ЗАТВЕРДЖУЮ Кафедра АТХП Зав. кафедри __________ НУ”ЛП”
“__” __________ 20 р.
ЗАВДАННЯ на курсову роботу
1. Прізвище студента Бугайчук Максим
2. Тема курсової роботи: «Розробка конфігурації та програмного забезпечення систем автоматизованого процесу очищення біогазу від сірководню з використанням мікропроцесорних засобів автоматизації».
3. Вихідні дані до курсової роботи: технологічний процес, контролер Siemens
Simatic S7-300.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки ( перелік питань, що підлягають розробці);
 Опис технологічного процесу.
 Вибір первинних вимірювальних перетворювачів та виконавчих механізмів.
 Вибір мікропроцесорних засобів автоматизації.
 Розробка блок-схеми системи автоматичного керування.
 Розробка програми функціонування контролера.
 Розробка принципової електричної схеми зовнішніх з’єднань.
5. Перелік графічних матеріалів: принципова електрична схема зовнішніх зєднань, програма функціонування мікропроцесорного контролера Siemens Simatic
S7-300.
6. Дата видачі “2” березня р.
7. Керівник роботи _______________
8. Завдання прийняв ______________

Зміст Вступ
4 1. Опис технологічного процесу……………………………………………...
6 2. Вибір первинних вимірювальних перетворювачів та виконавчих механізмів
9 3. Вибір мікропроцесорних засобів автоматизації..............................................
17 4. Блок - схема системи автоматичного керування. …………………………...
20 5. Розробка програми функціонування вибраних засобів автоматизації ……
27 6. Розробка принципових електричних схем зовнішніх з’єднань мікропроцесорних засобів…................................................................................
38
Висновки………………………………………………………………………….
43 Список літератури………………………………………………………………..
44

4 Вступ
Швидкозмінна економічна ситуація і велике різноманіття задач, які постають перед підприємствами в сучасних ринкових умовах, змінили старі погляди на системи автоматизації виробництв. Сьогодні від такої системи вимагається не лише слідкувати за ситуацією і управляти технологічним процесом. Вкрай необхідно мати доступ до постійного джерела інформації цілим групам людей та отримувати інформацію у зручній формі, щоб приймати конструктивні рішення в питаннях управління виробництвом в цілому. Сучасний ринок засобів автоматизації пропонує широкий спектр апаратних та програмних пристроїв для побудови надійних та зручних в експлуатації систем.
Однією із основних переваг АСК ТП є зниження (аж до повного виключення) впливу так званого людського фактору на процес, скорочення персоналу, мінімізація витрати сировини, покращення якості вихідного продукту і суттєве підвищення ефективності виробництва. Основними функціями таких систем є контроль і керування, обмін даними, обробка, накопичення і зберігання інформації, формування сигналізації, побудова графіків та звітів.
Мікро-ЕОМ – мікропроцесорна система, яка використовує декілька мікросхем, доповнених елементами пам`яті, пристроями вводу/виводу інформації та пристроями керування роботою всієї системи.
Мікропроцесорний контролер – мікро-ЕОМ, яка орієнтована на вирішенні конкретної задачі або набору типових задач.
Згідно закордонної термінології промислові контролери поділяються на 3 категорії:
- програмовані логічні контролери (ПЛК);
- системи керування розподіленого типу (distributedcontrolsystems DCS);
- мікропроцесорні програмно-логічні контролери на базі РС-технологій (PC- based).
За призначенням контролери поділяються на два типи:
- контролери, які призначені для реалізації алгоритмів регулювання та різних перетворень аналогових і дискретних сигналів;
- контролери, які призначені для реалізації задач програмно-логічного керування.
Програмовано-логічні контролери представляють собою пристрій, призначений для збору, перетворення, обробки, зберігання інформації та створення команд керування. Вони реалізовані на базі мікропроцесорної техніки та працюють в локальних та розподілених системах керування відповідно до заданої програми. За технічними можливостями, які визначають рівень вирішуваних задач, ПЛК поділяються на класи: нано-, мікро-, малі, середні та великі. Всі функції ПЛК реалізовані програмно, на відміну від релейно-контактних схем. На одному контролері

