Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Московский государственный университет технологий и управления"

Филиал в г. Мелеузе

Кафедра "Системы управления"

Расчетно-графическая работа

Автоматизация отделения производства спирта-ректификата

Мелеуз 2013 год

Содержание

производство спирт датчик контроллер

Введение

1. Анализ существующей системы управления

1.1 Анализ технологического процесса

1.2 Анализ функциональной схемы

2. Синтез АСУТП

2.1 Структурная схема АСУТП

2.2 Выбор датчиков

2.2.1 Датчик температуры

2.2.2 Датчик давления

2.2.3 Датчик уровня

2.2.4 Датчик расхода

2.3 Выбор исполнительных механизмов

2.4 Выбор контроллера

2.5 Выбор SCADA-системы

2.6 Выбор АРМ-оператора

Заключение

Список используемых источников

Введение

На сегодняшний день в РФ работает 224 спиртовых заводов по производству этилового спирта из крахмалистого и сахаристого сырья. Мощность их составляет 121,8 млн. дал в год спирта этилового из пищевого сырья.

Из указанных заводов: 170 введены в действие в 18-19 веках; 5 заводов построены в 1935-1940 гг.; 51 завод общей мощностью 17,3 млн. дал построены за последние 8-10 лет. Кроме этого в эти годы построено 12 ректификационных цехов при ликероводочных заводах по производству спирта - ректификата из спирта - сырца из пищевого сырья. Общая мощность указанных цехов составляет 13,6 млн. дал в год.

При строительстве новых и реконструкции действующих спиртовых заводов использовались современные технологии по производству спирта из крахмалистого сырья, а также частично решались вопросы охраны природы и окружающей среды.

На спиртовых заводах практически отсутствует система автоматического регулирования технологическими процессами.

Для обеспечения наиболее устойчивой и производительной работы предприятия необходимо точное соблюдение режима ведения процесса.

Задачи автоматизации производства сводятся к разработке алгоритма управления и реализации его техническими средствами автоматики, обеспечивающими оптимальность показателей технико-экономической эффективности.

По мере осуществления автоматизации производства сокращается тяжёлый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда. К тому же, внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции. Автоматизация производства обеспечивает также сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение капитальных затрат на строительство зданий, удлинение срока межремонтного пробега оборудования.

В автоматизированном производстве роль человека сводится к составлению режимов и программ протекания технологических процессов, контроля работы приборов.

В данной работе проектируется система автоматизации отделения производства спирта-ректификата. Для этого используются современные средства автоматизации, которые обеспечивают требуемое качество продуктов, соблюдение норм техники безопасности, исключают ручной труд.

Наличие легколетучих взрывопожароопасных сред предъявляет повышенные требования к строгому соблюдению всех параметров ведения технологического процесса проектируемой установки. Во избежание возникновения аварийных ситуаций в системе автоматизации по возможности применяются приборы с взрывозащитой.

1. Анализ существующей системы управления

1.1 Анализ технологического процесса

Спирт-ректификат, этанол С2Н5ОН, полученный ректификацией непосредственно спиртовых бражек или спирта-сырца, вырабатываемых из зерна, картофеля, мелассы, а также вторичного сырья виноделия (выжимок виноградных, дрожжевых осадков). Используется в виноделии для спиртования сусла, мезги, виноматериалов, приготовления спиртованных настоев на пряноароматическом растительном сырье. Представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом.

В зависимости от степени очистки выпускают спирт-ректификат экстра, высшей очистки, 1-го сорта крепостью соответственно не менее 96,5; 96,2; 96% об. Спирт-ректификат виноградный отличается от ректификата из крахмалистого сырья большим содержанием примесей.

Спирт-ректификат должен выдерживать пробу на чистоту с серной кислотой, на окисляемость, на метиловый спирт с фуксинсернистой кислотой, не допускается содержание в нем фурфурола. ГОСТом ограничивается содержание в спирте-ректификате альдегидов, сивушного масла, эфиров, свободных кислот. Соответствие стандарту спирта-ректификата устанавливают на винзаводах при его приемке. По согласию сторон допускается к приемке спирта-ректификата крепостью 95,5% об., если он удовлетворяет всем другим требованиям ГОСТа. Концентрацию спирта-ректификата определяют металлическим или стеклянным спиртомером в интервале температур от -- 25°С до 40°С с применением термометра с ценой деления 0,5°С (см. спирта определение).

