- модуль аналоговых входов/выходов SM335.
Также имеются модули: коммуникационный, функциональные PC-адаптер, питания, дополнительной памяти от 16 до 128 Кб (Flash & RAM).
Для измерения температуры во всех случаях применены термометры сопротивления. Использовано 2 вида средств измерения уровня: гидростатические преобразователи – для измерения уровня сусла в гидроциклонном аппарате, радарные уровнемеры – для остальных случаев. Это обусловлено специфическими особенностями пищевых полуфабрикатов пивоваренного производства. Исходя из этого подобраны разные по типу расходомеры: для воды – вихреакустический, для сусла – электромагнитный. Приводы регулирующих и запорных клапанов выполнены электрическими.
3.1 Контур регулирования разности уровней сусла в Ф1 (поз.4-1 – 4-2)
а) Интеллектуальные радарные уровнемеры Emerson 5600 предназначены для контроля уровня без контакта с технологической средой в простых и сложных условиях техпроцесса. Состоят из корпуса уровнемера и соединения с резервуаром, включающего антенну.
По принципу действия прибор представляет собой радар с частотно-модулированной непрерывной волной (FMCW) 10 ГГц. Данные измерений уровня поступают из датчика на выход в виде аналоговых сигналов 4 – 20 мА, с налагаемыми на них цифровыми сигналами HART или Foundationfiedbus.
б) Частотный преобразовательCT-2004V-2A2 предназначен для построения частотно-регулируемых приводов трехфазных асинхронных двигателей, а также для контроля и сигнализации об их состоянии, защиты технологического оборудования. Управление ведется векторным способом посредством ШИМ-модуляции. Имеется автонастройка, ограничение скорости, ее плавная и многоступенчатая регулировка, функция торможения.
Центральный элемент контура – микропроцессорный контроллер.
3.2 Контур регулирования расхода сусла после Ф1 (поз.7-1 – 7-2)
а) Расходомер электромагнитный РЭН 1 имеет принцип действия, основанный на зависимости ЭДС, индуцируемой в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, от скорости движения жидкости.
Первичный преобразователь (датчик) представляет собой изготовленный из немагнитного материала (сталь 12Х18Н10Т) участок трубы, расположенный между участками электромагнита, причем магнитное поле направлено перпендикулярно к потоку жидкости. Индуцируемая ЭДС снимается двумя электродами, введенными диаметрально в поперечном сечении трубопровода, усиливается и измеряется вторичным прибором.
Основными узлами передающего преобразователя являются усилительное устройство, синхронный детектор и активный фильтр нижних частот с усилителем постоянного тока. Выходной сигнал является унифицированным и принимается модулем микропроцессорного контроллера для интегрирования и дальнейшего реагирования.
б) Клапаны малогабаритные регулирующие с электроприводом КМР.Э применяется как исполнительные механизмы и воспринимают электрический сигнал от управляющего устройства, в данной схеме – от модуля контроллера.
3.3 Контур регулирования расхода воды для вымывания экстракта из дробины (поз.5-1 – 5-2)
а) Расходомер вихреакустический МЕТРАН – 300ПР применяется для контроля расхода чистых жидкостей. Для создания вихрей используется тело обтекания. Детектирование вихрей осуществляется посредством использования пары излучатель-приемник, установленные в стенки корпуса прибора. Излучателями перманентно формируются высокочастотные акустические сигналы, пересекающиеся в центре проточной части. Каждый из чередующихся вихрей отличается направлением вращения от предыдущего. При пересечении с вихрем происходит модуляция ультразвуковой волны по фазе, которая фиксируется приемниками сигнала, преобразуется в электрический сигнал и обрабатывается. Выходные сигналы прибора: 4-20 мА, RS485, HART.
б) Клапан малогабаритный регулирующий с электроприводом КМР.Э аналогичен описанному ранее. Управляющий сигнал на привод также подается с модуля контроллера после обработки данных расходомера.
3.4 Контур регулирования температуры сусла в Т2 (поз.9-1 – 9-2)
а) Термопреобразователь сопротивления платиновый ТСПУ – МЕТРАН – 276 имеет принцип действия, основанный на изменении электрического сопротивления в зависимости от температуры. Чувствительный элемент термопреобразователя представляет собой платиновую спираль, размещенную в каналах керамического каркаса и укрепленную там изоляционным порошком. Прибор имеет унифицированный выходной токовый сигнал 4 – 20 мА.
Принцип действия токового преобразователя, сблокированного с первичным измерительным преобразователем, основан на статической автокомпенсации. Сигнал от измерительного первичного преобразователя поступает на измерительный мост и далее на входной усилитель, выполненный по схеме модулятор-демодулятор. Демодулированный сигнал усиливается выходным усилителем постоянного тока, выходной ток которого поступает на нагрузку и в устройство обратной связи.
б) Клапан малогабаритный регулирующий с электроприводом КМР.Э аналогичен описанному ранее.
