RU128935U1

RU128935U1 - EXPERIMENTAL-EDUCATIONAL INSTALLATION OF AUTOMATION OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF PULP AND PAPER PRODUCTION

Info

Publication number: RU128935U1
Application number: RU2013101176/11U
Authority: RU
Inventors: Антон Борисович Петроченков; Дмитрий Александрович Даденков; Игорь Георгиевич Друзьякин; Людмила Викторовна Поносова; Антон Павлович Честиков; Александр Генрихович Лейсле
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-06-10

Abstract

Экспериментально-учебная установка автоматизации технологических процессов целлюлозно-бумажного производства, содержащая соединенные трубопроводами циркуляционную, основную и сливную емкости, при этом циркуляционная емкость снабжена питающим трубопроводом, основная емкость снабжена нагревательным элементом, датчиком температуры, датчиком уровня и системой защиты от перелива, отличающаяся тем, что она содержит две дополнительные емкости, в питающий трубопровод включен регулирующий клапан с электроприводом для подачи водопроводной воды, основная емкость снабжена шнековым устройством с электроприводом для дозированной подачи реагента, выполнена цельной и соединена с первой дополнительной емкостью посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, датчик расхода и регулирующий клапан с электроприводом, циркуляционная емкость соединена с основной и первой дополнительной емкостями посредством аналогичной системы трубопровода, вторая дополнительная емкость выполнена в виде напорного ящика закрытого типа, снабжена компрессором и регулирующим клапаном с пневмоприводом и разделена вертикальной перегородкой на две камеры, при этом обе камеры соединены с первой дополнительной емкостью посредством системы трубопровода, включающей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, датчик измерения концентрации, датчик расхода и регулирующий клапан с электроприводом, вторая дополнительная емкость соединена со сливной емкостью посредством системы трубопровода, включающей датчик давления и регулирующий клапа�An experimental educational installation for the automation of technological processes of pulp and paper production, containing circulation, main and drain tanks connected by pipelines, while the circulation tank is equipped with a supply pipe, the main tank is equipped with a heating element, a temperature sensor, a level sensor and an overflow protection system, characterized in that it contains two additional containers, an electrically actuated control valve for supplying water is included in the supply pipe water, the main tank is equipped with a screw device with an electric drive for dosed supply of the reagent, is made integral and connected to the first additional tank through a pipeline system containing a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a flow sensor and a control valve with an electric drive, the circulation tank is connected to the main and first additional tanks by means of a similar pipeline system, the second additional tank is made in the form of a headbox closed of this type, equipped with a compressor and a pneumatically actuated control valve and divided by a vertical partition into two chambers, both chambers connected to the first additional capacity via a pipeline system including a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a concentration measurement sensor, a flow sensor and a control electric valve, the second additional tank is connected to the drain tank through a piping system including a pressure sensor and control valves

Description

Полезная модель относится к области учебно-экспериментальных стендов для изучения, исследования и оптимизации систем автоматизированного управления технологическими процессами в целлюлозно-бумажной промышленности.The utility model relates to the field of educational and experimental stands for the study, research and optimization of automated process control systems in the pulp and paper industry.

Известен учебный стенд, предназначенный для проведения лабораторных работ по курсу «Автоматизация технологических процессов и производств». Учебный стенд представляет собой модель технологической установки, включающей в себя следующее оборудование: технологические емкости (3 шт.); насос, управляемый частотным преобразователем; датчики давления и температуры; расходомеры (массовый, вихревой, электромагнитный, ротаметр); нагреватель; регулирующий клапан с электроприводом; ультразвуковой уровнемер; 16-ти канальный регистратор с ЖК-дисплеем; одноконтурный ПИД-регулятор температуры; микропроцессорные измерители параметров электроэнергии. Учебный стенд предназначен для моделирования следующих процессов: перекачивания жидкости; нагрева жидкости; регулирования давления жидкости; регулирования уровня жидкости; регулирования расхода жидкости; регулирования температуры жидкости ( Учебный стенд на базе оборудования Yokogawa. Уфимский государственный нефтяной технический университет в г.Салавате. 2010 г.).A well-known training bench designed for laboratory work on the course "Automation of technological processes and production". The training stand is a model of a technological installation, which includes the following equipment: technological tanks (3 pcs.); a pump controlled by a frequency converter; pressure and temperature sensors; flow meters (mass, vortex, electromagnetic, rotameter); heater; electric control valve; ultrasonic level gauge; 16-channel recorder with LCD display; single-loop PID temperature controller; microprocessor meters for electricity parameters. The training stand is designed to simulate the following processes: pumping liquid; heating fluid; regulating fluid pressure; fluid level control; fluid flow control; regulation of fluid temperature (Training stand based on Yokogawa equipment. Ufa State Petroleum Technical University in Salavat. 2010).