Спирт-ректификат огнеопасен. Его пары вредны для организма человека. Предельно допустимая концентрация в воздухе 1 мг/дм3.

Сырьем для производства спирта служат разнообразные растительные материалы, содержащие в достаточном количестве сбраживаемые сахара или другие углеводы, которые можно осахарить. Наиболее широко используются крахмалосодержащие материалы - зерно (рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, овес, просо) и картофель, сахаросодержащие материалы - меласса (отход сахарного и крахмалопаточного производства), дефектная сахарная свекла, а также древесина и отходы сельскохозяйственных растений. Дальнейшее увеличение производство спирта будет идти в основном по пути увеличения мощностей предприятий, использующих непищевое сырье.

1.2 Анализ функциональной схемы

Ректификация (от лат. rectus -- прямой и facio -- делаю) -- это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью.

Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят в башенных колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой) ректификационных колоннах.

Ректификационная колонна -- аппарат, предназначенный для разделения жидких смесей, составляющие которых имеют различную температуру кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствами внутри. Ректификация (от лат. rectus-- прямой и facio-- делаю) -- это тепломассообменный процесс, в результате которого конденсация составляющих пара происходит раздельно.

Принцип действия.

Сусло из осахаривателя поступает в ферментер I, в него же из ферментера IV вводят культуру посевных дрожжей-сахаромицетов. После заполнения головного ферментатора избыток культуральной жидкости по переливной трубе поступает во второй ферментер II и т.д., пока не будут заполнены все аппараты батареи.

Из последнего ферментатора III культуральная жидкость (бражка) с объемной долей спирта 8-9% подается на брагоректификацию. Отходящие газы (СО и пары спирта) направляются в спиртоловушку V, которая орашается водой. Пары спирта растворяются в воде образовавшаяся водно-спиртовая смесь подается на брагоректификацию, а СО, поступает на переработку, в цех углекислоты.

Бражка из ферментатора III поступает в теплообменник VI, где нагревается парами спирта и воды, затем поступает в верхнюю часть бражной колонны XI и по тарелкам стекает вниз. В результате тепломассообмена концентрация спирта в потоке пара возрастает, а в жидкости уменьшается. Обедненная спиртом бражка называется бардой. Она отводится из нижней части колонны, являясь основным отходом спиртового производства. Пары спирта и сопутствующие ему примеси, выходят из верхней части колонны, охлаждаются в теплообменнике VI потоком бражки и окончательно конденсируются в дефлегматоре VII, куда подается охлаждающая вода.

Очистка спирта-сырца производится в эпюрационной колоне XII, куда на перегонку поступает конденсат спирта сырца из дефлегматора VII. Обогрев колонны производится паром, который подается в кипятильник. Легколетучие фракции спирта-сырца концентрируются в верхней части колонны VIII и выходят в виде фракции ЭАФ. Очищенный спирт концентрацией 20-30% (эпюрат) выводится из нижней части эпюрационной колонны и подается в ректификационную колонну XIII для окончательной очистки и концентрирования. Спирт-ректификат концентрацией 96% отбирается в верхней части колонны ХШ и проходит через теплообменник X, где охлаждается водой. Пары спирта выхода через верхнее отверстие и после конденсации в дефлегматоре IX возвращаются в колонну в качестве флегмы. Из нижней части колонны отбираются сивушные масла, а еще ниже отводится бода с остатками спирта.



Рисунок 1. Схема автоматизации производства спирта

2. Синтез АСУТП

2.1 Структурная схема АСУТП

Рисунок 2. Структурная схема АСУТП отдела производства спирта-ректификата.

2.2 Выбор датчиков

При выборе приборов контроля и регулирования руководствуются следующими положениями:

1) приборы должны обеспечивать необходимую точность измерения, быть достаточно чувствительными и надежными в работе;

2) показывающие приборы должны иметь наглядную шкалу и указатель. Самопишущие приборы должны регулировать показания в виде четкой, хорошо различимой кривой;

3) местные приборы должны иметь места расположения, легко доступные для наблюдения за показаниями;

4) погрешность не должна выходить за доступные пределы при изменении внешних условий, температуры и давления окружающей среды;

5) защитные трубки ртутных термометров, термопар должны быть достаточно прочными, рассчитанными на данные условия работы;

6) диафрагмы дифманометров должны иметь камеры, фланцы которых также рассчитаны на данные условия;

7) к измерительным и регулирующим приборам должны предъявляться требования по взрыво- и пожароопасности.

