Дозирование

Блоки управления дозированием предназначены для управления подачей (производительностью) электронасосных дозировочных агрегатов объёмного типа, отечественного и иностранного производства, например типов НД, НДГ и аналогичных им по принципу действия, с приводом от 3-х фазного асинхронного электродвигателя, а также для контроля за работой дозировочных насосных установок, построенных с применением таких агрегатов.

Внешний вид плунжерного дозирующего насоса на установке брикетирования угольной пыли,
Порт Усть-Луга, Ленинградская обл., 2020 год

Блоки выпускаются в общепромышленном и во взрывозащищенном исполнении. Взрывозащищенный корпус позволяет применять его во взрывоопасных зонах 1 и 2 (В-1 и В-1г по ПУЭ ), для категории взрывоопасности смеси подгруппы IIВ с температурой самовоспламенения не ниже 135°С (группа Т4).

Измерение уровней и контроль остатков химических компонентов

В 2018 — 2019 годах специалистами компании выполнялись работы по автоматизации системы складирования жидких химических компонентов на Морозовском химическом заводе, пос. им. Морозова, Ленинградская обл.


• Толуол;
• Ксилол;
• Ацетон;
• Бутилацетат;
• Дованол;
• Изопропиловый спирт;
• Бензиловый спирт;
• Лак AS 020 (50% и 70% растворы)
• Лак КО-075М(S);
• Лак КО-915;
• Смола IS 368(70% раствор).

Система автоматизации складирования химических компонентов состоит из трех уровней: Нижний уровень – это датчики и физические интерфейсы передачи данных.

Контроль за работой дозаторов жидких компонентов, мониторинг показаний текущих масс и активного компонента. Цех 1

Уровнемеры, установленные на емкостях Морозовского химического завода (Здание 349), способны выполнять функции среднего уровня автоматизации и имеют интерфейс передачи данных на верхний уровень контроллера.
Средний уровень системы автоматизации – это промышленные контроллеры МК-16, установленные на дозаторах жидких компонентов ДЖК1 — ДЖК14 (Цех 1, Цех 2, Здание 356, ОГЗ), работающие по протоколу Modbus RTU.
Верхний уровень системы автоматизации – это SCADA-система, опрашивающая контроллеры дозаторов и уровнемеры. SCADA система представляет из себя набор инструментов для визуализации, обработки и обеспечения хранения данных получаемых с контроллеров и уровнемеров. Информация хранится в базе данных MySQL, сформированные отчеты могут быть выгружены в Excel-таблицы. Работать с отчетами может три оператора-клиента одновременно (плановый отдел, главный инженер, системный администратор).

Дозирование химических компонентов

Контроллер МК-16, применяющийся на дозаторах Морозовского химического завода, предназначен для дозирования жидких химических компонентов (от двух до шестнадцати) и накопления их в бункере, установленном на тензодатчиках. Фактически на предприятии используется не более девяти компонентов для приготовления одной смеси.
Контроллер обеспечивает управление смесителем готовой смеси. После набора определенного рецепта, на усмотрение оператора, контроллер ожидает команды выгрузки смеси из бункера или автоматически начинает выгрузку.
В случае использования дозатора в комплексе со смесителем выгрузка происходит в смеситель, после чего происходит запуск автоматического цикла смешивания смеси в течении заданного времени. После окончания смешивания контроллер дозатора ожидает разрешения выгрузки смеси из смесителя или автоматически начинает разгрузку смеси, в зависимости от алгоритма работы, заданного оператором.

Выгрузка смеси на склады готовой продукции

Выгрузка смеси на склады готовой продукции происходит по заданному времени, но может быть продлена до выполнения по сигналу датчиков установленных в потребляющих отводах и сигнализирующих о переполнении.
Во время работы смесителя допускается производить настройки прибора за исключением настроек касающихся работы смесителя, а также возможен набор следующей смеси в бункер, разгрузка из которого будет разрешена контроллером только после полного освобождения смесителя в емкости готовой продукции.

