін
зерттеуге мүмкіндік береді.
Қазіргі әлемде автоматтандыру жүйелерінің негізгі ерекшелігі -
барлық жүйелердің интеграциялау дәрежесінің жоғары болуы. Олардың кез
келгеніне басқару объектілері, орындаушы механизмдер, ақпаратты тіркейтін
және өңдейтін апараттар, оператор жұмыс орындары, деректер қоры сервері
енеді. SCADA - жүйе стандартты байланыс аймақтарында (ARCNET,
ETHERNET) стандартты протоколдарды (NETBIOS, TCPIP) қолдану арқылы
жұмыс істеуді қамтамасыз ету керек, қосымша индустриялық интерфейс
классына (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS)
жататын танымал
байланыс стандарттар жабдықтарымен жұмыс жасай білуі қажет, олар өз
кезегінде клиент-сервер архитектурасына негізделген. Барлық өнеркәсіптік
басқару және бақылау жүйелері MODBUS-байланыстармен жұмыс істеуге
арналған бағдарламалық драйверларға ие.
Ақпараттық тығыздылыққа және басқару объектісінің күрделілігіне
байланысты SCADA-жүйелер технологиялық процессті автоматтандырылған
басқару жүйесінің қажетті бөлігі болуы шарт емес. Мұндай жүйелер
технологиялық (өндіріс, энергия өндіру, қайта өңдеу), инфраструктуралық
(энергияны тарату), қосымша процесстер (микроклиматты басқару) үшін
қолданылады. SCADA - басқарылатын объект жайлы ақпаратты жинауға,
өңдеуге, көрсетуге және архивтеуге арналған өндірістік компьютерге
орнатылған бағдарламалық жабдық. Бұл бағдарлама құрамында адам-машина
интерфейсі (Human-Machine Interface), диспетчерлік жүйе, датчиктерге
жалғанған объектпен байланысу және датчиктен келген сингалды цифрлік
кодқа түрлендіру құралдар, бағдарламалатын логикалық контроллер.
Қазіргі таңда SCADA-жүйелерді жасау инструменттер түрі көп (1.1
кесте), мысалы TRACE MODE, CoDeSys, IsaGRAF, MULTIPROG wt,
20
OpenPCS, SoftCONTROL, iCon-L, SIMATIC WinCC. Осылардың бірнешесін
қысқаша қарастырайық.
1.1 к е с т е - SCADA-жүйелер
ISaGRAF
-
бағдарламаланатын логикалық контроллерлерге
қолданбалы бағдарламаларды жасау үшін арналған құрал, локальды немесе
таратылған басқару жүйесін орнатуға мүмкіншілік береді. Технология негізі -
үстеме жасау ортамы (ISaGRAF Workbench) және әр түрлі апаратты-
бағдарламалы платформаларға бейімделетін орындаушы жүйе (ISaGRAF
Runtime). Қазіргі уақытта ICS Triplex ISaGRAF компаниясы тарапынан
ISaGRAF өндіріледі және таратылады.
SIMATIC WinCC (Windows Control Center) - адам-машина интерфейс
жүйесі, Siemens AG компаниясының SIMATIC автоматтандыру жүйелер
отбасының бір бөлігі. Microsoft Windows NT операционды жүйелер отбасы
басқаруымен жұмыс істейді.
TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal)
- бағдарламалық
жабдықты әзірлеудің интегралды ортамы, технологиялық процесстерді
жетектер мен контроллерлер деңгейінен адам - машина интерфейсіне дейін
автоматтандыру жүйесі. Комплектсі автоматтандыру концепциясы болып
21 SCADA-жүйе
Дайындаушы фирма
Мемлекет
Factory Link
United States DATA
АҚШ
InTouch
Wonderware
АҚШ
Genesis
Iconics
АҚШ
Genie
Advantech
АҚШ
RealFlex
BJ Software Systems
АҚШ
FIX
Intellution
АҚШ
Simplicity
GE Fanuc Automation
АҚШ
RSView-32
Rockwell Software
АҚШ
WinCC; ProTool; TIA Portal
Siemens
Германия
VipWin
Festo
Германия
IGSS
Seven-Technologies
Дания
Sitex
Jade Software
Ұлыбритания
Trace Mode
AdAstra Research
Ресей
Image
Техно-линк
Ресей
Круг-2000
НПФ Круг
Ресей
Owen Process Manager
ПО Овен
Ресей
VTS Next Step;
Master-SCADA
InSAT Company
Ресей
табылады
(ағылш. Totally Integrated Automation)
және
Siemens AG
компаниясының Simatic автоматтандыру жүйесі отбасының эволюциялық
даму нәтижесі.
2011 жылғы күйіне қарасақ TIA Portal- ға үш негізгі бағдарламалық
жабдық интегралданған:
- S7-1200, S7-300, S7-400 контроллерлерін және WinAC бағдарламалауға
арналған Simatic Step 7 v.11;
- Адам-машина интерфейсін
(қарапайым батырмалы пернелерден
күрделі конфигурациялы SCADA деңгейлеріне дейін) құрастыруға арналған
Simativ WinCC v.11;
- Sinamics жетектерін параметрлеу, бағдарламалау және диагностика
жасауға арналған Sinamics StartDrive v.11;
TIA Portal - Siemens компаниясының 1990 жылдардан бері дамытып
келе жатқан 100 мыңнан аса өнімнен тұратын интеллектуалды ядро. IEC
61131-3 (International Electrotechnical Commission, ХЭК) тіл стандарттына
жататын бес тіл құрамында бар : IL - нұсқаулар тілі , ST - құрылымдық мәтін ,
LD - релелік диаграмма тілі , FBD - функционалды блок тілі , SFC -
тізбектелген функционалды сұлбалар тілі.
TIA Portal құрастыратын автоматтандыру жүйесінің масштабы кез
келген болуы мүмкін, автономды жұмыс жасайтын басқарушы контроллер
мен адам- машина интерфейсінен бастап, бір бірімен локальды байланыс,
интранетинтернет, RS-232485 негізінде тізбектелген шиналар секілді
коммуникация арқылы бір бірімен ақпарат алмасатын, құрамында ондаған
контроллер мен адам - машина интерфейсі бар аумақты таратылған басқару
жүйесіне дейін болуы мүмкін. Адам - машина интерфейсі және
контроллерлердің бағдарламалу жабығының динамикалық мінездемесі мен
сенімділігі жасалған жүйені келесі өндірістерде қолдануға мүмкіншілік
береді: мұнайхимиясы, металлургия, энергетика, коммуналды шаруашылық,
ас өнеркәсібі, транспорт және ғылыми зерттеулер өткізу жұмыстары.
Қорытынды, әр нақты есепті шешу үшін есептің өзінің архитектуралық
жүйесін жобалау керек, нақты құрал жабдықтарды қойылған есепке
байланысты таңдау қажет, SCADA- жүйені құрастыру керек. Бағдарламалық
жабдықтарды зерттей келе TIA Portal интегралды бағдарламалау ортамын
дипломдық жобаға қойылған есептерді шешу мақсатымен таңдалынды.
1.4 Есептің қойылымы
1. Ректификация колоннасында мұнай ректификация процесімен
таныысу;
2. Автоматтандыру функционалды сұлбасын зерттеу;
3. Өлшеуіш аспаптар мен орындаушы механизмдерді сипаттау;
4. Реттеу контурын таңдау;
5. Реттеу контурын құру және беріліс функциямен бейнелеу, белгісіз
коэффициенттерін анықтау;
22
6. Ректификаттау колоннасының параметрлерін реттеу және басқару
алгоритмін құрастыру;
7. Программаланатын логикалық контроллерге параметрлерді реттеу
және басқару программасын программасын жазу;
8. Адам-машина интерфейсін жасау;
9. Техника экономикалық есептеулерді жүргізу;
10. Өмір тіршілік қауіпсіздік бөліміне қойылған есептерді шешу.
1.5 Автоматтандыру объектісін сипаттау
Тапсырылған тұтас өнімнің құрамын сақтап тұру және энергия
ресурстарын үнемді қолдану ректификация қондырғысына қойылатын
алғашқы өндірістік талап болып табылады. Технологиялық өзгешелігіне
байланысты тұтас өнім ретінде дистиллят немесе текше қалдығы болуы
мүмкін.
Ректификация процесінің типтік функционалдық сұлбасы 1.3 суретте
көрсетілген.
1.3 сурет - Ректификациялау қондырғысының функционалды сұлбасы
23
Сұлбада келесі реттеу контурлары көрсетілген:
1. Азықтандыратын қоспа шығыны азықтандыратын қоспа реттеуіші -
мембраналы шұраның 1 өзіне дейін тәсілі арқылы және шығын датчигі 3
арқылы тұрақтандырылып отырады.
2. Колоннаның жоғары бөлігінде қысым суытқыш суды бұрмалау
сызығында орналасқан шұра 1 және конденсатордағы будың толық
конденсациясына қарайтын қысым датчигі 2 арқылы тұрақтандырылады.
3. Колонна ішіндегі температура датчик 1 арқылы бақыланады,
колоннаға флегма берілуін мембраналы шұрамен өзгерту арқылы реттеледі.
4. Колонна текшесіндегі температура суытқыш суды бұрмалау
сызығында орналасқан шұра 1 және температура датчигі 1 арқылы
тұрақтандырылады.
5. Колонна ішіндегі текше қалдық деңгейі мембраналы шұра 1 және
деңгей датчигі 8 арқылы реттеледі.
Осындай реттеу қондырғыдан максимал мүмкін дистиллят алуды
қамтамасыз етпейді, бірақ тұрақты флегма шығынында колонна қысымын
тұрақтандыру жеңілдетіледі және процесті будың максимал жылдамдығында
жүргізуге болады.
Колонна жоғары бөлік температурасын каскадты АРЖ 1.4 суретте және
қоректендіру шығынын статикалық компенсация әсері арқылы ректификация
қондырғысын автоматты басқару жүйесі 1.5 суретте көрсетілген.