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является учебный стенд «Гидравлический объект», предназначенный для моделирования гидравлических и термодинамических технологических процессов, и который может быть использован для построения учебных систем управления технологическими процессами. Стенд содержит основной бак, разделенный на две части, две переливные трубы, питающий трубопровод с расходомером Вентури и ручным вентилем, сливной бак, всасывающий трубопровод с насосом. Стенд снабжен циркуляционным баком, трубой стока, трубой выравнивающей, двумя циркуляционными трубами, вторым ручным вентилем, электрическим нагревателем, двумя датчиками температуры с электрическими выходными сигналами, тремя датчиками уровня с электрическими выходными сигналами, двумя реле протока с электрическими выходными сигналами, двумя датчиками расхода с электрическими выходными сигналами, датчиком давления с электрическим выходным сигналом, тремя электроприводными регулирующими клапанами, причем первая часть основного бака расположена выше второй его части, а сливной бак и циркуляционный бак установлены на одном уровне и соединены между собой трубой выравнивающей, образуя два сообщающихся сосуда, первая и вторая части основного бака через первый и второй ручные вентили соединены с питающим трубопроводом, первый электроприводной регулирующий клапан установлен на трубе стока, соединяющей первую часть основного бака со второй его частью, первый датчик расхода и второй электроприводной регулирующий клапан установлены на первой циркуляционной трубе, соединяющей первую часть основного бака с циркуляционным баком, второй датчик расхода и третий электроприводной регулирующий клапан установлены на второй циркуляционной трубе, соединяющей вторую часть основного бака с циркуляционным баком, первое и второе реле протока установлены на первой и второй переливной трубе соответственно, первый датчик уровня и первый датчик температуры установлены в первой части основного бака, второй датчик уровня и второй датчик температуры установлены во второй части основного бака, третий датчик уровня с дискретным электрическим выходом установлен в циркуляционном баке, в который опущена всасывающая труба насоса (Патент на полезную модель RU №100155 от 10.12.2010). Данное устройство принято за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed utility model for the totality of features is the training facility "Hydraulic object", designed to simulate hydraulic and thermodynamic processes, and which can be used to build training systems for controlling technological processes. The stand contains a main tank, divided into two parts, two overflow pipes, a supply pipe with a Venturi flowmeter and a manual valve, a drain tank, a suction pipe with a pump. The stand is equipped with a circulation tank, a drain pipe, an equalizing pipe, two circulation pipes, a second manual valve, an electric heater, two temperature sensors with electrical output signals, three level sensors with electrical output signals, two flow switches with electrical output signals, two flow sensors with electrical output signals, a pressure sensor with an electrical output signal, three electric control valves, the first part of the main ba ka is located above its second part, and the drain tank and the circulation tank are installed at the same level and are interconnected by an equalizing pipe, forming two communicating vessels, the first and second parts of the main tank are connected to the supply pipe through the first and second manual valves, the first electric control valve installed on the drain pipe connecting the first part of the main tank with its second part, the first flow sensor and the second electric control valve are installed on the first circulation pipe, the first part of the main tank with the circulation tank, the second flow sensor and the third electric control valve are installed on the second circulation pipe connecting the second part of the main tank with the circulation tank, the first and second flow switches are installed on the first and second overflow pipes, respectively, the first level sensor and the first temperature sensor is installed in the first part of the main tank, the second level sensor and the second temperature sensor are installed in the second part of the main tank, the third level sensor with indiscrete electrical output installed in the circulation tank in which the pump suction pipe is lowered (utility model patent RU №100155 from 10.12.2010). This device is taken as a prototype.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели - циркуляционная, основная и сливная емкости, соединенные трубопроводами; циркуляционная емкость снабжена питающим трубопроводом; основная емкость снабжена нагревательным элементом, датчиком температуры, датчиком уровня и системой защиты от перелива.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed utility model - circulation, main and drain tanks connected by pipelines; the circulation tank is equipped with a supply pipe; the main tank is equipped with a heating element, a temperature sensor, a level sensor and an overfill protection system.

