Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО "Метафракс"

Константин Белькевич

Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО "Метафракс"

Объектом исследования является узел обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс». Цель работы – разработка автоматизированной системы управления установкой обратного осмоса для повышения качества пермеата. В работе рассматриваются следующие вопросы: – Анализ проблем узла обратного осмоса; – Влияние различных технологических параметров на работу установки; – Выбор технических средств автоматизации; – Синтез регулятора линии нагнетания, разработка алгоритма управления наосом; – Разработка верхнего уровня автоматизации. В результате выполнения работы была достигнута поставленная цель.

Автоматика. Вычислительная техника

Дипломы

Вуз: Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)

ID: 5f463982cd3d3e000172a1de

UUID: ee841360-c9b4-0138-214e-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 262

15.34

Константин Белькевич

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)

Комментировать 1

Рецензировать 0

Скачать - 2,1 МБ

Поделиться работой

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет Факультет электротехнический Направление 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», профиль подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств в машиностроении и энергетике» Кафедра микропроцессорных средств автоматизации Зав. кафедрой МСА _____________ А.Б. Петроченков «____»_____________2020 г. ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ На тему Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс» Студент ___________________________________________(Белькевич К.С) (подпись студента) (Фамилия И.О.) Состав дипломного проекта: 1. Пояснительная записка на 40 стр. Руководитель дипломного проекта _________________(Даденков Д.А.) (подпись) (Фамилия И.О.) Консультант _________________(___________________) (подпись) Пермь 2020 г. (Фамилия И.О.)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет Кафедра микропроцессорных средств автоматизации УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой МСА _____________А.Б. Петроченков «____» ______________2020 г. ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы бакалавра Фамилия, И.О. Белькевич Константин Сергеевич ____________________________________ Факультет электротехнический Группа АТПП-16-1б _____________________________ Начало выполнения работы 18.05.2020 _____________________________________________ Контрольные сроки просмотра работы кафедрой 10.06.2020 ____________________________ Сроки представления на рецензию ________________________________________________ Защита работы на заседании ГЭК 15.06.2020 ________________________________________ 1. Наименование темы Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс». _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2. Исходные данные к работе. Описание технологического процесса водоподготовительной установки.______________ Описание оборудования узла обратного осмоса. ______________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 3. Содержание пояснительной записки ______________________________________________ 1. Описание объекта исследования. _________________________________________________ 2. Выбор технических средств автоматизации. ________________________________________ 3. Синтез регулятора давления линии нагнетания установки обратного осмоса и разработка алгоритма управления насосом. ____________________________________________________ 4. Разработка верхнего уровня автоматизации. ________________________________________ 5. Расчет капитальных затрат на оборудование. _______________________________________ 6. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда при эксплуатации узла обратного осмоса. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

4. Перечень графического материала ________________________________________________ 1.Функциональная схема автоматизации узла обратного осмоса и основные обозначения. ___ 2.Структурная схема САР и результаты моделирования в Matlab/Simulink. ________________ 3.Блок-схема алгоритма управления насосом. ________________________________________ 4.Структурная схема АСУ ТП. _____________________________________________________ __ _____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 5. Дополнительные указания нет ___________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 6. Основная литература ___________________________________________________________ 1. Черкасов С.В, «Обратный осмос. Теория и практика применения»: [Электронный ресурс].URL: http://wwtec.ru/index.php (дата обращения: 20.05.2020). ____________________________ 2. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. –М.: Химия. – 352с. ___________ 3. Описание технологического процесса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс». ___________________________________________________________________ 4. Билоус О.А. Фундаментальные исследования. – 2015. – № 8 (часть 1) – С. 93-98._________ 5. Казанцев В.П. Системы управления исполнительными механизмами: Учебное пособие, Пермь, РИО ПГТУ – 2010 г, 216 с. __________________________________________________ _______________________________________________________________________________ Руководитель выпускной квалификационной работы бакалавра _____________доцент каф.МСА________________ _____________ (должность) (подпись) (Даденков Д.А.) (Фамилия И.О.) Консультант ___________________________________________ _____________ (_________________) (должность) Задание получил __18.05.2020____________________ (дата) (подпись) (Фамилия И.О.) _____________ (Белькевич К.С.) (подпись) (Фамилия И.О.)

КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ № п/п Объем этапа в % 10 18.05.2020 27.05.2020 60 28.05.2020 07.06.2020 03.06.2020 07.06.2020 10 03.06.2020 07.06.2020 5 08.06.2020 09.06.2020 5 10.06.2020 13.06.2020 – – – 2. Анализ исходных данных, выбор схемы и основных параметров Разработка основной части 3. Разработка графической части 20 4. Разработка раздела по экономике и организации производства Разработка раздела по охране труда и безопасности жизнедеятельности Оформление пояснительной записки Представление работы на проверку и отзыв руководителя выпускной квалификационной работы Представление работы заведующему кафедрой Представление на рецензию – 1. 5. 6. 7. 8. 9. Сроки выполнения начало конец Примечание – 10. Защита на заседании ГЭК Руководитель выпускной квалификационной работы _ _____ (подпись) « __18___» _мая____ 2020 г. (Даденков Д.А.) (Фамилия И.О.)

АННОТАЦИЯ Тема дипломного проекта: «Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс»». Дипломный проект изложен на 40 листах, включает 17 таблиц, 4 рисунка, 6 формул, 9 литературных источников, 4 листа графической части. Ключевые слова: установка обратного осмоса, давление линии нагнетания, локальный контур регулирования, синтез регулятора, среда моделирования Matlab Simulink, алгоритм управления насосом, SCADAсистема Trace Mode 6. Дипломный проект состоит из введения, 6 разделов, и заключения. Объектом исследования является узел обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс». Цель работы – разработка автоматизированной системы управления установкой обратного осмоса для повышения качества пермеата. В работе рассматриваются следующие вопросы: – Анализ проблем узла обратного осмоса; – Влияние различных технологических параметров на работу установки; – Выбор технических средств автоматизации; – Синтез регулятора линии нагнетания, разработка алгоритма управления наосом; – Разработка верхнего уровня автоматизации. В результате выполнения работы была достигнута поставленная цель. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 Изм. Лист № докум. Разраб. Провер. Белькевич К.С. Даденков Д.А. Н. контр. Утверд. Шульга Н.А. Петроченков А.Б. Подпись Дата Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО Лит. Лист Листов 5 40 ПНИПУ, гр. АТПП-16-1б