1 - Колонна жоғары бөлігінде температураны реттеуші, 1a -
дифференциатор, 2 - қорек температурасын реттеуші, 3,4 - деңгей реттеуші, 5
- қысым реттеуші, 6 - қатынас реттеуші
1.4 сурет - Колонна жоғары бөлігінің температурасын каскадты АРЖ-і
24
1, 6 - шығын реттуші, 2 - температура реттеуші, 3, 4 - деңгей реттеуші,
5 - қысым реттеуші, 7 - есептеуші құрылғы
1.5 сурет - Қорек шығыны бойынша әсерді компенсациялау автоматтандыру
жүйесі
Хладотасымалдағыштың шығынын өзгерту арқылы қысымды
реттеудің типтік тәсілі үлкен кешігулермен байланысты, сол себепті қысымды
реттеудің басқа амалдарын қолдану керек, мысалы, сепаратордан
дефлегматордың конденсацияланбайтын компоненттерін шығару арқылы
қысымды реттеу.
Колоннаның жоғары бөлігінен шығатын бу құрамында
дефлегматордың конденсацияланбайтын компоненттері болса, сепаратордан
осы компоненттерді шығару арқылы қысымды реттеу сұлбасы (1.5 сурет)
қолданылады.
25
1 - колонна, 2 - дефлегматор, 3 - сыйымдылық
1.5 сурет - Колонна жоғары бөлігінде қысымды реттеу сұлбасы
Сепаратор ретінде әжептеуір әсер болған кезде дистиллят құрамын
тұрақтандыру үшін қажет флегма қорын қамтамасыз ететін сыйымдылықты
қолдануға болады. Сыйымдылықта материалдық баланс сақтап тұру үшін
дистиллят шығынын өзгерту арқылы деңгейді реттеу қажет. Деңгейді
тұрақтандыру флегма сызығында орналасқан клапан алдында
гидростатикалық қысымды тұрақты мәнін қамтамасыз етеді, яғни құрамды
реттеу сапасы жоғарылайды.
Қосымша реттеу контурларын енгізу арқылы процесті басқару сапасын
жақсартуға болады. Соңғы өнімдердің құрамын реттеген кезде әрқашан көп
контурлы реттеу қолданылады, бұл басқару сапасының критериялары
көптеген параметрлерге байланысты екенін көрсетеді.
Ректификация процесі химия технологиясында ең қиын процестердің
бірі болып саналады. Сол себепті қарапайым реттеуіштерді қолдану
өнімділікті аса жоғарылатпайды. Экстремалды реттеуіштер мен басқарушы
есептегіш машиналарды қолдану қажеттіліг туындайды.
Ректификация процесін басқару кезінде келесі есептер қойылады:
максимал мүмкін таза өнімдер алу, колонна өнімділігін максимумға жеткізу
және с.с.
1.6 суретте функционалды сұлбасы көрсетілген құрылғы ректификация
процесінің инерциондығын есепке алу және компенсациялау арқылы
ректификация колоннасының жұмыс эффективтілігін жоғарылату есебін
шешуге мүмкіндік береді.
26
1.6 сурет - Ректификация процесін басқару құрылғысының функционалды
сұлбасы
Құрылғы құрамында ректификация колоннасы 1, температура дтчиктері
2, колонна төменгі бөлігінінің температурасын реттеу блогы 3, жылу
алмастырғыш 4, хромотограф 5, колонна төмен бөлігінің температурасын
реттегіш 6, қатты қыздырылған бу шығынын реттегіш 7, колонна жоғары
бөлігінің температурасын реттейтін блок 8, дефлегматор 9, хромотограф 10,
жоғары бөліктің температурасы реттегіш 11 және хладагент шығынын
реттегіш 12, жылу алмастырғыш 13, ректификация колоннасының эффективті
жұмысының ағымдағы мәнін идентификациялайтын блок 14, қорек сұйықтық
температурасын реттегіш блок 15 және қыздырушы бу шығынын реттегіш 16.
Құрылғы келесі түрде жұмыс атқарады. Температура датчиктерінен 2
ақпарат үздіксіз текше және жоғарғы (блок 10) температурасын реттегішке
(блок 5) келеді, тағы ректификация колоннасының эффективті жұмысының
ағымдағы мәнін идентификациялайтын блоктың 14 кірісіне келеді. Блок 14
Tмi
температураның модель профилінің ауытқуының квадрат мәнінің
минимал мәнінің квадратын колонна биіктігі бойынша өлшенген Tэi
қатынасын есептейді (1.1):
27
,
(1.1)
мұндағы N - колонна биіктігі бойынша орнатылған температура датчиктері
саны;
Тэi(t)
-
басқару объектісінде өлшенген
i-ші табақшаның
температурасының ағымдық мәні;
Тмi(t) - i-ші табақшаның температурасының ағымдық мәні.
Эффективтілік критериі (1.1) бойынша колоннаны үйлесімді басқару
қорек беруші табақша температурасын жорамалдаумен тығыз байланысты.
Бұл тек реалды уақыт режимінде жұмыс істейтін математикалық модельдің
болған жағдайда ғана мүмкін.
Температура профилі колонна биіктігі бойынша үш басқарушы әсермен
тіркеледі: жылу алмастырғышқа 4 келіп түсетін қыздырылған бу шығыны,
дефлегматорға 4 берілетін хладагент шығыны, жылу алмастырғыш 13 арқылы
өтетін жылытқыш бу шығыны. Қыздырылған бу және хладагент шығыны
бастапқы
(төменгінің температурасы)
және соңғы
(жоғарғының
температурасы) температуралық профильдерінің мәндерін колонна биіктігі
бойынша анықтайды.
Математикалық модель бойынша жорамалданатын температуралық
профиль әр табақшадағы математикалық күтімдер тәжірибиелік қорлардың
жиналу барысында тіркелген, ал өлшенген профиль өз орналасуын уақыт
өтүімен өзгертеді.
Идентификация периодының барлық мерзімінде блок 3 арқылы
төменгінің температурасы тіркелуі керек, ал жоғарғының температурасы блок
8 және корек табақшасының температурасы блок 15 арқылы тіркеледі. Шеткі
нүктелердің температуралық профилін реттеу жүйесі каскадты болып келеді.
Осылайша, процесстің инерциондығын заманауи бағдарламалы-
апаратты реттеу тәсілдерімен компенсациялау нәтижесінде, идентификация
блогын микропроцессорлық техникаларды қолдану арқылы реализациялаған
кезде қойылған есеп шешіледі - ректификация колоннасының эффективті
жұмыс істеуін жоғарылату.
1.6 Басқару жүйесінің элементтерін математикалық бейнелеу
Қарастырылып
жатқан ректификаттау колоннасындағы сұйықтық
деңгейі мен жоғары бөлігінің қысымын тапсырылған деңгейде ұстап тұру
басқару процесінің есебі болып табылады.
1.7
суретте ректификаттау колоннасының кіріс және шығыс
параметрлерінің байланысы көрсетілген. Мұнда келесі параметрлердің
векторлары көрсетілген: X - шығын, Y - температура, Z - концентрация, P -
қысым, H - сұйықтық деңгейі.
28
1.7 сурет - Кіріс-шығыс параметрлерінің байланыс сұлбасы
Технологиялық процесс анализі көрсеткендей реттеудің негізгі
каналдары: X1(t) қыздырылған бу шығыны - Y1(t) колонна температурасы;
X1(t) қыздырылған бу шығыны - Z6(t) текше қалдық концентрациясы; X1(t)
қыздырылған бу шығыны - P2(t) текше ішіндегі қысым; X5(t)
флегма
шығыны - Z5(t) дистиллят шығыны; X2(t) дефлегматорға хладагент шығыны -
Y8(t) колонна жоғары бөлігінің және Y11(t) флегма температурасы; X2(t)
дефлегматорға хладагент шығыны - P1(t) колонна жоғары бөлігінің қысымы;
X2(t) дефлегматорға хладагент шығыны - Z10(t) флегма концентрациясы; X7(t)
текше қалдығының шығыны - H(t) колонна ішіндегі сұйықтық деңгейі; Z6(t)
текше қалдығының концентрациясы
-
Y1(t)
колонна текшесіндегі
температура; Z5(t) дистиллят концентрациясы - Y8(t) колонна жоғары
бөлігінің температурасы.
Дипломдық жобада реттеу каналы ретінде X2(t) дефлегматорға
хладагент шығыны - P1(t) колонна жоғары бөлігінің қысымы каналы
таңдалынды. Себебі колонна жоғары бөлігінің қысымын реттеу жүйесі
құрылған жағдайда алынатын өнім сапасы жоғарылайды. Бұл колоннаның
пайдалы әсер коэффициентін жоғарылатады.
29
2 Арнайы бөлім
2.1 Өлшеу құралдары мен орындаушы механизмдерді сипаттау
Колонна жоғары бөлігінде қысымды өлшеу үшін ішкі өлшегіш
қорапшасы бар қысым түрлендіргіш CERTEC VEGABAR 52 қолданылады
(2.1 сурет).
2.1 сурет - VEGABAR 52 қысым датчигі
Қолданылу аймағы: VEGABAR 52 мұнай, газ, химия, фармацевтика
секілді өндіріс орындарында резервуардағы газ, сұйықтық, будың қысымын
өлшеуге арналған.
Артықшылықтары:
- Нақты өлшеу қабілеті жоғары;
- Аса ауыр жүктемелерге және вакуумге төзімді;
- Майсыз керамикалық сыйымдылықты сезімтал элемент.
Техникалық ақпарат:
- Өлшеу диапазоны - 0,005...60,0 МПа;
- Қателігі, % +0,1; +0,15; +0,2; +0,5;
- Температурасы -40 oC...150 oC ортада жұмыс істеуге жарамды;
- 4...20 мАHART, PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS.
Датчиктің қондырғыға орналасуы 2.2 суретте көрсетілген.
30
2.2 сурет - Датчиктің орналасуы
Колонна ішіндегі сұйықтық деңгейін өлшеу үшін деңгей өлшегіш
VEGAFLEX 61 қолданамыз (2.3 сурет ) . Деңгей өлшегіш VEGAFLEX 61
деңгейді үздіксіз өлшеуге арналған. VEGAFLEX 61 кез келген сұйықтықтың
деңгейін өлшеуге арналған. Бу, көбік, жабысқақ , конденсация жағдай болған
кезде де өте ңақты өлшемдер береді. Сұйықтықтардың фаза аралық деңгейін
өлшеудің экономикалық тиімділігін арттырады.