Выполнение рецептуры

Редактирование значений плотности химических компонентов, хранящихся на складах сырья. Здание 349

Для более точного дозирования компонентов контроллеры МК-16 поддерживают уставки «Тара минимум», «Тара максимум» и «Предельный остаток». В случае несоответствия контроллер выдаст соответствующее сообщение на экран и вернется в исходное состояние.
Корректировка показаний уровнемеров может быть выполнена с помощью обновления значений плотности компонентов, хранящихся на сырьевых складах и зависящих от внешних факторов (температура, партия и пр.).
После выполнения предварительных настроек контроллер системы управления перейдет к дозированию первого компонента, вес нетто которого более нуля. Во время дозирования оператор может просмотреть накопленное значение веса для данного компонента. Дозирование может быть приостановлено оператором или отменено дозирование всего рецепта, после чего произведен возврат в исходное состояние.
Дозатор переходит в состояние временной приостановки приготовления рецепта при поступлении сигнала на вход аварийного сигнала.
После набора всех заданных компонентов согласно рецепта и успокоения бункера дозатор будет ожидать внешнего разрешения на разгрузку смеси в смеситель. После разгрузки смеси и отработки паузы после разгрузки, система управления начинает дозирование следующего цикла набора рецепта, если количество циклов было ранее задано более одного или равным нулю. В случае необходимости оператор может прервать цикличность работы прибора.

Отчеты о расходах химических компонентов и остатках на складах

Формирование отчетов о расходах и остатках химических компонентов на складах. Выгрузка отчетов в таблицы Excel и вывод на печатные формы. Здание 349

Контроль уровней химических компонентов в емкостях здания 349 (Ксилол, Толуол, Лак AS 020 (70% раствор), Лак КО-075М) обеспечивается за счет цифровых уровнемеров, которые отправляют данные на сервер SCADA-системы по сетевому протоколу TCP/IP в режиме реального времени.
Контроль расхода химических компонентов при дозировании выполняется с помощью контроллеров МК-16, работающих на дозаторах жидких компонентов ДЖК1 — ДЖК14. Счетчики дозаторов накапливают значения отдозированного веса для каждого компонента в текущем сеансе работы и отправляют данные на сервер SCADA-системы по сетевому протоколу Modbus RTU.
Гибкая система отчетов позволяет настроить интервалы запрашиваемых данных, периоды уровня детализации, выгрузить форму отчетов в таблицу Excel или распечатать на принтере.

Варианты исполнения систем дозирования

Система дозирования воды и концентратов по гидростатическим уровням.
«Краски Балтики», г. Вологда, 2020 год

Исполнение «1» – предназначено для построения простых автономных систем управления технологическим процессом дозирования жидкости. Позволяет управлять подачей насоса с панели управления. Команды Пуск и Останов можно подавать как с панели, так и дистанционно, через изолированные дискретные входы управления.

Исполнение «2» – предназначено для включения в состав распределённых систем управления дозированием с дистанционным управлением, а так же для построения самодостаточной автономной системы управления технологическим процессом дозирования жидкости. Управление и контроль осуществляется с панели управления, или через аналоговые и дискретные сигнальные цепи.

Исполнение «3» – предназначено для включения в состав распределённых систем управления дозированием с дистанционным управлением. Одновременно с этим может использоваться в качестве системы сбора информации с датчиков насосной установки.

Исполнение «4» — может использоваться для построения самодостаточной автономной системы управления технологическим процессом дозирования жидкости. Управление и контроль осуществляется с панели управления, или через аналоговые и дискретные сигнальные цепи, а так же через последовательный порт RS-485 по протоколу Modbus RTU.

