32693

Система управления демонстратора патронного керамического фильтра

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Автоматическое управление системой водоочистки; увеличение надежности работы очистного оборудования, составляющего ДПКФ благодаря возможности контроля всех его элементов в частности и всей системы в целом; уменьшение затрат на затрачиваемые при очистке воды ресурсы за счет более оптимального их использования; увеличение точности и оперативности получения информации о состоянии системы водоочистки, а также о расходе ресурсов, с целью принятия значимых управленческих решений...

Русский

2014-12-01

1.14 MB

2 чел.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 

Дисциплина: «Системы автоматизации и управления»

Наименование темы: «Система управления демонстратора патронного керамического фильтра»


СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение населения качественной питьевой водой является приоритетной социальной проблемой любой страны, решение которой направленно на достижение главной цели - улучшение и сохранение здоровья населения и в целом - безопасности нации.

Среди многих отраслей современной техники, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населенных пунктов и развития промышленности, водоснабжение занимает почетное место.

Для нужд современных городов, промышленных предприятий и энергохозяйств необходимо огромное количество воды, строго соответствующей по своим качествам требованиям ГОСТ 28.74-82 "Вода питьевая".

Проблема улучшения качества питьевой воды является наиболее острой, особенно в отношении очистки подземных вод от соединений железа, содержание которого превышает нормативные в 5-10 и более раз. В питьевой воде не должно содержаться возбудителей болезней, она не должна обладать вредными для здоровья свойствами и должна соответствовать требованиям, предъявляемым органами здравоохранения к питьевой воде. Качество питьевой воды должно соответствовать гигиеническим нормативам перед поступлением ее в распределительную водопроводную сеть, а также в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети.

Для проектирования сооружений водоподготовки обязательным является проведение предварительных микробиологических, биологических и физических исследований сырой воды с учетом местных условий.

Химическое и физическое исследование воды следует проводить с целью определения веществ, присутствующих в воде (качественный и количественный анализы).

На данный момент качество воды в различных регионах страны может сильно отличаться (все зависит от численности населения, рек, стоков, наличия крупных предприятий), но в целом вода не может похвастаться высоким качеством, а простые угольные фильтры не в состоянии произвести максимальную водоочистку, избавить ее ото всех примесей и бактерий. Для повышения качества водоочистки приходится использовать самые современные технологии, а процесс очистки делать по-настоящему комплексным и проводить водоподготовку.

Водоподготовка - цикл мероприятий по водоочистке, который осуществляется с помощью установок умягчения, обезжелезивания и другого оборудования. Промышленная водоподготовка обеспечивается не только благодаря установкам умягчения и обезжелезивания, но также с помощью сорбционных, осадочных установок и ультрафиолетовых обеззараживателей. Используя подобную автоматизированную технику для промышленной водоподготовки, можно сделать водоочистку практически непрерывным процессом, не тормозящим производство и обеспечивающим все стадии работ водой необходимого качества.

В данном курсовом проекте речь пойдет о демонстраторе патронного керамического фильтра (далее ДПКФ) с автоматизированной системой управления. Демонстратор представляет собой макет реальной установки, полностью повторяющий процесс очистки воды. Целями данного курсового проекта являются:    

—   автоматическое управление системой водоочистки;  

—   увеличение надежности работы очистного оборудования, составляющего ДПКФ благодаря возможности контроля  всех его элементов в частности и всей системы в целом;      

—   уменьшение затрат на затрачиваемые при очистке воды ресурсы за счет более оптимального их использования;     

—   увеличение точности и оперативности получения информации о состоянии системы водоочистки, а также о расходе ресурсов, с целью принятия значимых управленческих решений;     

—   ведение учета параметров и событий в системе водоочистки;

—   контроль качества очищенной воды, при понижении которого незамедлительно выполняются меры по улучшению водоочистки.