2.3 сурет - VEGAFLEX 61 деңгей датчигі
Техникалық ақпарат:
- Өлшеу қателігі: +- 2 мм;
- Процесс температурасы: -40...200 oС;
31
- Процесс қысымы: -100...40000 кПа;
- 4...20 мАHART, PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS.
Қондырғыда орналасуы 2.8 суретте көрсетілген.
2.4 сурет - Датчиктің қондырғыда орналасуы
Тез жабылатын және пневматикалық реттейтін, газдарға арналған
клапан Samson 241-7-газ қолданылады (2.5 сурет).
2.5 сурет - Samson 241-7- газ реттеуші клапаны
Техникалық ақпарат:
- Температуралық диапазон: -196...+427 oС;
- Үйлесімді қысым: ANSI Class 125-тен 300-ге дейін;
- Клапан кеудесі коррозияға тұрақты болатты литьядан жасалады.
Басқарушы клапандарды әр түрлі перифириялық жабдықтармен
қамтамасыз етуге болады
32
2.2 Басқару жүйесінің деңгейлері
2.2.1 Басқару жүйесінің төменгі деңгейі келесі мүмкіншіліктерді береді:
- Орналасқан датчиктерден ақпарат жинау;
- Процесс параметрлерін әр уақыт үшін қадағалау және орнатылған
мәнді ұстап тұру;
- Объект жайлы ақпаратты өңдеу және АРМ - ға тасымалдау, АРМ
ақпаратты алу және басқарушы әсерді құрастыру;
- Техпроцессті автоматты басқару, негізгі жабдық істен шыққанда
автоматты түрде қосалқы жабдықты іске қосу;
Басқару АРМ операторы орналасқан орталық басқару пунктінен (ОБП)
іске асырылады.
Бақылау жүйесінің сенімділігіне жоғары сұранысты және апатты
жағдайларға төзімділік қасиетін ескере отырып Siemens фирмасының Simatic
S7 - 300 типті контроллері таңдалынды.
Siemens фмрмасының Simatic S7 - 300 контроллерлері өте мықты
есептегіш құралы болып табылады және кез келген қиын есептеулерді
жүргізуге мүмкіншілік береді.
Контроллер датчиктерден үздіксіз сұраныс жасайды және модульдер
диагностикасын қамтамасыз етеді.
2.6 сурет - Контроллер S7 - 300
Эсплуатациондық мінездемесі:
33
- Қоршаған орта температурасы 1-50 градус;
- 30 градуста салыстырмалы ауа ылғалдылығы 90% аспайды;
- Ауа қысымы 750 мм сынап бағанасы;
- Қызмет көрсету түрі - периодты;
- Жұмыс тәртібі - тәулік бойы.
Контроллердің техникалық мінездемесі орнатылған модульдерге
байланысты. Контроллер мен басқарудың төменгі құрылымы арасындағы
байланысты таратылған кіріс - шығыс ET200M және PROFIBUS - DP желісі
арқылы іске асады.
Контроллер құрамына келесілер кіреді:
- Каркас;
- Орталық процессор CPU 313;
- Қорек көзі PS - 307;
- Коммуникациондық процессор CP 343 - 1.
Орталық процессор ретінде CPU 313 қолданылады. CPU қолданушы
программасын орындайды. Модульдердің арт жағында орналасқан S7 - 300
шинасына 5B кернеу береді.
CPU 313 келесі қасиеттермен ерекшеленеді:
- Master - құрылғы DP (DP - Master) ретінде қолданылады немесе Slave -
құрылғы (DP - Slave);
- 48 кбайттық жұмыстық жады;
- 80 кбайт орнатылған жүктемелі жады RAM; жады платасы арқылы 16
кбайттан 512 кбайтқа дейін кеңейтуге мүмкіншілік бар.
-
2.7 сурет - CPU 313 элементтері
34
Қорек көзі ретінде PS - 307 таңдалынды. S7 - 300 қоректендіру үшін
желі кернеуін ( AC 120230 B) жұмыстық кернеу DC 24 - ке түрлендіреді және
DC 24 тізбек жүктемелерін тоқпен қамтамассыздандыру үшін қолданылады.
Қорек көзі PS 307; 10 А келесі ерекше сипаттамалары бар:
- Шығыс ток 10 A;
- Шығыс кернеу 24 B, қысқа тұйықталудан және үзілістен тізбекті
қорғау;
- Бір фазалық айнымалы токка қосу (кіріс кернеу 120230 B, 5060 Гц);
- EN 60 950 байланысты сенімді электрлік изоляциялау;
- Жүктемелерге қорек көзі ретінде қолданылады.
Техникалық сипаттамалары 2.1 - кестесінде көрсетілген.
2.1 к е с т е - Қорек көзі PS - 307
Кірістік аналогты модульдері сигналдарды алғаш фильтрациялауға
мүмкіндік береді, бақылау және басқару жүйесіне жіберілетін ақпараттың
35 Көлемі және салмағы
Көлемі Е х Б х Ұ
200 125 120 мм
Салмақ
1,2 кг
Номиналды кіріс мәндері
Кіріс кернеу
· Номиналды мәні
120230 В айнымалы ток
Қорек көзінің жиілігі
· Номиналды мәні
· Рұқсат етілген шеек
50 Гц немесе 60 Гц
47 Гц тен 63 Гц ке дейін
Номиналды кіріс ток
· 230 В үшін
· 120 В үшін
1,7 A
3,5 A
Іске косу тогы ( 25°C)
55 A
I2t (іске қосу тоғы үшін)
9 A2с
Номиналды шығыс мәліметтері
Шығыс кернеулері:
· Номиналды мәні
· Рұқсат етілген шек
· Өсу уақыты
24 В тұрақты ток
24 В 5 %, тізбек үзілісінен
қорғау
макс. 2,5 с
Шығыс ток
· Номиналды мәні
10 A,
Параллель қосуға рұқсат етілмеген
Қысқа тұйықталудан қорғау
Электронды, фиксирленбеген,
1,1 ден 1,3 IN ге дейін
Қалдық пульсация
макс. 150 мВ
көлемі қысқарту үшін параметрлер өзгерген кезде сезімсіздік аймағын
орнатады.
Кіріс - шығыс модульдері келесілерді қамтамасыз етеді:
- Келесі датчиктерден сигналдарды қабылдау:
- Термопара;
- Деңгей датчигі;
- Деңгей сигнализаторы;
- Сигналы 4 - 20 мА болатын аналогты датчиктер;
- құрғақ түйіспе типті дискретті датчиктер;
- PROFIBUS - DP шинасымен ақпарат алмасу құрылғысы.
- Басқару сигналдарын құрастыру:
- Электрлі пневмоклапандар үшін 4 - 20 мА;
- Тұрақты токты дискретті сигналдар 24 B.
Модульдер қызып кеткен модульдерді қосалқы жүйені істен шығармай
алмастыруға мүмкіншілік береді. Модульдерің жұмысқа қабілеттілігін
диагностика жасауды және ақаулықтарды іздеуді жеңілдету үшін модульдер
күй индикаторымен жабдықталған.Көрсетілген модульдер қоршаған орта
температурасы -40 тан +70 градуста стандартқа сәйкес ауыр заводтық
шарттарда жұмыс істей алады. Сенімділік қорек көзін, басқарушы
контроллермен байланыс желісін резервтеу және қорек көзін тез алмастыру
арқылы қамтамасыз етіледі.
Әр түрлі деңгейдегі процесс сигналдарын үйлестіру үшін келесі
модульдер қолданылады:
- Кірістер: аналогты сигналдар - SM 331 Ex Alx32 (4 - 20 mA) ...
дискретті сигналдар - SM 321 Dix32 (24 B), SM 321 Dix16 (24 B);
- Шығыстар: дискретті сигналдар - SM 322 DOx32 (24 B), аналогты
сигналдар - SM 332 AOx32 (4-20 mA);
- Кірісшығыстар: дискретті сигналдар - SM 323 DOx8DI ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
8
9
10
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада мұнай ректификаттау колоннасындағы
процестерді автоматтандырудың программалық жиынтығын жасау және
зерттеу мәселелері қарастырылған.
Технлогиялық бөлімде мұнай ректификаттау колоннасын автоматты
басқару жүйесі және негізгі параметрлерді (қысым, температура, деңгей)
реттеу жүйелері жайлы ақпарат берілген.
Арнайы бөлімде мұнай ректификаттау колоннасының жоғары бөлігінің
қысымын
реттеу контуры құрастырылды. Беріліс функцияларының
коэффициенттері теориялық және практикалық жолмен анықталып, өтпелі
процес графигі алынып орнықтылыққа зерттелінді. TIA Portal интегралды
ортасында автоматты реттеу программасы жазылып, адам-машина интерфейсі
құрылды.
Экономикалық негіздеу бөлімінде мұнау ректификаттау процесін
автоматтандыру жүйесін құрудың тиімділіктері анықталды.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде мұнай ректификаттау колоннасының
операторлық бөлімінің жарықтандыру, электромагнит толқындардан қорғану
және микроклимат нормалары қарастырылды.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы разработки и
исслледования комплекса
программ автоматизации для процесса
ректификации нефти в ректификационной колонне.
В технологической части описаны системы автоматического
регулирования и управления основными параметрами (давление, температура,
уровень) ректификационной колонны.
В специальной части построен контур регулирования давления в
верхней части ректификационной колонны. Были найдены коэффициенты
предаточной функций экспериментальным и
теоретическим методом,
построен график переходного Написана программа регулирования и создан
АРМ оператора в интегральной среде разработки программного обеспечения
TIA Portal.
В экономической части рассчитаны расходы на создание проекта и
определена его эффективность.
В разделе безопасности жизнедеятельности решена задача
искусственного освещения операторской комнаты, рассмотрена меры защиты
от электромагнитных излучений и определены нормы микроклимата.