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 8 1 Описание объекта исследования ...................................................................... 9 1.1 Общие сведения об обратном осмосе ........................................................... 9 1.2 Характеристика объекта исследования ....................................................... 10 1.3 Анализ проблем узла обратного осмоса ..................................................... 11 2 Выбор технических средств автоматизации .................................................. 14 2.1 Выбор датчика давления .............................................................................. 14 2.2 Выбор датчика температуры ....................................................................... 15 2.3 Выбор датчика расхода ................................................................................ 16 2.4 Выбор кондуктометра .................................................................................. 18 2.5 Выбор датчика уровня ................................................................................. 19 2.6 Выбор частотного преобразователя ............................................................ 20 2.7 Выбор программируемого логического контроллера ................................ 21 3 Синтез регулятора давления линии нагнетания установки обратного осмоса и разработка алгоритма управления насосом ................................................... 24 3.1 Разработка функциональной схемы системы автоматического регулирования давления линии нагнетания ..................................................... 24 3.2 Синтез регулятора давления линии нагнетания установки обратного осмоса ................................................................................................................. 25 3.2.1 Расчет передаточной функции преобразователя частоты ....................... 27 3.2.2 Расчет передаточной функции асинхронного двигателя ........................ 28 3.2.3 Расчет передаточной функции насоса ...................................................... 28 3.2.4 Расчет передаточной функции трубопровода и датчика давления......... 29 3.2.5 Расчет передаточной функции регулятора давления линии нагнетания 29 3.3 Разработка алгоритма управления насосом на линии нагнетания узла обратного осмоса ................................................................................................ 31 4 Разработка верхнего уровня автоматизации .................................................. 32 4.1 Разработка структуры АСУ ТП ................................................................... 32 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 6

4.2 Выбор SCADA-системы............................................................................... 32 5 Расчет затрат на проект автоматизации ......................................................... 36 6 Безопасность жизнедеятельности и охрана труда при эксплуатации узла обратного осмоса ................................................................................................ 37 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 39 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .......................................... 40 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 7

ВВЕДЕНИЕ Узел обратного осмоса оценивается с точки зрения управления, как малоэффективный и не информативный, так как находится на ручном управлении. В бурно развивающемся мире ручное управление уходит в прошлое. На смену ему приходит автоматизированное. Автоматизация узла обратного осмоса производится для того, чтобы: – Повысить срок службы оборудования; – Повысить качество пермеата и избежать солевых отложений на теплообменном оборудовании; – Снизить риск аварийных ситуаций; – Исключить человеческий фактор из технологического процесса, чтобы повысить безопасность производства. Все выше сказанное и определяет актуальность данной темы. Узел обратного осмоса имеет ряд проблем: – Данные присутствуют локально по месту самого объекта управления; – Отсутствует полный контроль давления линии нагнетания узла обратного осмоса, что сильно влияет на качество продукта. Исходя из данных проблем, целью работы является: Разработка автоматизированной системы управления установкой обратного осмоса для повышения качества пермеата. Для достижения поставленной цели ВКР нужно решить ряд задач: – Исследовать технологический процесс узла обратного осмоса; – Определить основные требования к элементам автоматизации; – Выполнить выбор оборудования для модернизации узла обратного осмоса ПАО «Метафракс»; – Выполнить синтез регулятора давления насоса линии нагнетания пожаро-хозяйственной воды и разработать алгоритм управления насосом; – Разработать верхний уровень автоматизации со SCADA-системой. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 8

1 Описание объекта исследования 1.1 Общие сведения об обратном осмосе Обратный осмос – это процесс, при котором на раствор с большей концентрацией солей воздействует давление выше осмотического, за счет которого через полупроницаемую мембрану молекулы воды начинают перемещаться в менее концентрированный раствор. На предприятиях для обессоливания воды используют установки обратного осмоса. Основной элемент этой установки – полупроницаемая мембрана, от которой требуется учет двух основных факторов – проницаемость воды и задержка соли. Но, кроме того, мембрана обратного осмоса должна обладать необходимой прочностью для работы при высоких давлениях, химической стойкостью и устойчивостью к микробиологическому загрязнению [1]. Основные параметры обратноосмотических мембран [2]: – Удельная производительность мембраны - количество очищенной воды, проходящей в единицу времени через единицу площади мембраны; – Селективность – это процент растворенного вещества, задержанного мембраной; – Солезадержание - отношение растворенных солей задержанных мембраной к количеству солей в исходной воде выраженное в процентах; – Степень отбора пермеата – отношение объема пермеата к объему входящей воды. Из обратноосмотических мембран формируются обратноосмотические элементы. При обратном осмосе вода и растворенные в ней вещества разделяются на уровне молекул, и в результате, поток воды разделяется на пермеат и концентрат. Обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 9

на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля. 1.2 Характеристика объекта исследования Установка обратного осмоса состоит из шести мембранных элементов производительностью пермеата по 35 м3/ч каждый. Расходом воды УОО обеспечивает насос Р0601. Установка рассчитана на работу при температуре в пределах 4 – 20 0С, при этом рабочее давление на мембранных элементах составляет до 13 атм. На полупроницаемых обратноосмотического давления мембранах под воздействием поток воды разделяется на два - менее концентрированный, называемый пермеат, и более концентрированный, называемый концентрат. В пермеат проходит 0,2-0,5% солей от того количества, которое содержалось в исходной воде. Пермеат направляется на колонну дегазатора, после чего он поступает в бак осмотической воды TW-12. Концентрат сбрасывается в дренаж. Давление концентрата после мембран 8,2 атм. Расход концентрата – 11,7 м3/ч [3]. Технологическая схема представлена на рисунке 1. Рисунок 1 – Технологическая схема 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 10

1.3 Анализ проблем узла обратного осмоса 1.3.1 Влияние различных параметров на работу установки обратного осмоса Влияние давления исходной воды линии нагнетания. Зависимость мембран и удельной давления на производительности линии нагнетания обратноосмотических исходной воды прямо пропорциональна. То есть с увеличением давления исходной воды увеличивается количество очищенной воды. Это связано с тем, что вода проходит через мембрану с большей скоростью, чем могут перемещаться соли. Однако существует предел для количества солей, задержанных обратноосмотической мембраной за счет повышения давления исходной воды. Выше определенного давления проход солей через обратноосмотическую мембрану практически не увеличивается. Это говорит о том, что часть солей остается связанной с водой, проходящей через обратноосмотическую мембрану, и негативно влияет на качество пермеата, а именно показатель его солесодержания. [2] Влияние температуры исходной воды на входе в установку обратного осмоса. Обратноосмотические мембраны чувствительны к изменениям температуры исходной воды. При увеличении температуры исходной воды, удельный поток пермеата возрастает почти линейно. Это в основном происходит из-за возрастания скорости диффузии воды через обратноосмотическую мембрану. Зависимость скорости удельного потока пермеата от температуры описывается через поправочный коэффициент температуры: 1 𝑇𝐶𝐹 = 𝑒 1 𝐾×(273+𝑡−298) , (1) 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 11

