CC BY
78
В. М. Емельянов, Г. С. Дьяконов, А. Г. Сахабутдинов,
А. М. Буйлин, А. М. Гумеров, С. А. Понкратова
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОЙ
ПОЛИМЕРИЗЦИИ
Предложен автоматизированный программно-аппаратный комплекс технологической линии полимеризации, разработанный для оснащения технологического персонала современными средствами проведения экспериментальных исследований процессов полимеризации, а также для управления периодическим или непрерывным процессом полимеризации с количественной оценкой параметров процесса. Данный комплекс может использоваться для проектирования непрерывной полимеризации новых и усовершенствования существующих технологий производства синтетических каучуков и полимеров.
Установка полимеризации предназначена для проведения научных исследований при разработке новых и усовершенствовании действующих технологий производства синтетических каучуков и полимеров.
Установка (рис.1) построена по модульному принципу, что позволяет оперативно менять как ее конфигурацию, так и программное обеспечение при реализации различных
схем и режимов работы.
Установка изготовлена в пожаровзрывобезопасном исполнении с использованием элементов и средств пневмоавтоматики. Основу работы автоматических модулей составляет распределенная система сбора данных и управления фирмы Аёуа^еЬ, лицензия на которую закуплена кафедрой. Установка размещается в двух изолированных комнатах: в одной комнате -технологическое оборудование, в другой - устройства связи с объектом (УСО) и компьютерная станция.
Непрерывная подготовка катализаторного комплекса осуществляется в двух последовательно работающих аппаратах объемом 0,25 л, снабженных перемешивающими устройствами. Рис. 1 - Общий вид экспериментальной установки „
г •’ Для подготовки шихты в уста-
новке предусмотрено два смесителя объемом 1 л. Непрерывная полимеризация осуществляется в каскаде из двух 1-литровых реакторов (рис. 2), снабженных мешалками. Полученный полимеризат направляется в 5 литровую емкость, снабженную мешалкой. Все аппараты могут работать в условиях избыточного давления до 25 атм и снабжены рубашками охлаждения. Далее полимеризат направляется в дегазатор-отмывочник и крошкообразова-тель, в качестве которых выступают 8-литровые аппараты с нижним приводом, снабженные верхними и нижними обзорными окнами. После стадии отмывки и крошкообразова-ния на ситах получают готовый каучук.
Установка работает в широком диапазоне температур, от -18 до 150°С, для чего в рубашки аппарата в любой необходимый момент могут подаваться соответствующие технологические жидкости из термостатов либо пар.
Управление теплоносителями осуществляется компьютерной системой автоматически с помощью пневматических клапанов различной конструкции. Дозирование жидких компонентов в установке происходит с помощью плунжерных насосов с механическим приводом, а также прецизионных плунжерных насосов с пневматическим приводом и компьютерной системой управления. Газовые компоненты дозируются по весовому методу с использованием компьютерной системы управления.
Управление всеми материальными потоками осуществляет разработанная система автоматического управления и сбора информации, которая имеет двухуровневую структуру и создана по модульному принципу. Первый уровень - пользовательская часть (УСО). В качестве устройства связи с объектом используются микропроцессорные модули для распределенных систем сбора данных и управления на базе интерфейса -485 фирмы «Advantech» - ADAM-4000. Наличие встроенных микропроцессоров позволяет им осуществлять нормализацию сигналов, операции аналогового и дискретного ввода-вывода, отображение данных и их передачу (или прием) по интерфейсу RS-485, программную установку параметров, командный протокол ASCII и сторожевой таймер.
Для обеспечения правильного функционирования модулей серии ADAM-4000 ADAM 4011, 4017, 4018, 4050) определены параметры конфигурации (базовый адрес, входной диапазон(ы)) в соответствии с требованиями к создаваемой системе. Конфигурирование осуществлялось с использованием поставляемой с модулями программы, позволяющей идентифицировать каждый модуль перед его применением.
Второй уровень - программно-аппаратный комплекс на базе персонального компьютера - рабочей станции для организации рабочего места технолога. Программноаппаратный комплекс технологической линии полимеризации разработан для оснащения технологического персонала современными средствами проведения экспериментальных исследований процессов полимеризации, а именно для обеспечения возможности управле-
Рис. 2 - Реакторы полимеризации
ния периодическим или непрерывным процессом полимеризации с количественной оценкой параметров процесса.
Для программной реализации управления процессом полимеризации выбран пакет GENIE 3.04, разработанный фирмой Advantech, который является инструментальным средством для создания программного обеспечения сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA) в среде Windows 98.
Драйверы ввода/вывода, входящие в комплект поставки GENIE, обеспечивают поддержку всех аппаратных средств промышленной автоматизации фирмы Advantech, включая модули сбора данных и управления. Перечень подключенных устройств создаваемой системы отображается в окне устройств ввода/вывода.
В соответствии с требованиями заказчика система выполняет следующие основные технологические функции:
- сбор технологической информации с аналоговых и дискретных датчиков, ее контроль и архивирование;
- обеспечение дистанционного управления технологическим оборудованием и его контроль;
- автоматическое регулирование технологических параметров по различным законам регулирования.
Программно-аппаратный комплекс обеспечивает интерфейс с пользователем (рис. 3, 4), подготовку задач и форм отображения с использованием пакета GENIE 3.04, управление различными режимами установки: режим «Ручное управление» - подготовка системы к процессу полимеризации, режим «Автоматическое управление» - автоматическое регулирование технологических параметров по законам On - Off и ПИД-регулирования.
Рис. 3 - Технологическая схема с элементами отображения текущих значений температуры и давления в аппаратах
Рис. 4 - Информационная панель режима «Ручное управление»
С использованием программно-аппаратного комплекса на лабораторной установке проводятся опытные испытания по изучению кинетики реакций полимеризации синтетических каучуков. В ходе эксплуатации показано, что:
- программно-аппаратный комплекс работает стабильно и позволяет отображать информацию с аналоговых и дискретных датчиков в реальном масштабе времени;
- выбор двухпозиционного управления для блока подготовки теплоносителей оправдан и позволяет достаточно точно, в пределах допустимой точности измерения, поддерживать температуру теплоносителей (ТН+12, ТН+80, ТН-15);
- подобранные коэффициенты (I, P, D) настройки ПИД-регулятора для поддержания заданной температуры в аппаратах позволили получить точный контур регулирования;
- диапазон измерения и относительной ошибки соответствует техническому заданию:
- температура в аппаратах: измерение -20oC -150oC ± 1.5%, регулирование -20oC -110oC ± 2.5%.
Литература
1. Патент ФРГ на конструкцию аппарата Р4028871.4 / В.М. Емельянов, Р.Ш. Еналеев, Ю.А. Сечен-ков, А.В. Симуков. (Россия), М. Бергер, В. Нойман, М. Фольк (ФРГ).
2. Tamara V. Sakhno, Viktor M.Emelyanov and Viktor M. Kurashov. Intensification of Removal of Hydrocarbon. Contamination from Water and Soil Using Oxygen Transferors, Remediation Engineering of Contaminated Soils, 2nd Edition. of Marcel Dekker, New York, 2000, Chapter 13, p. 279-289.
3. Патент РФ № 2136746, МКИ С12 N 1/16, C 12 P 7/06. Способ культивирования дрожжей для спиртового производства / В.М. Емельянов: заявл. 17. 08.98;опубликовано 10.10.99.