Мазмұны
11
Кіріспе
1 Технологиялық бөлім. Мұнай ректификаттау процесінің
технологиялық анализі
1.1 Ректификация процесі
1.2 Ректификация процесін басқару ерекшеліктері
1.3 Автоматтандырудың техникалық тәсілдерін бағдарламалық
жабдықтау анализі
1.4 Есептің қойылымы
1.5 Автоматтандыру объектісін сипаттау
1.6 Басқару жүйесінің элементтерін математикалық бейнелеу
2 Арнайы бөлім
2.1 Өлшеу құралдары мен орындаушы механизмдерді таңдау
2.2 Басқару жүйесінің деңгейлері
2.3 Реттеу контурын зерттеу және бапқа келтіру
2.4 Siemens CPU 313 еркін программаланатын логикалық контроллердің
мұнай ректификаттау процессінің параметрлерін автоматты реттеу және
басқару жүйесінің программалық жабдығын жасау
3 Техника экономикалық негіздеу
3.1 Жобаның бейнеленуі
3.2 Өндірістік жоспар
3.3 Автоматтандыру жүйесінің эксплуатацияға кеткен шығындар
3.4 Қаржы жоспары
4 Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі
4.1 Ректификаттау колоннасының қоршаған ортаға әсері
4.2 Өндірістік орынның жасанды жарықтандыру жүйесін есептеу
4.3 Электромагнит сәулесінің жоғары деңгейінен қорғау
4.4 Жайсыз микроклимат параметрлері
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
А қосымша Айнымалылар кестесі
Б қосымша Программа листингі
Кіріспе
12
7
8
8
11
14
17
17
23
25
25
28
34
42
49
49
49
54
58
60
60
62
67
68
70
71
73
74
Ректификация - бұл жылу және масса алмасу процесі, қайнау
температуралары әр түрлі сұйықтықтарды бір -бірінен бөлу мақсатында
қолданылады.
Қазіргі таңда ректификация мұнай, химия, фармацевтика, металлургия,
ас, коксобензол салаларында кеңінен қолданылады. Ректификация процесі
арнайы ректификаттау колонналарында өтеді. Колонна жұмысының өнімділігі
мен сапасы колоннаға қойылатын алғашқы талап болып табылады. Осы
талапты қанағаттандыру үшін ректификаттау колоннасының параметрлерін (
қысым, деңгей, температура ) автоматты реттеу және басқару жүйесі құрылуы
қажет.
Дипломдық жұмыстың өзектілігі заманауи автоматтандыру жүйесін
енгізу арқылы мұнай ректификаттау секілді адам өміріне қауіпті
технологиялық процесстердің қауіпсіз және сапалы өтуін қамтамасыз ету.
Сапа мен қауіпсіздікті қамтамасыз ету есебі технологиялық процессті жоғары
дәрежеде автоматтандырылған бақылау, реттеу және басқару жүйелерін құру
арқылы ғана шешіледі.
Дипломдық жобаның мақсаты мұнау ректификаттау колоннасының
параметрлерін автоматты реттеу және басқару жүйесін программалық жабдық
жасаудың интегралды ортасы TIA Portal- да құру. TIA Portal Siemens
фирмасының Simatic программалық жабдықтарының эволюциялық даму
нәтижесінде пайда болған өнім. Құрамына логикалық контроллерлерді
программалау пакеті Step7 және адам - машина интерфейсін жасау пакеті
WinCC кіреді. Реттелетін параметр ретінде ректификаттау колоннасының
жоғары бөлігінің қысымы таңдалынды. Колонна жоғары бөлігінің қысымын
реттеу арқылы колонна жоғары бөлігінің температурасы тұрақты болады.
Нәтижесінде алынатын дайын өнімнің сапасы жоғарылайды. Колонна
деңгейін автоматты бақылау және басқару жүйесін құру арқылы
ректификация процессінің қауіпсіз өтуі қаматамасыз етіледі. Авариялық
жағдайдың болуын дәл уақытында хабардар етіледі. Басқару және реттеу
жүйесінің негізі болып Siemens фирмасының Simatic апараттық және
программалық жабдықтары болып табылады.
1
Технологиялық бөлім. Мұнай ректификаттау процесінің
технологиялық анализі
13
1.1 Ректификация процесі
Ректификация - бұл жылу және масса алмасатын процес, компоненттері
қайнау температурасы бойынша әр түрлі сұйықтықтарды бір бірінен бөлу
үшін қолданылады. Құрамы мен температурасы бірдей емес бу мен
сұйықтықтың ағындары әсерлесу арқылы процес жүзеге асады. Себебі, бу
құрамында сұйықтықпен салыстырғанда жоғары қайнау компоненттері
көбірек және температурасы жоғары.
Масса алмасу - зат құрамындағы таратылған заттың дифузиясы арқылы
өтетін процес. Бұл әдіс химия, мұнай, газ, ас, химия - фармацевтика
өндірістерінде және басқада шаруашылықтың көптеген саласында кеңінен
қолданылады. Осындай процесстердің бірі
ректификация
-
аралас
сұйықтықты таза компоненттерге бөлу процесі. Бұл күрделі процес, көтеріліп
келе жаткан бу мен оған қарсы ағып келе жатқан сұйықтықтың (флегма)
әсерлесуі, заттың сұйық күйден бу күйге және керісінше бу күйден
сұйықтыққа өтүін қамтитын процес.
Қазіргі уақытта ректификация табиғи көміртекті фракцияларға бөлу
үшін мұнай өңдеуде кеңінен қолданылады. Металлургияда сирек металлдарды
алдын ала металл тұздарымен байыту үшін қолданылады. Оттегі өндірісінде
газдың сұйық құрамын ауаны алдын ала жағу арқылы тазарту мақсатымен
қолданылады.
Ректификаттау құрал жабдықтары екі түрге бөлінеді: негізгі және
көмекші. Негізгі жабдыққа ректификаттау колоннасы және табақшалар
жатады. Колонна тік орналасқан жабық цилиндр, ішінде табақшалар немесе
сұғындырмалар орнатылған. Табақшалар мен сұғындырмалар міндеті - фаза
аралық бетті дамыту және бу мен сұйықтық арасындағы бетті жақсарту.
Табақшалы, сұғындырмалы, торлы, қабықшалы және ротор
-
қабықшалы колонналар бар. Табақшалы ректификаттау колонналарында (1.1a
сурет) бу фазасы көпіршіктер мен кішігірім ағындар түрінде сұйықтық
қабаттары арқылы табақшада өтеді.
Мұнайхимиялық және химиялық өнеркәсіпте табақшаларды
орналастыру амалдарының көптеген түрлерінен стандартты конструкциялы
түрі негізгі болып табылады.
Табақшалы колонналардың артықшылығы
(сұғындырмалы және
қабықшалы колонналармен салыстырғанда) бірдей өнім бере тұра салмағы
жеңілірек және ауыртпалықты өзгерткен сәтте тұрақты жұмыс істеуі.
Кемшілігі бу ағынына түсіретін жоғары гидравликалық кедергісі, бұл
қысымның және сұйықтықтың қайнау температуасының жоғарылауына себеп
болады.
14
а - табақшалы колонна; б - торлы колонна; в - сұғындырмалы колонна
1.1 сурет - Ректификаттау колонналарының конструкциясы
Торлы колонналарды (1.1б сурет) көп жағдайда спирт және сұйық
ауаны ректификаттауда колданады. Олар үшін сұйықтық және буға рұқсат
етілген жүктемелері салыстырмалы түрде үлкен емес, бірақ олардың
жұмысын реттеу қиыншылық тудырады.
Сұғындырмалы колонналарда сұйықтық қабықша түрінде (1.1в сурет)
сұғындырма бетімен немесе тік орналасқан құбырлардың ішкі немесе сыртқы
бетімен ағады. Бұл колонналардың артықшылығы - гидравликалық кедергінің
төмен болуы.
Мұнай ректификаттаудың технологиялық процессі:
Технологиялық процесс сұлбасы 1.2 суретте көрсетілген. Қыздырылған
тұзсыз және ылғалсыз мұнай ағыны ректификаттау колоннасына ағып түседі.
Бұл жерде ректификаттау процессі өтеді, бұл - жылу және масса алмасу
арқылы қайнау температурасы әр түрлі сұйықтықтарды бір бірінен ажырату
процессі. Ажырату - бу мен сұйықтықты бір біріне көп рет әсерлестіру
арқылы жүзеге асады. Колоннада әр табақша арқылы керітокпен 2ағын өтеді:
- сұйықтық - флегма, жоғары орналасқан табақшадан төменгі табақшаға
ағады;
- төменгі табақшадан жоғарғы табақшаға көтерілетін бу ағыны.
Табақшаға келіп түскен бу мен сұйықтық тепе теңдік күйде болмайды,
бірақ сол күйге ұмтылады. Жоғары табақшадағы сұйықтық температурасы
жоғары алаңға келген кезде оның құрамындағы төмен қайнайтын
компоненттердің белгілі мөлшері буға айналады, сол себепті сұйықтық
құрамында оның концентрациясы төмендейді.
15
Төменгі табақшадан келетін бу ағыны температурасы төмен алаңға
келген кезде жоғары қайнайтын өнімнің бір бөлігі конденсацияланады,
сұйықтыққа айналады.
1 - жылуалмастырғыш, 2 - дефлегматор, 3 - температура датчиктері, 4 -
ректификаттау колоннасы, 5 - шығарылмалы қыздырғыш
1.2 сурет - Технологиялық процесс сұлбасы
Бу құрамындағы компонент концентрациясы төмендейді, ал төмен
қайнайтын компоненттікі жоғарылайды. Бу және сұйықтықтың фракциондық
құрамы колонна биіктігі бойынша үздіксіз өзгеріп отырады. Ректификаттау
колоннасының шикізат енгізу орнынан жоғары орналасқан бөлігі
концентрациялау, ал енгізуден төмен орналасқан бөлігі - айдау бөлігі деп
аталады.
Концентрациялау бөлігінің жоғары жағынан бу фазасында қажетті
тазалықта тұтас өнім - ректификат алынады, ал төменгі табақшадан жеткілікті
мөлшерде төмен қайнайтын компоненттері бар сұйықтық алынады. Айдау
бөлігінде осы сұйықтықтан жеңіл қайнайтын фракцияларды буландыру
процессі өтеді, ал колоннаның төменгі жағынан жоғары қайнайтын өнім -
текше қалдық шығарылады.