где K – характеристическая постоянная для материала обратноосмотической мембраны; t – температура исходной воды в градусах Цельсия. Исходя из этого следует, что на один градус изменения температуры исходной воды изменение удельной скорости потока пермеата составляет около 3% от номинального значения [2]. Влияние солесодержания исходной воды на входе в установку обратного осмоса. При увеличении концентрации солей в исходной воде увеличивается осмотическое давление. Для процедуры обратного осмоса нам нужно прикладывать давление сверх осмотического, чтобы изменить направление осмотического потока. При постоянном давлении рост солесодержания исходной воды приведет к снижению удельно потока пермеата через обратноосмотичекие мембраны. Из этого можно сделать вывод, что увеличение солесодержания исходной воды должно компенсироваться ее рабочим давлением. Если этого не сделать, то ухудшится качество пермеата, так как из-за повышения солесодержания снижается солезадержание обратноосмотической мембраны [2]. 1.3.2 Проблемы узла обратного осмоса Узел обратного осмоса имеет две основные проблемы. Первая – это ручное управление и отсутствие достаточного сбора информации о состоянии технологических параметров, так как данные присутствуют по месту. Вторая проблема – это следствие первой проблемы, а именно, насос линии нагнетания работает на постоянных оборотах, и нет непрерывного управления его оборотами в зависимости от изменения технологических параметров исходной воды. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 12

Для решения первой проблемы необходимо решить следующие задачи: – Исследовать технологический процесс узла обратного осмоса; – Определить основные требования к элементам автоматизации; – Выполнить выбор оборудования для модернизации установки обратного осмоса ПАО «Метафракс»; Для решения второй проблемы необходимо: – Выполнить синтез регулятора давления линии нагнетания установки обратного осмоса для повышения качества пермеата. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 13

2 Выбор технических средств автоматизации 2.1 Выбор датчика давления Для выбора требованиями, датчика которым давления должен определимся он с минимальными соответствовать. Минимальные требования для датчиков давления представлены в таблице 1. Таблица 1 – Минимальные требования к датчику давления Параметр Выходной сигнал Диапазон измерения Среда измерения Погрешность измерения Температура измеряемой среды Степень защиты не ниже Значение Цифровой сигнал стандарта RS-485 0-1,3 МПа жидкость ≤ ± 0,5% 4-20 °C IP65 Сравним несколько датчиков давления по заданным параметрам. Для наглядности составим сравнительную таблицу. Сравнение датчиков давления представлено в таблице 2. Таблица 2 – Сравнительная таблица датчиков давления Параметр Датчики давления Выходной сигнал Элемер 100-ДИ Метран 150 CG ОВЕН ПД100ДИ 4-20мА/HART 4-20 мА/HART 4-20 мА/HART RS-485 RS-485 Диапазон измерения 0-2.5 МПа 0-1,6 МПа 0-2,5 МПа Среда измерения Жидкость Жидкость Жидкость Погрешность измерений ± 0,15% диапазона ± 0,2% диапазона ± 0,5% диапазона Температура окружающей среды -40 – 70 °C -40 – 85 °C -40-80 °C Температура измеряемой среды -40-70°C -40 – 149 °C -40-100 °C Степень защиты IP65 IP66 IP65 Средняя стоимость 37000 рублей 38000 рублей 6000 рублей 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 14

Исходя из сравнительной таблицы видно, что минимальным требованиям удовлетворяют датчики Элемер 100-ДИ и ОВЕН ПД100-ДИ. Датчик Метран 150 CG не удовлетворяет требованиям по причине отсутствия возможности передачи сигнала по интерфейсу RS-485. Выберем датчик ОВЕН ПД100-ДИ, так как он имеет минимальную стоимость и выходной сигнал RS-485, благодаря которому можно передавать данные измерений, информацию о настройках и состоянии датчика. Таких датчиков нам потребуется 3 единицы. 2.2 Выбор датчика температуры Для выбора датчика температуры определимся с минимальными требованиями, которым должен он соответствовать. Минимальные требования для датчиков температуры представлены в таблице 3. Таблица 3 – Минимальные требования к датчику температуры Параметр Выходной сигнал Диапазон измерения Среда измерения Погрешность измерения Степень защиты не ниже Значение Цифровой сигнал стандарта RS-485 4-20 °C жидкость ≤ ± 0,25% IP65 Сравним несколько датчиков температуры по заданным параметрам. Для наглядности составим сравнительную таблицу. Сравнение датчиков температуры представлено в таблице 4. Таблица 4 – Сравнительная таблица датчиков температуры Параметр Датчики температуры Метран-286 Pt100 НПП «Автоматика» ИТ1-ЦМ ОВЕН ДТС-И Pt100 Выходной сигнал 4-20 мА/HART RS-485 4-20 мА Диапазон измерения -50-500 °C 0-200 °C -50-500 °C 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 15

Продолжение таблицы 4 Параметр Датчики температуры Метран-286 Pt100 НПП «Автоматика» ИТ1-ЦМ ОВЕН ДТС-И Pt100 Среда измерения Жидкость Жидкость Жидкость Погрешность измерения ±0.15% ± 0,25% ±0,25% Степень защиты не ниже IP65 IP65 IP65 Средняя стоимость 19000 рублей 28000 рублей 5000 рублей Из сравнительной таблицы датчиков температуры видно, что минимальным требованиям удовлетворяет датчик НПП «Автоматика» ИТ1ЦМ. Датчики Метран-286 Pt100 и ОВЕН ДТС-И Pt100 не удовлетворяют требованиям по выходному сигналу. Выберем датчик НПП «Автоматика» ИТ1-ЦМ. 2.3 Выбор датчика расхода Для выбора расходомера определимся с минимальными требованиями, которым должен он соответствовать. Минимальные требования для расходомеров представлены в таблице 5. Таблица 5 – Минимальные требования к расходомеру Параметр Значение Выходной сигнал Цифровой сигнал стандарта RS-485 Наибольший измеряемый средний расход 47 м3/ч Среда измерения жидкость Температура рабочей жидкости 4-20 °C Наибольшее давление в трубопроводе 1,3 МПа 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 16

Продолжение таблицы 5 Параметр Значение Погрешность измерения ≤ ± 2% Степень защиты не ниже IP65 Сравним несколько расходомеров по заданным параметрам. Для наглядности составим сравнительную таблицу. Сравнение расходомеров представлено в таблице 6. Таблица 6 – Сравнительная таблица расходомеров Параметр Датчики расхода ВЗЛЕТ ЭР ЭРСВ-420 Mera EFM ЭМИС МАГ-270 4-20мА/HART 4-20 мА 4-20 мА/HART RS-485 RS-485 RS-485 Наибольший измеряемый средний расход 54,34 м3/ч 66 м3/ч 71 м3/ч Наибольшее давление в трубопроводе ≤ 2,5 МПа ≤ 2,5 МПа ≤ 32 МПа Среда измерения Жидкость Жидкость Жидкость Температура рабочей жидкости -10-150°C -40-70°C -40-130°C Погрешность измерения ± 2% ± 0,5% ± 0,5% Степень защиты IP65 IP65 IP65 Средняя стоимость 20000 рублей 40000 рублей 70000 рублей представленные в Выходной сигнал Все расходомеры, сравнительной таблице удовлетворяют минимальным требованиям, поэтому основным критерием выбора послужит средняя стоимость. Выбор сделаем в пользу расходомера ВЗЛЕТ ЭР ЭРСВ-420. Таких датчиков нам потребуется 3 единицы для измерения расхода линии нагнетания, расхода пермеата и концентрата. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 17

