Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом восстановления этилацетата

№78-1,

Технические науки

В результате проделанной работы была произведена разработка системы получения 92%-ого этилацетата из 8%-ого раствора этилацетата с водой. Изучены строение и принципы работ химический агрегатов. Произведен расчет математическая модель регулирования температуры смеси. Изучена научно-техническая литература, рассмотрены патенты, посвященные работе получения 92%-ого этилацетата из 8%-ого раствора этилацетата с водой. В результате проделанной работы было произведено обновление средств автоматизации. Все функции управления возложены на панельный программный логический контроллер Овен СПК-207 и позволяющую дальнейшею модернизацию оборудования, вплоть до изменения технологических программ, или расширения средств автоматизации.

Похожие материалы

Автоматизация производства — процесс, при котором функции управления и контроля ранее выполняемые человеком, передаются приборам и автоматизированным системам.

Цель автоматического производства — повышение эффективности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, создание условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Рассматривается работа системы автоматического управления процессом восстановления этилацетата. Объектом автоматического регулирования выбран теплообменник, который охлаждает смесь, поступающую из конденсатора. Этот теплообменник выбран в качестве основного объекта управления, так как от температуры на этом объекте, зависит качество получаемого продукта. Температура смеси внутри теплообменника зависит от расхода теплоносителя — вода, подаваемого в аппарат. При увеличении расхода воды, уменьшается температура смеси. Если смесь переохладить, то произойдет распад исходной смеси, если смесь не довести до нужной температуры, то смесь не расслоится на нужный нижний осадок, и процесс придется начинать заново [3].

Информация об изменении регулируемой величины воспринимается измерительным преобразователем системы и передается на регулирующее устройство (исполнительный механизм).

Последнее сравнивает текущее значение регулируемой величины с данными и в зависимости от знака и величины рассогласования по заранее заложенному закону регулирования вырабатывает регулирующее воздействие, которое через исполнительный механизм направляется на объект управления и приводит к ликвидации этого рассогласования.

Анализ временных характеристик объекта проводили в режиме реального времени. Все измерительные преобразователи и исполнительные устройства соответствуют объекту. Быстродействие всех элементов используемой аппаратуры в целом значительно превышает быстродействие объекта. Следовательно, можно сделать вывод о высокой производительности контроллеров.

функциональная схема объекта управления
Рисунок 1. функциональная схема объекта управления

Для системы управления процессом в качестве управляющего устройства используется контроллер фирмы Овен, так как это Российская фирма и производит достаточно качественную и точную аппаратуру.

Компания ОВЕН производит широкий ряд приборов первичной автоматики. Компания ОВЕН в 2005 году начала разработку управляющих контроллеров для широкого применения. В них использовалась современная элементная база и с самого начала закладывались мощные аппаратные ресурсы и широкие программные возможности [1].

Для их программирования используется среда CoDeSys, разработанной немецкой компанией 3S-Software. Кроме того, контроллеры ОВЕН могут программироваться с помощью интегрированной SCADA и SoftLOGIC системы MasterSCADA[5].

В данной работе будет использован контроллер СПК-207, так как он более всего подходит под задачи данного технологического процесса.

Контроллер имеет высокий уровень управляемости. Компактный ПЛК с поддержкой РRОFINET — для управления сложными процессами и протяженными установками. Работает по принципу больше памяти-больше производительности оборудован6иясти,при этом имя достаточно компактный корпус. Контроллеры класса 400 с поддержкой РRОFINET являются самыми производительными встраиваемыми ПЛК компании Рhоenix Contact. [2]

Промышленные контроллеры ОВЕН ПЛК — это высокая программная надежность и высокая производительность, большой объем внутренней памяти. Надежная среда программирования CоDeSys входит в комплект поставки контроллера. Программируемые логические контроллеры ОВЕН ПЛК имеют встроенные интерфейсы Ethernet 10/100 Мbрs, RS-485, RS-232, USB-Device, USB-Hоst. [2]

У промышленного контроллера имеется три режима функционирования дискретных входов входов (10 кГц): режим импульсного счетчика, триггера или энкодера.