Колоннаның жоғары бөлігінен көмірсутек газдар қоспасы, бензин және
су булары ауа суытқыш конденсаторлаға жіберіледі. Бұл жерде ауа арқылы
16
35oС дейін суыту арқылы булар конденсацияланады. Конденсат суландыру
бөліміне келіп түседі. Бұл жерде конденсат суытылады және су мен бензинға
бөлінеді. Су сыртқа шығарылу арқылы құрылғыдан шығарылады.
Бензин суландыру бөлімінен сорғыларға келіп түседі. Бензиннің бір
бөлігі осы сорғылар арқылы өткір суландыру ретінде колоннаның жоғары
бөлігіне жіберіледі. Бензиннің қалған бөлігі орнықты температурамен клапан
арқылы құрылғыдан дайын өнім ретінде шығарылады.
Колонна ішінде және сыйымдылықта қысым рұқсат етілген максимал
мәннен асып кетпеуін алдын алу үшін қолмен басқарылатын клапандар
орнатылған.
Алдын ала жылуалмастырғышта қызыдырудан өткен дайын бензин
колоннаның төменгі жағынан сорғылар арқылы ары қарай өңделуге
жіберіледі.
Қосымша ретінде артық мұнайды авариялық жағдайда шикізат паркіне
кері айдау мүмкіншілігі қарастырылған.
1.3
Ректификация процесін басқару ерекшеліктері
Колоннадағы температура және қысым секілді
параметрлер
ректификация процесін дұрыс жүргізүді және экономикалық көрсеткіштерді
тиімді етуді қамтамасыз етеді.
Ректификаттау колонналарының тиімді жұмыс істеуі өңделетін шикізат
түріне, эксплутация режиміне, жұмыс істеу шарттарына, автоматизациялау
жүйесінің жұмысына, колонна және табақшалар монтажының сапасына өте
тәуелді. Өндірістік біртипті құрылғы колонналардың тиімділігі жайлы
практикалық деректер әр түрлі болып келеді. Бірақ, бұл көрсеткіштер
жобалауда колоннаның жұмыс істеу мінездемесін таңдауға, бастапқы басқару
жүйесінің ретеуіш коэффициенттерін алуға мүмкіншілік береді.
Қарапайым ректификаттау колонна құрамында бір шикізат ағыны, екі
өнім ағыны, бір жылу алғыш және бір жылу түсіргіш аппарат соңында бар.
ТҚК және ЖҚК байытылған қоспаны екі фракцияға берілген мөлшерде
немесе құрамында белгіленген мөлшерде тұтас компоненттерді
ректификаттау үшін толық ректификаттау колоннасының технологиялық
сұлбасы қолданылады. Бұл аппаратта шикізат колонна ортасы - қорек
табақшасына беріледі. ТҚК немесе фракцияларға байытылған дистиллят
жоғарыдан алынады, ал ЖҚК байытылған қалдық колоннаның төменгі
жағынан алынады. Шикізат енгізу бөлігінен жоғары орналасқан секция -
концентрациялы немесе бекітуші, ал шикізат енгізу бөлігінен төмен
орналасқан секция - айдау немесе тауысушы деп аталады.
Бірнеше өнім алуға арналған (аралық) ректификаттау колонналарына
материалды және жылу ағынымен байланысқан колонналар тобын жатқызуға
болады. Жеке колонналардың бір бірімен байланысу тәсілдерін (құрылғының
технологиялық сұлбасын таңдау) технико - экономикалық есептеулер арқылы
және алынатын өнімнің жылулық тұрақтылығы мен хладагенттің, жылу
тасымалдағыштардың сәйкес мөлшері болуы анықтайды.
17
Үздіксіз жұмыс істейтін үлкен өндіріс орындарындағы құрылғылар үшін
жылулық сұлбаны дұрыс таңдау жылулық баланс негізінде шешіледі және
салмақты экономикалық маңызды болып табылады.
Бақылауға келесі параметрлер жатады: бастапқы қоспа шығыны,
дистиллят, флегма, текше қалдығы, жылу- және хладотасымалдағыштар,
соңғы өнімнің құрамы мен температурасы, бастапқы қоспа температурасы,
колонна деңгейі бойынша температура профилі, колонна текше деңгейі,
колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің қысымы, қосымша осы
қысымдардың құлдырауы.
Жоғарыда аталған параметрлердің колонна жұмысына әсерін
қарастытрайық. Бастапқы қоспа колоннаға жеткіліксіз мөлшерде енгізіледі
деп тұжырымдайық. Бұл дистилляттағы ТҚК мөлшерін көбеюіне алып келеді
және сол себепті колонна өнімділігі төмендейді. Кері жағдайда, бастапқы
қоспа мөлшері артық болса, ТҚК буландыруға қажет жылу жетіспей колонна
құрамында ЖҚК мөлшері көбейіп кетеді және алынатын өнім сапасы
төмендейді.
Сол себепті, колонна экономды түрде жұмыс жасап және таза өнім беруі
үшін колонна жүктемесін тұрақтандыру қажет. Берілген жағдайда бұл мүмкін
емес, себебі, бастапқы шығын мөлшері алдыңғы процесс жүрісіне
байланысты, сол себепті жүктеме өзгерісін қатты кедергі әсер ретінде
қарастыру қажет.
Бастапқы қоспа құрамын өзгерту колонна жұмысына кері әсер етеді,
себебі бастапқы қоспа құрамында ЖҚК мөлшерін азайту ТҚК буландыруға
қажет жылу мөлшерін азайтуға алып келеді. Колоннадағы температура
жоғарылайды, ал колоннаға тапсырылған өнімділік мөлшері бұзылады. Кері
жағдайда, бастапқы қоспа құрамында ЖҚК мөлшері жоғарыласа, алынатын
өнім сапасы нашарлайды. Бастапқы қоспа құрамының жиі және бірталай
ауытқулары процессті реттеуді қиындатады, себебі бастапқы қоспа құрамы
тұрақтылыққа жатпайды, осыны автоматтандырудың принципиалды амалын
таңдағанда есепке алу қажет.
Ректификация процессінде бастапқы қоспа температурасы өте маңызды
болып табылады. Егер қоспа колоннаға қайнау температурасынан төмен
температурада келіп түссе, оны колоннаның төменгі жағынан келетін булар
арқылы қыздырылу керек. Осы жағдайды бу конденсациясы жоғарылайды,
ректификация процесс режимі бұзылады. Сол себепті, бастапқы қоспа
температурасын жылутасымалдағыш шығынын өзгерту арқылы
тұрақтандырылады. Осылайша бір әсердің саны азаяды.
Колонна ішіндегі бу жылдамдығы қатты қыздырылған бу шығынына
байланысты, ол өз кезегінде процесс интенсивтілігін және үнемділігін
анықтайды. Бу жылдамдығы жоғарыласа - көбік пен шашырау қабаттары да
көбейеді, осыған орай компоненттер бөлінуі интенсивті түрде өтеді. Басқа
жағынан, бу жылдамдығын жоғарылату колоннада қақалу құбылысына
алып келуі мүмкін, бұл жағдайда бу ағыны сұйықтықтың табақшалар
18
бойымен ағуына кедергі тудырады. Үздіксіз жүктеме арқылы бу беруді
тұрақтандыруға болады. Колоннаны айнымалы жүктегенде ол өзгеріске
байланысты өзгеріп отыруы қажет.
Шығарылмалы қайнатқыш пен колонна жақсы жұмыс істеуін және
материалдық балансты ұстап тұруды қамтамасыз ету үшін колонна ішіндегі
деңгейді тұрақтандыру қажет, себебі бастапқы қоспа құрамы мен шығынын
өзгерткенде олда өзгеріске ұшырауы мүмкін.
Колоннаға флегма берілісіне дистиллят тазалығы байланысты. Флегма
берілісін көбейту біршетінен колоннаның текше сұйықтық бойынша
өнімділігін жоғарылатады, бірақ, басқа бір жағынан, артық флегманы
буландыруға кететін жылу шығынын арттырады, яғни процесс үнемділігін
төмендетеді.
Булық және сұйықтықтық фазалар құрамы әр табақшада температура
мен қысымға тәуелді. Егер қысым тұрақтандырылса - температура мен құрам
арасындағы байланыс бір мәнді болады. Сол себепті алынатын құрам
ағындары жайлы жылдам ақпараттар алуды температура арқылы қадағалауға
болады. Бақылау колонна шығысындағы ағындарға температура датчигін
жақын орналастыру арқылы жүзеге асады, ал өнім құрамын бақылау
құрылғылары температура өлшеуіштерді периодты түрде түзетіп отыруға
қызмет етеді.
Колоннада қысымды тұрақтандыру мүмкіншілігін қарастырайық.
Қысым өзгерісін тудыратын фактор: бастапқы қоспа мөлшері мен құрамының,
флегма мөлшерінің тербелісі. Колоннаның жоғарғы бөлігінде қысымды
тұрақтандыру берілген тұтас өнім құрамын ұстап тұру үшін ғана емес,
қосымша, колоннаның гидродинамикалық режимін дұрыс жүруін қамтамасыз
ету үшін қажет, себебі қысым түсіп кеткен жағдайда колонна қақалуы
мүмкін, ал қысым өсіп кеткен жағдайда бу ағынының жылдамдығы
төмендейді, бұл өз кезегінде құрылғының өнімділігіне кедергі болады. Текше
ішіндегі бу қысымын тұрақтандыру қажет емес, себебі ректификация
колоннасы осы параметр бойынша жақсы енігзілген өзін реттеу қасиеттеріне
ие, ал қысымды колоннаның бекітілген бөлігінде реттеген кезде текше
ішіндегі қысым бірнеше минуттан соң білгілі мәнге ие болады (колоннаның
жоғарғы бөлігінен сәл жоғары). Егер қысым тұрақталған болса, текше қалдық
құрамы тек температураға тәуелді болады.