2.4 Выбор кондуктометра Для выбора требованиями, кондуктометра которым должен определимся он с минимальными соответствовать. Минимальные требования для кондуктометров представлены в таблице 7. Таблица 7 – Минимальные требования к кондуктометру Параметр Значение Выходной сигнал Цифровой сигнал стандарта RS-485 Диапазон измерения удельной электропроводности 0-5 мСм/см Среда измерения Жидкость Температура измеряемой жидкости 4-20 °C Давление анализируемой жидкости 1,3 МПа Погрешность измерения ≤ ± 2% Степень защиты не ниже IP65 Сравним несколько кондуктометров по заданным параметрам. Для наглядности составим сравнительную таблицу. Сравнение кондуктометров представлено в таблице 8. Таблица 8 – Сравнительная таблица кондуктометров Параметр Выходной сигнал Кондуктометры АЖК-3102 АТЛАНТ-1103 МАРК-602T 4-20мА 4-20 мА 4-20 мА RS-485 RS-485 Диапазон удельной электропроводности 0-5 мСм/см 0,02-200000 мкСм/см 0-20000 мкСм/см Среда измерения Жидкость Жидкость Жидкость Температура контролируемой среды 4-95°C 1-95°C 0-100°C Давление контролируемой среды Не более 1,6 МПа Не более 1,2 МПа Не более 1,6 МПа 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 18

Продолжение таблицы 8 Параметр Кондуктометры АЖК-3102 АТЛАНТ-1103 МАРК-602T Погрешность измерения ± 2% ± 2% ± 0,03% Степень защиты IP65 IP65 IP68 Средняя стоимость 9000 рублей 40000 рублей 95000 рублей Из таблицы видно, что кондуктометр АТЛАНТ-1103 не удовлетворяет требованию по давлению контролируемой среды. Кондуктометр АЖК-3102 не удовлетворяет требованиям по выходному сигналу. Выбор сделаем в пользу кондуктометра МАРК-602T. 2.5 Выбор датчика уровня Для выбора требованиями, датчика которым уровня должен он определимся с соответствовать. минимальными Минимальные требования для датчиков уровня представлены в таблице 9. Таблица 9 – Сравнительная таблица датчиков уровня Параметр Значение Выходной сигнал Цифровой сигнал стандарта RS-485 Диапазон преобразования уровня 300-4000 мм Среда измерения Жидкость Температура измеряемой жидкости 4-20 °C Давление анализируемой жидкости 0,3 МПа Погрешность измерения ≤ ± 2% Степень защиты не ниже IP65 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 19

Сравним несколько датчиков уровня по заданным параметрам. Для наглядности составим сравнительную таблицу. Сравнение датчиков уровня представлено в таблице 10. Таблица 10 – Сравнительная таблица датчиков уровня Параметр Выходной сигнал Диапазон преобразования уровня Среда измерения Температура контролируемой среды Давление контролируемой среды Погрешность измерения Степень защиты Средняя стоимость Датчики уровня VEGASON 62 Метран Rosemount 3102 ОВЕН ПДУRS-Exd 4-20мА RS-485 250-4000 мм 4-20 мА/HART 4-20 мА/HART 0,25-5 м 0,3-8000 м Жидкость -60-125 °C Жидкость -40-80°C Жидкость -20-70°C ≤ 2 МПа ≤ 0,2 МПа ≤ 0,3 МПа ± 1% IP67 10000 рублей ± 1% IP68 58000 рублей ± 0,3% IP66 50000 рублей Из сравнительной таблицы датчиков уровня видно, что датчики уровня VEGASON 62 и Метран Rosemount 3102 не удовлетворяют минимальным требованиям по выходному сигналу. Выберем датчик уровня ОВЕН ПДУRS-Exd. 2.6 Выбор частотного преобразователя Для выбора частотного преобразователя сведем параметры асинхронного двигателя в таблицу[4]. Параметры асинхронного двигателя насоса представлены в таблице 11. Таблица 11 – Параметры асинхронного двигателя насоса Параметр Марка электродвигателя Номинальная мощность Количество полюсов Промышленная частота Значение SIEMENS 200LK 30 кВт 2 50 Гц 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 20

Продолжение таблицы 11 Номинальное напряжение Номинальный ток Пусковой ток Номинальная скорость Cosφ 3х380 В 56 А 780% 2900 об/мин 0,88 Сравним несколько преобразователей частоты фирм Siemens, Danfoss и отечественный преобразователь частоты ОВЕН. Данные сведем в таблицу. Сравнение частотных преобразователей представлено в таблице 12. Таблица 12 – Сравнительная таблица частотных преобразователей Параметр Мощность Номинальный ток Напряжение питания Выходная частота Перегрузка в течение 1 минуты Поддержка ModbusRTU Степень защиты Средняя стоимость Частотные преобразователи ВЕСПЕР Е5-8500ОВЕН ПЧВ3«Эффективные 040Н 30К-В-54 системы» ES02504-0600A 30 кВт 30 кВт 30 кВт 60 А 61А 60А 380 В 380В 380В 0-599 Гц 0-400 Гц 0-400 Гц 150 % 110% 150% + IP20 90000 рублей + IP54 188640 рублей + IP20 170000 рублей Исходя из таблицы 12 видно, что все преобразователи частоты удовлетворяют параметрам асинхронного двигателя и по мощности и по выходному току. Ключевым критерием в выборе частотного преобразователя станет его стоимость. ВЕСПЕР Е5-8500-040Н дешевле своих аналогов. Выберем преобразователь частоты ВЕСПЕР Е5-8500-040Н. 2.7 Выбор программируемого логического контроллера Политика предприятия ПАО «Метафракс» направлена на покупку импортных контроллеров фирм Siemens и DeltaV для управления процессами на своих технологических объектах. В зависимости от прибыли с продажи продукции того или иного технологического объекта принимается решение 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 21

