3.4. Автоматизация в отделочном производстве

В отделочном производстве ткань проходит полный цикл обработки: опаливание для придания ткани ровной поверхности; отварка и беление ткани; крашение; заключительная отделка для придания ткани специального грифа, наполненности, либо специальных свойств – огнестойкости, бактерицидности и т.д. Обработка тканей осуществляется на линиях непрерывного действия, например, линия отварки и беления. Каждая линия состоит из машин, агрегированных между собой, ткань движется по линии с постоянной, заранее установленной скоростью.

Задачи автоматизации в отделочном производстве заключаются в следующем:

1) точное соблюдение технологического регламента ведения процесса для рассматриваемого вида (артикула) ткани и, следовательно, получение продукции наилучшего качества;

2) ведение процесса отделки на максимальных скоростях;

3) оптимальное расходование пропиточных растворов, пара, горячей воды, холодной воды, сжатого воздуха и т.д., учет их суммарного количества для расчета технико-экономических показателей;

4) возможность оперативного перенастраивания линии (оборудования) с одного вида ткани (либо артикула) на другой;

5) представление инженеру-технологу информации о ходе технологического процесса, о состоянии оборудования в режиме реального времени на видеотерминале ПЭВМ, вывод на печатающее устройство наиболее важной информации о процессе;

6) обеспечение режимов пуска и останова оборудования, линии;

7) обеспечение безаварийной работы оборудования, для чего необходимо распознавание предаварийных ситуаций; ликвидация предаварийных ситуаций;

8) информация обслуживающего персонала об аварии и о возможных рисках.

9) при возникновении аварийных ситуаций возможность быстрого останова линии (оборудования) и сохранения заправленной в линию ткани (разбавления пропиточных растворов до безопасной концентрации) до следующего пуска.

В настоящее время отделочные предприятия России имеют линии двух видов: отечественные (ЛЗО, ЛОБ, ЛЖО, ЛМО и т.д.), оснащенные старой локальной автоматикой; импортные («Кюстерс», «Вакаяма» и т.д.) с современной автоматикой с применением МПК. При выполнении раздела «Автоматизация производственных процессов» дипломного проекта рекомендуется для автоматизации отечественных линий, оснащенных зачастую локальной автоматикой, предусматривать современный комплекс технических средств с применением МПК. При автоматизации импортных линий необходимо подобрать современные отечественные средства автоматизации (МПК, датчики, регулирующие органы).

Автоматизированные системы управления отделочным производством имеют ряд особенностей. В качестве датчиков, наряду с общеприменяемыми датчиками температуры, уровня, давления, расхода, применяются специальные датчики: датчики обрыва ткани, датчики метража, влагомеры текстильных материалов, датчики скорости движения ткани. В качестве регулирующих органов применяются малогабаритные клапаны (d у до 200 мм) как с пневмоприводом (характерно для отечественных линий), так и с электроприводом (характерно для импортных линий). При выборе регулирующих органов для щелочей, кислот, перекиси водорода следует учитывать агрессивность этих сред, так для регулирования подачи щелочного раствора можно применить клапаны, изготовленные из титана.

Для оценки эффективности работы той или иной линии отделочного производства за смену, месяц, квартал и т.д. необходимо контролировать целый ряд параметров. К ним относятся скорость движения ткани, метраж ткани на входе и выходе линии, количество пара, сжатого воздуха, горячей воды, холодной воды, пропиточных, красильных растворов, количество обрывов ткани и т.д. Для этого линии необходимо оснастить счетчиками-расходомерами, счетчиками метража ткани, датчикамискорости и т.д.

Внедрение автоматизированных систем управления (АСУ) является наиболее прогрессивным направлением в области автоматизации. При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразно применять электрические средства автоматизации. Химические производства относятся к числу взрывопожароопасных, и автоматизация осуществляется на основе использования взрывозащищенных средств автоматизации с использованием контроллеров и персональных компьютеров (ПК).