1 ДЕМОНСТРАТОР КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Фильтровальные установки ПКФ с керамическими фильтрующими элементами применяются для высокопроизводительной фильтрации, очистки, утилизации и обезвреживания промышленных суспензий и растворов под давлением.

1.1 Технические требования и характеристики

Технические характеристики ДПКФ:

  •  Номинальная площадь фильтрации     0,025 м2.
  •  Температура обрабатываемой суспензии   10…80°С.
  •  Потребляемая мощность, не более    0,3 КВт.
  •  Напряжение и частота питания     220 В, 50 Гц;

                                                                                               110 В, 60 Гц.

Электрический монтаж на демонстраторе  должен быть выполнен с учетом всех действующих требований электробезопасности.

Система управления должна обеспечивать автоматическое поддержание заданного режима работы демонстратора, индикацию и запись всех измеряемых параметров процесса фильтрации:

  •  температуры суспензии;
  •  объем суспензии, прошедшей через фильтр;
  •  объем выхода фильтрата из фильтра;
  •  давления в корпусе фильтра;
  •  давления в линии фильтрата.

Система управления должна быть построена на базе мобильного компьютера (ноутбука).

Должно быть предусмотрено ручное включение насоса в обход системы автоматического управления.

Демонстратор должен эксплуатироваться в производственном  помещении при температуре от 15 – 400С и относительной влажности до 90%.

Режим работы  – длительный непрерывный, с автоматическим поддержанием заданных параметров работы.

1.2 Конструкция и принцип работы демонстратора патронного керамического фильтра

Технологическая схема демонстратора представлена в ПРИЛОЖЕНИИ 1.

Структура ДПКФ включает в себя:

—  пульт управления (оператор);

—  фильтр патронный керамический;

—  центробежный насос;

—  преобразователь частоты;

—  датчики контроля технологических параметров.

Изначально загрязненная вода находится в емкости для суспензии А3.

Насосом Н1 вода со взвешенными частицами через расходомер FE1 подается на пьезокристаллический активатор А2, где обрабатывается излучением его головки.

После обработки в активаторе вода поступает через клапан К7 на патронный фильтр А1.

Во время работы фильтра вода при открывании клапана К7 нагнетается насосом Н1 в его корпус. При заполнении корпуса по сигналу от датчика уровня LE1 клапан К1 закрывается, и давление в корпусе фильтра поднимается насосом до заданной величины, которая контролируется датчиком давления PE1 и дополнительно оператором по манометру PI1. Фильтрат (очищенная вода), прошедший через мембраны фильтрующих патронов, через основание корпуса отводится в выводной трубопровод. Концентрат накапливается в корпусе фильтра и удаляется при его промывке. При достижении заданной величины падения производительности фильтра (которая измеряется по показаниям расходомеров FE1 на линии загрязненной воды и FE2 на линии чистой воды), либо заданного перепада давления на фильтре (по показаниям датчиков давления PE1 и  PE2), либо через заданное время происходит промывка фильтра.    

Для промывки керамических фильтрующих элементов используется запас очищенной воды (фильтрата), набираемый в емкость А4 при работе ДПКФ. Очищенная вода насосом Н1 через клапан  К5 подается в полость фильтрующего элемента для промывки его «Обратным потоком». При этом концентрат загрязнений сбрасывается соответственно через клапан К2.

 

2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДПКФ

Структура АСУ демонстратора патронного керамического фильтра имеет двухуровневую структуру. На нижнем уровне системы находятся электронные устройства – датчики, модуль ввода-вывода и прочая автоматика. На данном уровне выполняется сбор данных и передача управляющих сигналов на устройства модуля. На верхнем уровне  (уровень оператора) производится контроль состояния системы в пригодном, для понимания оператора, виде. Здесь используются программные средства, инструменты для получения и представления информации, для оповещения оператора системы здесь реализованы средства визуальной и звуковой индикации.           

В качестве верхнего уровня АСУ предлагается использование рабочего места оператора на персональном компьютере с применением SKADA системы.  SCADA (аббр. от англ. supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.     