какой контроллер использовать. Например, производство метанола – это основной источник дохода предприятия, и оно оборудовано более дорогими и производительными контроллерами DeltaV. Такая политика обусловлена тем, что на своем опыте ПАО «Метафракс» сталкивался с проблемами при работе с контроллерами отечественных производителей. Водоподготовка относится к вспомогательным производствам, поэтому выберем более дешевый контроллер Siemens S7-1500, чтобы не осложнять ситуацию с обслуживанием в области автоматизации на ПАО «Метафракс». Водоподготовка входит в состав парогазоцеха(ПГЦ), где установлен контроллер DeltaV. Контроллер Siemens S7-1500 можно легко связать с контроллером DeltaV используя ProfibusDP. Таким образом, будем разрабатывать решения с учетом этого, т.е. модуль CPU должен быть оборудован выходом ProfibusDP. Контроллер Siemens S7-1500 модульного типа. Чтобы определиться с составом модулей сведем в таблицу минимальные требования к ним. Минимальные требования к модулям контроллера представлены в таблице 13. Таблица 13 – Минимальные требования к модулям контроллера Параметр Количество входных сигналов RS-485 (ModbusRTU) Количество выходных аналоговых сигналов 4-20 мА Количество входных дискретных сигналов Количество выходных дискретных сигналов Модуль питания контроллера Значение 9 1 2 2 Вход:120/220В, выход: 24В Исходя из таблицы 13 выберем необходимые модули контроллера и сведем в таблицу. Состав модулей контроллера Siemens S7-1500 представлены в таблице 14. Таблица 14 – Состав модулей контроллера Siemens S7-1500 Модуль СPU1516-3PN/DP Коммуникационный модуль CM PtP 6ES7540-1AB000AA0 Модуль аналоговых выходов 6ES7532-5HD00-0AB0 Модуль дискретных входов 6ES7521-1BH00-0AB0 Количество 1 1 Средняя стоимость 342000 рублей 50000 рублей 1 1 47000 рублей 18000 рублей 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 22

Продолжение таблицы 14 Модуль Модуль дискретных выходов 6ES7522-1BH10-0AA0 Модуль питания 6EP1333-4BA00 Итого Для сравнения стоимости, Количество 1 1 6 построим Средняя стоимость 18000 рублей 16000 рублей 491000 рублей систему управления технологическим процессом узла обратного осмоса на базе контроллера DeltaV фирмы Emerson, в состав которой войдут аналогичные модули. Состав модулей контроллера DeltaV представлены в таблице 15. Таблица 15 – Состав модулей контроллера DeltaV Модуль СPU M-серии Плата последовательного интерфейса RS-485 Модуль аналоговых выходов на 8 каналов Модуль дискретных входов на 8 каналов Модуль дискретных выходов 8 каналов Модуль питания Итого Количество 1 1 1 1 1 1 6 Средняя стоимость 600000 рублей 500000 рублей 250000 рублей 150000 рублей 150000 рублей 150000 рублей 1800000 рублей Анализируя таблицу 14 и таблицу 15 видим, что построение системы автоматизации установкой обратного осмоса на базе продуктов компании Emerson обойдется в 4 раза дороже, чем на базе Siemens. Выбор сделаем в пользу контроллера Siemens S7-1500. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 23

3 Синтез регулятора давления линии нагнетания установки обратного осмоса и разработка алгоритма управления насосом 3.1 Разработка функциональной схемы системы автоматического регулирования давления линии нагнетания Функциональная схема автоматизации представлена в графической части лист 1. Входной водой является пожаро-хозяйственная вода, которая насосом P0601 подается на установку обратного осмоса. Контроль параметров пожаро-хозяйственной воды на линии нагнетания осуществляется датчиками: давления ОВЕН ПД100-ДИ (поз.PT-0601) , температуры НПП «Автоматика» ИТ1-ЦМ. (поз.TT-0601), расхода Взлет-ЭР ЭРСВ-420(поз.FT-0501). Данные с этих датчиков передаются через интерфейс RS-485 по протоколу ModbusRTU на коммуникационный модуль CM PtP контроллера Siemens S7-1500. Контроллер в зависимости от значения температуры пожаро-хозяйственной воды подает управляющее воздействие на частотный преобразователь, который в свою очередь регулирует обороты двигателя насоса и тем самым происходит регулирование давления. Давление после насоса измеряется датчиком ОВЕН ПД100-ДИ (поз.PT-0602) обессоливанию и под воздействием Далее вода подвергается обратноосмотического давления разделяется на две фазы: концентрат (с концентрацией солей выше 0,5%) и пермеат (с концентрацией солей 0,2-0,5%). Контроль параметров пермеата осуществляется датчиком давления ОВЕН ПД100-ДИ(поз.PT-0603), расхода Взлет-ЭР ЭРСВ-420(поз.FT-0601), солесодержания МАРК-602T (поз.QT0601). Далее пермеат проходит дегазацию и собирается в емкость TW-12. Уровень в емкости контролируется датчиком уровня ОВЕН ПДУ-RS-Exd (поз.LT-1201). Далее пермеат перекачивается насосом P1301 на узел деминерализации. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 24

3.2 Синтез регулятора давления линии нагнетания установки обратного осмоса Рассмотрим локальный контур регулирования давления линии нагнетания установки обратного осмоса. Регулировать давление нужно в зависимости от температуры исходной воды, потому что производительность мембранных элементов при температуре 4 0С примерно в два раза ниже, чем при температуре 20 0С. График зависимости рабочего давления мембран от температуры представлен на рисунке 2 [3]. Зависимость рабочего давление мембран от температуры воды 14 13 Давление, атм 12 11 10 9 8 7 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 Темппература, 0С Рисунок 2 – График зависимости рабочего давления мембран от температуры Опишем зависимость рабочего давления мембран от температуры (рис.3) с помощью уравнения прямой проходящей через две точки: 𝑇1 = 4 ℃, 𝑃1 = 13 атм. 𝑇2 = 20 ℃, 𝑃2 = 7.5 атм. После преобразований получим 𝑃вх = −0.34375 × 𝑇вх + 14375 Синтез регулятора выполним исходя из следующих требований к системе [3, 4]: 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 25

– Регулирование давления линии нагнетания установки обратного осмоса нужно осуществлять по заданию, поскольку возмущения, такие как качество входной воды и ее температура устранены на стадии механической и химической фильтрации водоподготовки; – Перерегулирование в системе недопустимо, потому что такие кратковременные броски отрицательно сказываются на кинематической части электропривода и трубопроводе; – Время переходного процесса должно быть менее 4 секунд; – Статическая ошибка также недопустима, поскольку недостаточная компенсация изменений температуры входной воды за счет давления скажется на производительности мембранных элементов и качестве пермеата не в лучшую сторону. В состав системы регулирования войдут следующие элементы: преобразователь частоты, асинхронный двигатель, насос, трубопровод, датчик давления. Структурная схема контура регулирования давления представлена на рисунке 3. Рисунок 3 – Структурная схема контура регулирования давления линии нагнетания В литературе [7] отмечено, что при линеаризации уравнений и соответствующем инерционных упрощении звеньев могут математического описания примерами служить объекты: генераторы, многие двигатели, электрические печи, исполнительные механизмы, электронные и магнитные усилители, термопары и т. д. Поэтому представим 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 26