Исполнение «5»– предназначено для автономного использования или включения в состав распределённых систем управления дозированием с дистанционным управлением. Одновременно с этим может использоваться в качестве системы сбора информации с датчиков насосной установки и другого ближайшего оборудования, а также может использоваться для построения самодостаточной автономной системы управления технологическим процессом дозирования жидкости. Управление и контроль осуществляется с панели управления, или через аналоговые и дискретные сигнальные цепи, а так же через последовательный порт RS-485 по протоколу Modbus RTU. Имеет встроенный таймер реального времени с календарём, архив журнала работы на 8 килобайт и бесконтактный модуль NFC. Формат архива позволяет вести запись параметров работы и состояния блока , а также команды управления в течении 1 месяца, после чего записи циклически обновляются. Считывание данных осуществляется внешним NFC ридером, который позволяет осуществлять перенос архива журнала работы из блока на внешний носитель USB Flash drive стандарта USB2.0.

Внешний вид шкафа управления на установке брикетирования угольной пыли,
Порт Усть-Луга, Ленинградская обл., 2020 год

Функциональные возможности блока управления

  • Регулирование величины подачи с учётом ограничений накладываемых конструкцией электронасосного дозировочного агрегата и его технических условий (ТУ) в диапазоне от 1 до 120%;
  • Отображение величины подачи (в «литрах в час» [л/ч] и в «%» от номинальной паспортной подачи парного блоку насосного агрегата);
  • Подсчет и отображение объёма жидкости, перекаченного с момента подачи последней по времени команды «Пуск» (в литрах), с обнулением этого счётчика в момент получения новой команды «Пуск»;
  • Подсчёт, хранение и отображение величины общего перекаченного насосом объёма жидкости (в литрах), без возможности сброса (можно использовать для учёта общего рабочего ресурса насосного агрегата и для проведения ППР);

Точное поддержание заданной величины подачи насоса на основе математической модели процесса работы электронасосного агрегата выполняется:

ПЛК SIEMENS S7-300 на установке брикетирования угольной пыли,
Порт Усть-Луга, Ленинградская обл., 2020 год
  • с учетом индивидуальных паспортных калибровочных данных на насосный агрегат;
  • с использованием физического датчика частоты ходов плунжера или датчика частоты вращения вала электродвигателя насосного агрегата;
  • с использованием встроенного виртуального датчика частоты ходов плунжера;
  • с учётом параметров перекачиваемой среды: её вязкости, давления нагнетания, исходя из предварительно введенного в ручную значения, по данным физического датчика давления в напорной магистрали.

Основные алгоритмы управления насосом

  • Дозатор прецизионный —поддержание заданной подачи насоса;
  • ПИД-регулятор —ПИД-регулирование подачи насоса с ОС от датчика;
  • МП-регулятор —многопозиционное (МП) регулирование подачи насоса с ОС от датчика;
  • Пропорциональное дозирование реального времени (ПРД) дозирование насосом реагента в поток основного продукта, пропорционально токовому или импульсному сигналу расходомера на потоке;
  • Пропорциональное дозирование с интегрированием (ПРД2)11—дозирование насосом реагента в объём, пропорционально импульсному сигналу расходомера, с интегрированием сигнала потока основного продукта;
  • Дозирование заданного объёма с заданной производительностью.

Функции насосных установок

Внешний вид шкафа управления на установке брикетирования угольной пыли,
Порт Усть-Луга, Ленинградская обл., 2020 год

Контроль уровня реагента в баке:

  • с виртуальным (вычислительным) датчиком уровня;
  • с физическим датчиком уровня с токовым выходом 4-20мА;
  • функция калибровки сигнала физического датчика уровня;
  • функция калибровки бака;
  • функция индикация уровня реагента на дисплее;
  • функция передачи данных об уровне реагента в баке по RS-485;
  • функция задания Min и Max аварийных значений уровня реагента;
  • функция сигнализации аварийного уровня реагента в баке, с остановом дозирования;
  • функция записи сигнала от датчика уровня в архив журнала работы.