5 можна реалізувати схему, що буде еквівалентна тисячам елементів жорсткої логіки. При цьому надійність роботи схеми не залежить від її складності.
Застосування ПЛК забезпечує високу надійність, простоту обслуговування пристроїв управління, пришвидшує монтаж і наладку обладнання, забезпечує швидке оновлення алгоритмів керування (в тому числі і на працюючому обладнанні). Також з`являється можливість реалізувати додаткові функції, не збільшуючи вартість готової продукції.
Сучасні мікропроцесорні засоби автоматизації значно виграють по можливостям у аналогових. Їх великою перевагою є гнучкість такої системи, тобто можливість перепрограмування на інші алгоритми. Невеликий контролер може замінити великі релейні схеми, що займають багато місця, потребують обслуговування. Навіть у випадку аналогового регулювання такі засоби нічим не поступаються аналоговим регуляторам.

6
1. Опис технологічного процесу В хімічній промисловості використовуються абсорбери періодичної і безперервної дії. Найбільш широке використання знаходять адсорбери неперервної дії, зокрема, адсорбери з киплячим шаром адсорбенту. В апараті безперервної дії відбуваються такі процеси: власне адсорбція; десорбція; охолодження; нагрівання. При проходженні процесу адсорбції концентрація сорбтиву в адсорбенті безперервно збільшується. При досягненні рівноваги між газовою фазою та адсорбентом вона досягає максимально можливого значення в даних умовах. Цей граничний вміст сорбтиву в 1 кг адсорбенту, який відповідає повному насиченню адсорбенту поглинаючою речовиною, називається статичною активністю адсорбенту. Статична активність адсорбенту залежить від структури адсорбенту, а також від природи адсорбуючої речовини і її парціального тиску (концентрації) в газовій фазі, температури. За останній час в ряді галузей промисловості знаходить застосування адсорбція в киплячому (псевдозрідженому) шарі, яка в порівнянні з адсорбцією в нерухомому шарі має ряд переваг, а саме:
- при сорбції адсорбентом, що знаходяться в псевдозрідженому стані, внаслідок
інтенсивного руху частинок не відбувається пошаровим відпрацювання адсорбенту
- внаслідок інтенсивного перемішування частинок адсорбенту температура в киплячому шарі вирівнюється і запобігає перегрів;
- адсорбент, що знаходиться в псевдозрідженому стані, надає щодо дуже малий гідравлічний опір;
- адсорбент являє собою текучу фазу, легко транспортується з апарату в апарат. Адсорбер з псевдозрідженим шаром адсорбенту являє собою циліндричний вертикальний корпус, всередині якого змонтовано газорозподільна решітка й пилеуловлювальний пристрій типу циклону. Адсорбент завантажується в апарат через який безперервно проходить газ і після насичення вхідним газом виводиться в десорбер. В результаті масообміну сорбент переходить в тверду фазу, а очищений газ вгорі виходить з апарату.
Адсорбційна установка неперервної дії в якій адсорбція та десорбція здійснюється в псевдозрідженому (киплячому) сорбенті складається з двох основних вузлів, безпосередньо з адсорбера та десорбера[2]. Схема установки показано на рис.

10
Інкрементальний оптичний енкодер визначає кут повороту обертового об'єкта, швидкість валу та його прискорення віддаючи імпульсній цифровий код.
 Точність: 600 імпульсів/оберт
 Робоча напруга
DC5-24V
 Максимальна механічна швидкість:
5000 об/хв

Вихід: NPN відкритий колектор

Клас захисту: IP51

Робоча температура -С Термометр опору Rosemount 214C
Термоперетворювач опору
Rosemount 214C - це платиновий термоперетворювач опору Pt-100 з одним або двома чутливими елементами, що дозволяє вимірювати температуру в широкому діапазоні від -196 до 600 ° C. Для універсальності датчик може поставлятися як в тонкоплівкових, так і в дротовому виконанні. Крім калібрування за класами точності А і В цей датчик дозволяє використовувати для сполучення з перетворювачем константи Каллендара-Ван дью, що забезпечує найвищий рівень точності.
Захисні гільзи Rosemount ™ 114C
Захисна гільза Rosemount 114C сконструйована для використання з первинними перетворювачами стандартного розміру і забезпечує надійність і цілісність вимірювань вашого процесу. Ця універсальна гільза підходить для різних областей застосування і може мати різні варіанти виконання монтажного з'єднання (різьбове, фланцеве, зварне, Ван Стоуна) і різні профілі штока (прямий, конічний або ступінчастий). Великий вибір конструкційних матеріалів дозволяє підібрати гільзу для будь-якого процесу.
Вимірювальний перетворювач температури Rosemount 148
Перетворювач Rosemount 148 - це стандартний пристрій, яке може обробляти дані різних типів датчиків, коштує недорого і підвищує точність вимірювань в порівнянні з прямим вимірюванням. Перетворювач доступний у виконанні з монтажною головкою DIN B і в різних варіантах корпусу і шасі. Для надійної роботи в