В качестве программного обеспечения для системы управления я применяю продукт фирмы  National  Instruments (США) – LabVIEW  версии  7. Данная версия программного продукта является условно-бесплатной, поэтому приобрести ее не составило труда. Также выбор именно этого программного продукта обоснован тем, что с его функционалом и основными приемами разработки мы познакомились в курсе лекций   “Системы автоматизации и управления”.        Функциональная схема системы управления представлена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.           Модульная система сбора данных через интерфейс USB сообщается с персональным компьютером. В качестве модуля ввода/вывода используется USB-устройство сбора данных, которое содержит как аналоговые вводы, так и аналоговые и цифровые выводы. Поэтому данный модуль способен обрабатывать сигналы с датчиков и посылать управляющие сигналы к исполнительным устройствам. Исполнительными устройствам в данной системе являются клапаны и привод насоса. Для сопряжения исполнительных устройств с системой управления, а также для гальванической развязки между управляющей и силовой частью используются реле.   

Так как привод насоса является частотно-регулируемым, то для подачи и циркуляции воды в системе ДПКФ используется центробежный насос со встроенным преобразователем частоты. Управляющие сигналы на преобразователь частоты  передаются через USB-устройство сбора данных по аналоговому выводу, а управление клапанами осуществляется по цифровым каналам все от того же модуля.

3 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Насос

Насос Grundfos TPE 32-30/4 серии 1000 мощностью 0,12 кВт со встроенным преобразователем частоты.

Grundfos является ведущим мировым производителем насосного оборудования и новатором в области инновационных и комплексных решений в насосостроении. Отличительными особенностями всех насосов Grundfos являются непревзойденная надежность и эффективность, которые и предопределяют выбор большинства профессионалов.

Вертикальные, многорядные насосы Grundfos TP и TPE используются в различных областях применения. Данные насосы являются одноступенчатыми, многорядными, центробежными насосами со стандартными двигателями и торцевыми уплотнениями вала. Данные насосы имеют короткую муфту, т.е. насос и двигатель являются отдельными блоками. Соответственно данные насосы менее чувствительны к загрязнениям перекачиваемой жидкости, чем аналогичные насосы с герметизированным ротором.

Имеется две различные модели вертикальных, многорядных насосов. Необходимо отметить, что существует несколько специальных вариантов исполнения каждой модели.

Основным различием между насосами TP и TPE является двигатель. Двигатели насосов TPE имеют встроенный преобразователь частоты, позволяющий использовать различные методики управления. Насосы TPE имеют преимущества в виде лучшего энергосбережения и повышенного уровня комфорта.

Таблица 3.1 – Технические данные насоса

Количество фаз

1

Вольтаж

200-240 В

Мощность электродвигателя

0,12 кВт

Расход

340 м3

Напор

90 м

Температура жидкости

от -25 до +140 0С

Макс. рабочее давление

16 бар

Рисунок 3.1 – Насос Grundfos TPE 32-30/4

3.2 Датчики давления

Малогабаритные датчики Метран-55 предназначены для работы в различных отраслях промышленности, системах автоматического контроля,

регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин избыточного (ДИ), абсолютного (ДА) давления, разрежения (ДВ), давления-разрежения (ДИВ) нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Простота конструкции, надежность, малые габариты, невысокая стоимость обеспечивают повышенный спрос потребителей.

Основные технические параметры:

- Измеряемые среды: жидкость, пар, газ (в т.ч. газообразный кислород)

- Диапазон измеряемых давлений: минимальный 0-0,06 МПа;

                                                        максимальный 0-100 МПа

- Выходной сигнал: 4-20, 0-5 мА

- Температура окружающего воздуха: -40...70°С

- Межповерочный интервал: 3 года

- Степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65

Рисунок 3.2 – Схема внешних электрических соединений датчика

 

Рисунок 3.3 – Датчик давления Метран-55

В нашей системе используется 2 датчика-преобразователя давления.