Контроль давления на выходе насоса:

  • с помощью электроконтактного манометра или реле давления;
  • с помощью датчика давления с токовым выходом 4-20мА;
  • функция калибровки сигнала датчика давления;
  • функция индикация давления на дисплее;
  • функция передачи данных об давлении по RS-485;
  • функция задания Min и Max аварийных значений давления;
  • функция задания времени дискриминации сигнала P<PMin от датчика давления и от электроконтактного манометра после пуска дозирования;
  • функция сигнализации аварийного давления, с остановом дозирования;
  • функция записи сигнала от датчика давления в архив журнала работы.

Управление системой подогрева бака реагента или аппаратурного отсека:

  • с физическим датчиком температуры с токовым выходом 4-20мА;
  • функция калибровки сигнала датчика температуры;
  • функция индикация температуры датчика на дисплее;
  • функция передачи данных о температуре датчика по RS-485;
  • функция задания уставки по температуре, которую блок будет поддерживать с помощью конфигурируемого релейного выхода;
  • функция конфигурирования выходов реле блока на управление по температуре датчика;
  • функция записи сигнала от датчика температуры в архив журнала работы.

Контроль датчика двери или пожаро-охранной сигнализации (ПОС):

  • функция конфигурирования дискретного входа на прием сигнала от датчика двери или системы ПОС;
  • функция задания времени дискриминации сигнала датчика двери или системы ПОС, от момента срабатывания до останова дозирования и включения сигнализации;
  • функция трансляции сигнала срабатывания ПОС по каналу RS-485.

Запуск дозирования по сигналу готовности / Ожидание сигнала разрешения дозирования от другого технологического оборудования:

  • без лимита по времени на ожидание сигнала готовности, например, для синхронизации дозирования с работой насосов-качалок, где сигнал готовности указывает на запуск насосов-качалок в работу;
  • с лимитом по времени ожидания сигнала готовности, например, для автоматического переключения линий дозирования с основной на резервную, с помощью электроприводной запорной арматуры и электроклапанов, где сигнал готовности подтверждает своевременное переключение запорной арматуры;
  • функция задания времени ожидания сигнала готовности;
  • функция сигнализации аварии при превышении времени ожидания сигнала готовности.

Функции защиты выходных цепей инвертора, электродвигателя и привода насоса, сигнальных цепей

Система релейной защиты на установке брикетирования угольной пыли,
Порт Усть-Луга, Ленинградская обл., 2020 год

Блок при работе непрерывно выполняет многочисленные циклические операции контроля критичных параметров. Цель которых защитить:

  • свои силовые входные и выходные цепи;
  • насосный агрегат в целом и его отдельные узлы;
  • узлы насосной установки и подключенного к ней технологического оборудования.

Некоторые из этих функций активны постоянно, другие могут быть сконфигурированы конечным пользователем. Защита входных и выходных сигнальных цепей блока реализована с помощью схемотехнических решений. Режимы управления:

  • «Ручное управление» (РУ) -при котором величина подачи насоса или уставка регулируемого параметра задаются оператором со встроенной панели управления
    блока;
  • «Дистанционное управление» (ДУ) -при котором величина подачи насоса или уставка регулируемого параметра задаются , команды Пуск и Стоп дозирования, а
    так же контроль за состоянием блока осуществляются: по последовательному интерфейсу RS-485 (протокол MODBUS RTU12); с помощью токовой петли 4..20 мА и дискретных сигналов.

Режимы управления, доступность кнопок, Пуск и Стоп, а так же права доступа к управлению и изменению настроек могут быть гибко настроены и разграничены с помощью функций конфигурации и двухуровневого пароля доступа.