Контуры регулирования температуры в пластинчатом охладителе имеют тот же состав с отличием в параметрах регулирующих клапанов (устанавливаются на паропроводах).
3.5 Контур регулирования уровня сусла в гидроциклоне Е3 (поз.11-1 – 11-2)
а) Датчик гидростатического давления (уровня) МЕТРАН – 43 – ДГ – 3536 предназначен для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования техпроцессов в целях выдачи информации об уровне жидкости в виде унифицированного токового сигнала 4 – 20 мА.
Датчик состоит из преобразователя давления – измерительного блока (ИБ) и электронного преобразователя (ЭП). Давление рабочей среды воздействует на мембрану ИБ и посредством специального штока вызывает деформацию чувствительного элемента, прочно скрепленного с мембраной тензопреобразователя. Чувствительный элемент – кристалл сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, соединенными в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы поступает в дифференциальный усилитель электронного блока. Встроенный в усилитель регулятор коэффициента усиления обеспечивает перенастройку диапазонов измерений. Преобразование усиленного сигнала в унифицированный токовый осуществляется в ЭП. Устройство термокоррекции компенсирует влияние температурных воздействий на тензомост.
б) Клапан запорный с электроприводом 15нж963п предназначен для воздействия на технологический процесс в соответствии с сигналом, идущим от регулирующего устройства, в данном случае – модуля контроллера SimaticS7-300. В результате он прекращает или возобновляет поступление сусла в гидроциклон Е3.
Запорный клапан имеет корпус из коррозионно-стойкой нержавеющей стали, уплотнительная поверхность выполнена из пластмассы.
4 Описание схемы автоматизации
Принципы системы управления разработаны на базе современных управляющих систем распределенной архитектуры, с применением программируемых микропроцессорных контроллеров и компьютеров. Данный подход предназначен для оптимизации и ускорения процессов реагирования на плановое и ненормативное изменение параметров на каждой стадии процесса. Также он позволяет осуществлять интерактивное взаимодействие оператора с ПЭВМ, что в условиях интуитивно понятного интерфейса управляющих программ позволит максимально упростить реализацию технологических решений. Достоинствами данной системы является безопасность, облегчение труда, локализация пульта управления в одном помещении.
4.1 Контур регулирования разности уровней сусла в фильтрчане Ф1
Уровни сусла в фильтрчане и его расширительном баке определяются интеллектуальными радарными уровнемерами Emerson 5600, унифицированные сигналы 4 – 20 мА c которых подаются на контроллер SimaticS7-300. Происходит программное нахождение разности этих уровней и ее соотнесение с номинальной. При достижении разностью предельного значения с контроллера подается управляющий сигнал на частотный преобразователь, вследствие чего изменяется частота вращения ротора электродвигателя, приводящего в движение рыхлитель. В результате указанного воздействия разность уровней выравнивается, то есть процесс фильтрования вновь переходит в установившийся режим.
4.2 Контур регулирования расхода воды для вымывания экстракта из дробины
Расход воды фиксируется вихреакустическим расходомером МЕТРАН– 300ПР, имеющим необходимый интерфейс (4 – 20 мА, HART, или RS485). В результате преобразования первичного измерения через модуль микропроцессорного контроллера SimaticS7-300 поступает информация о расходе воды как итог обработки пропорционального ему сигнала. Происходит программное интегрирование расхода по времени, в результате чего на экране операторского монитора индицируются значения расхода и объема уже прошедшей воды. При достижении количеством жидкости предельного значения с другого модуля контроллера подается управляющее воздействие к приводу исполнительного механизма (клапана малогабаритного регулирующего КМР.Э), клапан перекрывает поток воды. В случае фиксирования уменьшения (увеличения) расхода по сравнению с заданным клапаном варьируется проходное сечение в трубопроводе как результат воздействия пропорционального токового сигнала со стороны контроллера.
Таким образом, осуществляется поддержание расхода воды на постоянном уровне и прекращение ее поступления в аппарат.
Контур регулирования расхода отфильтрованного сусла аналогичен и отличается только типом установленного расходомера.
4.3 Контур регулирования температуры сусла в Т2
Температура измеряется платиновым термопреобразователем сопротивления ТСПУ – МЕТРАН – 276, выходной унифицированный сигнал 0 – 4 мА которого пропорционален текущей температуре и передается на модуль контроллера SimaticS7-300. Осуществляется ее сверка с требуемой по технологии, параллельно идет отображение на экране монитора в виде цифровых значений. После обработки данных о температуре через модуль с контроллера поступает пропорциональный управляющий электрический сигнал на исполнительный механизм – регулирующий клапан КМР.Э с электроприводом. В результате происходит либо прекращение подачи греющего пара в перколятор, либо изменение расхода пара, также возможно перекрытие потока теплоносителя. Для сусловарочного котла предусмотрено уменьшение степени открытия клапана до минимума после окончания предварительного нагрева и начала кипения.