Недостатком известных стендов является ограниченность их функциональных возможностей, обусловленная отсутствием в составе оборудования стендов системы приготовления раствора и датчика измерения концентрации, что препятствует созданию автоматических систем приготовления раствора и регулирования его концентрации. Также недостатком является отсутствие специальной емкости и технологического оборудования, что делает невозможным моделирование работы напорного ящика.A disadvantage of the known stands is their limited functionality due to the lack of a solution preparation system and a concentration measurement sensor in the equipment of the stands, which prevents the creation of automatic systems for preparing the solution and regulating its concentration. Another disadvantage is the lack of special capacity and technological equipment, which makes it impossible to simulate the operation of the headbox.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - расширение ее функциональных, учебных и научно-исследовательских возможностей.The problem to which the claimed utility model is directed is to expand its functional, educational and research capabilities.

Поставленная задача была решена за счет того, что известная экспериментально-учебная установка, содержащая соединенные трубопроводами циркуляционную, основную и сливную емкости, при этом циркуляционная емкость снабжена питающим трубопроводом, основная емкость снабжена нагревательным элементом, датчиком температуры, датчиком уровня и системой защиты от перелива, содержит две дополнительные емкости, в питающий трубопровод включен регулирующий клапан с электроприводом для подачи водопроводной воды, основная емкость снабжена шнековым устройством с электроприводом для дозированной подачи реагента, выполнена цельной и соединена с первой дополнительной емкостью посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, датчик расхода и регулирующий клапан с электроприводом, циркуляционная емкость соединена с основной и первой дополнительной емкостями посредством аналогичной системы трубопровода, вторая дополнительная емкость выполнена в виде напорного ящика закрытого типа, снабжена компрессором и регулирующим клапаном с пневмоприводом и разделена вертикальной перегородкой на две камеры, при этом обе камеры соединены с первой дополнительной емкостью посредством системы трубопровода, включающей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, датчик измерения концентрации, датчик расхода и регулирующий клапан с электроприводом, вторая дополнительная емкость соединена со сливной емкостью посредством системы трубопровода, включающей датчик давления и регулирующий клапан с электроприводом, а для использования оборотной воды сливная емкость соединена с основной емкостью посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, при этом все емкости снабжены датчиками уровня, системой защиты от перелива и соединены с дренажной системой, соединенной с системой канализации.The problem was solved due to the fact that the well-known experimental-educational installation, containing circulating, main and drain tanks connected by pipelines, while the circulation tank is equipped with a supply pipe, the main tank is equipped with a heating element, a temperature sensor, a level sensor and an overflow protection system, contains two additional containers, a control valve with an electric actuator for supplying tap water is included in the supply pipe, the main tank is equipped with a screw a device with an electric drive for dosed supply of the reagent, is made integral and connected to the first additional capacity through a pipeline system containing a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a flow sensor and a control valve with an electric actuator, the circulation tank is connected to the main and first additional tanks through the same piping systems, the second additional tank is made in the form of a closed headbox, equipped with a compressor and adjustable with a pneumatic actuator and is divided by a vertical partition into two chambers, while both chambers are connected to the first additional capacity via a pipeline system including a manual valve, a frequency-controlled electric network pump, a concentration measurement sensor, a flow sensor and an electric control valve, the second additional the tank is connected to the drain tank through a piping system including a pressure sensor and an electrically actuated control valve; -latitude water drain tank connected to the main tank via a conduit system comprising the manual valve, pump network with frequency-controlled electric drive, all tanks are equipped with level sensors, the overfill protection system and connected to a drainage system connected to a sewage system.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - содержит две дополнительные емкости; в питающий трубопровод включен регулирующий клапан с электроприводом для подачи водопроводной воды; основная емкость снабжена шнековым устройством с электроприводом для дозированной подачи реагента, выполнена цельной и соединена с первой дополнительной емкостью посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, датчик расхода и регулирующий клапан с электроприводом; циркуляционная емкость соединена с основной и с первой дополнительной емкостями посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, датчик расхода и регулирующий клапан с электроприводом; вторая дополнительная емкость выполнена в виде напорного ящика закрытого типа, разделена вертикальной перегородкой на две камеры и снабжена компрессором и регулирующим клапаном с пневмоприводом; обе камеры второй дополнительной емкости соединены с первой дополнительной емкостью посредством системы трубопровода, включающей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом, датчик измерения концентрации раствора, датчик расхода и регулирующий клапан с электроприводом; вторая дополнительная емкость соединена со сливной емкостью посредством системы трубопровода, включающей датчик давления и регулирующий клапан с электроприводом; сливная емкость соединена с основной емкостью посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль, сетевой насос с частотно регулируемым электроприводом; все емкости снабжены датчиками уровня и соединены с дренажной системой, соединенной с системой канализации.Signs of the proposed technical solution, distinctive from the prototype - contains two additional containers; an electric control valve for supplying tap water is included in the supply pipe; the main tank is equipped with a screw device with an electric drive for dosed supply of the reagent, is made integral and connected to the first additional tank through a pipeline system containing a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a flow sensor and an electric control valve; the circulation tank is connected to the main and the first additional tanks through a pipeline system containing a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a flow sensor and a control valve with an electric drive; the second additional tank is made in the form of a closed head box, is divided by a vertical partition into two chambers and is equipped with a compressor and a pneumatic actuated control valve; both chambers of the second additional capacity are connected to the first additional capacity by means of a pipeline system including a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a sensor for measuring the concentration of the solution, a flow sensor and an electric control valve; the second additional tank is connected to the drain tank through a piping system including a pressure sensor and an electric control valve; a drain tank is connected to the main tank through a pipeline system containing a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive; all tanks are equipped with level sensors and connected to a drainage system connected to the sewage system.