Вспомогательные функции дозирующих систем

Блоки управления дозированием во взрывозащищенном и общепромышленном исполнениях
  • Подключение электроконтактного механического реле давления (с выходом дискретного типа ) или аналогового датчика давления (с выходом типа токовая петля 4-20мА) и обработка сигналов Pmax и Pmin;
  • Подключение датчика уровня (с выходом типа токовая петля 4-20мА) и обработка сигналов Ур.max и Ур.min;
  • Подключение датчика температуры (с выходом типа токовая петля 4-20мА);
  • Измерение собственной температуры корпуса-радиатора блока управления и обработка сигнала Ткорп.max (при пуске и во время работы насоса) и Ткорп.min (при холодном старте);
  • Сигнализации работы электродвигателя электронасосного агрегата (сухие контакты);
  • Сигнализация аварии электродвигателя агрегата, блока управления или датчиков (сухие контакты реле);
  • Контроль питающей сети, путем измерения напряжения и его пульсаций на фильтре выпрямителя силового модуля (защита силовых конденсаторов от перегрева, а электродвигателя от перегрузки по моменту );
  • Защита электродвигателя насоса от перегрузок на валу электродвигателя при превышении давления на выходе или при аварии в приводе насоса;
  • Защита выходных каскадов на выходе инвертора от КЗ между фазами и замыканиями на «землю»;
  • Функция автоматического запуска дозирования при подаче питания, с подачей равной последнему заданному значению;
  • Функция автоматического перезапуска, после паузы, при обнаружении проблем в выходных цепях прибора;
  • Функция контроля доступа в помещение (посредством контроля состояния контактов концевого выключателя двери, дверцы или пожаро-охранной сигнализации ), с опцией останова электродвигателя насосного агрегата по истечении времени задержки;
  • Гальванически изолированный аналоговый выход 4÷20mA, с настраиваемой функциональностью;
  • Функция трансляции усредненной текущей подачи насоса через 13 аналоговый выход 4÷20 mA;
  • Функция трансляции мгновенной текущей подачи насоса через аналоговый выход 4÷20 mA;
  • Функция трансляции текущей частоты напряжения на выходе инвертора через аналоговый выход 4÷20 mA;
  • Функция контроля корректности уровней входных токовых сигналов 4..20mA (лежат в допустимых пределах);
  • Функция просмотра состояния всех аналоговых и дискретных входов с панели управления БУ и через последовательный порт RS-485;
  • Гальванически изолированные дискретные входы (с настраиваемой функциональностью);
  • Гальванически изолированные аналоговые входы 4..20mA, с настраиваемой функциональностью;
  • Встроенная функция калибровки токовых входов и токового выхода;
  • Встроенный гальванически-изолированный источник питания 24 В, 200 mA для возбуждения токовых сигналов;
  • Программирование потребителем калибровочных коэффициентов электронасосного агрегата;
  • Программирование потребителем среднего значения рабочего давления на выходе насоса;
  • Программирование потребителем среднего значения вязкости дозируемой жидкости;
  • Программирование потребителем нижней границы регулирования величины подачи в частотном режиме;
  • Программирование потребителем нижней и верхней границ полного диапазона регулирования величины подачи;
  • Программирование потребителем времени дискриминации сигнала 14 Pmin, после команды «Пуск»;
  • Программирование потребителем функции контроля доступа через концевой выключатель, с заданием времени задержки, до остановки электродвигателя;
  • Программирование потребителем режима работы блока управления и источника управления в режиме ДУ;
  • Программирование потребителем параметров канала обмена данными по последовательному интерфейсу RS-485;
  • Программирование потребителем функциональности дискретных входов: дополнительно программирование потребителем функциональности импульсного
    входа (и его весового коэффициента для режима работы «Пропорционального дозирования» от сигнала расходомера);
  • Программирование потребителем функциональности дискретных выходов;
  • Программирование потребителем функциональности аналоговых входов и настройка шкалы входных сигналов от датчиков;
  • Программирование потребителем функции автоматического запуска при подаче питания;
  • Программирование потребителем функции автоматического перезапуска при проблемах в выходных цепях блока;
  • Программирование потребителем функции контроля напряжения питающей сети;
  • Программирование потребителем параметров защиты электродвигателя насосного агрегата при его перегрузке;
  • Программирование заводом изготовителем (или службой КИПиА потребителя) калибровочных коэффициентов аналоговых портов;
  • Дополнительные функциональные возможности блока управления по согласованию с потребителем, для заказных исполнений блока управления.