При выборе приборов контроля и регулирования должны учитываться свойства объектов регулирования и регуляторов, чтобы системы регулирования были устойчивыми, и процесс регулирования протекал качественно, без больших отклонений регулируемой величины от заданного значения.

Для осуществления контроля и регулирования технологических параметров выбираем следующие приборы.

2.2.1 Датчик температуры

В качестве чувствительного элемента для измерения температуры применяются измерительный термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран-253 с пределами измерения от -50^оС до 150^оС, с унифицированным выходным электрическим аналоговым сигналом от 0 до 5мА.

2.2.2 Датчик давления

В качестве датчиков давления используются измерительные преобразователи Метран-22-ДИ-АС модель 2140 с унифицированным электрическим аналоговым выходным сигналом от 0 до 5мА. Предел измерения от 10 до 250 кПа.

2.2.3 Датчик уровня

В качестве датчиков уровня используются манометры-датчики Метран-100-ДГ Ех с унифицированным токовым выходным сигналом от 0 до 5 мА. Диапазон измерений от 0 до 100 кПа.

2.2.4 Датчик расхода

Для измерения расхода используются интеллектуальные вихревые расходомеры Метран модели 8800 с унифицированным токовым выходным сигналом от 4 до 20мА. Измеряемые среды - газ, пар, жидкость.

2.3 Выбор исполнительных механизмов

Для регулирования расхода потоков применяются регулирующие клапаны типа КМР с условными диаметрами от 15 до 50 мм.

Для противоаварийной защиты применяются регулирующее - отсечный клапан типа КМО с условными диаметрами 15, 25, 50.

2.4 Выбор контроллера

Контроллер Ремиконт Р-130Sа представляет новое поколение контроллера Р-130 - классики российской автоматизации. Новый контроллер по сравнению с контроллером Р-130 имеет расширенные функциональные возможности, более высокую производительность обработки и передачи данных, а также более развитую систему программирования.

Состав контроллера Ремиконт Р-130Sа

В состав контроллера входит РС-совместимый процессор на базе микропроцессора i386SX40, содержащий:

· flash-память для хранения резидентного программного обеспечения и технологических программ пользователя;

· оперативную энергонезависимую память для хранения базы данных технологической программы;

· динамическую память для исполнения программ;

· сторожевой таймер и таймер-календарь;

· два системных канала для подключения к сетям Ethernet и Modbus;

· канал с интерфейсом RS-232 для организации резервирования контроллеров;

· резидентное программное обеспечение - операционную систему реального времени RTOS-32 и исполнительную систему ISaGRAF Target.

Также в состав контроллера входят 7 типов модулей (МАС, МДА, МСД), блоки усилителей сигналов термопар БУТ-10, усилителей сигналов термометров сопротивлений БУС-10, блоки усилителей мощности БУМ-10, блоки питания БП-1, БП-4.

Основной микропроцессорный блок контроллера Р-130 выполнен в приборном конструктиве контроллера Р-130, в который устанавливаются модуль процессора, 1-2 модуля ввода-вывода, лицевая панель и преобразователь 24V DC/5V DC.

Габаритные размеры конструктива - 80х160х365.

Основной микропроцессорный блок контроллера рассчитан на утопленный монтаж на вертикальной панели щита или пульта управления. Все остальные блоки рассчитаны на навесной монтаж.

2.5 Выбор SCADA-системы

SCADA (сокр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition) -- диспетчерское управление и сбор данных.

Основные задачи, решаемые SCADA-системами:

1. Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

2. Обработка информации в реальном времени.

3. Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме (HMI сокр. от англ. Human Machine Interface -- человеко-машинный интерфейс).

4. Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

5. Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

6. Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

7. Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК. 8. Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA - программный комплекс для визуализации и диспетчеризации технологических процессов. SCADA-система дает наглядное представление процесса и предоставляет, как правило, графический интерфейс оператору для контроля и управления.

SCADA-система TRACE MODE применяется в автоматизации технологических процессов предприятий пищевой промышленности. TRACE MODE дает высокотехнологичное и вместе с тем экономичное решение для автоматизации широкого спектра пищевых производств. На базе этой SCADA-системы разработаны современные АСУ ТП для всех основных отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности страны.