Расширение функциональных, учебных и научно-исследовательских возможностей учебной установки достигается за счет построения физической модели реального участка технологического процесса. Система автоматического управления процессом работы напорного ящика закрытого типа, разделенного вертикальной перегородкой на две камеры, позволяет с помощью управляемой воздушной подушки и двух регулирующих вентилей на подаче массы, имитировать работу реального напорного ящика разного объема в однокамерном или двухкамерном вариантах. Система управления воздушной подушкой, состоящая из компрессора, осуществляющего подачу воздуха в напорный ящик, и регулирующего клапана с пневмоприводом для сброса воздуха, позволяет получить стабильный поток массы на выходе. Имитация бумажной массы осуществляется с помощью специального раствора, для приготовления которого используется емкость, снабженная устройством дозированной подачи реагента и нагревательным элементом для ускорения процесса приготовления раствора требуемой концентрации.The expansion of the functional, educational and research capabilities of the educational installation is achieved by constructing a physical model of a real section of the technological process. The system of automatic control of the closed-type headbox operation process, divided by a vertical partition into two chambers, allows using a controlled air cushion and two control valves for mass supply to simulate the operation of a real headbox of different volumes in single-chamber or two-chamber versions. The air cushion control system, consisting of a compressor supplying air to the headbox, and a pneumatically actuated control valve for air discharge, allows a stable mass flow at the outlet. The paper pulp is simulated using a special solution, the preparation of which uses a container equipped with a dosed reagent supply device and a heating element to speed up the process of preparing a solution of the required concentration.