Для дополнительного контроля давления оператором будем использовать цифровые манометры ДМ 5001 (2 шт.).

Основные технические характеристики:

- Диапазоны давления: от 0…1 МПа до 0…160 МПа;

- Основная погрешность: не превышает 1%.

Рисунок 3.4 – Манометр ДМ 5001

3.3 Расходомеры электромагнитные

Электромагнитный расходомер Promag 51P

Рисунок 3.5 – Расходомер Promag 51P

Таблица 3.2 – Технические характеристики расходомера

Принцип измерения

Электромагнитные расходомеры

Характеристики

Модуль S-DAT

Функция самодиагностики

Быстрая настройка с меню "Quick SetUp"

ECC 

2 сумматора

Пулевидные электроды

Диаметр

DN 15...600

Погрешность измерения

±0.5%

±0.2% (опция)

Диапазон измерения

0...9600 м3/ч

Диапазон рабочего давления

PN10...40

Рабочая температура

-40...+150°C 

Окружающая температура

-20...+60°C

-40...+60°C (optional)

Степень защиты электроники

IP 67 (NEMA 4x)

IP 68 (Nema 6P)

Дисплей/Настройка

2х-строчный с подсветкой дисплея

Клавиши управления

Выходные сигналы

4...20 мА

Импульсно-частотный

Сигнал состояния

Входные сигналы

Сигнал состояния

Коммуникация

HART

Сертификаты на взрывозащиту

ATEX

 Для нашей системы необходимо 2 расходомера.

3.4 Датчик уровня

Рисунок 3.6 – Датчик уровня LMP 331i

Интеллектуальные датчики серии LMP 331i представляют следующее поколение датчиков давления и являются дальнейшим развитием наших стандартных датчиков для промышленного применения. Датчики предназначены для универсального применения в промышленности и соответствуют высоким требованиям по точности и стабильности характеристик. Механическая конструкция датчика выполнена в соответствии со стандартной схемой исполнения. В датчиках применён принципиально новый цифровой усилитель, основанный на микропроцессорной сборке, а также 16-битный аналого-цифровой преобразователь, что позволяет обойтись без применения дополнительного аналогового усилителя. Блок обработки осуществляет активную компенсацию характеристик чувствительного элемента, таких как эффекты

нелинейности, влияние температуры.

Технические параметры:

 Рисунок 3.7 – Схема подключения

3.5 Датчик температуры

Датчик температуры КДТ-200.1

Рисунок 3.8 – Датчик температуры КДТ-200.1

Предназначен для измерения температуры жидкостей в трубах диаметром от 15 мм до 100 мм. Степень защиты IP54.

Технические параметры:

Рисунок 3.9 – Схема подключения

3.6 Система сбора данных

National Instruments (NI) – мировой лидер в области компьютерных систем автоматизации предлагает вниманию потребителей широкий модельный ряд устройств на базе плат сбора данных, работающих на шинах PCI, PCI Express, PXI, CompactFlash, Ethernet, FireWire, USB, и функционирующих на операционных системах Windows, Mac OS X, Linux, Pocket PC/Windows CE, RTX для применения их в настольных, мобильных и распределенных системах.

National Instruments предлагает обширный ряд устройств, отлично подходящих для решения широкого круга задач – от сбора и анализа данных до создания полнофункциональных встроенных OEM-систем. Ассортимент NI включает в себя недорогие, высокоскоростные и специализированные, высокоточные устройства, разработанные для работы с шиной USB, что дает возможность свободно разрабатывать программное обеспечение для настольных компьютеров и ноутбуков, а также под другие платформы, используемые для решения повседневных задач.