Контроллер предусматривает высокую точность настройки всех дискретных входов на генерацию ШИМ-сигнала.В комплект поставки входят готовые библиотеки функциональных блоков. Количество входов и выходов программируемых логических контроллеров можно увеличить с помощью подключения внешних модулей ввода/вывода. [3]

Контроллер оснащен встроенными часами реального времени и встроенным аккумуляторным источником резервного питания.

Программируемые логические контроллеры ОВЕН построены на базе высокопроизводительного RISC-процессора архитектуры семейства АRM с тактовой частотой 200 МГц. Контроллерам компании ОВЕН посильно решение сложных вычислительных задач в минимальное время. Для оценки: цикл типовой программы по обработке 100 дискретных точек ввода/вывода ПЛК выполняет за 1 мс. Отсутствие операционной системы, которая может дать сбой, обеспечивает высокую надёжность работы программной части ОВЕН ПЛК. Наличие гальванической изоляции позволяет сохранить оборудованием, которое подключено к контроллеру.

Все дискретные входы ОВЕН ПЛК являются высокочастотными, любой из них может быть настроен на работу с импульсными сигналами с рабочей частотой до 10 кГц. Дискретный вход может функционировать в режиме импульсного счётчика, энкодера или триггера, а также в нескольких режимах одновременно.

Модуль универсального сетевого интерфейса решает задачу реализации в среде CоDeSys любого сетевого протокола, штатно не поддерживаемого контроллером ОВЕН ПЛК. Это даёт возможности подключения к контроллерам практически любого оборудования, располагающего встроенными интерфейсами RS-232, RS-485 или Ethernet. Поддержка разных протоколов позволяет превращать ОВЕН ПЛК в сетевой шлюз (например, между сетями с протоколами ОВЕН и Modbus). [4]

Пользователь имеет возможность реализовать в среде программирования CоDeSys собственный протокол, не поддерживаемый ОВЕН ПЛК. В этом случае он может воспользоваться специальной библиотекой, которая открывает низкоуровневый доступ к последовательным портам ОВЕН ПЛК (библиотека входит в комплект поставки контроллера). [5]

Вывод

Внедрение новых средств автоматизации визуального моделирования позволяет повысить качество ведения технологического процесса, уровень автоматизации производства, в результате чего предлагается повышение качества выпускаемой продукции, улучшение условий работы обслуживающего персонала, повышение безопасности процесса.

Спроектирована система управления процессом использованием современной элементной базы в области автоматизации технологических процессов.

Использование современных средств автоматизации, с современным контроллером повлияло на исключительную точность отслеживаемых и задаваемых технологических параметров. Что, безусловно, повлияет на качество выдаваемой установкой продукции, так как исключило «человеческий фактор», и повысило точность происходящих процессов в колонне. Помимо этого, по результатам модернизации, предполагается улучшение условий работы обслуживающего персонала, и возросшая безопасность технологического процесса.

Список литературы

  1. Каталог средств автоматизации «ОВЕН» [Электронный ресурс]// Контрольно-измерительные приборы ОВЕН. URL:http://www.owen.ru (дата обращения: 8.02.2018)
  2. Плетнев, Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций/ Г.П. Плетнев.– М.: Энергоатомиздат, 1986. – 344 с.
  3. Гумеров, Ас.М. "Математическое моделирование химико-технологических процессов/ Ас.М. Гумеров, Н.Н Валеев, Аз.М. Гумеров, В.М. Емельянов 2014г.
  4. Автоматизированные системы управления в промышленности : учеб. пособие / М. А.Трушников [и др.] ; ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград : ВолгГТУ, 2010. - 97 с.
  5. Основы автоматизации типовых технологических процессов в химической промышленности и в машиностроении : учеб. пособие / М. А. Трушников [и др.] ; ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград : ВолгГТУ, 2012. - 107 с.