Встроенные в блок управления дозированием датчики

  • Для обеспечения точной и надежной работы встроенных в блок датчиков, в течении длительного периода времени проводился большой объём разнообразных испытаний. На текущий момент, все исполнения блоков обладают следующим набором датчиков:
  • Датчик ходов плунжера (вычисление ходов плунжера, с высокой точностью, ведется на основе анализа формы тока в цепи электродвигателя привода насоса);
  • Датчик текущего расхода реагента (вычислительный);
  • Датчик уровня реагента в баке (вычислительный);
  • Счетчик реагента (№1) дозированного насосом (накопительный, необнуляемый);
  • Счетчик реагента (№2) дозированного насосом (с авт.обнулением при поступлении команды Пуск);
  • Датчик напряжения на сети питания блока;
  • Датчик тока в цепях электродвигателя привода насоса;
  • Датчики КЗ в цепях электродвигателя привода насоса (быстродействующий, пороговый);
  • Датчик температуры радиатора блока.

Внешние датчики подключаемые к блоку дозирования для дополнительной функциональности

Блоки управления дозированием в общепромышленных исполнениях

Применение этих датчиков при построении системы управления дозирующей насосной установки необязательно, но может расширить ее функциональность, надежность техпроцесса, или удобство использования:
Датчики расхода (внешний расходомер) (4-20мА), для реализации алгоритма пропорционального дозирования реагента в поток продукта;

  • Датчики pH (4-20мА), с целью поддержания заданной pH среды. При использовании алгоритма ПИД регулирования подачи насоса, с ОС по датчику pH;
  • Датчики уровня реагента (4-20мА), для контроля за остатком реагента в баке, и для исключения сухого хода, при его исчерпании;
  • Датчики давления в напорной магистрали (4-20мА), для повышения точности дозирования реагента (по ДД может автоматически корректироваться подача насоса) и для предотвращения аварийного превышения давления, порыва гидросистемы, перегрузки электродвигателя насоса и редуктора привода насоса, а так же предотвращения разлива реагента при порыве трубопровода (падение давления);
  • Датчики температуры реагента в баке (4-20мА), для контроля температуры реагента, автоматической коррекции его вязкости, с целью повышения точности дозирования, а так же, для использования встроенной в блок функции управления системой подогрева бака;
  • Датчики температуры дополнительный (4-20мА), для контроля температуры в любой дополнительной точке, с целью передачи и информации по RS-485;
  • Электроконтактный манометр высокого ( и/или низкого) давления, сигнализации о аварийных значений давления на выходе насоса (дискретный), для предотвращения аварийного превышения давления, порыва гидросистемы, перегрузки электродвигателя насоса и редуктора привода насоса, а так же предотвращения разлива реагента при порыве трубопровода (падение давления);
  • Датчики пожарно-охранной сигнализации (ПОС) (дискретный), для контроля за состоянием датчика открытия двери, датчика загазованности, датчика пожара, с аварийным остановом дозирования и сигнализацией о нештатной ситуации;
  • Дискретный сигнал «Пауза дозирования» от сопряженного с блоком оборудования. Используется для синхронизации дозирования с работой другого внешнего оборудования. Например: сигнал от системы управления нефтяного насоса, для синхронного запуска дозирования реагента и останова, при штатном или нештатном останове главного насоса;
  • Дискретный сигнал «Готовность внешнего оборудования» от сопряженного с блоком оборудования. Используется для синхронизации дозирования с работой другого внешнего оборудования.