11 виробничому середовищі перетворювач видає не схильний до перешкод і забезпечує компенсацію температури навколишнього середовища аналоговий сигнал в діапазоні
4-20 мА
Вимірювальна система витрати перегрітої пари OPTISWIRS 4200
Вихровий витратомір для застосувань загального призначення в секторі енергетики та систем керування енергоспоживанням
• Для рідин, (вологих) газів, насиченого і перегрітого пара
• Вбудований вимір P + T: прямий вихід даних по масі, номінальному витраті і / або енергії, сумарною / корисної теплової енергії
• Фланець: DN15 ... 300 / 1/2 ... 12 "; безфланцева версія: макс. DN100 / 4"
• 2-дротовий, 4 ... 20 мА, HART®, FF, Profibus-PA
OPTISWIRL 4200 являє собою вихровий витратомір з вбудованим датчиком температури. Він призначений насамперед для вимірювання витрати рідин, сухих або вологих газів і насиченого або перегрітої пари в системах технологічного забезпечення (допоміжних контурах) і розподільних мережах. Цей прилад є також оптимальним рішенням для вдосконалених систем управління енергоспоживанням
(відповідно до ISO 50001), так як доступний з функцією вбудованого вимірювання сумарної і корисної теплової енергії для пари і конденсату. Для вимірювання витрати газу і пари при нестабільних робочих умовах вихровий витратомір може оснащуватися опціонально доступним вбудованим датчиком тиску.
На відміну від традиційних вихрових витратомірів, OPTISWIRL 4200 дозволяє об'єднати вимірювання витрати, температури і тиску, а також обчислення теплової енергії водному пристрої. Це дозволяє заощадити приблизно 45% від монтажних витрат та домогтися підвищення загальної системної точності вимірювань. Регулятор потоку доступний у виконанні з фланцевим приєднанням або в безфланцевому сендвіч-виконанні.
Ємнісний сигналізатор рівня Pointek CLS 100

12
Pointek CLS 100 це компактний, ємнісний х провідний сигналізатор для реєстрації рівня в установках з обмеженням місця, для розділових шарів, сипучих речовин, рідин, суспензій і піни.
Особливості:
 простий монтаж з контролем через вбудовані СІД
 практично не вимагає технічного обслуговування завдяки відсутності рухомих частин
 настроюється чутливість
 є інтегрована стандартна контсрукціі корпусу з термопластического поліестеру (VaLOX)
 є іскробезпечні, пиловибухобезпеки і стандартні конструкції
Галузь застосування
Pointek CLS 100 - це недорогий ефективний сигналізатор рівня. Його невеликий розмір і глибина занурення тільки 100 мм (4 ") роблять його ідеальним варіантом для використання в обмеженому просторі. Чутливий х провідний сигналізатор рівня фіксує макс. І хв. Рівні сипучих речовин, рідин, суспензій, розділових шарів і піни.
Його різноманіття дозволяє використання з резервуарами і трубопровідними системами замість звичайних приладів, таких як контролери, вібраційні або ємнісні зонди .. Завдяки своїй прогресивної технології (вимір через головку зондів) він подає точні п вторящие точки перемикання. Стійкі до хімічного впливу зонди з PVDF /
Kynar працюють при температурах від -40 до +110 ° C (-40 до +212 ° F). Повністю лита конструкція гарантує надійну роботу при вібрації (до 4 g), наприклад , в резервуарах з мішалками. Захисний ковпачок SensGuard захищає від зносу, поштовхів і абразії при експлуатації у важких умовах.
Перетворювач тиску Rosemount 2051
Перетворювач тиску Rosemount 2051 ™ для вимірювання витрати середовищ забезпечує стабільні вимірювання при вимірюванні витрати по перепаду тиску. Для простоти установки ці витратоміри можуть поставлятися в зборі з різними первинними елементами. Локальний інтерфейс оператора з простими меню і кнопками налаштування, дозволяє легко ввести прилад в експлуатацію.
Особливості