Постановка и решение задачи критериального сравнения на основе теории подобия гидродинамических процессов дает возможность переориентировать данные, полученные на экспериментальной установке на реальный технологический процесс.The formulation and solution of the criterion comparison problem based on the theory of similarity of hydrodynamic processes makes it possible to reorient the data obtained in the experimental setup to a real technological process.

Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид экспериментально-учебной установки.The inventive utility model is illustrated in the drawing, which presents a General view of the experimental-educational installation.

Экспериментально-учебная установка (фиг.) состоит из циркуляционной 1 емкости, основной 2 емкости, сливной 3 емкости и двух дополнительных 4, 5 емкостей, моделирующих основные технологические бассейны участка массоподготовки целлюлозно-бумажного производства. К циркуляционной 1 емкости подсоединен источник чистой воды через регулирующий клапан с электроприводом 6. Циркуляционная 1 емкость соединена посредством системы трубопровода с основной 2 и первой дополнительной 4 емкостями. Система трубопровода содержит ручной вентиль 7, сетевой насос 8 и регулирующие клапаны с электроприводом 9 и 10. На выходе насоса 8 установлен датчик расхода 11.The experimental training facility (Fig.) Consists of a circulating 1 tank, a main 2 tank, a drain 3 tank and two additional 4, 5 tanks, simulating the main technological pools of the pulp and paper production bulk preparation section. A source of clean water is connected to the circulation tank 1 through a control valve with an electric actuator 6. Circulation tank 1 is connected via a pipeline system to the main 2 and the first additional 4 tanks. The pipeline system contains a manual valve 7, a network pump 8 and control valves with an electric actuator 9 and 10. At the outlet of the pump 8, a flow sensor 11 is installed.

Основная 2 емкость снабжена шнековым устройством подачи 12 с электроприводом 13 для осуществления дозированной подачи реагента. Для управления процессом приготовления специального раствора в основной 2 емкости установлен датчик температуры 14, нагревательный элемент 15. Основная 2 емкость соединена с первой дополнительной 4 емкостью посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль 16, сетевой насос 17, датчик расхода 18 и регулирующий клапан с электроприводом 19. Первая дополнительная 4 емкость соединена со второй дополнительной 5 емкостью посредством системы трубопровода, включающей ручной вентиль 20, сетевой насос 21 и регулирующие клапаны с электроприводом 22 и 23. После насоса 21 установлены датчик измерения концентрации 24 и датчик расхода 25. Вторая дополнительная 5 емкость, моделирующая работу напорного ящика закрытого типа, для создания в ней воздушной подушки соединена с компрессором 26. Сброс воздуха из емкости 5, для управления воздушной подушкой осуществляется регулирующим клапаном с пневмоприводом 27. Для моделирования различных режимов работы напорного ящика емкость 5 разделена вертикальной перегородкой на две камеры. Вторая дополнительная емкость 5 соединена со сливной 3 емкостью посредством системы трубопровода, включающей датчик давления 28 и регулирующий клапан 29. Для использования оборотной воды сливная 3 емкость соединена с основной 2 емкостью посредством системы трубопровода, содержащей ручной вентиль 30 и сетевой насос 31. Все емкости 1-5 соединены через ручные вентили 32, 33, 34, 35, 36, 37 с дренажной системой, которая через ручной вентиль 38 соединена с системой канализации. Все сетевые насосы 8, 17, 21, 31 установки снабжены частотно-регулируемым электроприводом (на фиг. не показаны). Все емкости снабжены датчиками уровня 39, 40, 41, 42, 43 и системами защиты от перелива (на фиг. не показаны).The main 2 capacity is equipped with a screw feed device 12 with an electric drive 13 for the dosage of the reagent. To control the process of preparing a special solution, a temperature sensor 14, a heating element 15 are installed in the main 2 tanks. The main 2 tanks are connected to the first additional 4 tanks through a pipeline system containing a manual valve 16, a network pump 17, a flow sensor 18, and an electric control valve 19 The first additional 4 tank is connected to the second additional 5 tank through a piping system including a manual valve 20, a network pump 21, and electric control valves m 22 and 23. After the pump 21, a concentration measuring sensor 24 and a flow sensor 25 are installed. The second additional 5 tank, simulating the operation of a closed type headbox, is connected to the compressor 26 to create an air cushion in it. Air discharge from the tank 5 is used to control the air the cushion is carried out by a control valve with pneumatic actuator 27. To simulate various operating modes of the headbox, the tank 5 is divided by a vertical partition into two chambers. The second additional tank 5 is connected to the drain 3 tank through a pipeline system including a pressure sensor 28 and a control valve 29. To use recycled water, the drain 3 tank is connected to the main 2 tank through a pipeline system containing a manual valve 30 and a network pump 31. All tanks 1 -5 are connected through manual valves 32, 33, 34, 35, 36, 37 to a drainage system, which through a manual valve 38 is connected to the sewage system. All network pumps 8, 17, 21, 31 of the installation are equipped with a variable frequency drive (not shown in FIG.). All tanks are equipped with level sensors 39, 40, 41, 42, 43 and overflow protection systems (not shown in FIG.).