преобразователь частоты, асинхронный двигатель и насос в виде инерционных звеньев первого порядка. Определим коэффициенты передачи и постоянные времени передаточных функций системы. 3.2.1 Расчет передаточной функции преобразователя частоты Передаточная функция преобразователя частоты: 𝑊пч (𝑝) = 𝐾пч , 𝑇пч𝑝 + 1 (2) где 𝐾пч – коэффициент передачи преобразователя частоты; 𝑇пч – постоянная времени преобразователя частоты; Определим постоянную времени и коэффициент передачи преобразователя частоты: – Ток управления преобразователем частоты 𝑖упр = 20мА; – Коэффициент передачи преобразователя частоты 𝐾пч = 𝑓н 𝑖упр = 50 20 = 2.5 В общем случае преобразователь частоты состоит из двух частей [5]: – Система ШИМ с фильтром (постоянная времени 𝑇ф = 0.003 ÷ 0.005 с); – Силовая схема (постоянная времени равная половине периода пульсации выпрямленного напряжения 𝑇с = 1 2×𝑓н ×𝑚 , где fн – номинальная частота, Гц , m – число фаз). Примем постоянную времени 𝑇ф = 0.003 c. Таким образом, постоянная времени преобразователя частоты равна 𝑇пч = 𝑇ф + 𝑇с = 0.003 + Получили 𝑊пч (𝑝) = 2.5 1 2∗50∗3 = 0.006 с. передаточную функцию частотного преобразователя: . 0.006𝑝+1 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 27

3.2.2 Расчет передаточной функции асинхронного двигателя Передаточная функция асинхронного двигателя: 𝑊ад(𝑝) = 𝐾ад , 𝑇ад𝑝 + 1 (3) где 𝐾ад – коэффициент передачи асинхронного двигателя; 𝑇ад – постоянная времени асинхронного двигателя; Определим постоянную времени и коэффициент передачи асинхронного двигателя: − 𝜔н = 2900 об/мин = 303рад/с; − 𝐾ад = 𝜔н 𝑓н = 303 50 = 6.06. Постоянную времени двигателя примем 𝑇ад = 0.15 с. Получили передаточную функцию асинхронного двигателя: 𝑊ад (𝑝) = 6.06 . 0.15𝑝+1 3.2.3 Расчет передаточной функции насоса Передаточная функция насоса: 𝑊н (𝑝) = 𝐾н , 𝑇н 𝑝 + 1 (4) где 𝐾н – коэффициент передачи насоса; 𝑇н – постоянная времени насоса; Определим постоянную времени и коэффициент передачи насоса: – Номинальный расход насоса 𝑄н = 64 – Коэффициент передачи насоса 𝐾н = м3 ч 𝑄н 𝜔н = 0.01778 = 0,01778 303 м3 с ; = 5.868 ∗ 10−5; – Постоянную времени насоса примем 𝑇н = 1 с. Получили передаточную функцию насоса: 𝑊н (𝑝) = 5.868∗10−5 𝑝+1 . 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 28

Для перевода расхода в м3/ч нам потребуется коэффициент равный 3600. 3.2.4 Расчет передаточной функции трубопровода и датчика давления Передаточную функцию трубопровода представим в виде безынерционного звена с коэффициентом передачи 𝐾тр = 𝑃н (атм) 𝑄н (м3 /ч) = 13 64 = 0.203125. Передаточную функцию датчика давления также безынерционным звеном с коэффициентом передачи 𝐾дд = 𝑖упр 𝑃н представим = 20 13 = 1.538. Этот же коэффициент поставим на вход системы для преобразования давление задания в токовый сигнал. 3.2.5 Расчет передаточной функции регулятора давления линии нагнетания Настройку регулятора выполним на модульный оптимум (МО). Желаемая передаточная функция разомкнутой системы при настройке на модульный оптимум должна иметь вид [6]: 𝑊ж (𝑝) = 1 , 2𝑇𝜇 𝑝(𝑇𝜇 𝑝 + 1) (5) где 𝑇𝜇 – малая некомпенсированная постоянная времени объекта управления. В нашем случае 𝑇𝜇 = 0.006 c. Передаточная функция регулятора: 𝑊рег (𝑝) = 𝑊ж (𝑝) , 𝑊оу (𝑝) × 𝑊ос (𝑝) (6) где 𝑊ж (𝑝) – желаемая передаточная функция разомкнутого контура системы при настройке на модульный оптимум; 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 29

– 𝑊оу (𝑝) – передаточная функция разомкнутого контура объекта управления; – 𝑊ос (𝑝) – передаточная функция обратной связи. Найдем передаточную функцию регулятора: 𝑊рег (𝑝) = 1 0.006𝑝 + 1 0.15𝑝 + 1 𝑝+1 × × × 0,012𝑝(0.006𝑝 + 1) 2.5 6.06 5.868 ∗ 10−5 × 1 1 13 83.323 × × = 95.82145 + + 12.49845𝑝 0.203125 3600 20 𝑝 Получили передаточную функцию ПИД-регулятора. Построим систему регулирования давления линии нагнетания в Matlab Simulink, а также промоделируем систему и получим графики переходных процессов на выходе ПИД-регулятора, преобразователя частоты, асинхронного двигателя, насоса и трубопровода. Структурная схема системы автоматического регулирования и графики переходных процессов в Matlab/Simulink представлены в графической части лист 2. Показатели качества системы при пуске в работу: – Время переходного процесса 3.16 с (на времени переходного процесса очень сильно сказывается блок ограничения Saturation, но пренебрегать им нельзя, поскольку выходной ток регулятора не ограничен, а ток при номинальном режиме работы не должен превышать 20мА); – Перерегулирование 0%; – Статическая ошибка равна 0%, так как в составе регулятора присутствует интегрирующая составляющая. Полученные показатели качества удовлетворяют требованиям к системе. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 30

