Виробництво екстракційної фосфорної кислоти

 

• Мінімальний рівень у ємностях зі сірчаною кислотою, передбачений технологічним регламентом, складає 0,5м±0,03м. Так як номінальне значення рівня L_н =0,5м, то припустиме його відхилення складе:

 

(L/L_н)*100% = (0.03/0.5)*100% = 6%

 

Прилад для виміру цього  рівня повинен мати погрішність  у 3-5 разів меншу, чим припустиме відхилення рівня d, т.ч. dн=1,2%. Таку точність виміру можливо досягти шляхом застосування ультразвукового рівнеміра BM-702  з погрішністю виміру 0,5%. На корить цього методу свідчить й те що ці прилади мають значно меншу інерційність ніж інші більш дешеві й класичні за методом прилади (наприклад буйкові ).

 

• У реакторі 19/9 температура складає 78⁰С ± 3⁰С. Так як номінальне значення Т_н=78⁰С,то припустиме відхилення складає :

 

(Т/Т_н)*100% = (3/78)*100% = 3,84%

 

Прилад для виміру цього  тиску повинен мати погрішність  у 3-5 разів меншу, чим припустиме відхилення температури, тобто 1%. Таку точність виміру можливо досягти  при застосуванні електроопору типу ТСМ-50М.

 

• У реакторі поз. 19/11 концентрація іонів ^–SO₄ складає 15% ± 0,1%. Так як номінальне значення Q_н=15%,то припустиме відхилення складає : (Q/Q_н)*100% = (0.1/15)*100% = 0,(6)%

Прилад для виміру цього  тиску повинен мати погрішність  у 3-5 разів меншу, чим припустиме відхилення температури, тобто 0.1%. Таку точність виміру можливо досягти  при застосуванні кондуктометра  КК-8 з діапазоном виміру 5%-30% та вихідним сигналом 4-20 мА.

 

• У вузлі подачі фосфориту поз.12/4. витрата фосфориту складає 30 т/ч ± 0,2 т/ч. Так як номінальне значення F_н=30 т/ч,то припустиме відхилення складає :

(F/F_н)*100% = (0,2/30)*100% = 0,666%

Прилад для виміру цього  тиску повинен мати погрішність  у 3-5 разів меншу, чим припустиме відхилення температури, тобто 0.1%. Таку точність виміру можливо досягти  при застосуванні  інтелектуального вагового дозатора MULTIDOS  0815 фірми SCHENCK. Цей прилад керує подачею фосфориту  і потребує тільки подачі на нього  сигналу завдання та має уніфікований сигнал 4-20 мА.

 

При виборі технічних засобів  перевага віддана уніфікованій апаратурі . При виборі засобів одержання  інформації про стан об'єкта (датчиків технологічних параметрів) врахований ряд факторів метрологічного і режимного  характеру:

- припустима для АСКТП  погрішність, що визначає клас  точності датчика;

 

- інерціонність датчика,  що характеризується його постійної  часу;

- границі виміру з гарантованою  точністю;

- вплив фізичних параметрів  контрольованого і навколишнього  середовища (температури, тиску,  вологості, щільності) на нормальну  роботу датчика;

- вплив, що руйнує, на  датчик контрольованого і навколишнього  середовища внаслідок її хімічних  властивостей;

- можливість застосування  датчика з погляду  вимог  пожежо - та вибухобезпеки;

- відстань на який може  бути передана інформація датчиком;

• граничні значення вимірюваної величини.

Вибрані технічні засоби представлені в табл. 4:

 

Табл. 4

Найменув. Об’єкту	Найменування Тех.параметру	Тип приладу	Номінальне значення	Граничні відхилення
Ємність 451/6	Рівень	ВМ-702	0,5 м.	± 0,03м.
Ємність 451/7	Рівень	ВМ-702	0,5 м.	± 0,03м.
Ємність 452	Рівень	ВМ-702	0,5 м.	± 0,03м.
Витратний бункер 12/4	витрата	Multidos 0815	580 кг/ч	± 2 кг.
реактор 19/9	температур	ТСМУ/1	800C	±10С
Реактор 19/11	концентрація	ПП-20	10%	±0,1%
Реактор 19/12	рівень	ВМ-702	2,5 м.	±0,05м.
Трубопровід 1	витрата	MFS 7000	2.6 м3/ч	±0,05м3/ч
Трубопровід 2	витрата	MFS 7000	3 м3/ч	±0,1м3/ч
Трубопровід 3	витрата	MFS 7000	1,5 м3/ч	±0,1м3/ч
Трубопровід 6	витрата	MFS 7000	0,5 м3/ч	±0,05м3/ч

 

Регулювання витратою кислоти  та пульпи здійснюється за допомогою  частотного регулювання компресорами та насосами. Для забезпечення цього  керування ми обрали частотні регулятори Кварц-2А.42.В.2.16.01. Для забезпечення блокування ми обрали МЄОФ – 16-І І ВТ4-00.