13
 можна користуватися в зборі з первинними елементами, що є готовим до установки рішення для вимірювання витрати, що гарантує надійну роботу всі вузли витратоміра протестовані на герметичність і відкалібровані з метою зменшення потенційних точок витоку до 70% і скорочення процедури підготовки до монтажу
 локальний інтерфейс оператора пропонує прості у використанні меню і вбудовані кнопки конфігурації для спрощеного введення в експлуатацію
 метрологічні характеристики з похибкою від 0,05% від встановленого діапазону вимірювань
 сертифікація відповідності вимогам міжнародного стандарту функціональної безпеки IEC 61508 з рівнем повноти безпеки SIL 2 (SIL 3 при дотриманні вимог) з наданням звіту аналізу відмов, їх наслідків та діагностики (FMEDA)
Вимірювальна діафрагма Rosemount ™ 1495
Вимірювальна діафрагма Rosemount 1495 - це первинний елемент, покликаний забезпечувати надійність вимірювань. Діафрагма - найпоширеніший в світі первинний елемент. У стандартному виконанні вона поставляється з універсальної пластиною з концентричних отвором з прямими крайками. Діафрагма доступна для всіх стандартних розмірів трубопроводу (50-600 мм) і підходить для роботи при високій температурі і тиску.
Schneider ATV 320
Перетворювач Altivar Machine ATV 320 призначений для регульованих електроприводів з трифазними асинхронними або синхронними двигунами.
Перетворювачі частоти серії Altivar Machine ATV320 призначені для зменшення вартості експлуатації машин, підвищення їх продуктивності і поліпшення
їх характеристик.
Розширені можливості автоматизації Завдяки таким особливостям перетворювач відповідає як простим, так і просунутим вимогам:
 можливості комунікації з такими модулями, як CANopen, EtherNet / IP -
Modbus TCP, EtherCAT, Profibus, Profinet, DeviceNet.
 ефективне і просте управління синхронними і асинхронними двигунами
 зниження вартості рішення за рахунок можливості настройки простих алгоритмів управління без додаткових пристроїв за допомогою ATVLogic та
інших інноваційних функцій. Максимальна продуктивність:

14
 максимальне операційний час. Системна інтеграція, діагностика безпеки і зміни у виробництві виконуються дуже швидко.
 збільшена стійкість до агресивного середовища: високі температурні значення, електричні перебої, запилення і механічні неполадки. Можливість роботи при температурі до 50 ° C без зменшення номіналу і до 60 ° C зі зменшенням номіналу без додаткового вентилятора.
Зменшення вартості експлуатації машини:
 для виконання простих логічних операцій потрібно менше додаткових пристроїв завдяки вбудованим функціям;
 скорочені витрати на установку завдяки книжковому та компактному виконань;
 завдяки готовим до використання бібліотекам ПЛК, розробленим Schneider
Electric's MachineStruxure solutions скорочено час на проектування. переваги:
 Для вбудовування в шафи будь-яких типів передбачено два конструктивних виконання: компактне і "книжкове".
 В широко поширених структурах автоматизації роботу Altivar Machine забезпечують передові комунікаційні можливості. Інтерфейси CANopen і
Modbus RTU - вбудовані. Додатково доступні наступні модулі комунікації:
Ethernet, Modbus TCP, EtherNet / IP, Profinet, EtherCAT, Serial, CANOpen (daisy chain), ProfibusDP.

Захищена конструкція. Всі друковані плати можуть працювати в агресивному середовищі за рахунок покриття, яке відповідає МЕК 60721-3-3 класу С.
Наприклад, при температурі до 60 ° C без необхідності додаткового охолодження.

Вбудовані функції безпеки. За вбудованим функціям безпеки комплексну пропозицію містить як функцію Захисного Відключення Моменту (STO) для простих застосувань, так і більш складні контролюючі функції, такі як
Безпечний Максимум Швидкості (SMS), Захисне Обмеження Швидкості (SLS),
Захисна Блокування Двері (GDL) і Захисна зупинка 1 (SS1).
Застосування: Перетворювачі частоти серії Altivar Machine ATV320 застосовуються в широкому колі галузей: текстильне виробництво, упаковка, виконавчі механізми, переміщення матеріалів, обробка матеріалів, підйомники.
Електропневматичний позиціонер Samson 3730-0