3.3 Разработка алгоритма управления насосом на линии нагнетания узла обратного осмоса При разработке алгоритма управления нужно учесть не только нормальный режим работы насоса, но также и аварийное отключение насоса при падении давления на линии всасывания, чтобы избежать «сухого хода» насоса. Согласно литературе [8] «сухой ход» - это работа насоса в условиях недостаточного количества жидкости в линии всасывания. «Сухой ход» насоса приводит к частичной или полной деформации внутренних элементов конструкции насоса. Давление линии всасывания при нормальном режиме работы установки обратного осмоса составляет порядка 5 атм. При давлении менее 2 атм нужно аварийно отключить насос [3]. Реализуем алгоритм управления насосом установки обратного осмоса. В начале цикла реализуем программную защиту от «сухого хода» насоса. Если давление линии всасывания больше 2 атм, то переходим к нормальной работе насоса. При нормальной работе осуществляется регулирование давления линии нагнетания насоса в зависимости от температуры входной воды установки обратного осмоса. С датчика температуры получим значение температуры исходной воды и затем сформируем сигнал задания по давлению, преобразуя значение температуры исходной воды в давление задания, согласно зависимости на рисунке 2. Далее получим сигнал с датчика давления линии нагнетания насоса. В случае совпадения давления задания с давлением на выходе насоса переходим в конец цикла, а в случае несовпадения регулируем давления, изменяя частоту на выходе частотного преобразователя (если давление задания больше давления выхода насоса, то необходимо увеличивать частоту, а если меньше, то уменьшать). Согласно [9] представим алгоритм управления насосом на линии нагнетания узла обратного осмоса. Алгоритм управления насосом на линии нагнетания узла обратного осмоса представлен в графической части лист 3. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 31

4 Разработка верхнего уровня автоматизации 4.1 Разработка структуры автоматизированной системы управления технологическим процессом Узел обратного осмоса входит в состав водоподготовительной установки, которая в свою очередь входит в состав парогазоцеха (ПГЦ). На ПГЦ установлен контроллер фирмы Emerson DeltaV, который соединим с контроллером Siemens S7-1500, чтобы видеть изменение технологических передавать с параметров полевого использованием оборудования. протокола ProfibusDP. Данные будем Контроллер на водоподготовке будет выполнять роль slave, а контроллер парогазоцеха роль master. Выбор контроллера для автоматизации установки обратного осмоса осуществлялся с учетом этого (модуль СPU1516-3PN/DP контроллера Siemens S7-1500 имеет выход ProfibusDP). Данные на уровень MES-системы будем передавать с использованием Ethernet. Используется MES-система ИндаСофт. Структура автоматизированной системы управления технологическим процессом представлена в графической части лист 4. 4.2 Выбор SCADA-системы В настоящий момент на российском рынке представлено большое разнообразие SCADA-систем отечественных и зарубежных производителей. В рамках дипломного проекта будем сравнивать SCADA-систему WinCC от компании Siemens и отечественную SCADA- систему TraceMode 6 от Adastra. Сравнение SCADA-систем WinCC и TraceMode 6 представлено в таблице 16. Требования к современным SCADA-системам: – Доступность восприятия для разработчика и аппаратчика; – Открытость механизмов обмена данными с оборудованием вводавывода; 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 32

– Стоимость. Таблица 16 – Срвавнение SCADA-систем WinCC и TraceMode 6 Критерии Поддержка OPC-технологии Поддержка промышленных протоколов Modbus, Profibus, Сanbus и др. Система отчетов Поддержка Windows и других операционных систем Поддержка объектноориентированных языков программирования контроллеров Монитор реального времени Наличие тестовой версии Стоимость WinCC + + TraceMode 6 + + + + + + + + + + 91200-1100000 рублей в зависимости от количества каналов + + 8670-365670 рублей в зависимости от количества каналов Исходя из таблицы 16 можно сделать вывод, что SCADA-система TraceMode 6 по функционалу не уступает зарубежной WinCC, так как большинство современных SCADA-систем, как отечественных, так и зарубежных, имеют полный функционал для этого класса программ, поэтому их сравнение по перечню функций в последние годы утратило смысл. Основное преимущество российских SCADA-систем – это их изначальная нацеленность на российский рынок (документация на русском языке, техническая поддержка, невысокие цены). При выборе SCADA-системы будем опираться на ее стоимость и сделаем выбор в пользу отечественного продукта TraceMode 6 от разработчика Adastra. Сейчас нашей страной взят курс на импортозамещение, что заставляет бурно развиваться российское программное обеспечение опережающими темпами. Это позволяет разработать программное обеспечение с высоким конкурентным потенциалом на рынке, тем более, что такая инициатива активно поддерживается государством, которое разрабатывает всевозможные программы поддержки. Разработку SCADA-системы выполним в TraceMode 6 от компании Adastra. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 33

На графическом экране оператора представлен технологический процесс установки обратного осмоса. Также предусмотрена индикация основных технологических параметров, за которыми необходимо следить оператору. Зеленым цветом обозначены значения параметров, которые находятся в пределах нормы, а в случае выхода контролируемого параметра за границу диапазона индикация меняет свой цвет на красный, сообщая оператору, что нужно предпринимать необходимые меры по устранению проблемы. Также зеленым цветом обозначены узлы, находящиеся в работе (насосы, отсечные клапаны, регулирующий клапан). Узел обратного осмоса входит в состав водоподготовительной установки, поэтому SCADA-система интегрируется в общую систему всей водоподготовки и поэтому предусмотрена возможность переключения между графическими экранами других узлов цикла подготовки воды. На отдельном графическом экране можно посмотреть графики изменения трендов в режиме реального времени. Помимо этого имеются отдельные экраны для просмотра архива, событий и отчета тревог. Внешний вид экрана на автоматизированном рабочем месте оператора представлен на рисунке 4. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 34

Рисунок 4 – Внешний вид экрана на рабочем месте оператора 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 35

5 Расчет затрат на проект автоматизации Составим сводную таблицу с выбранным оборудованием и его стоимостью исходя из главы дипломного проекта, посвященной выбору оборудования, а также посчитаем капитальные затраты. Выбранное оборудование и его стоимость представлено в таблице 17. Таблица 17 – Выбранное оборудование и его стоимость Наименование Цена, руб. Количество, шт. Стоимость, руб. 342000 1 342000 50000 1 50000 47000 1 47000 18000 1 18000 18000 1 18000 16000 1 16000 6000 28000 3 1 18000 28000 20000 95000 10000 90000 8600 3 1 1 1 1 60000 95000 10000 90000 8600 оборудования Siemens S7-1500 СPU15163PN/DP Коммуникационный модуль CM PtP 6ES75401AB00-0AA0 Модуль аналоговых выходов 6ES7532-5HD000AB0 Модуль дискретных входов 6ES7521-1BH00-0AB0 Модуль дискретных выходов 6ES7522-1BH100AA0 Модуль питания 6EP13334BA00 ОВЕН ПД100-ДИ НПП «Автоматика» ИТ1ЦМ ВЗЛЕТ ЭР ЭРСВ-420 МАРК-602T ОВЕН ПДУ-RS-Exd ВЕСПЕР Е5-8500-040Н Trace Mode 6 МРВ+OPC на 15 каналов Итого 800600 С учетом транспортных расходов в размере 10%, складских расходов в размере 2% и расходов на монтаж оборудования в размере 8% полная стоимость проекта составит: 800600 + 0.1 × 800600 + 0.02 × 800600 + +0.08 × 80600 = 960700 рублей. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 36