Работа с экспериментально-учебной установкой осуществляется следующим образом.Work with the experimental training installation is as follows.

Подготовительная стадия - открываются ручные вентили 7, 16, 20, 30, а ручные вентили 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 переводят в закрытое положение. Циркуляционная 1 емкость заполняется водой до заданного уровня, который контролируется с помощью датчика уровня 39 и поддерживается изменением величины открытия регулирующего клапана с электроприводом 6. Далее до заданного уровня через регулирующий клапан с электроприводом 9 с помощью сетевого насоса 8 заполняется основная 2 емкость, контроль расхода в трубопроводе осуществляется датчиком расхода 11. После заполнения до заданного уровня основной 2 емкости, что определяется по датчику уровня 40, в основной 2 емкости включается электронагреватель 15 и выполняется подача реагента шнековым устройством подачи 12 с электроприводом 13, нагрев осуществляется до заданной температуры, которая контролируется датчиком температуры 14.Preparatory stage - manual valves 7, 16, 20, 30 are opened, and manual valves 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 are moved to the closed position. The circulation tank 1 is filled with water to a predetermined level, which is monitored using a level sensor 39 and supported by a change in the opening value of the control valve with electric actuator 6. Then, the main tank 2 is filled through the control valve with electric actuator 9 using a network pump 8, flow control in the pipeline is carried by a flow sensor 11. After filling the main tank 2 to a predetermined level, which is determined by the level sensor 40, electric heating is switched on in the main tank 2 atelier 15 and the reagent is fed with a screw feed device 12 with an electric drive 13, heating is carried out to a predetermined temperature, which is controlled by the temperature sensor 14.

Рабочая стадия - в первую дополнительную 4 емкость, с помощью сетевого насоса 8 и через регулирующий клапан с электроприводом 10 подается с заданным расходом свежая вода из циркуляционной 1 емкости, а также посредством сетевого насоса 17 через регулирующий клапан с электроприводом 19 подается раствор из основной 2 емкости, расход которого контролируется с помощью датчика расхода 18, что позволяет получить в первой дополнительной 4 емкости заданную концентрацию раствора, которая контролируется в трубопроводе на выходе первой дополнительной 4 емкости с помощью датчика измерения концентрации 24. Контроль уровня в первой дополнительной 4 емкости осуществляется с помощью датчика уровня 41. Далее раствор посредством сетевого насоса 21 с заданным расходом, который контролируется с помощью датчика расхода 25, через регулирующие клапаны с электроприводом 22, 23 поступает во вторую дополнительную 5 емкость, выполненную в виде напорного ящика закрытого типа, где, при помощи компрессора 26 и регулирующего клапана с пневмоприводом 27 создается воздушная подушка.The working stage - in the first additional 4 tank, with the help of a network pump 8 and through a control valve with an electric actuator 10, fresh water is supplied with a predetermined flow rate from the circulation tank 1, and also through a network pump 17 through a control valve with an electric actuator 19 a solution is supplied from the main 2 tank , the flow rate of which is controlled using the flow sensor 18, which allows you to get in the first additional 4 tanks the specified concentration of the solution, which is controlled in the pipeline at the outlet of the first additional 4 e capacitance using a concentration measurement sensor 24. Level control in the first additional 4 containers is carried out using a level sensor 41. Further, the solution through a network pump 21 with a predetermined flow rate, which is controlled by a flow sensor 25, through the control valves with electric drive 22, 23 enters the second additional 5 capacity, made in the form of a closed box, where, using a compressor 26 and a control valve with pneumatic actuator 27 creates an air cushion.