SCADA TRACE MODE применяется в АСУ ТП:

· сахарных заводов (АСУ ТП процессов диффузии, очистки, дефекосатурации);

· производства комбикормов (автоматизация процессов дозирования по рецептурам);

· элеваторов (автоматизация хранения и отпуска зерна);

· спиртовых заводов (АСУТП спиртоприемки, ректификации спирта, розлива, купажа);

· микроклимата овощехранилищ;

· хладокомбинатов;

· производства соков;

· производства консервов (АСУТП автоклавов),

· хлебозаводов;

· жировых комбинатов;

· маслоэкстракционных заводов;

а также на многих других процессах пищевой и перерабатывающей промышленности.

Среди пользователей TRACE MODE лидеры отрасли:

· Danon (г. Москва);

· Микоян (г. Москва);

· ГК Русский Алкоголь;

· Аграрно-промышленная компания ЭФКО (Россия);

· хладокомбинат Волгомясомолторг (г. Волгоград);

· ГК АСКОН (г. Ростов-на-Дону);

· Московский завод Кристалл (г. Москва);

· Нижегородсахар (г. Нижний Новгород);

· Приморский Сахар;

· Орловская крепость;

· ССК Ленинградский (Краснодар);

· Coca-Cola (Литва);

· Nestle;

· Смолвинпром;

· Рыбфлотпром (Калининград);

· перерабатывающий комплекс Ольвита (Украина);

· Мултон (Москва).

2.6 Выбор АРМ-оператора

Под автоматизированным рабочим местом понимают совокупность аппаратных, программных, методических и языковых средств, обеспечивающих автоматизацию функций пользователя в некоторой предметной области и позволяющих оперативно управлять его информационно-вычислительными потребностями. АРМ реализует обеспечивающую информационную технологию на рабочем месте профессионала в различных областях экономики. Использование АРМ в современном офисе максимально облегчает работу специалиста, высвобождая время и усилия, которые ранее расходовались на выполнение рутинных операций сбора данных и сложных расчетов, для творческой научно-обоснованной деятельности в решении профессиональных задач.

Основу аппаратной части системы составляет управляющий промышленный компьютер фирмы Advantech, выполненный на базе шасси IPC-610P4 и имеющий в своём составе следующие устройства:

· процессорная плата PCA-6004 (Pentium Celeron 800 МГц, ОЗУ 128 Мбайт),

· 32-х канальная плата АЦП PCL-813 (2 шт.),

· многофункциональная 1-канальная плата АЦП PCL-818L (2 шт.),

· 32-х канальная плата ЦАП PCI-1724U,

· многофункциональная 12-ти канальная плата ЦАП PCL-727,

· накопитель на флэшдиске фирмы M-Systems серии IDE PRO (256 Мбайт),

· блок питания типа ATX.

Второй промышленный компьютер построен на базе шасси IPC-6606BP-25Z (Advantech) и тоже использует процессорную плату PCA-6004. Этот компьютер размещается в специальном отсеке стола оператора, и на него возложены функции АРМ.

Рабочее место оснащено 17-ти дюймовым ЖК-монитором фирмы LG и системой звуковой сигнализации, использующей звуковую карту Sblive 5.1 и акустические колонки Sven.

Рисунок 3. Схема автоматизированного рабочего места.

Рисунок 4. Обобщенная схема ПЭВМ: 1-микропроцессор, 2-основная память, 3-ВЗУ, 4-дисплей, 5-клавиатура, 6-печатающее устройство, 7-системная магистраль.

Заключение

В данной расчетно-графической работе была разработана система автоматизации отделения производства спирта-ректификата. Были выбраны датчики, исполнительные механизмы, контроллер, SCADA-система.

Список используемых источников

1. Благовещенская М.М. Информационные технологии систем управления технологическими процессами. Учеб. для вузов / М.М. Благовещенская, Л.А. Злобин. - М.: Высш. шк., 2005. - 768 с.: ил.

2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. Изд-во "Профессия", 2003. - 752с.;

3. Криворученко А. Емкостные промышленные датчики уровня. Проблемы выбора и практика применения. // КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ. - 2008. №1, стр. 68-70.

4. Теория автоматического управления./ Под ред. Яковлева - М: Высшая школа, 2003. - 567с.

5. Шандров Б.В. Технические средства автоматизации: учебник для студ. высш. учеб. Заведений / Б.В. Шандров, А.Д. Чудаков. - М.: Издательский центр "Академия", 2007.- 368с.

6. http://www.mege.su/catalog/2/238/

7. http://eniw.ru/spirt-rektifikat.htm

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Ректификация

9. http://ru.wikipedia.org/wiki/Ректификационная_колонна

10. http://www.adastra.ru/apps/food/

Размещено на Allbest.ru