6 Безопасность жизнедеятельности и охрана труда при эксплуатации узла обратного осмоса Аппаратчик обессоливания обязан: – Вести самостоятельно технологический процесс в строгом соответствии с нормами технологического режима и требованиями данной инструкции; – Знать оборудования технологическую запорной и схему, расположение регулирующей и арматуры, устройство контрольно- измерительных приборов и аппаратуры; – Своевременно и качественно производить техническое обслуживание оборудования, контрольно-измерительных приборов и аппаратуры, в строгом соответствии с инструкциями по техническому обслуживанию; – Знать устройство, правила обращения и расположение средств аварийной защиты, пожаротушения и оказания первой доврачебной помощи; – Периодически, не реже одного раза в час производить обход и осмотр оборудования установки, докладывая обо всех выявленных неисправностях и неполадках мастеру смены; – Принимать все необходимые меры по предотвращению нарушений нормального технологического режима и аварийных ситуаций; – В аварийных ситуациях действовать согласно “Плану мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий (ПМЛА)”; – Своевременно, правильно и аккуратно заполнять сменный рапорт, в котором отмечать все выполненные работы, переключения, а также обнаруженные дефекты в работе оборудования, арматуры, средств контрольно-измерительных приборов и аппаратуры; – Находиться на рабочем месте в положенной спецодежде и иметь при себе исправные индивидуальные средства защиты; – По указанию мастера смены производить подготовку оборудования к сдаче в ремонт и приему его из ремонта; 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 37

– Соблюдать нормы расхода сырья, энергоресурсов и вспомогательных материалов, бережно относиться к инструменту, инвентарю и другому имуществу; – Соблюдать правила внутреннего трудового распорядка на предприятии; – Прекращать ремонтные работы и удалять с рабочего места лиц, нарушающих правила охраны труда и правил безопасности; – Следить за состоянием арматуры, за плотностью фланцевых соединений и за состоянием изоляции трубопроводов; – Следить за рабочим состоянием резервного оборудования; – Постоянно повышать свой уровень теоретических знаний и производственных навыков; – Знать, понимать и выполнять требования процессов и документированных процедур предприятия, в том числе относящихся к выполнению требований менеджмента качества. Обязанности работника в области охраны труда: – Соблюдать требования охраны труда; – Правильно применять средства индивидуальной и коллективной защиты; – Проходить обучение безопасным методам и приемам выполнения работ, инструктаж по охране труда, стажировку на рабочем месте и проверку знаний требований охраны труда; – Немедленно извещать своего непосредственного или вышестоящего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о проявлении признаков острого профессионального заболевания (отравления); – Проходить обязательные периодические (в течение трудовой деятельности) медицинские осмотры (обследования). 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 38

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: – Исследован технологический процесс узла обратного осмоса; – Рассмотрены проблемы узла обратного осмоса; – Представлены технологическая и функциональная схемы; – Рассмотрено влияние различных технологических параметров на работу установки; – Выбраны технические средства для модернизации узла; – Было решено, что контур регулирования давления линии нагнетания узла обратного осмоса является одним из самых важных, и ему следует уделить особое внимание с точки зрения регулирования; – Выполнен синтез регулятора давления линии нагнетания с настройкой на модульный оптимум и представлены графики переходных процессов в среде моделирования Matlab Simulink; – Также разработан алгоритм управления насосом с реализацией защиты насоса от «сухого хода»; – Представлена структура АСУ ТП и разработана SCADA-система в программном продукте TraceMode 6 от Adastra; – Выполнен расчет капитальных затрат проекта по автоматизации узла обратного осмоса. Таким образом, в результате проделанной работы была произведена модернизация узла обратного осмоса, чтобы обезопасить производство, исключив исключить человеческий фактор из технологического процесса, и улучшено качество пермеата, за счет компенсации изменений температуры входной воды давлением нагнетания. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 39

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. –М.: Химия. – 352с., ил. 2. Черкасов С.В, «Обратный осмос. Теория и практика применения»: [Электронный ресурс].- URL: http://wwtec.ru/index.php (дата обращения: 20.05.2020). 3. Описание технологического процесса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс». 4. Описание оборудования узла обратного осмоса ПАО «Метафракс». 5.Билоус О.А. Фундаментальные исследования. – 2015. – № 8 (часть 1) – С. 93-98. 6. Казанцев В.П. Системы управления исполнительными механизмами: Учебное пособие, Пермь, РИО ПГТУ – 2010 г, 216 с. 7. Теория автоматического управления: учебное пособие/ В.Ф. Дядик, С.А. Байдали, Н.С. Криницын; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 196 с. 8. А.А. Федько, А.А. Сорокин. Агроинженерия. Защита насосных агрегатов от «сухого хода». 9. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Единая система программной документации (ЕСПД). Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 40

Перв. примен. Справ. № Подп. и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подп. и дата Инв. № подл. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 Лит Изм Лист № документа Разработал Проверил Белькевич К.С. Даденков Д.А. Подпись Дата Лист 1 Н.контроль Утвердил Шульга Н.А. Петроченков А.Б. Масса Масштаб Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс» Функциональная схема автоматизации узла обратного осмоса Листов 4 ПНИПУ, АТПП-16-1б

Перв. примен. Справ. № Подп. и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подп. и дата Инв. № подл. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 Лит Изм Лист № документа Разработал Проверил Белькевич К.С Даденков Д.А. Подпись Дата Лист 2 Н.контроль Утвердил Шульга Н.А. Петроченков А.Б. Масса Масштаб Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс» Структурная схема САР и результаты моделирования в Matlab/Simulink Листов 4 ПНИПУ, АТПП-16-1б

Перв. примен. Справ. № Подп. и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подп. и дата Инв. № подл. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 Лит Изм Лист № документа Разработал Проверил Белькевич К.С Даденков Д.А. Подпись Дата Лист 3 Н.контроль Утвердил Шульга Н.А. Петроченков А.Б. Масса Масштаб Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс» Блок-схема алгоритма управления насосом Листов 4 ПНИПУ, АТПП-16-1б

Перв. примен. Справ. № Подп. и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подп. и дата Инв. № подл. 460.МСА.15.03.04-2020.00790-01 81 01 Лит Изм Лист № документа Разработал Проверил Белькевич К.С Даденков Д.А. Подпись Дата Лист 4 Н.контроль Утвердил Шульга Н.А. Петроченков А.Б. Масса Масштаб Автоматизация узла обратного осмоса водоподготовительной установки ПАО «Метафракс» Структурная схема АСУ ТП Листов 4 ПНИПУ, АТПП-16-1б

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв

0.5

Артур Краснов

Спасибо, достойная работа