Стабилизация потока на выходе дополнительной 2 емкости достигается одновременным регулированием уровня раствора в емкости, контролируемого датчиком уровня 42 и суммарного напора, контролируемого датчиком давления 28 при помощи воздействия на частотно-регулируемый электропривод сетевого насоса 21 и воздействия на пневмопривод регулирующего клапана 27.The stabilization of the flow at the output of the additional 2 tanks is achieved by simultaneously regulating the level of the solution in the tank, controlled by a level sensor 42 and the total pressure controlled by a pressure sensor 28 by acting on the variable frequency drive of the network pump 21 and acting on the pneumatic drive of the control valve 27.

Выполнение второй дополнительной 5 емкости в виде напорного ящика закрытого типа с разделительной перегородкой, управление подачей массы с помощью регулирующих клапанов с электроприводом 22 и 23, а также управляемая воздушная подушка, в совокупности позволяют моделировать различные режимы работы напорного ящика. Стабильный поток раствора из второй дополнительной 5 емкости поступает через регулирующий клапан с электроприводом 29 в сливную 3 емкость, моделирующую бассейн подсеточной воды, уровень раствора в которой контролируется с помощью датчика уровня 43, далее раствор подается в основную 2 емкость посредством сетевого насоса 31, имитируя оборотную воду в технологическом процессе массоподготовки.The execution of the second additional 5 capacity in the form of a closed type headbox with a dividing wall, control of the mass supply using control valves with electric actuators 22 and 23, as well as a controlled air cushion, together allow us to simulate various modes of operation of the headbox. A stable solution flow from the second additional 5 tank enters through a control valve with an electric actuator 29 into a drain 3 tank simulating a subgrid water pool, the solution level of which is monitored using a level sensor 43, then the solution is fed into the main 2 tank through a network pump 31, simulating a reverse water in the process of mass preparation.

После завершения работы с экспериментально-учебной установкой необходимо выполнить слив раствора в канализацию, для чего следует открыть ручные клапаны 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38.After completing work with the experimental-educational installation, it is necessary to drain the solution into the sewer, for which it is necessary to open the manual valves 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38.

Автоматизированная система управления технологическим процессом учебно-экспериментальной установки выполнена в виде централизованной системы. Весь объект представляет собой одну систему контроля и управления.The automated control system of the technological process of the educational experimental installation is made in the form of a centralized system. The entire object is a single control and management system.

В составе автоматизированной системы выделяются три уровня, обеспечивающие функции оперативного контроля и управления - нижний, средний и верхний.The automated system has three levels that provide operational monitoring and control functions - lower, middle and upper.

Нижний уровень системы управления включает приборы и механизмы, непосредственно управляющие процессом и регистрирующие контролируемые технологические параметры. Подсистема нижнего уровня решает задачи: преобразования измеряемых параметров в электрические сигналы, поддерживаемые модулями устройств связи с объектом (УСО); индикации значений параметров; преобразования управляющих сигналов в механические и другие виды воздействий на течение технологического процесса.The lower level of the control system includes devices and mechanisms that directly control the process and register controlled technological parameters. The subsystem of the lower level solves the following problems: conversion of the measured parameters into electrical signals supported by the modules of communication devices with the object (USO); indication of parameter values; conversion of control signals into mechanical and other types of influences on the course of the technological process.