Модуль сбора данных

Рисунок 3.10 – USB-устройство сбора данных NI 6008

Таблица 3.3 – Технические характеристики модуля

Особенности

NI 6008

NI 6009

Шина

USB

USB

Аналоговые входы

8 SE (4 DI)

8 SE (4 DI)

Частота оцифровки сигналов

10 кГц

48 кГц

Разрешение АЦП (бит)

12

14

Диапазоны входного напряжения

от ±1 до ±20 В

от ±1 до ±20 В

Аналоговые выходы

2

2

Разрешение ЦАП (бит)

12

12

Частота работы ЦАП

150 Гц

150 Гц

Выходной диапазон

0-5 В

0-5 В

Цифровые каналы ввода/ вывода

12

12

Счетчики

1, 32 бита

1, 32 бита

Синхронизация

цифровая

цифровая

Так как все датчики имеют токовый выход, а на входы USB-устройства нужно подавать напряжение, то в цепь каждого из датчиков ставим резистор.

3.7 Электромагнитные клапаны

Клапаны электромагнитные Muller co-ax типа RSV12.

Коаксиальные электромагнитные клапаны Muller co-ax, в отличие от «классических» типов электромагнитных клапанов, подходят для использования на загрязнённых и вязких рабочих средах. Непревзойдённое Германское качество, большая металлоемкость изделий и полная автоматизация рабочих процессов позволяет эксплуатировать оборудование без обслуживающего персонала. Конструкция клапанов стойкая к вибрации, т.к. соосный привод клапана размещён вокруг трубопровода и его центр совпадает с центром трубопровода, что позволяет эксплуатировать клапаны, к  примеру, на газотурбинных установках. Облегающий привод уменьшает габаритные размеры и позволяет компактно размещать клапан относительно технологической установки.

Рисунок 3.11 – Клапан Muller co-ax RSV12

Технические параметры:

3.8 Устройства коммутации

Электромагнитное реле RM85 1050 sensitive.

    Рисунок 3.12 – Реле RM85 1050 sensitive

Технические характеристики:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В  данном  курсовом  проекте  была  разработана  система  управления демонстратора патронного керамического фильтра. Разработана функциональная схема системы управления, произведен  выбор  оборудования.

Данная система улучшает технико-экономические характеристики ДПКФ.  Применение  новейшего оборудования и программного обеспечения позволяет реализовать сложные алгоритмы управления для повышения производительности и обеспечить полностью автоматическое управление модулем.  

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  Водовозов,  А.М.  Системы  автоматизации  и  управления:  Метод. указания  к  курсовому  проектированию/А.М.  Водовозов  –  Вологда:  ВоГТУ, 2011. – 46 с.           2.   Системы  автоматизации  и  управления:  Конспект  лекций  /  А.  М. Водовозов – Вологда: ВоГТУ, 2009. – 290 с.       3. Официальный сайт ООО «Промэлектроника» : [Электронный  ресурс] Режим доступа: http://www.promelectronika.com/aboutcomp.htm   4. Русскоязычный сайт компании  «National Instruments»: [Электронный  ресурс] Режим доступа: http://russia.ni.com     

5. Русскоязычный сайт компании Grundfos : [Электронный  ресурс] Режим доступа: http://www.ru.grundfos.com       6. Электронный каталог продукции фирмы «IEK»: [Электронный  ресурс] Режим доступа: http://iek.ru/products/catalog/     

 

    

    