Колоннадағы температураның ректификация процессінің сапасына
әсерін қарастырайық. Колонна текшесінде температура төмендеген жағдайда
текше қалдығының булану интенсивтілігі төмендейді, біріншіден текшедегі
қысым құлайды, сосын жоғарғы бөлікте төмендейді. Қысым реттеуіш
хладагенттің дефлегматорға келуіне кедергі түсіреді, сол себепті колоннадан
бу алу төмендейді. ТҚК бір бөлігі колонна текшесіне келіп түсу салдарынан
алынатын өнім сапасы нашарлайды. Колоннада температура жоғарылауы
дистиллят құрамында ЖҚК мөлшерін көбейтеді, осыдан колонна өнімділігі
төмендейді. Тұрақты қысымда колонна температурасы бастапқы қоспа
19
параметрлеріне, қайнатқышқа берілетін флегма және бу мөлшеріне тәуелді.
Реттеуші параметр ретінде температураны таңдаған жағдайда колоннаның көп
сыйымдылықты өзара байланысқан параметрлі объект екенін есепке алу
керек.
Өзгеше рөлді физико - химиялық айнымалыларды реттеуге беру керек.
Мұндай айнымалыларға жататындар: өнім буы мен эталонды сұйықтықтың
парциалды қысым айырмалары, тығыздық, тұтану температурасы, өнім мен
эталонды сұйықтықтың қайнау температурасының айырымы, қайнау басы мен
аяғы. Шығысы эталонды сұйықтық пен өнім параметрлері айырымына
пропроционал сигналға ие болатын құрылғылар айрықша таңдалынады, себебі
олардың шығысын реттеуіш сұлбаларында қолдануға болады.
1.4
Автоматтандырудың техникалық тәсілдерін бағдарламалық
жабдықтау анализі
Ақпарат құралдарының тез дамуына байланысты бағдарламалау
тәсілдері мен бағдарламалау жабдықтарына көбірек көңіл бөлген жөн. Ең кең
тараған SCADA-жүйелер (Supervisory Control And Data Acquisition). Бұл жүйе
технологиялық объекттерді модельдеуге және сан алуан жұмыс режимдерін
зерттеуге мүмкіндік береді.
Қазіргі әлемде автоматтандыру жүйелерінің негізгі ерекшелігі -
барлық жүйелердің интеграциялау дәрежесінің жоғары болуы. Олардың кез
келгеніне басқару объектілері, орындаушы механизмдер, ақпаратты тіркейтін
және өңдейтін апараттар, оператор жұмыс орындары, деректер қоры сервері
енеді. SCADA - жүйе стандартты байланыс аймақтарында (ARCNET,
ETHERNET) стандартты протоколдарды (NETBIOS, TCPIP) қолдану арқылы
жұмыс істеуді қамтамасыз ету керек, қосымша индустриялық интерфейс
классына (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS)
жататын танымал
байланыс стандарттар жабдықтарымен жұмыс жасай білуі қажет, олар өз
кезегінде клиент-сервер архитектурасына негізделген. Барлық өнеркәсіптік
басқару және бақылау жүйелері MODBUS-байланыстармен жұмыс істеуге
арналған бағдарламалық драйверларға ие.
Ақпараттық тығыздылыққа және басқару объектісінің күрделілігіне
байланысты SCADA-жүйелер технологиялық процессті автоматтандырылған
басқару жүйесінің қажетті бөлігі болуы шарт емес. Мұндай жүйелер
технологиялық (өндіріс, энергия өндіру, қайта өңдеу), инфраструктуралық
(энергияны тарату), қосымша процесстер (микроклиматты басқару) үшін
қолданылады. SCADA - басқарылатын объект жайлы ақпаратты жинауға,
өңдеуге, көрсетуге және архивтеуге арналған өндірістік компьютерге
орнатылған бағдарламалық жабдық. Бұл бағдарлама құрамында адам-машина
интерфейсі (Human-Machine Interface), диспетчерлік жүйе, датчиктерге
жалғанған объектпен байланысу және датчиктен келген сингалды цифрлік
кодқа түрлендіру құралдар, бағдарламалатын логикалық контроллер.
Қазіргі таңда SCADA-жүйелерді жасау инструменттер түрі көп (1.1
кесте), мысалы TRACE MODE, CoDeSys, IsaGRAF, MULTIPROG wt,
20
OpenPCS, SoftCONTROL, iCon-L, SIMATIC WinCC. Осылардың бірнешесін
қысқаша қарастырайық.
1.1 к е с т е - SCADA-жүйелер
ISaGRAF
-
бағдарламаланатын логикалық контроллерлерге
қолданбалы бағдарламаларды жасау үшін арналған құрал, локальды немесе
таратылған басқару жүйесін орнатуға мүмкіншілік береді. Технология негізі -
үстеме жасау ортамы (ISaGRAF Workbench) және әр түрлі апаратты-
бағдарламалы платформаларға бейімделетін орындаушы жүйе (ISaGRAF
Runtime). Қазіргі уақытта ICS Triplex ISaGRAF компаниясы тарапынан
ISaGRAF өндіріледі және таратылады.
SIMATIC WinCC (Windows Control Center) - адам-машина интерфейс
жүйесі, Siemens AG компаниясының SIMATIC автоматтандыру жүйелер
отбасының бір бөлігі. Microsoft Windows NT операционды жүйелер отбасы
басқаруымен жұмыс істейді.
TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal)
- бағдарламалық
жабдықты әзірлеудің интегралды ортамы, технологиялық процесстерді
жетектер мен контроллерлер деңгейінен адам - машина интерфейсіне дейін
автоматтандыру жүйесі. Комплектсі автоматтандыру концепциясы болып
21 SCADA-жүйе
Дайындаушы фирма
Мемлекет
Factory Link
United States DATA
АҚШ
InTouch
Wonderware
АҚШ
Genesis
Iconics
АҚШ
Genie
Advantech
АҚШ
RealFlex
BJ Software Systems
АҚШ
FIX
Intellution
АҚШ
Simplicity
GE Fanuc Automation
АҚШ
RSView-32
Rockwell Software
АҚШ
WinCC; ProTool; TIA Portal
Siemens
Германия
VipWin
Festo
Германия
IGSS
Seven-Technologies
Дания
Sitex
Jade Software
Ұлыбритания
Trace Mode
AdAstra Research
Ресей
Image
Техно-линк
Ресей
Круг-2000
НПФ Круг
Ресей
Owen Process Manager
ПО Овен
Ресей
VTS Next Step;
Master-SCADA
InSAT Company
Ресей
табылады
(ағылш. Totally Integrated Automation)
және
Siemens AG
компаниясының Simatic автоматтандыру жүйесі отбасының эволюциялық
даму нәтижесі.
2011 жылғы күйіне қарасақ TIA Portal- ға үш негізгі бағдарламалық
жабдық интегралданған:
- S7-1200, S7-300, S7-400 контроллерлерін және WinAC бағдарламалауға
арналған Simatic Step 7 v.11;
- Адам-машина интерфейсін
(қарапайым батырмалы пернелерден
күрделі конфигурациялы SCADA деңгейлеріне дейін) құрастыруға арналған
Simativ WinCC v.11;
- Sinamics жетектерін параметрлеу, бағдарламалау және диагностика
жасауға арналған Sinamics StartDrive v.11;
TIA Portal - Siemens компаниясының 1990 жылдардан бері дамытып
келе жатқан 100 мыңнан аса өнімнен тұратын интеллектуалды ядро. IEC
61131-3 (International Electrotechnical Commission, ХЭК) тіл стандарттына
жататын бес тіл құрамында бар : IL - нұсқаулар тілі , ST - құрылымдық мәтін ,
LD - релелік диаграмма тілі , FBD - функционалды блок тілі , SFC -
тізбектелген функционалды сұлбалар тілі.
TIA Portal құрастыратын автоматтандыру жүйесінің масштабы кез
келген болуы мүмкін, автономды жұмыс жасайтын басқарушы контроллер
мен адам- машина интерфейсінен бастап, бір бірімен локальды байланыс,
интранетинтернет, RS-232485 негізінде тізбектелген шиналар секілді
коммуникация арқылы бір бірімен ақпарат алмасатын, құрамында ондаған
контроллер мен адам - машина интерфейсі бар аумақты таратылған басқару
жүйесіне дейін болуы мүмкін. Адам - машина интерфейсі және
контроллерлердің бағдарламалу жабығының динамикалық мінездемесі мен
сенімділігі жасалған жүйені келесі өндірістерде қолдануға мүмкіншілік
береді: мұнайхимиясы, металлургия, энергетика, коммуналды шаруашылық,
ас өнеркәсібі, транспорт және ғылыми зерттеулер өткізу жұмыстары.
Қорытынды, әр нақты есепті шешу үшін есептің өзінің архитектуралық
жүйесін жобалау керек, нақты құрал жабдықтарды қойылған есепке
байланысты таңдау қажет, SCADA- жүйені құрастыру керек. Бағдарламалық
жабдықтарды зерттей келе TIA Portal интегралды бағдарламалау ортамын
дипломдық жобаға қойылған есептерді шешу мақсатымен таңдалынды.
1.4 Есептің қойылымы
1. Ректификация колоннасында мұнай ректификация процесімен
таныысу;
2. Автоматтандыру функционалды сұлбасын зерттеу;
3. Өлшеуіш аспаптар мен орындаушы механизмдерді сипаттау;
4. Реттеу контурын таңдау;
5. Реттеу контурын құру және беріліс функциямен бейнелеу, белгісіз
коэффициенттерін анықтау;
22
6. Ректификаттау колоннасының параметрлерін реттеу және басқару
алгоритмін құрастыру;
7. Программаланатын логикалық контроллерге параметрлерді реттеу
және басқару программасын программасын жазу;
8. Адам-машина интерфейсін жасау;
9. Техника экономикалық есептеулерді жүргізу;
10. Өмір тіршілік қауіпсіздік бөліміне қойылған есептерді шешу.
1.5 Автоматтандыру объектісін сипаттау
Тапсырылған тұтас өнімнің құрамын сақтап тұру және энергия
ресурстарын үнемді қолдану ректификация қондырғысына қойылатын
алғашқы өндірістік талап болып табылады. Технологиялық өзгешелігіне
байланысты тұтас өнім ретінде дистиллят немесе текше қалдығы болуы
мүмкін.