Средний уровень включает модули УСО, программируемый логический контроллер (ПЛК), программное обеспечение контроллера, оборудование и проводки промышленной сети передачи данных. Подсистема среднего уровня обеспечивает: сбор и обработку сигналов от датчиков и приборов КИП; выявление отклонений технологических параметров процесса от допустимых значений и выдачу сигналов для аварийной защиты и блокировки технологического оборудования; расчет и выдача в виде электрических сигналов, управляющих воздействий для исполнительного механизма и технологических агрегатов с целью реализации алгоритма управления технологическим процессом и регулирования значений параметров; представление информации (индикация и визуализация) по критичным параметрам; передачу данных между УСО и ПЛК, ПЛК и верхним уровнем; автоматическую самодиагностику и диагностирование подсистем нижнего уровня.The middle level includes USO modules, a programmable logic controller (PLC), controller software, equipment and wiring of an industrial data network. The mid-level subsystem provides: collection and processing of signals from sensors and instrumentation; identification of deviations of the process parameters from acceptable values and the issuance of signals for emergency protection and blocking of process equipment; calculation and delivery in the form of electrical signals, control actions for the actuator and technological units in order to implement the process control algorithm and control parameter values; presentation of information (indication and visualization) by critical parameters; data transfer between USO and PLC, PLC and upper level; automatic self-diagnosis and diagnosis of subsystems of the lower level.

Верхний уровень системы представлен SCADA-системой, которая осуществляет визуализацию технологического процесса. Основные компоненты верхнего уровня: рабочая инженерная станция, аппаратные и программные средства для обеспечения обмена данными с контроллерами. Подсистема верхнего уровня решает задачи: диагностирования подсистем среднего и верхнего уровней; конфигурирования и настройки контролеров, сети передачи данных, каналов измерения; ведения архивов изменения параметров системы управления; формирования отчетов произвольной формы и содержания по запросу оператора.The upper level of the system is represented by the SCADA-system, which implements the visualization of the technological process. The main components of the upper level: work engineering station, hardware and software for data exchange with controllers. The top-level subsystem solves the following tasks: diagnosing subsystems of the middle and upper levels; configuration and settings of controllers, data transmission network, measurement channels; maintaining archives of changing control system parameters; generating reports of arbitrary form and content upon request of the operator.

Таким образом, заявляемая полезная модель по сравнению с прототипом имеет более широкие функциональные возможности, так как в совокупности с микроконтроллерной системой автоматического управления, позволит осуществлять обучение специалистов, а так же проводить исследования как с локальной, так и совместной настройкой контуров регулирования с целью практической оптимизации контуров регулирования на физической модели технологического процесса, который является аналогичным существующему технологическому процессу целлюлозно-бумажного производства.Thus, the claimed utility model in comparison with the prototype has wider functionality, since in combination with a microcontroller automatic control system, it will allow for the training of specialists, as well as research both with local and joint tuning of control loops for practical optimization control loops on the physical model of the technological process, which is similar to the existing pulp and paper technological process of production.

Claims

An experimental educational installation for the automation of technological processes of pulp and paper production, containing circulation, main and drain tanks connected by pipelines, while the circulation tank is equipped with a supply pipe, the main tank is equipped with a heating element, a temperature sensor, a level sensor and an overflow protection system, characterized in that it contains two additional containers, an electrically actuated control valve for supplying water is included in the supply pipe water, the main tank is equipped with a screw device with an electric drive for dosed supply of the reagent, is made integral and connected to the first additional tank through a pipeline system containing a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a flow sensor and a control valve with an electric drive, the circulation tank is connected to the main and first additional tanks through a similar piping system, the second additional tank is made in the form of a pressure box closed of this type, equipped with a compressor and a pneumatically actuated control valve and divided by a vertical partition into two chambers, both chambers connected to the first additional capacity via a pipeline system including a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, a concentration measurement sensor, a flow sensor and a control electric valve, the second additional tank is connected to the drain tank through a piping system including a pressure sensor and control valves with an electric drive, and for using recycled water, a drain tank is connected to the main tank through a pipeline system containing a manual valve, a network pump with a frequency-controlled electric drive, while all tanks are equipped with level sensors, an overfill protection system and are connected to a drainage system connected to the system sewers.