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20804. Науково-технічний прогрес та економіка природокористування 50 KB
  Методичні вказівки Екологічна експертиза в Україні вид науковопрактичної діяльності спеціально уповноважених державних органів екологоекспертних формувань та обєднань громадян що рунтується на міжгалузевому екологічному дослідженні аналізі та оцінці передпроектних проектних та інших матеріалів чи обєктів реалізація та дія яких може негативно впливати або впливає на стан навколишнього природного середовища та здоровя людей спрямована на підготування висновків про відповідність запланованої чи здійснюваної діяльності нормам і...
20805. Регіональні екологічні проблеми України 86.5 KB
  Це було можливим за відсутності ефективно діючих правових адміністративних та економічних механізмів природокористування законодавства з охорони довкілля. Ці та інші чинники зокрема низький рівень екологічної свідомості суспільства призвели до значної деградації довкілля України надмірного забруднення поверхневих і підземних вод повітря й земель нагромадження в дуже великих кількостях шкідливих у тому числі високотоксичних відходів виробництва. Високий рівень концентрації промислових обєктів нераціональна структура промислового...
20806. Курс «Екологія» 107.5 KB
  Він передбачає: засвоєння основних закономірностей взаємодії людини суспільства і природи; ознайомлення з особливостями впливу антропогенних факторів на природне середовище; вивчення проблем повязаних зі станом охороною та раціональним використанням природних ресурсів; управління процесом природокористування. Концепції безплатності та невичерпності природних ресурсів затратнорезультатна концепція; її безпідставність. Диференційна рента як основний критерій економічної оцінки природних ресурсів. Проблема раціонального використання...
20807. Розвиток продуктивних сил та антропогенний вплив на довкілля 92.5 KB
  Наслідком цього стало скорочення окремих життєво важливих ресурсів лісових земельних і водних а також надмірне забруднення довкілля в багатьох регіонах землі. Питома вага різних галузей промисловості й транспорту в загальному обсязі забруднення атмосфери становить у : теплова енергетика 257; чорна металургія 234; нафтовидобувна і нафтохімічна 137; транспорт 116; кольорова металургія 111; гірничодобувна 71; підприємства будівельного комплексу 34; машинобудування 28; інші галузі 12. На всіх його стадіях...
20808. Еколого-економічні проблеми використання природних ресурсів 45.5 KB
  Методичні вказівки Природні ресурси це засоби існування людей не створені їхньою працею які містяться в природі. До них належать вода рунт рослинний і тваринний світ мінеральні ресурси тощо. Природні ресурси класифікують за: 1 їхнім призначенням виробничі та рекреаційні; 2 належністю до тих чи інших компонентів природи земельні лісові мінеральні; 3 вичерпністю вичерпні та невичерпні ресурси. Відновлювані ресурси це рослинний і тваринний світ а також деякі види мінеральних ресурсів зокрема кухонна сіль.
20809. Господарський механізм управління процесом природокористування та правове регулювання охорони навколишнього середовища 51 KB
  Державне управління в царині охорони навколишнього природного середовища здійснюють Кабінет Міністрів України ради народних депутатів та їхні виконавчі й розпорядчі органи а також спеціальні уповноважені на те державні органи з питань охорони природного середовища та використання природних ресурсів. Нині Мінприроди здійснює координацію всіх природоохоронних робіт в Україні готує для Кабінету Міністрів пропозиції з питань охорони природи і раціонального використання водних ресурсів розробляє пропозиції щодо вдосконалення господарського...
20810. Слюсарний верстак. Організація робочого місця у слюсарній майстерні 41.5 KB
  Мета уроку: Засвоєння знань про організацію робочого місця правила безпечної праці та внутрішнього розпорядку у шкільній майстерні. Тип уроку: Засвоєння нових знань.Повідомлення теми мети уроку 1 хв. Підведення підсумків уроку23хв.
20811. Слюсарний верстат. Організація робочого місця. Правила безпечної праці під час виконання робіт 87 KB
  Правила безпечної праці під час виконання робіт. Мета уроку: Засвоєння знань про організацію робочого місця правила безпечної праці та внутрішнього розпорядку у шкільній майстерні. Виховувати працьовитість акуратність загальні основи культури праці. Об'скт навчальної праці: робоче місце учня Обладнання: верстаки інструмент для розмічання та різання металу рисувалки лінійки кутники лещата слюсарні ножиці тощо.
20812. Организация оплаты труда в организации (по материалам МБДОУ №368 Росинка) 364.5 KB
  Главный основополагающий законодательный документ нашей страны - Конституция Российской Федерации - имеет в своем составе статьи, полностью и вполне определенно посвященные труду в стране. Конституция определяет, что каждый имеет право на свободное использование своих способностей и имущества