Ректификация процесінің типтік функционалдық сұлбасы 1.3 суретте
көрсетілген.
1.3 сурет - Ректификациялау қондырғысының функционалды сұлбасы
23
Сұлбада келесі реттеу контурлары көрсетілген:
1. Азықтандыратын қоспа шығыны азықтандыратын қоспа реттеуіші -
мембраналы шұраның 1 өзіне дейін тәсілі арқылы және шығын датчигі 3
арқылы тұрақтандырылып отырады.
2. Колоннаның жоғары бөлігінде қысым суытқыш суды бұрмалау
сызығында орналасқан шұра 1 және конденсатордағы будың толық
конденсациясына қарайтын қысым датчигі 2 арқылы тұрақтандырылады.
3. Колонна ішіндегі температура датчик 1 арқылы бақыланады,
колоннаға флегма берілуін мембраналы шұрамен өзгерту арқылы реттеледі.
4. Колонна текшесіндегі температура суытқыш суды бұрмалау
сызығында орналасқан шұра 1 және температура датчигі 1 арқылы
тұрақтандырылады.
5. Колонна ішіндегі текше қалдық деңгейі мембраналы шұра 1 және
деңгей датчигі 8 арқылы реттеледі.
Осындай реттеу қондырғыдан максимал мүмкін дистиллят алуды
қамтамасыз етпейді, бірақ тұрақты флегма шығынында колонна қысымын
тұрақтандыру жеңілдетіледі және процесті будың максимал жылдамдығында
жүргізуге болады.
Колонна жоғары бөлік температурасын каскадты АРЖ 1.4 суретте және
қоректендіру шығынын статикалық компенсация әсері арқылы ректификация
қондырғысын автоматты басқару жүйесі 1.5 суретте көрсетілген.
1 - Колонна жоғары бөлігінде температураны реттеуші, 1a -
дифференциатор, 2 - қорек температурасын реттеуші, 3,4 - деңгей реттеуші, 5
- қысым реттеуші, 6 - қатынас реттеуші
1.4 сурет - Колонна жоғары бөлігінің температурасын каскадты АРЖ-і
24
1, 6 - шығын реттуші, 2 - температура реттеуші, 3, 4 - деңгей реттеуші,
5 - қысым реттеуші, 7 - есептеуші құрылғы
1.5 сурет - Қорек шығыны бойынша әсерді компенсациялау автоматтандыру
жүйесі
Хладотасымалдағыштың шығынын өзгерту арқылы қысымды
реттеудің типтік тәсілі үлкен кешігулермен байланысты, сол себепті қысымды
реттеудің басқа амалдарын қолдану керек, мысалы, сепаратордан
дефлегматордың конденсацияланбайтын компоненттерін шығару арқылы
қысымды реттеу.
Колоннаның жоғары бөлігінен шығатын бу құрамында
дефлегматордың конденсацияланбайтын компоненттері болса, сепаратордан
осы компоненттерді шығару арқылы қысымды реттеу сұлбасы (1.5 сурет)
қолданылады.
25
1 - колонна, 2 - дефлегматор, 3 - сыйымдылық
1.5 сурет - Колонна жоғары бөлігінде қысымды реттеу сұлбасы
Сепаратор ретінде әжептеуір әсер болған кезде дистиллят құрамын
тұрақтандыру үшін қажет флегма қорын қамтамасыз ететін сыйымдылықты
қолдануға болады. Сыйымдылықта материалдық баланс сақтап тұру үшін
дистиллят шығынын өзгерту арқылы деңгейді реттеу қажет. Деңгейді
тұрақтандыру флегма сызығында орналасқан клапан алдында
гидростатикалық қысымды тұрақты мәнін қамтамасыз етеді, яғни құрамды
реттеу сапасы жоғарылайды.
Қосымша реттеу контурларын енгізу арқылы процесті басқару сапасын
жақсартуға болады. Соңғы өнімдердің құрамын реттеген кезде әрқашан көп
контурлы реттеу қолданылады, бұл басқару сапасының критериялары
көптеген параметрлерге байланысты екенін көрсетеді.
Ректификация процесі химия технологиясында ең қиын процестердің
бірі болып саналады. Сол себепті қарапайым реттеуіштерді қолдану
өнімділікті аса жоғарылатпайды. Экстремалды реттеуіштер мен басқарушы
есептегіш машиналарды қолдану қажеттіліг туындайды.
Ректификация процесін басқару кезінде келесі есептер қойылады:
максимал мүмкін таза өнімдер алу, колонна өнімділігін максимумға жеткізу
және с.с.
1.6 суретте функционалды сұлбасы көрсетілген құрылғы ректификация
процесінің инерциондығын есепке алу және компенсациялау арқылы
ректификация колоннасының жұмыс эффективтілігін жоғарылату есебін
шешуге мүмкіндік береді.
26
1.6 сурет - Ректификация процесін басқару құрылғысының функционалды
сұлбасы
Құрылғы құрамында ректификация колоннасы 1, температура дтчиктері
2, колонна төменгі бөлігінінің температурасын реттеу блогы 3, жылу
алмастырғыш 4, хромотограф 5, колонна төмен бөлігінің температурасын
реттегіш 6, қатты қыздырылған бу шығынын реттегіш 7, колонна жоғары
бөлігінің температурасын реттейтін блок 8, дефлегматор 9, хромотограф 10,
жоғары бөліктің температурасы реттегіш 11 және хладагент шығынын
реттегіш 12, жылу алмастырғыш 13, ректификация колоннасының эффективті
жұмысының ағымдағы мәнін идентификациялайтын блок 14, қорек сұйықтық
температурасын реттегіш блок 15 және қыздырушы бу шығынын реттегіш 16.
Құрылғы келесі түрде жұмыс атқарады. Температура датчиктерінен 2
ақпарат үздіксіз текше және жоғарғы (блок 10) температурасын реттегішке
(блок 5) келеді, тағы ректификация колоннасының эффективті жұмысының
ағымдағы мәнін идентификациялайтын блоктың 14 кірісіне келеді. Блок 14
Tмi
температураның модель профилінің ауытқуының квадрат мәнінің
минимал мәнінің квадратын колонна биіктігі бойынша өлшенген Tэi
қатынасын есептейді (1.1):
27
,
(1.1)
мұндағы N - колонна биіктігі бойынша орнатылған температура датчиктері
саны;
Тэi(t)
-
басқару объектісінде өлшенген
i-ші табақшаның
температурасының ағымдық мәні;
Тмi(t) - i-ші табақшаның температурасының ағымдық мәні.
Эффективтілік критериі (1.1) бойынша колоннаны үйлесімді басқару
қорек беруші табақша температурасын жорамалдаумен тығыз байланысты.
Бұл тек реалды уақыт режимінде жұмыс істейтін математикалық модельдің
болған жағдайда ғана мүмкін.
Температура профилі колонна биіктігі бойынша үш басқарушы әсермен
тіркеледі: жылу алмастырғышқа 4 келіп түсетін қыздырылған бу шығыны,
дефлегматорға 4 берілетін хладагент шығыны, жылу алмастырғыш 13 арқылы
өтетін жылытқыш бу шығыны. Қыздырылған бу және хладагент шығыны
бастапқы
(төменгінің температурасы)
және соңғы
(жоғарғының
температурасы) температуралық профильдерінің мәндерін колонна биіктігі
бойынша анықтайды.
Математикалық модель бойынша жорамалданатын температуралық
профиль әр табақшадағы математикалық күтімдер тәжірибиелік қорлардың
жиналу барысында тіркелген, ал өлшенген профиль өз орналасуын уақыт
өтүімен өзгертеді.
Идентификация периодының барлық мерзімінде блок 3 арқылы
төменгінің температурасы тіркелуі керек, ал жоғарғының температурасы блок
8 және корек табақшасының температурасы блок 15 арқылы тіркеледі. Шеткі
нүктелердің температуралық профилін реттеу жүйесі каскадты болып келеді.
Осылайша, процесстің инерциондығын заманауи бағдарламалы-
апаратты реттеу тәсілдерімен компенсациялау нәтижесінде, идентификация
блогын микропроцессорлық техникаларды қолдану арқылы реализациялаған
кезде қойылған есеп шешіледі - ректификация колоннасының эффективті
жұмыс істеуін жоғарылату.
1.6 Басқару жүйесінің элементтерін математикалық бейнелеу
Қарастырылып
жатқан ректификаттау колоннасындағы сұйықтық
деңгейі мен жоғары бөлігінің қысымын тапсырылған деңгейде ұстап тұру
басқару процесінің есебі болып табылады.
1.7
суретте ректификаттау колоннасының кіріс және шығыс
параметрлерінің байланысы көрсетілген. Мұнда келесі параметрлердің
векторлары көрсетілген: X - шығын, Y - температура, Z - концентрация, P -
қысым, H - сұйықтық деңгейі.
28
1.7 сурет - Кіріс-шығыс параметрлерінің байланыс сұлбасы
Технологиялық процесс анализі көрсеткендей реттеудің негізгі
каналдары: X1(t) қыздырылған бу шығыны - Y1(t) колонна температурасы;
X1(t) қыздырылған бу шығыны - Z6(t) текше қалдық концентрациясы; X1(t)
қыздырылған бу шығыны - P2(t) текше ішіндегі қысым; X5(t)
флегма
шығыны - Z5(t) дистиллят шығыны; X2(t) дефлегматорға хладагент шығыны -
Y8(t) колонна жоғары бөлігінің және Y11(t) флегма температурасы; X2(t)
дефлегматорға хладагент шығыны - P1(t) колонна жоғары бөлігінің қысымы;
X2(t) дефлегматорға хладагент шығыны - Z10(t) флегма концентрациясы; X7(t)
текше қалдығының шығыны - H(t) колонна ішіндегі сұйықтық деңгейі; Z6(t)
текше қалдығының концентрациясы
-
Y1(t)
колонна текшесіндегі
температура; Z5(t) дистиллят концентрациясы - Y8(t) колонна жоғары
бөлігінің температурасы.