Для дистанційного керування  обрано безконтактні пускачі серії  ПБР-3 АИР.ДВ., які мають інтегральний захист від перевантаження двигуна  та мають дискретний вихід для  сповіщення контролера про спрацювання  цього захисту, також цей пускач забезпечує “плавний пуск”.

 

5.1.2 Вибір мікропроцесорних засобів автоматизації.

В якості  мікропроцесорного  обчислювального пристрою, який формує керуючи сигнали на виконавши  пристрої, збирає інформацію з датчиків, оброблює інформацію, тощо , оптимально буде використовувати мікропроцесорний пристрій – Mitsubishi Electric System Q.

Цей контролер складається  з окремих модулів(мал.3,1), які  установлюють на з’єднувальну шину електроживлення  та інформаційного

обміну. Базова конфігурація має в своєму складі слоти (роз'єми) для 

установки модуля живлення та процесорного модуля , а також  декілька слотів для установки спеціалізованих  модулів: дискретних і аналогових входів/виходів, комунікаційних, інтерфейсних і.т.д. При  необхідності встановлення більшої  кількості модулів застосовують шини розширення(мал. 3,2), які мають  слоти для установки спеціалізованих  модулів.

 

мал. 1 Модульна структура  контролера Mitsubishi Electric 

 

Модуль живлення використовується для електроживлення інших модулів, які знаходяться на шині. Внутрішня  структура процесорного модуля включає  в себе центральний процесор, пам’ять  даних / програм, пристрої вводу/виводу.

В даній системі ми використовували  модулі наступного значення:

• Комунікаційні модулі для реалізації міжконтролерного зв’язку.
• Модулі дискретних входів і виходів
• Модулі аналогових входів і виходів

 

мал. 2 Спосіб нарощування  модулів за допомогою шин розширення (1-7).

 

В базову комплектацію входять

• Блок живлення  Q64-P
• Блок PLC процесора Q01CPU

 

• Блок РС процесора  PPC-CPU 686(MS)-128
• Блок високошвидкісного зв’язку між шинами Q173 CPU N
• Базова шина

 

 

 

 

 

 

Цей мікроконтролер повністю задовольняє наші вимоги до інформаційної  ємності:

• Аналогових вхідних сигналів – 8
• Аналогових вихідних – 31
• Дискретних вихідних – 27

 

• Інтерфейсний вихід (Profibus-DP) – 1
• Вхідних термоперетворювачів - 1

 

Для забезпечення поставленої  задачі нам вистачить базового комплекту.

Цей мікроконтролер має високу надійність ( наробка до першої відмови 10⁵ч),

Розрахунок кількості  вхідних аналогових модулів:

Аналоговий вхідний модуль Q68 ADI здатний забезпечити 8 вхідних  каналів, а нам потрібно забезпечити 8, тому нам потрібен 1 модуль Q68 ADI.

 

мал.3 модуль аналового входу

 

Розрахунок кількості  вихідних аналогових модулів:

 

Аналоговий вихідних модуль Q68 DAI здатний забезпечити 8 вихідних каналів, а нам потрібно забезпечити 31, тому нам потрібно 4 модулівQ68 DAI.

 

мал.4 Модуль аналового виходу

 

Розрахунок  вхідних дискретних модулів:

 

Аналоговий вихідних модуль QX41-S1 здатний забезпечити 32 вхідних  каналів, а нам потрібно забезпечити 27, тому нам потрібен 1 модуль QX41-S1.

 

 

Мал. 5 Дискретний вхідний  модуль

Розрахунок  вихідних дискретних модулів:

Дискретний вихідний модуль QY41-P здатний забезпечити 32 вихідних каналів, а нам потрібно забезпечити 2, тому нам потрібен 1 модуль QY41-P.

 

мал.6 дискретний вихідний модуль

 

Розрахунок  вихідних  модулів термоперетворювачів:

Вхідний модуль термоперетворювачів Q64CRT здатен забезпечити 4 каналу, нам  потрібно забезпечити 1 канал, тому нам  потрібен 1 модуль Q64CRT.

 

 

мал.7 блок термоперетворювачів.

5.1.3 Рівень операторського керування

 

Операторські станції  ОС1 і ОС2 призначені для ведення  технологічного процесу і представляють  собою комп’ютери промислового виконання. Для збільшення кількості відображаємої  інформації кожна з операторських  станцій обладнана 2ма 19” моніторами на кожен з яких оператор може вивести будь-яку з відеограм. Надійність роботи операторської станції підвищуємо за рахунок застосування відмовостійких RAID-масивів жорстких дисків, їх установлюємо в спеціальні “касети”, які допускають “ зміну на ходу” та обладнані вентиляційними системами.

 

Програмне забезпечення

 

На операторських станціях ОС1 і ОС2 ми використали спеціальний  програмний пакет Citect (Австралія ) –  один із надійніших SCADA-пакетів у  світі. Одна із функцій цього пакета – забезпечити 100% дублювання операторських  станцій, при якому оператор зберігає контроль навіть при виході з ладу однієї з них.

 

На операторських станціях використовуємо наступні програмні  рішення:

 

• Пакет GX IEC DEVELOPER для програмування контролерів Mitsubishi Electric , який забезпечує повну відповідність стандарту IEC 1131, уніфікуючого мови програмування усіх сучасних контролерів                ( Mitsubishi, Siemens, Allen – Bradley, ABB, тощо.).
• SCADA – пакт Citect  v.5.41 – середа розробки для модернізації прикладного ПО операторських станцій.
• Windows 2000 Professional RUS OEM Edition.

 

 мал. 8 Приблизний вигляд відеограм  на моніторі оператора.

5.1.4 Структура функціонування системи

САК виконується як єдина, самостійна, закінчена керуюча й  інформаційна система для технологічного процесу виробництва екстракційної  фосфорної кислоти .  По ієрархічному принципі САК повинна підрозділятися на наступні рівні:

• нижній;
• середній;
• верхній.

До нижнього рівня відносяться:

• датчики, вимірювальні перетворювачі, сигналізатори технологічних параметрів;
• виконавчі механізми, у т.ч. інтелектуальні вагодозатори ;
• кабельне господарство;
• стативи (шафи) кросові;

До середнього рівня відносяться:

• шафа контролера PLC1 .
• Устаткування середнього рівня повинне забезпечити передачу на верхній рівень інформації про хід технологічного процесу, про стан систем і механізмів, про величини вимірюваних параметрів,, забезпечити виконання дистанційних команд керування, реалізацію автоматичних програм керування, регулювання і блокувань.

До верхнього рівня  відносяться:

• автоматизовані робочі місця операторів-технологів – операторська станція ОС1 ;
• автоматизоване робоче місце інженера  – інженерна станція ИС1
• пристрій печатки ;
• комунікаційне устаткування для зв'язку програмно-технічних засобів верхнього рівня між собою і контролерами середнього рівня;
• система безперебійного живлення.
• системне, інструментальне  і прикладне ПО, необхідне для функціонування системи.

Функції регулювання

Регулювання і стабілізація технологічних параметрів здійснюється за допомогою контурів регулювання.

САУ повинна забезпечувати  відображення сигналів виміру , величини завдання (уставки) , режимів роботи “Авт/Руч”, керування величини вихідного  сигналу керування  на екрані операторських  станцій. З операторської станції  повинна бути передбачена можливість видання наступних команд:

• зміни величини завдання (уставки) ;
• зміни режимів роботи «Авт/Руч»;
• прямого керування аналоговим виходом  у «Руч» режимі роботи.

Також повинна бути передбачена  можливість введення і зміни коефіцієнтів настроювання контурів з операторської  станції на інженерному рівні  доступу

Для регулювальних клапанів повинні бути передбачені наступні режими керування:

Дистанційне Автоматичне  керування – такий режим керування, при якому положення регулюючого клапана визначається контролером відповідно до закладеного в нього алгоритмом (ПІД-регулятор) на підставі аналізу поводження регульованого технологічного параметра і завдання від оператора.