Контроллер - многофункциональное программируемое средство организации измерительных каналов. ПК обрабатывает по заложенной в нём программе информацию, поступившую от датчиков. Высвечивает на табло значения измеренных параметров. ПК применяется во-первых, для облегчения работы оператора, т.к. за короткий промежуток времени обрабатывает большое количество информации; во-вторых может выполнять роль «советчика», при котором ЭВМ рекомендует оператору оптимальные знания режимных параметров процесса.

Иерархическая структура АСУТП включает в себя:

• - 1-й уровень полевого КИП;
• - 2-й уровень - станции управления процессом;
• - З-й уровень оперативного персонала, базирующийся на инженерных и станциях операторов технологического процесса.
• 1-й уровень АСУТП реализован на базе датчиков и исполнительных механизмов. На уровне 1 частично применяются датчики интеллектуальной серии, и на них выполняются функции опроса и шкалирования измеряемых сигналов с передачей информации по протоколу HART.

Технические средства 2,3 уровней размещаются в помещении операторной. Станции управления процессом реализованы на базе контроллера РСУ (распределенная система управления) которая собирает информацию, вырабатывает регулирующие воздействия) и контроллера ПАЗ (система противоаварийной защиты) позволяющей контролировать нарушения в ходе технологического процесса, осуществлять защиту и блокировку аппаратов и вырабатывать защитные воздействия. Функции РСУ и ПАЗ выполняют программируемые контроллеры.

Контроллеры выполняют следующие функции:

• - воспринимают аналоговые, дискретные электрические унифицированные сигналы;
• - измеряют и нормируют принятые сигналы;
• -выполняют программную обработку сигналов с первичных преобразователей и формируют аналоговые и дискретные управляющие сигналы;
• - отображают информацию на экране;
• - управляются при помощи стандартной клавиатуры.

З-й уровень АСУТП представлен автоматизированными рабочими местами оператора-технолога и оператора-инженера. Обеспечивается ведение базы данных, визуализация состояния технологического оборудования, обработка данных, формирование и печать отчетных документов, ручное дистанционное управление технологическим оборудованием. Станции оснащены современными ПК. Информация с контрольно-измерительных приборов и датчиков в виде аналоговых и дискретных сигналов поступает с 1 уровня на технические средства 2 уровня, на которых реализуются в автоматическом режиме функции сбора, первичной обработки информации, регулирования, блокировок. Информация, необходимая для контроля и управления технологическими процессами, поступает от контроллеров на 3-й уровень - операторские станции и станции главных специалистов. На рисунке 6.1 в упрощеном виде изображены связи между уровнями.

Рисунок 5.1 - Структура АСУТП

Диалог оператора с системой управления осуществляется с использованием цветного дисплея, клавиатуры и манипулятора «мышь». На операторской станции сконфигурирован пользовательский интерфейс для взаимодействия оператора с системой. Для вызова необходимой информации оператору достаточно при помощи «мыши» выбрать на экране надпись или изображение какого-либо объекта и одной или двумя манипуляциями вывести на экран необходимую информацию. Клавиатура также может быть использована для получения необходимой информации. Кроме этого при помощи клавиатуры производится ввод текстовой и цифровой информации. Сообщения о нарушениях предупредительных и предаварийных границ для аналоговых параметров, действиях операторов по управлению технологическими процессами регистрируются и выводятся на печать по запросу оператора. Выход аналогового параметра за допустимые границы, сигнализация, нарушение связи с объектами по какому-либо из каналов связи отображается на операторской станции звуковой сигнализацией и цветовым отображением изменений на мнемосхемах. Информация, выводимая оператору на экран монитора по его запросу, может иметь различные виды:

• -обобщенная мнемосхема, представляющая весь объект автоматизации. С этой мнемосхемы можно перейти на подробную мнемосхему любого узла, выбрав его на экране курсором;
• - мнемосхемы отдельных узлов, отображающие часть технологической цепочки с индикацией величин аналоговых сигналов;
• - оперативные тренды, показывающие состояние параметра;
• - исторические тренды, позволяющие отслеживать состояние аналогового параметра за длительные периоды (смена, сутки, месяц);
• - панели контроля и управления аналоговыми регуляторами;
• - аварийные и технологические сообщения.