Дипломдық жобада реттеу каналы ретінде X2(t) дефлегматорға
хладагент шығыны - P1(t) колонна жоғары бөлігінің қысымы каналы
таңдалынды. Себебі колонна жоғары бөлігінің қысымын реттеу жүйесі
құрылған жағдайда алынатын өнім сапасы жоғарылайды. Бұл колоннаның
пайдалы әсер коэффициентін жоғарылатады.
29
2 Арнайы бөлім
2.1 Өлшеу құралдары мен орындаушы механизмдерді сипаттау
Колонна жоғары бөлігінде қысымды өлшеу үшін ішкі өлшегіш
қорапшасы бар қысым түрлендіргіш CERTEC VEGABAR 52 қолданылады
(2.1 сурет).
2.1 сурет - VEGABAR 52 қысым датчигі
Қолданылу аймағы: VEGABAR 52 мұнай, газ, химия, фармацевтика
секілді өндіріс орындарында резервуардағы газ, сұйықтық, будың қысымын
өлшеуге арналған.
Артықшылықтары:
- Нақты өлшеу қабілеті жоғары;
- Аса ауыр жүктемелерге және вакуумге төзімді;
- Майсыз керамикалық сыйымдылықты сезімтал элемент.
Техникалық ақпарат:
- Өлшеу диапазоны - 0,005...60,0 МПа;
- Қателігі, % +0,1; +0,15; +0,2; +0,5;
- Температурасы -40 oC...150 oC ортада жұмыс істеуге жарамды;
- 4...20 мАHART, PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS.
Датчиктің қондырғыға орналасуы 2.2 суретте көрсетілген.
30
2.2 сурет - Датчиктің орналасуы
Колонна ішіндегі сұйықтық деңгейін өлшеу үшін деңгей өлшегіш
VEGAFLEX 61 қолданамыз (2.3 сурет ) . Деңгей өлшегіш VEGAFLEX 61
деңгейді үздіксіз өлшеуге арналған. VEGAFLEX 61 кез келген сұйықтықтың
деңгейін өлшеуге арналған. Бу, көбік, жабысқақ , конденсация жағдай болған
кезде де өте ңақты өлшемдер береді. Сұйықтықтардың фаза аралық деңгейін
өлшеудің экономикалық тиімділігін арттырады.
2.3 сурет - VEGAFLEX 61 деңгей датчигі
Техникалық ақпарат:
- Өлшеу қателігі: +- 2 мм;
- Процесс температурасы: -40...200 oС;
31
- Процесс қысымы: -100...40000 кПа;
- 4...20 мАHART, PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS.
Қондырғыда орналасуы 2.8 суретте көрсетілген.
2.4 сурет - Датчиктің қондырғыда орналасуы
Тез жабылатын және пневматикалық реттейтін, газдарға арналған
клапан Samson 241-7-газ қолданылады (2.5 сурет).
2.5 сурет - Samson 241-7- газ реттеуші клапаны
Техникалық ақпарат:
- Температуралық диапазон: -196...+427 oС;
- Үйлесімді қысым: ANSI Class 125-тен 300-ге дейін;
- Клапан кеудесі коррозияға тұрақты болатты литьядан жасалады.
Басқарушы клапандарды әр түрлі перифириялық жабдықтармен
қамтамасыз етуге болады
32
2.2 Басқару жүйесінің деңгейлері
2.2.1 Басқару жүйесінің төменгі деңгейі келесі мүмкіншіліктерді береді:
- Орналасқан датчиктерден ақпарат жинау;
- Процесс параметрлерін әр уақыт үшін қадағалау және орнатылған
мәнді ұстап тұру;
- Объект жайлы ақпаратты өңдеу және АРМ - ға тасымалдау, АРМ
ақпаратты алу және басқарушы әсерді құрастыру;
- Техпроцессті автоматты басқару, негізгі жабдық істен шыққанда
автоматты түрде қосалқы жабдықты іске қосу;
Басқару АРМ операторы орналасқан орталық басқару пунктінен (ОБП)
іске асырылады.
Бақылау жүйесінің сенімділігіне жоғары сұранысты және апатты
жағдайларға төзімділік қасиетін ескере отырып Siemens фирмасының Simatic
S7 - 300 типті контроллері таңдалынды.
Siemens фмрмасының Simatic S7 - 300 контроллерлері өте мықты
есептегіш құралы болып табылады және кез келген қиын есептеулерді
жүргізуге мүмкіншілік береді.
Контроллер датчиктерден үздіксіз сұраныс жасайды және модульдер
диагностикасын қамтамасыз етеді.
2.6 сурет - Контроллер S7 - 300
Эсплуатациондық мінездемесі:
33
- Қоршаған орта температурасы 1-50 градус;
- 30 градуста салыстырмалы ауа ылғалдылығы 90% аспайды;
- Ауа қысымы 750 мм сынап бағанасы;
- Қызмет көрсету түрі - периодты;
- Жұмыс тәртібі - тәулік бойы.
Контроллердің техникалық мінездемесі орнатылған модульдерге
байланысты. Контроллер мен басқарудың төменгі құрылымы арасындағы
байланысты таратылған кіріс - шығыс ET200M және PROFIBUS - DP желісі
арқылы іске асады.
Контроллер құрамына келесілер кіреді:
- Каркас;
- Орталық процессор CPU 313;
- Қорек көзі PS - 307;
- Коммуникациондық процессор CP 343 - 1.
Орталық процессор ретінде CPU 313 қолданылады. CPU қолданушы
программасын орындайды. Модульдердің арт жағында орналасқан S7 - 300
шинасына 5B кернеу береді.
CPU 313 келесі қасиеттермен ерекшеленеді:
- Master - құрылғы DP (DP - Master) ретінде қолданылады немесе Slave -
құрылғы (DP - Slave);
- 48 кбайттық жұмыстық жады;
- 80 кбайт орнатылған жүктемелі жады RAM; жады платасы арқылы 16
кбайттан 512 кбайтқа дейін кеңейтуге мүмкіншілік бар.
-
2.7 сурет - CPU 313 элементтері
34
Қорек көзі ретінде PS - 307 таңдалынды. S7 - 300 қоректендіру үшін
желі кернеуін ( AC 120230 B) жұмыстық кернеу DC 24 - ке түрлендіреді және
DC 24 тізбек жүктемелерін тоқпен қамтамассыздандыру үшін қолданылады.
Қорек көзі PS 307; 10 А келесі ерекше сипаттамалары бар:
- Шығыс ток 10 A;
- Шығыс кернеу 24 B, қысқа тұйықталудан және үзілістен тізбекті
қорғау;
- Бір фазалық айнымалы токка қосу (кіріс кернеу 120230 B, 5060 Гц);
- EN 60 950 байланысты сенімді электрлік изоляциялау;
- Жүктемелерге қорек көзі ретінде қолданылады.
Техникалық сипаттамалары 2.1 - кестесінде көрсетілген.
2.1 к е с т е - Қорек көзі PS - 307
Кірістік аналогты модульдері сигналдарды алғаш фильтрациялауға
мүмкіндік береді, бақылау және басқару жүйесіне жіберілетін ақпараттың
35 Көлемі және салмағы
Көлемі Е х Б х Ұ
200 125 120 мм
Салмақ
1,2 кг
Номиналды кіріс мәндері
Кіріс кернеу
· Номиналды мәні
120230 В айнымалы ток
Қорек көзінің жиілігі
· Номиналды мәні
· Рұқсат етілген шеек
50 Гц немесе 60 Гц
47 Гц тен 63 Гц ке дейін
Номиналды кіріс ток
· 230 В үшін
· 120 В үшін
1,7 A
3,5 A
Іске косу тогы ( 25°C)
55 A
I2t (іске қосу тоғы үшін)
9 A2с
Номиналды шығыс мәліметтері
Шығыс кернеулері:
· Номиналды мәні
· Рұқсат етілген шек
· Өсу уақыты
24 В тұрақты ток
24 В 5 %, тізбек үзілісінен
қорғау
макс. 2,5 с
Шығыс ток
· Номиналды мәні
10 A,
Параллель қосуға рұқсат етілмеген
Қысқа тұйықталудан қорғау
Электронды, фиксирленбеген,
1,1 ден 1,3 IN ге дейін
Қалдық пульсация
макс. 150 мВ
көлемі қысқарту үшін параметрлер өзгерген кезде сезімсіздік аймағын
орнатады.
Кіріс - шығыс модульдері келесілерді қамтамасыз етеді:
- Келесі датчиктерден сигналдарды қабылдау:
- Термопара;
- Деңгей датчигі;
- Деңгей сигнализаторы;
- Сигналы 4 - 20 мА болатын аналогты датчиктер;
- құрғақ түйіспе типті дискретті датчиктер;
- PROFIBUS - DP шинасымен ақпарат алмасу құрылғысы.
- Басқару сигналдарын құрастыру:
- Электрлі пневмоклапандар үшін 4 - 20 мА;
- Тұрақты токты дискретті сигналдар 24 B.
Модульдер қызып кеткен модульдерді қосалқы жүйені істен шығармай
алмастыруға мүмкіншілік береді. Модульдерің жұмысқа қабілеттілігін
диагностика жасауды және ақаулықтарды іздеуді жеңілдету үшін модульдер
күй индикаторымен жабдықталған.Көрсетілген модульдер қоршаған орта
температурасы -40 тан +70 градуста стандартқа сәйкес ауыр заводтық
шарттарда жұмыс істей алады. Сенімділік қорек көзін, басқарушы
контроллермен байланыс желісін резервтеу және қорек көзін тез алмастыру
арқылы қамтамасыз етіледі.
Әр түрлі деңгейдегі процесс сигналдарын үйлестіру үшін келесі
модульдер қолданылады:
- Кірістер: аналогты сигналдар - SM 331 Ex Alx32 (4 - 20 mA) ...
дискретті сигналдар - SM 321 Dix32 (24 B), SM 321 Dix16 (24 B);
- Шығыстар: дискретті сигналдар - SM 322 DOx32 (24 B), аналогты
сигналдар - SM 332 AOx32 (4-20 mA);
- Кірісшығыстар: дискретті сигналдар - SM 323 DOx8DI ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz