ОАУ 00.00.000 ПЗ - e-lib.kemtipp.ru

Зав. каф.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата Чубаров А.C. Студент

Руков. Шевцова Т.Г.

Н. контр

Листов 101

Лист Лит. 3

КемТИПП гр. АМз-01

Автоматизация процесса производства творога непрерывным

способом на ОАО " Кемеровский молочный завод ", г. Кемерово

ОАУ 00.00.000 ПЗ

Консульт.

Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

Зав. каф.

Чупин А.В.

Котляров Р.В.

Содержание

Введение и технико-экономическое обоснование ............................................. 5 1 Специальная часть ............................................................................................. 8

1.1 Анализ технологического процесса как объекта автоматизации ............ 8 1.1.1 Характеристика, описание и режимы работы объекта автоматизации .............................................................................................. 8 1.1.2 Технические требования к АСУ ТП ................................................. 10

1.1.2.1 Требования к структуре АСУ ТП.............................................. 10 1.1.2.2 Требования к показателям надежности АСУ ТП ...................... 11 1.1.2.3 Требования к функциям, выполняемым АСУ ТП .................... 12 1.1.2.4 Требования к технической реализации АСУ ТП ...................... 23

1.1.3 Анализ существующих проектных решений ................................... 25 1.2 Разработка технического обеспечения АСУ ТП..................................... 28

1.2.1 Определение количества узлов обработки данных и топологии сети .............................................................................................................. 28 1.2.2 Выбор технических средств на сенсорном уровне АСУ ТП ........... 28 1.2.3 Выбор технических средств на контроллерм уровне АСУ ТП ....... 28 1.2.4 Метрологические характеристики информационно- измерительных каналов ............................................................................. 32 1.2.5 Выбор технических средств диспетчерского уровня ...................... 37

1.3 Решение задач управления на контроллерном уровне ........................... 40 1.3.1 Решение задач регулирования технологическим процессом .......... 40

1.3.1.1 Выбор контура регулирования и идентификация ТОУ ............ 40 1.3.1.2 Расчет и анализ САР ................................................................... 45 1.3.1.3 Расчет надежности САР ............................................................. 49 1.3.1.4 Программная реализация САР на ПЛК ..................................... 51

1.3.2 Решение задач программно-логического управления ..................... 53 1.4 Решение задач управления на диспетчерском уровне ............................ 75

1.4.1 Перечень задач, решаемых на верхнем уровне управления ............ 75 1.4.2 Разработка структуры SCADA-проекта ........................................... 76 1.4.3 Перечень переменных, передаваемых между уровнями ................. 78 1.4.4 Выбор SCADA-системы и разработка экранных форм ................... 88

2 Расчет сравнительной экономической эффективности ................................. 91 2.1 Определение затрат на приобретение средств автоматизации .............. 91 2.2 Расчет капитальных затрат на автоматизацию ....................................... 93 2.3 Расчет условно-годовой экономии от внедрения средств автоматизации ................................................................................................ 94

Лист

Изм Лист № докум Подпись Дата ОАУ 00.00.000 ПЗ

Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

4

2.4 Расчет экономической эффективности, экономического эффекта и срока окупаемости капитальных затрат ........................................................ 98

Заключение ....................................................................................................... 101 Список литературы .......................................................................................... 102 Приложение А. Заказная спецификация Приложение Б. Графическая часть проекта

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

5

Введение и технико-экономическое обоснование Одной из главных и неотъемлемых черт современного этапа НТП,

промышленного развития является повсеместное внедрение информацион-ных технологий, вычислительной техники в различные сферы и отрасли нау-ки и производства. Автоматизация научных, технологических, организаци-онно-управленческих решений позволяет значительно сократить трудовые и материальные затраты, получить качественно новые результаты, обеспечить интенсивный рост. В то же время такие мероприятия, как правило, требуют существенных финансовых затрат и поэтому в условиях рыночных отноше-ний проблема экономического обоснования создания и функционирования автоматизированных систем, программного обеспечения является весьма острой.

Автоматизация технологических процессов производства в молочной промышленности осуществляется путем внедрения систем контроля, регули-рования и управления на базе комплекса технических средств общепромыш-ленного и отраслевого назначения. В настоящее время в молочной промыш-ленности уже накоплен значительный опыт автоматизации технологических процессов. Современное развитие промышленного производства молочных продуктов сопровождается все более широким применением автоматизиро-ванных систем управления технологическими процессами.

Широкому внедрению автоматизации в отечественной молочной про-мышленности способствует наличие ряда предпосылок. В их числе приме-нение поточных и непрерывных способов производства, оснащение предпри-ятий новым высокопроизводительным оборудованием, наличие современных технических средств автоматизации. Наряду с локальными системами управ-ления отдельными операциями и основными технологическими процессами широко внедряются также централизованные системы управления на базе мини- и микро-ЭВМ. Опыт показал, что применение локальных систем управления отдельными операциями эффективно для небольших заводов и при малых объемах производства.

Применение систем управления с использованием программируемых средств управления на основе микропроцессорной техники обусловлено уни-версальностью, высокой надежностью в эксплуатации, возможностью изме-нения программы функционирования. Стоимость таких систем ниже стоимо-сти аналогичных систем, созданных на основе традиционных технических средств автоматического управления.

Характерной особенностью современных автоматизированных систем управления в молочной промышленности является то, что они осуществля-ются на основе типовых алгоритмов и математических моделей с учетом особенностей данной отрасли.

Широкое применение автоматизированных систем управления обу-славливается значительным экономическим эффектом, который достигается

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

6

благодаря обеспечению заданных качеств вырабатываемых продуктов неза-висимо от субъективных факторов; уменьшению потерь ценных продуктов; снижению трудоемкости процессов производства; повышению культуры производства и т.д.

Объектом изучения данного дипломного проекта является процесс производства творога на Кемеровском молочном заводе.

Производительность этих линий 2500 л. и 5000 л. перерабатываемого молока в час. Они используются для выработки всех видов творогов, за ис-ключением жирных и классических видов, начиная с 12%- ного. В механизи-рованных линиях Я9-ОПТ-2,5 и Я9-ОПТ-5 для получения сгустка использо-ван кислотный метод коагуляции белком молока. В состав линии входят ем-кости для сквашивания Я1-ОСВ, насосная установка П8-ОНБ для подачи сгустка, аппарат для тепловой обработки сгустка, бойлерная установка, обез-воживатель сгустка, охладитель творога и система управления и контроля.

Аппарат тепловой обработки сгустка (ТОС) в потоке до температуры 42-60 °С, выдерживания сгустка в течение 1-3 мин в одной из секций и охла-ждения до 25-35 °С представляет собой кожухотрубный одноходовой тепло-обменник с каналами плоского сечения, который состоит из семи секций, со-единенных между собой отводами. Бойлерная установка предназначена для нагревания воды до 60-95 °С и подачи ее в рубашку аппарата тепловой обра-ботки сгустка. Она обеспечивает нагрев воды и автоматическое поддержание температуры теплоносителя.

Обезвоживатель творожного сгустка для выделения из сгустка сыво-ротки представляет собой конический, сужающийся к выходному отверстию барабан. Он приводится во вращение с помощью электродвигателя, соеди-ненного с редуктором. При вращении барабана скорость обезвоживания ре-гулируется подъемным механизмом, вращающимся от отдельного привода, который изменяет угол наклона барабана.

Охладитель творога до температуры 8°С состоит из пары вытесни-тельных барабанов шнекового типа. Барабаны размещены в корпусе из двух сопряженных цилиндров с одним общим бункером, смонтированным на ста-нине. Подача и транспортирование сырья и продуктов в агрегаты линии осу-ществляются через систему трубопроводов, клапанов и насосов.

Система управления и контроля включает щиты, с помощью которых осуществляются контроль, регистрация и автоматическое регулирование технологических параметров линии.

Преимущества механизированной линии заключаются в следующем: осуществлена комплексная механизация и автоматизация технологических процессов. Уровень механизации – 92%, автоматизирован контроль режимов производства, дистанционное управление линией подачи сгустка; визуальный и технический контроль всех параметров работы линии, возможность быстрого изменения параметров процесса.

Требуемая производительность аппарата ТОС в линии достигается регулированием температуры горячей воды, поступающей из бойлера, что

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

7

препятствует сворачиванию творога. Поэтому поддержанием заданной тем-пературы можно гарантировать качество продукта и производительность ли-нии. Кроме того, творог после аппарата ТОС необходимо немедленно охла-дить до 3-8°С, чтобы прекратить молочнокислое брожение с нарастанием ки-слотности. Если этого не сделать, то получаемый продукт будет иметь недо-пустимые пороки, понижающие его качество, такие как излишне кислый вкус, возникающий из-за избытка молочной кислоты, а также пороки конси-стенции, указывающие на нарушение технологии производства. Таким обра-зом, чтобы предотвратить появление пороков в продукте, необходимо под-держивать температуру технологического процесса в требуемых регламен-том значениях.

Однако, основные средства автоматизации, применяемые в процессе управления производством творога физически и прежде всего, морально ус-тарели, что приводит к выходу регулируемых параметров за допустимые значения. Поэтому эти средства автоматизации требуют замены на более со-временные. Предполагаемая замена устаревших средств автоматизации и микропроцессорного контролера на современный ControlLogix позволит ис-пользовать многоконтурные системы регулирования. Которые, в свою оче-редь, позволят сократить время регулирования технологических параметров в случае их выхода за допустимые значения, а также уменьшить величину этих отклонений от значений, предусмотренных технологическим регламен-том.

Кроме того, наличие центрального пульта управления даст возмож-ность управления клапанами, расположенными на линии подачи сгустка и производительностью насосов. Достоинства модернизированной схемы АСУТП – использование современных комплектующих, улучшение логики регулирования и контроля технологического процесса, визуальный и техни-ческий контроль всех параметров работы линии, возможность быстрого из-менения параметров процесса.

Данная замена должна не только устранить недостатки но и принесет экономический эффект за счет:

1. Улучшения условий труда за счет повышения надежности и безот-казности производства;

2. Сокращения потерь готовой продукции (потерь от брака). 3. Снижения себестоимости продукции.

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

8

1 Специальная часть 1.1 Анализ технологического процесса как объекта автоматизации Анализ технологического процесса производства творога на ОАО

«Кемеровский молочный комбинат» как объекта автоматизации является на-чальным этапом создания систем автоматического управления технологиче-ским участком. Анализ проводится на основании информации о технологи-ческом процессе, которая содержится в технической литературе и техноло-гическом регламенте процесса. В результате проведенного анализа формули-руется перечень задач, которые будут решаться при автоматизации техноло-гического процесса, определяются требования, предъявляемые к различным системам автоматизации.

1.1.1 Характеристика, описание и режимы работы объекта

автоматизации Технологический процесс производства творога непрерывным

способом заключается в биохимическом сквашивании молока в резервуарах чистыми культурами молочнокислых бактерий, ускорении синерезиса сгустка под воздействием его тепловой обработки в потоке, обезвоживании сгустка и охлаждении готового продукта в потоке.

Производство творога ведется на механизированной линии Я9-ОПТ. В состав линии входят резервуары для сквашивания молока, насос для перекачивания сгустка, аппарат для тепловой обработки сгустка, обезвоживатель сгустков барабанного типа, охладитель творога [1].

Технологическая схема процесса производства творога представлена на рисунке 1.1.

Процесс производства творога на линии состоит из следующих операций. Закваску и пастеризованное гомогенизированное молоко подают насосами М6 и М7 в резервуары (1, 2, 3, 4, 5) для сквашивания. Объем дозированной закваски составляет приблизительно 10% от объема подаваемого молока. Затем перемешивают (двигатели мешалок М1, М2, М3, М4, М5) и оставляют в покое до достижения сгустком заданного значения pH 4,5-4,6. Готовый сгусток в резервуаре перемешивают и винтовым насосом М8 подают в аппарат тепловой обработки сгустка (6). В секции А сгусток нагревается до температуры 42-60°С с помощью горячей воды, подаваемой из бойлера (7) насосом М9 и циркулирующей в рубашке тепловых секций. Бойлер предназначен для нагрева воды до температуры 60-95°С. Затем сгусток выдерживается 1-3 мин в секции Б, а затем в секции В охлаждается до температуры 25-35°С ледяной водой, подаваемой в рубашку секции. Далее

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

9

сгусток поступает в обезвоживатель барабанного типа (8), откуда творог направляется в охладитель (9), а сыворотка – в отдельный сборник. В охладителе творог охлаждается до температуры 8°С. Готовый продукт подается в автомат для фасовки.

Рисунок 1.1 – Технологическая схема процесса Схема размещения технологического оборудования цеха производст-

ва творога, представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Схема размещения технологического оборудования 1 – емкость; 2 – насосная одновинтовая установка; 3 – аппарат для тепловой обработки сгустка; 4 – бойлер; 5 – обезвоживатель творожного сгустка; 6 –

охладитель творога; 7 – система управления и контроля

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

10

1.1.2 Технические требования к АСУ ТП Технические требования к проектирующей системе автоматизации,

как правило, разбивают на следующие группы: - функциональные требования, которые включают в себя перечень

функций, выполняемых АСУ ТП (автоматического регулирования, сбора и обработки данных, сигнализации, защиты, блокировки, включения и отклю-чения оборудования) и основные характеристики этих функций, представ-ленные в табличной форме;

- требования к комплексу программно-технических средств автома-тизации, который будет использован для реализации АСУ ТП (данные требо-вания определяются условиями эксплуатации технических средств, требова-ниями к их компоновке на щитах, пультах, в шкафах и т.д.);

- требования к надежности, долговечности АСУ ТП, срокам окупае-мости капитальных затрат на автоматизацию и т.д.

1.1.2.1 Требования к структуре АСУ ТП 1) АСУТП должна обрабатывать информацию и осуществлять управ-

ление в темпе протекания технологического процесса. 2) Система должна иметь (по возможности) территориально и функ-

ционально распределенную структуру, т.е. технические средства должны быть распределены по производству, а функции управления по всем микро-процессорным средствам.

3) Система условно должна быть разделена на уровни: сенсорный (нижний), контроллерный (управляющий), диспетчерский (верхний). Сен-сорный и контроллерный уровни обычно объединяются в одну подсистему.

Программно-технические средства контроллерного уровня образуют управляющую подсистему, а диспетчерского – информационно-вычисли-тельную.

Назначение управляющей подсистемы – реализация функций измере-ния, дистанционного управления, технологических защит и блокировок, ав-томатического регулирования, функционально-группового управления, связи с подсистемой верхнего уровня. Подсистему образуют контроллеры, датчи-ки, исполнительные механизмы, преобразователи, на которых осуществляет-ся управление функциональными технологическими узлами (аппаратами, аг-регатами и т.д.).

Назначение подсистемы верхнего уровня – реализация информацион-но-вычислительных (включая интерфейс диспетчера) и сервисных функций, связь с подсистемой нижнего уровня и другими станциями (для неоператив-ного персонала). В подсистему верхнего уровня входят рабочие станции для

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

11

организации автоматизированных рабочих мест (АРМ) диспетчера, инженера АСУ ТП, серверы баз данных и приложений.

Средства верхнего (реже нижнего) уровня могут быть подключены к общезаводской сети и сети Internet для обеспечения связи с неоперативными потребителями информации (руководством цеха, производства, предприятия и т.д.).

1.1.2.2 Требования к показателям надежности АСУ ТП Требования к показателям надежности устанавливаются в соответст-

вии с ГОСТ 24.701-86, ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 27.003-90 и РД 34.35.127-93 с учетом сложившейся отечественной практики нормирования показателей на-дежности разрабатываемых и внедряемых АСУТП.

0.0.3.1.Состав и количественные значения показателей надежности могут быть заданы для системы в целом или ее подсистем.

В качестве показателей аппаратной надежности всего комплекса тех-нических средств (КТС) принимаются:

- коэффициент готовности системы, т.е. вероятность того, что КТС окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме плани-руемых периодов профилактического и капитального ремонтов;

- показатель суммарного потока повреждений системы, требующих привлечения ремонтного персонала.

Значение коэффициента готовности обычно выбирается из значений, лежащих в пределах (0,90 - 0,99).

Для всего КТС АСУ ТП, включая функцию технологических защит, показатель суммарного потока повреждений, как правило, не превышает 0,04 (1/час).

Показателем безотказности КТС, кроме подсистем технологических защит, принимается среднее время наработки на отказ.

Показателями безотказности для подсистемы технологических защит принимаются:

- вероятность несрабатывания защиты при запросе; - вероятность ложного срабатывания. Показателем ремонтопригодности принимается среднее время восста-

новления устройств, реализующих определенную функцию, после отказа. При этом считается, что индицируемые средствами самодиагностики отказы устраняются при восстановительном ремонте немедленно (при обнаруже-нии), а не индицируемые – при плановом техническом обслуживании. Цикл планового технического обслуживания КТС АСУ ТП может находиться в пределах от 1 до 6 месяцев.

Для каналов КТС, реализующих конкретные функции, кроме техноло-гических защит, рассматриваются канальные, групповые и полные отказы.

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

12

Безотказное функционирование КТС поддерживается также про-граммным обеспечением (ПО), которое должно включать развитую систему самодиагностики. Структура самодиагностики должна быть иерархичной и распространяться вплоть до единичных каналов. Должна быть обеспечена дальнейшая диагностика в автоматизированном режиме вплоть до модулей (элементов замены). Функциональная надежность должна обеспечиваться, помимо диагностики исправности аппаратных средств, контролем правиль-ности хранения, передачи данных и управляющих воздействий. Наряду с са-модиагностикой программируемых устройств, ПО должно обеспечивать, по возможности, максимально полную диагностику подключенных непрограм-мируемых средств, в том числе датчиков.

Оценка надежности при разработке системы должна выполняться аналитическим путем (согласно РТМ 25.376-80 «АСУ ТП – аналитические методы оценки надежности», что дает нижнюю оценку показателей надежно-сти, МУ 25.678-84 «Аналитическая оценка показателей надежности АСУ ТП»). При проведении проектной оценки надежности АСУ следует исполь-зовать данные по надежности её элементов, приведенные в документации разработчиков и изготовителей.

1.1.2.3 Требования к функциям, выполняемым АСУ ТП По режимам работы функции системы делятся на: оперативные функции, которые связаны с текущим управлением,

сбором, представлением информации и диагностикой в темпе протекания технологического процесса;

неоперативные функции, которые не связаны жестко с реальным временем и заключаются в обработке, хранении, передаче и представлении информации, используемой в неоперативном управлении, планировании, об-служивании, ремонте и т.д.

Информационно-вычислительные функции. 1) Информационные функции (задачи), выполняемые автоматиче-

ски (по инициативе системы) в темпе протекания технологического процесса: сбор, первичная обработка и регистрация информации о техноло-

гическом процессе и состоянии технологического оборудования; сбор и регистрация информации о состоянии исполнительных

механизмов, схем автоматического управления, регулирования и технологи-ческих защит;

отображение информации на мониторах и приборах, установлен-ных на пультах (щитах) управления и по месту;

технологическая сигнализация (ТС); представление выходных форм оперативных задач.

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

13

2) Информационные функции (задачи), выполняемые по запросам персонала:

представление на мониторах оперативной информации: мнемо-схем, графиков, таблиц, и т.п.;

распечатка оперативных отчетных документов: графиков, таблиц и т.п.;

выдача сообщений о ходе выполнения программ функционально-группового управления;

фиксация содержимого мгновенной базы данных; представление на мониторах и распечатка выходных форм не-

оперативных задач. Требования к отдельным информационно-измерительным каналам

представлены в таблицах 1.1-1.6. Таблица 1.1 – Требования к информационным функциям АСУ ТП

Наименование контролируемой технологической

переменной

Диа

пазо

н из

мене

ния,

аб

солю

тны

е ед

иниц

ы

Точн

ость

кон

трол

я на

кон

-тр

олле

рном

и д

испе

тчер

ском

ур

овне

, абс

олю

тны

е ед

иниц

ы

Место и способ представления

технологической переменной

Примечание

1 2 3 4 5

1) Температура сгустка на выходе

секции А аппарата те-пловой обработки сгу-

стка (ТОС) 6

42-60С 1/3С

на экране монитора АРМ

оператора в цифровом и графическом

виде

среда не агрессивная

2) Температура сгуст-ка на выходе секции В аппарата тепловой об-

работки сгустка (ТОС) 6

25-35С 1/3С



виде


Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

14

Продолжение таблицы 1.1

1 2 3 4 5

3) Температура творога на выходе

охладителя 9 8-12С 1/3С



виде


4) Температура го-рячей воды перед

подачей в рубашку аппарата ТОС 6

60-95С 1/3С



виде


5) Температура продукта в

резервуарах для сквашивания (1, 2, 3, 4, 5)

25-30С 1/3С



виде


6) Давление пара, подаваемого в бойлер 7

0,15-0,2 МПа

0,03/0,05 МПа



виде


7) Расход молока, подаваемого в резервуары для

сквашивания

1-5м3/ч 0,1/0,5 м3/ч



виде


8) Расход закваски, подаваемой в

резервуары для сквашивания

0,1-0,3 м3/ч

0,01/0,05 м3/ч



виде


Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

15


1 2 3 4 5

9) Уровень продукта в


0-3 м 0,05/0,1 м



виде


10) рН сгустка в резервуарах для

сквашивания (1, 2, 3, 4, 5)

4,4-4,6 ед. pH

0,01/0,05 ед. pH



виде


Таблица 1.2 – Требования к технологической сигнализации

Наименование системы

Предельные значения

переменной, при которых

возникает сигнал, абсолютные

единицы

Тип сигнали-

зации

Вид сигнала Примечание

1) САС темпера-туры сгустка на

выходе секции А аппарата тепло-вой обработки

сгустка (ТОС) 6

35°C > Т > 65°C преду-преди-тельная

световой, звуковой

зона неодно-значности

2°C

2) САС темпера-туры сгустка на выходе секции В аппарата тепло-вой обработки

сгустка (ТОС) 6

20°C > Т > 40°C преду-преди-тельная



2°C

3) САС температуры

творога на выходе

охладителя 9

Т > 15°C преду-преди-тельная



2°C

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

16


1 2 3 4 5

4) САС давления пара, подаваемого

в бойлер 7

Р > 0,25 МПа преду-преди-тельная


зона неодно-значности 0,05МПа

Р > 0,3 МПа аварий-ная


зона неодно-значности 0,05МПа

5) САС уровня продукта в


L > 2,7 м преду-преди-тельная



0,1 м

L > 2,9 м аварий-ная



0,1 м

6) САС рН сгустка в


Q < 4,2 ед. pH преду-преди-тельная



0,1

Q < 4 ед. pH аварий-ная



0,1 Таблица 1.3 – Требования к сигнализации состояния оборудования

Наименова-ние системы

Сос

тоян

ие

обор

удов

ания

, пр

и ко

торо

м

появ

ляет

ся с

иг-

нал

Вид

сиг

нала

, со

отве

тств

ующ

ий

опре

деле

нном

у

сост

ояни

ю

обор

удов

ания

При

чина

изм

ене-

ния

сост

ояни

я

обор

удов

ания

Примечание

1 2 3 4 5 1) САС о со-стоянии дви-гателей М1, М2, М3, М4, М5 приво-

дов мешалок в резервуа-

рах

Двигатель М1 (М2, М3,

М4, М5): включен

выключен

зеленое изо-бражение

двигателя на экране

отсутствие подсветки


команда оператора


регистрация в базе данных

момента включения и отключения двигателя

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

17


1 2 3 4 5 2) САС о

состоянии о состоянии двигателей М6, М7 на-

сосов подачи молока и за-

кваски

Двигатель М6 (М7): включен

выключен

выключен




двигателя на экране красная

подсветка двигателя и

звуковой сигнал



срабатыва-ние САЗ



3) САС о со-стоянии дви-

гателя М8 насоса пода-чи сгустка в

аппарат ТОС 6

Двигатель М8: включен

выключен

выключен

зеленое изо-

бражение двигателя на

экране отсутствие подсветки

двигателя на экране красная

подсветка двигателя и

звуковой сигнал

команда

оператора





4) САС о состоянии двигателя М9 насоса

циркуляции горячей во-ды в секции А аппарата

ТОС 6

Двигатель М9:

включен

выключен





монитора





Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

18


1 2 3 4 5 5) САС о

положении трехходово-го клапана

24-1 на тру-бопроводах подачи мо-лока и за-

кваски в ре-зервуары 1, 2, 3, 4, 5 и сгустка в аппарат ТОС 6

Клапан 24-1: положение

«Заполнение резервуаров»

положение «Подача сгуст-

ка в ТОС»

зеленое изо-

бражение клапана на

экране мони-тора

желтое изо-бражение

клапана на экране мони-

тора

команда

оператора



момента перехода кла-пана из одного положения в

другое

6) САС о положении

трехходовых клапанов 25-1, 26-1, 27-1, 28-1 на тру-бопроводах подачи мо-лока и за-

кваски в ре-зервуары 1,

2, 3, 4, 5

Клапан 25-1 (26-1, 27-1,

28-1): положение

«Заполнение резервуара 5»

положение «Заполнение резервуара 4

(3, 2, 1)»



тора желтое изо-бражение


тора




момента перехода кла-пана из одного положения в

другое

Управляющие функции, выполняемые автоматически, с воздействием

на технологическое оборудование: аварийное отключение объекта управления при повреждении

оборудования или недопустимом отклонении параметров; переход на новый режим работы при отключении механизма или

узла; поддержание параметров в пределах заданных ограничений; логическое управление отдельными узлами и установками обо-

рудования. Управляющие функции, выполняемые автоматически, с воздействием на схемы управления: ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по ус-

ловиям режима;

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

19

включение / отключение схем на автоматическую работу по ус-ловиям режима;

блокирование ошибочных команд. Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с

воздействием на технологическое оборудование: управление исполнительными механизмами с пульта управления

или по месту; подмена отказавших автоматических функций; воздействие на технологический процесс в непредвиденных и

предаварийных режимах; отключение оборудования при нераспознанных автоматическими

системами нарушениях; Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с

воздействием на схемы управления: выбор режима работы автоматических регуляторов; выбор очередности отключения механизмов при останове объек-

та управления; изменение заданий автоматическим регуляторам; ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по ус-

ловиям режима; вывод защит в ремонт; управление функционально-групповыми задачами. Технологические защиты и блокировки. Технологические защиты должны обеспечить автоматическое выпол-

нение операций по останову или изменению режима работы объекта управ-ления при недопустимом отклонении от нормы параметров технологического процесса или аварийном отключении оборудования с целью предотвращения повреждения аппарата (агрегата) и развития аварии.

Защиты не должны препятствовать работе оборудования в режимах пуска или останова объекта управления. На этих этапах должно обеспечи-ваться отключение технологических защит, мешающих пуску или останову.

Срабатывание технологических защит должно сопровождаться звуко-вой и световой сигнализацией. Отключение сигнализации о срабатывании защиты выполняется оперативным персоналом.

Технологические блокировки предназначены для формирования и по-дачи команд и запретов на исполнительные механизмы или схемы управле-ния в соответствии с технологическими условиями.

Условия «срабатывания» конкретных защит и блокировок представ-ляются в виде таблицы 1.4.

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

20

Таблица 1.4 – Требования к функциям автоматической защиты и бло-кировки


Перечень возможных состояний

оборудования

Условия перехода

оборудования из одного

состояния в другое

Дополнительные требования к

системе

1) САЗ и Б двига-телей М6, М7 на-сосов подачи мо-лока и закваски

двигатель М6 (М7)

включен, выключен

уровень в резер-вуаре 1: L < 2,7 м

L > 2,7 м

включение двига-теля

сопровождается световой

сигнализацией, а выключение –

световой и звуко-вой сигнализацией

2) САЗ и Б двига-теля М8 насоса

подачи сгустка в аппарат ТОС 6

двигатель М8

включен, выключен

температура воды в бойлере 7:

Т > 70ºС

T < 70ºС

включение двига-теля

сопровождается световой

сигнализацией, а выключение –

световой и звуко-вой сигнализацией

3) САЗ и Б трех-ходовых клапанов

25-1, 26-1, 27-1, 28-1 на трубопро-водах подачи мо-лока и закваски в резервуары 1, 2,

3, 4, 5

Клапан 25-1 (26-1, 27-1,

28-1):

положение «Заполнение резервуара 5»

положение

«Заполнение резервуара 4

(3, 2, 1)»

уровень молока и закваски в резер-

вуаре 5: L < 2,7 м

уровень молока и закваски в резер-вуаре 4 (3, 2, 1):

L < 2,7 м

изменение положе-ния клапана

сопровождается световой и звуко-

вой сигнализацией

Дистанционное управление должно выполнять следующие функции: управление запорной и регулирующей арматурой и механизма-

ми; управление автоматическими регуляторами; дублирование действий технологических защит, блокировок и

регуляторов при отказах соответствующих функций систем управления;

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

21

имитация выполнения условий и команд. Основным средством дистанционного управления оборудованием и

подсистемами АСУ ТП являются манипуляторы типа «мышь» из состава АРМ оператора (диспетчера), с помощью которых осуществляются все виды диспетчерского управления объектами. Кроме того, аварийное отключение объекта управления может осуществляться от ключей резервной системы (для взрыво-, пожароопасных объектов обычно создаются резервные систе-мы управления исполнительными устройствами, позволяющие выполнять останов объекта при отказе основной системы управления). В качестве ре-зервных (дублирующих) средств дистанционного управления обычно ис-пользуются индивидуальные ключи или кнопки управления.

Основные требования к системам пуска и останова оборудования представлены в виде таблицы 1.5.

Таблица 1.5 – Требования к системам пуска и останова оборудования


Режим работы системы

(местный, дистанционный

и т.д.)

Место установки

органов управления и

их тип

Дополнительные требования к сис-

теме

1) Система пуска и останова электро-

двигателей М1, М2, М3, М4, М5 мешалок в резер-вуарах 1, 2, 3, 4, 5

дистанционный

местный

диспетчерский пульт

управления кнопочный

пульт по месту установки двигателей

-

2) Система пуска и останова двигате-лей М6, М7 насо-сов подачи молока и закваски в резер-вуары 1, 2, 3, 4, 5

дистанционный – блокированный

местный




система сблокирована с

преобразователем уровня в

резервуаре 1

3) Система пуска и останова двигателя М8 насоса подачи сгустка в аппарат

ТОС 6


местный





преобразователем температуры в

бойлере 7

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

22


1 2 3 4 4) Система пуска и останова электро-двигателя М9 на-соса циркуляции горячей воды в

секции А аппарата ТОС 6

дистанционный

местный




-

5) Система дистанционного

управления клапаном 24-1

дистанционный диспетчерский пульт

управления

-

6) Система дистанционного

управления клапанами 25-1, 26-1, 27-1, 28-1



управления


преобразователями уровня в резервуа-

рах 1, 2, 3, 4, 5 Автоматическое регулирование. Для каждой системы должны быть предусмотрены: контроль положения регулирующего органа или значения вы-

ходного сигнала; возможность безударного переключения в режим автоматическо-

го регулирования; возможность изменения задания; сигнализация отключения питания исполнительных механизмов; для некоторых автоматических регуляторов может быть преду-

смотрено наличие автоподстроек при изменении нагрузки; автоматическое отключение регуляторов, при согласованных с

заказчиком условиях (например, при замене неисправного модуля без снятия напряжения с контроллера);

контроль крайних положений регулирующего органа или огра-ничений исполнительной схемы;

вывод информации о работе контура регулирования и положении исполнительного органа на дисплей.

Требования к качеству регулирования представлены в таблице 1.6.

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

23

Таблица 1.6 – Требования к системам автоматического регулирования

Наименование регулируемой переменной

здн

Допустимые значения прямых показателей качества

регулирования Примеча-

ние д

ст ддин

дрt

д

1 2 3 4 5 6 7 1) Температура

сгустка на выходе секции А аппарата те-пловой обработки сгу-

стка (ТОС) 6

50°С 1°С 4°С 5мин 0,75 -

2) Температура сгу-стка на выходе секции В аппарата тепловой

обработки сгустка (ТОС) 6

30°С 1°С 5°С 5мин 0,75 -

3) Температура творога на выходе

охладителя 9 10°С 1°С 4°С 5мин 0,75 -

1.1.2.4 Требования к технической реализации АСУ ТП Весь программно-технический комплекс АСУ ТП должен быть вы-

полнен на базе микропроцессорных средств, надежность которых удовлетво-ряет требованиям к технологической защите объекта, (реализация техноло-гических защит является задачей высшего приоритета). При этом средства, на которых реализуются технологические защиты объекта, могут быть пол-ностью дублированы. Такая реализация системы обеспечит унификацию ре-шений и повышение надежности системы в целом. Для сохранения информа-ции в базах данных и контроллерах в систему необходимо включать источ-ники бесперебойного питания (ИБС). Для объектов повышенной опасности мощность ИБС должна обеспечивать безаварийный останов оборудования.

Все подсистемы АСУ ТП должны допускать определенную степень модернизации, развития и наращивания в части технологического оборудо-вания. В каждом отдельном контроллере должен быть предусмотрен резерв незадействованных каналов ввода/вывода (5 - 10%) и свободных позиций для установки дополнительных модулей ввода/вывода(10 -15%). Программируе-мые средства должны иметь запас по производительности, допускающий увеличение на 10-20 % всех видов входной информации и на 10-20 % - коли-чество функций обработки без установки дополнительных контроллеров.

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

24

Скоростные характеристики сетей передачи данных и применяемые системы управления базами данных должны позволять увеличивать соответ-ствующее количество данных с сохранением установленных параметров бы-стродействия обработки, передачи, отображения и регистрации информации, передачи сигналов и управляющих воздействий.

Программно-технический комплекс должен создаваться как восста-навливаемая и ремонтно-пригодная система, рассчитанная на длительное функционирование в непрерывно-дискретном режиме. Срок службы базовых элементов комплекса технических средств (КТС) должен быть не менее 10 лет. Срок службы заменяемых узлов – не менее 5 лет. Должна иметься воз-можность продления срока службы комплекса путем замены отслуживших элементов.

В системе должна предусматриваться функциональная реконфигура-ция по технологическим алгоритмам. Степень реконфигурирования при из-менении технологических процессов и методов управления определяется полнотой изначально закладываемого комплекса возможных режимов функ-ционирования, управляющих параметров, «уставок», методов обработки ин-формации, методов регулирования и т.д.

В АСУ ТП должны быть предусмотрены возможности для автомати-ческой диагностики программных и технических средств системы, предос-тавления информации об отказах и передачи структурных воздействий на другие задачи для блокирования ложной информации; возможности для пер-воначального и последующего конфигурирования КТС, для проведения в регламентируемых пределах отключения/подключения, проверки и замены элементов КТС, для изменения «уставок» и констант управления и обработки информации, для имитации сигналов, автоматизированной калибровки изме-рительных каналов, для модификации прикладного программного обеспече-ния; для организации санкционированного доступа в среду системы.

При выборе КТС требуется указать: - планируемое число рабочих станций операторов и инженерного пер-

сонала; - наличие в поставке пультов, на которые устанавливаются рабочие

станции, размеры и внешний вид этих пультов (если они входят в поставку); - наличие взаимосвязи между рабочими станциями (возможные вари-

анты: взаимодействие отсутствует, станции связаны информационной сетью, реализуется клиент-серверная структура, при которой с контроллерами взаи-модействуют серверы, а рабочие станции получают и выдают информацию через серверы);

- характеристики каждого вида рабочих станций: тип процессора, его частота, объемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и диска, число и размеры мониторов, наличие функциональной клавиатуры, наличие сенсорных экранов, наличие и тип звуковой сигнализации, тип печатающих устройств на пульте;

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

25

- характеристики серверов (если они входят в состав КТС): тип про-цессора, его частота, объемы ОЗУ, диска, оптического диска и записывающе-го компакт-диска, размер монитора;

- операционные системы сетевой структуры (если она предусматрива-ется) и средств верхнего уровня.

Возможные варианты требований заказчика к рабочим станциям: - может быть затребовано определенное число рабочих станций опе-

раторов и инженерного персонала и указаны реализуемые на каждой из них функции;

- может быть затребована поставка пультов и указано их число и рас-положение на них рабочих станций;

- может быть указан определенный вариант взаимосвязи рабочих станций;

- могут быть затребованы определенные характеристики рабочих станций и серверов;

- может быть затребовано использование определенных сетевых и ло-кальных операционных систем;

- могут быть затребованы добавочные средства для операторов; на-пример, специальные табло аварийной сигнализации, ключи для подачи ава-рийных команд, отдельные аналоговые записывающие приборы, настенные щитовые мозаичные мнемосхемы, проекторы на экран, звуковые/речевые сигнализаторы, местные переносные панели, средства выдачи определенных данных на пейджеры обслуживающего персонала.

1.1.3 Анализ существующих проектных решений Авторами [2] предложена АСУ ТП производства получения творож-

ного сгустка на линии Я9-ОПТ-2,5 (рисунок 1.3). Основными технологическими параметрами процесса получения

творожного сгустка являются рН в пределах 4,4-4,6 и температура его подогрева. Номинальное значение температуры подогрева для нежирного творога устанавливают в пределах 42-50 С, для творога с массовой долей жира 9 % – в пределах 48-54 С. В системе автоматизации принят косвенный способ стабилизации температуры сгустка – путем регулирования температуры горячей воды, подаваемой в аппарат ТОС из бойлерной установки.

Система управления на соответствующем участке механизированной линии для производства творога Я9-ОПТ авторов [3] приведена на рисунке 1.4.

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

26

Рисунок 1.3 – Функциональная схема системы управления операциями получения творожного сгустка на линии Я9-ОПТ-2,5:

I − подача молока; II – подача сгустка в аппарат тепловой обработки; III – подача моющего раствора на линию; IV – отвод моющего раствора;

Р1-P5 – резервуары сквашивания Я1-ОСВ; Мг – моющая головка; Н1 - насос подачи закваски; Н2 – винтовой насос для сгустка;

НЗ – насос отвода моющих растворов; К1 – КЗ0 – клапаны с пневмоприводом РЗ-ОПЛ

Рисунок 1.4 – Функциональная схема системы управления операций тепловой обработки сгустка, получения и фасовки творога на линии Я9-ОПТ

I – сыворотка на дальнейшую обработку; II – подача сгустка; ТОС – аппарат тепловой обработки сгустка; Н1, Н2 – насосы; Бл – бойлер; Об – обезвоживатель; От – охладитель

творога; Б – емкость подъемника; АРТ – фасовочный автомат; К1–К7 – клапаны

Лист


Инв

.№ п

одп.

Под

п. и

дат

а В

зам.

Инв

. №

Инв

. № д

убл.

Под

п. и

дат

а.

27

Основными функциями системы автоматизации являются контроль расхода и количества закваски, подаваемой в резервуары; контроль уровня и температуры продукта в резервуарах для сквашивания; контроль и регистра-ция рН продукта в этих резервуарах; контроль расхода сгустка, подаваемого в аппарат для его тепловой обработки; сигнализацию предельных уровней продукта в резервуарах для сквашивания; управление процессом заполнения и опорожнения резервуаров для сквашивания по программе; управление про-цессом дозирования закваски; управление по временной программе опера-цией перемешивания сгустка в резервуаре; контроль, регистрация и регу-лирование температуры горячей воды на входе в секцию нагрева; контроль, регистрация и сигнализация предельных значений температуры сгустка на выходе из секции подогрева; контроль, регистрация и сигнализация нижнего предельного значения температуры охлаждения сгустка (по температуре сы-воротки); контроль и сигнализация давления пара, подаваемого в бойлерную установку и давления греющей воды на входе в секцию нагрева; контроль температуры творога на выходе из охладителя, температуры и давления хо-лодной воды; сигнализация работы клапанов, электроприводов оборудова-ния; дистанционное управление клапанами по группам, электродвигателями насосов, обезвоживателя и охладителя творога.

Установка задания регулятору выбирается, исходя из информации о расходе сгустка, подаваемого в секцию подогрева, и требуемой температуры его нагрева. Для контроля и регулирования температуры горячей воды на входе в секцию нагрева в системе используется комплект приборов (1), включающий термометр сопротивления ТСМ-5071, автоматический электронный мост КСМ3-П, со встроенным ПИ-регулятором и регулирующий клапан (2) с мембранным пневматическим приводом, управляющий подачей пара в бойлерную установку.

Температура подогрева сгустка контролируется и регистрируется электронным мостом (3) типа КСМ-2-004 с двухпозиционным сигнальным устройством, работающим в комплекте с термопреобразователем сопротивления типа ТСП-5071. Для контроля и регистрации температуры подхлаждения сгустка используется автоматический электронный мост (4) типа КСМ3-П в комплекте с термопреобразователем сопротивления типа ТСП-5071. Давление пара, подаваемого в бойлерную установку, и горячей воды на входе в секцию нагрева контролируется электроконтактными манометрами (5 и 6) типа ЭКМ-IV. Температура творога на выходе охладителя контролируется термопреобразователем типа ТСП-5071 в комплекте с логометром (7).

1

М1

ТE5- 1

QE18- 1

2

М2

ТE6- 1

QE19- 1

3

М3

ТE7- 1

QE20- 1

4

М4

ТE8- 1

QE21- 1

5

М5

ТE9- 1

QE22- 1

М6

М7

М8

FE11- 1

FE12- 1

6

7

М9

2

30

31

30, 31, 32 30, 31, 32 30, 31, 32 30, 31, 32 30, 31, 32

1л

1л

А

А

А

А

Б

В

В

1к

Поз. Наименование оборудования Кол. Примечание

1...5 Резервуар для сквашивания 56 Аппарат тепловой обработки сгустка 1789

Бойлер Обезвоживатель Охладитель творога

111

1г

1г

1г

1г

1г

1л

32

33, 34

8

9

1л1л

33

33 на фасовку

ТE1- 1

ТE4- 1

ТE3- 1

34

1- 3

ADAM

500

0Е

ЦПУ

AI

управление

контрольархивированиесигнализация

пуск и блокировка

Приборыместные

Щит

PLC

регулирование

NS1- 2

42-6

0 °C

дистанционное управление

0-10

0 %

х.р.

о.

рН рН рН рН рН

23- 1 24- 1

25- 1 26- 1 27- 1 28- 1

3- 3

2- 3

1 2 3

32

1

NS2- 2

25-3

5 °C

0-10

0 %

х.р.

о.

4 5 6

NS3- 2

8-12

°C

0-10

0 %

х.р.

о.

7 8 9

AODIDO

ТE2- 1

60-9

5 °C

10

102 3

25-3

0 °C

11 12 13 14 15

25-3

0 °C

25-3

0 °C

25-3

0 °C

25-3

0 °C

10- 1РТ

0,15-

0,2МП

а

16

16

FT12- 2

0,1-0

,3 м

3 /ч

FT11- 2

1-5

м3 /ч

LT13- 1

0-3

м

LT14- 1

LT15- 1

LT16- 1

LT17- 1

QT18- 2

pH 4

-4,6

QT19- 2

pH 4

-4,6

QT20- 2

pH 4

-4,6

QT21- 2

pH 4

-4,6

QT22- 2

pH 4

-4,6

NSAHH

SB1...SB9 9шт

SB10...SB18 9шт

КМ1...КМ9

9шт

0-3

м

0-3

м

0-3

м

0-3

м

из цеха приемки молока

из заквасочного отделения

4

6 5

из трубопровода

в канализацию

7 8 9

из т

рубо

пров

ода

в сб

орни

к сы

вор о

ткив

кана

лиза

цию

в ка

н али

заци

ю

из котельной

11 12 13 14 15

17 18

17

19 20 21 22 23

18

19 20 21 22 23

24 25 26 27 28

24 25 26 27 282930 32 31 33 34 36 38 4035 37 39

29,31,33,35,37,39

30,32,34,36,38,40

41 42 43 44 4546 47

48 49

41...49

Обозначение Наименование потока

- 1л - 1л -- 1г - 1г -- 1к - 1к -

вода ледяная вода горячая конденсат паровой

- 2 - 2 -- 30 - 30 -- 31 - 31 -- 32 - 32 -- 33 - 33 -- 34 - 34 -

пар молоко закваска сгусток творожный творог сыворотка

Масса МасштабИзм. Лист № докум. Подп. Дата

Лит.

Разраб.Пров.Т.контр. Лист Листов

Н.контр.Утв.

Автоматизация процесса производства твороганепрерывным способом

на ОАО "Кемеровский молочный завод", г. Кемерово 1 1

Схема функциональная КемТИПП, АПП и АСУгр. АМз- 01

ОАУ.00.00.000.С2

ЧубаровШевцова

ЧупинКотляровИн

в. №

под

л.По

дп. и

дат

аВз

ам. и

нв. №

Инв.

№ д

убл.

Подп

. и д

ата

Спра

в. №

Перв

. при

мен.

ОАУ.00.00.000.С2Копировал Формат A1

Documents

ОАУ 00.00.000 ПЗ - e-lib.kemtipp.ru