При выборе контроллера решающими факторами являются:

• - надежность модулей ввода/вывода;
• - скорость обработки и передачи информации;
• - широкий ассортимент модулей;
• - простота программирования;
• - распространенность интерфейса связи с ЭВМ.

Этим условиям удовлетворяет контроллеры фирмы Moore Products Company, также контроллеры Allen Bradley SLC 5/04 корпорации Rockwell (семейство SLC 500 малых программируемых контроллеров), контроллеры YS 170 YOKOGAWA и контроллеры серии TREI-Multi (и, разумеется, ряд наших отечественных контроллеров).

В данном проекте использованы контроллеры фирмы Moore Products Company: контроллер APACS+ (подсистема РСУ), контроллере QUADLOG (подсистема ПАЗ).

Контроллер APACS+ управляет работой отдельных агрегатов (30-50 контуров регулирования), технологических участков (150 контуров регулирования), цехов с непрерывными и периодическими процессами. Контроллер QUADLOG имеет также несколько модулей. Стандартный аналоговый модуль (SAM) входит в семейство модулей ввода/вывода. Он предназначен для подключения аналоговых и дискретных сигналов. Модуль SAM обеспечивает высокую пропускную способность для стандартных сигналов ввода/вывода (аналоговые входные сигналы (4-20) мА, аналоговые выходные сигналы (4-20) или (0-20) мА, а также дискретные входы и выходы).

Контроллер QUDLOG обеспечивает: повышенные характеристики безопасности, отказоустойчивости и защиты выходов; высокий уровень готовности системы; отказоустойчивость. Система QUDLOG полностью интегрирована с системой управления технологическими процессами APACS+. Это позволяет использовать один операторский интерфейс и средства программирования, что устраняет необходимость дополнительных усилий при установке, конфигурировании, обслуживании и обучении персонала, а также при организации связи систем управления безопасностью и технологическими процессами.

Перечень контролируемых параметров указан в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Перечень контролируемых параметров

Вид автоматизации указан в таблице 5.2

Таблица 5.2 - Вид автоматизации

Спецификация технических средств автоматизации приведена в таблице 5.3

Таблица 5.3 - Спецификация технических средств автоматизации

Спецификация на приборы и средства автоматизации выполняется по форме, представленной в табл. 5. Эта форма может быть рекомендована только для учебных работ.

В правой графе "Номер позиции" указывают позицию прибо­ров и средств автоматизации по схеме автоматизации. В графе "Наименование и краткая характеристика" указывается название при­бора, его технические характеристики и особенности. Например, датчик для измерения гидростатического давления (уровня). В графе "Тип прибора" указывается марка прибора, например, Метран-55-ДИ. В графе "Примечание" при необходимости указывают "Поставляется в комплекте с …", "Разработка конструкторского бюро …" или "Разработка ИГХТУ" и так далее. Также в графе «Примечание» указывается наименование страны и фирмы изготовителя, при условии, что прибор импортного производства.

Приборы и средства автоматизации, указанные в спецификации, следует группировать по параметрам или по функциональному признаку (датчики, регулирующие органы и т.д.).

Таблица 5

Спецификация на приборы и средства автоматизации

1.4. Описание схемы автоматизации

Содержание пояснительной записки должно отражать и обосно­вывать те решения по автоматизации, которые были приняты при составлении данной схемы автоматизации. В ней в сжатой форме надо объяснить, какие задачи по автоматизации данного технологиче­ского объекта были поставлены и каким образом решены. Подроб­ное описание того, как проходит сигнал от точки измерения через функ­циональные блоки до места приложения управляющего воздействия (регулирующего органа), нужно сделать для одного контура контроля и одного контура регулирования. При этом не надо давать описания конструкции при­боров и регуляторов, а только указывать, какие функции они выпол­няют. Для лучшей ориентации упомянутым в тексте приборам, ре­гуляторам и вспомогательным средствам автоматизации указываются номера позиций по спецификации.

Например, приведем описание контура регулирования температуры (контур 1) схемы автоматизации ЗВА (рис. 5). Температура в верхней части ЗВА измеряется термометром сопротивления платиновым ТСПУ Метран 276 (поз. 1а). Унифицированный токовый сигнал поступает на аналоговый ввод МПК ТКМ-700, где вырабатывается управляющее воздействие согласно ПИ-закону регулирования. Сигнал о текущей температуре также поступает на видеотерминал ПЭВМ. Управляющее воздействие снимается с дискретного вывода МПК и поступает на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (поз. 1б). Затем сигнал поступает на клапан регулирующий с электроприводом МЭПК (поз. 1в). Клапан установлен на линии подачи пара к ЗВА, регулируя подачу пара согласно управляющему воздействию, мы тем самым стабилизируем температуру в верхней части ЗВА на заданном уровне 100 С.

Приведем описание контура контроля давления на паропроводе к ЗВА (контур 3). Давление на паропроводе измеряется малогабаритным датчиком избыточного давления Метран-55ДИ (поз. 3а). Унифицированный токовый сигнал о давлении поступает на аналоговый ввод МПК ТКМ-700 и видеотерминал ПЭВМ, где анализируется инженером-технологом. При выходе параметра за регламентный диапазон 0,55 ÷ 0,65 МПа предусмотрена сигнализация на видеотерминале ПЭВМ.

Если для автоматизации технологического процесса используется микропроцессорный контроллер, например, многофункциональный контроллер "МФК", тогда в записке надо указать основные характеристики данного контроллера, его информационную мощность и посредством каких датчиков, преобразователей и исполнительных устройств контроллер связан с объектом управления.

Основу технического обеспечения системы управления химико-технологическим процессом составляют средства вычислительной техники. В зависимости от объема решаемых задач и характеристик технологического объекта управления применяется ЭВМ. Для автоматизации процесса изомеризации были использованы вычислительные машина на базе серверов AVERION, а именно, сервер AVERION XH5SCSI (2*Xeon 3200 (800, 2048Кб), iSE7520BD2V, 4*1024Mb DDR ECC Reg, 5*74Gb SCSI 10000rpm, корзина на 6 SCSI дисков с возможностью горячей замены, контроллер RAID5 Zero-Chanel Adaptec-2010S, корпус Intel SC5300LX 730W + блок питания FXX730WPSU). Подобранная система имеет высокую производительность, многозадачность и быстродействие. Имеет достаточный объем памяти, а также развитую систему связи с оперативным персоналом.

При выборе исполнительных механизмов следует учитывать диаметр условного прохода, допустимые пределы давления и температуры, возможность их полноценного функционирования при работе в условиях агрессивных сред и резких колебаний температуры. Данные требования удовлетворяют пневматические мембранные исполнительные механизмы.

Применяем регулирующие клапаны 25с48нж и 25нж48нж– двухседельные, регулирующие, с пневматическим, исполнительным мембранным механизмом. Они предназначены для регулирования различных параметров технологического процесса и применяются на трубопроводах для жидких и газообразных сред. Применимы к агрессивным и непрерывно регулируемым средам. А также клапан 25с94нж- регулирующий, двухседельный с ребристой крышкой, фланцевый, с пневматическим мембранным исполнительным механизмом, применим для дискретного регулирования параметров технологического процесса и используется на трубопроводах для жидких и газообразных сред .

3.3 Спецификация приборов и средств автоматизации

Таблица 3.1 - Спецификация на приборы и средства автоматизации