Urządzenie Destylujące
Klient dokonał zakupu niekompletnego hiszpańskiego urządzenie destylującego, bez urządzeń sterujących pracą maszyny oraz z niekompletną dokumentacją.
Zlecenie obejmowało:
Przeanalizowanie procesu technologicznego zawartego w dokumentacji,
Sporządzenie ogólnego procesu pracy urządzenia,
Zaprojektowanie oraz wykonanie szafy sterującej,
Zaprogramowanie sterownika PLC zgodnie z wcześniejszymi ustaleniami,
Podłączenie szafy sterowniczej do urządzenia i wykonanie testów.
Urządzenie
Urządzenie destylujące kupione przez klienta składało się z kilku podstawowych elementów.
Obiektem, w którym zachodzi cały proces jest kocioł o pojemności dwustu litrów. Wyposażono go w zawór ładujący, służący do napełniania urządzenia brudnym destylatem z odpowiedniego zbiornika, zawór drenażowy do opróżniania kotła oraz zawór ciśnieniowy, mający za zadanie wyrównywanie ciśnienia wewnątrz obiektu z ciśnieniem otoczenia. Kocioł otoczono olejowym płaszczem grzewczym. Olej podgrzewany był za pomocą dwóch zanurzonych w nim grzałek i mieszany dzięki pompie olejowej.
Kocioł połączony został z wymiennikiem poprzez komin z wodnym wymiennikiem cieplnym. Wyjście wymiennika zostało podłączone bezpośrednio z wejściem pompy podciśnieniowej, natomiast jej wyjście ze zbiornikiem wyrównawczym. Pełnił on podwójną funkcję w pracy całego urządzenia. Z uwagi na to, że wyjście zbiornika zostało połączone z wejściem pompy, a więc stanowiło obieg zamknięty, rozwiązanie takie gwarantowało utrzymanie pompy w stanie zalania. Drugą funkcją było schładzanie destylatu dzięki wężownicy chłodzącej oraz zlewanie nadmiaru do zbiornika na destylat czysty.
Bezpieczna praca urządzeń została zapewniona dzięki zastosowaniu licznych czujników i zabezpieczeń. Kocioł, zbiorniki na brudny i czysty destylat oraz zbiornik na szlam wyposażono w kontaktronowe czujniki poziomów cieczy. Urządzenie współpracowało również z termostatem oraz czujnikiem PT100 mierzącym temperaturę oleju grzewczego, termostatem pary oraz wody chłodzącej.
Proces technologiczny
Proces destylacji składa się z pięciu faz:
Prestart
Ładowanie
Destylacja
Osuszanie
Koniec Cyklu
Prestart – faza cyklu, w której sprawdzane są warunki niezbędne do spełniania przed uruchomieniem całego procesu. Warunki te związane są z przygotowaniem urządzenia do pracy (np. esprawdzenie poziomów cieczy w zbiornikach na destylat brudny i czysty), oraz stanem zabezpieczeń urządzenia (stan termostatu załączanego przy przekroczeni maksymalnej temperatury oleju).
Ładowanie – faza procesu, w trakcie której ciecz ze zbiornika na destylat brudny nalewana jest do kotła do momentu osiągnięcia poziomu minimum. Nalewanie odbywa się dzięki zamknięciu zaworu ciśnieniowego oraz uruchomieniu pompy ciśnieniowej, która pracując wytwarza podciśnienie, powodując nalewanie cieczy do kotła. Po osiągnięciu poziomu minimum, załączane są grzałki oraz pompa oleju. Równocześnie nalewanie cieczy jest kontynuowane przez ustalony przez użytkownika czas, po którego przekroczeniu, pompa podciśnieniowa jest wyłączana.
Destylacja – faza właściwej pracy maszyny. Destylat podgrzewany przez płaszcz olejowy, paruje i skrapla się w wodnym wymienniku ciepła. Ciecz parując, obniża swój poziom w kotle, do momentu zejścia poniżej poziomu minimalnego. Wówczas załączana jest ponownie faza ładowania, i proces jest zapętlany. Po upływie ustawionej przez użytkownika ilości cykli, po fazie destylacji proces przechodzi do fazy osuszania.
Osuszanie – faza poprzedzająca koniec procesu, podczas której nadmiar destylatu jest w dalszym ciągu ogrzewany celem odparowania. Zabrudzenia, które są wynikiem oczyszczania brudnego destylatu poprzez parowanie, są osuszane, w celu uzyskania pożądanej konsystencji.
Koniec Cyklu – faza składająca się z kilku kroków. Pierwszym z nich jest wyłączenie grzałek oraz pompy oleju, następnie otwierany jest zawór ciśnieniowy, w celu wyrównania ciśnienia wewnętrznego kotła z ciśnieniem zewnętrznym. W ostatnim kroku, otwierany jest zawór drenażowy, przez który opróżniany jest kocioł.
Kluczowe elementy sterujące szafy
Po zapoznaniu się z procesem, przystąpiono do doboru urządzeń automatyki. Sterowanie pracą destylarki stało się możliwe dzięki wykorzystaniu sterownika PLC firmy Delta Electronics. DVP12SS211S to STEROWNIKI PLC posiadający 8 wejść binarnych i 4 wyjść tranzystorowych PNP. Producent wyposażył urządzenie w interfejsy komunikacyjne RS232/485 oraz umożliwił komunikację przez protokół Modbus ASCII/RTU.
Projekt zakładał wykorzystanie większej ilości interfejsów wejścia-wyjścia, dlatego wykorzystano moduł 8 wejść binarnych i 8 wyjść tranzystorowych NPN DVP16SP11T również firmy Delta Electronics. Moduł pozwolił na podłączenie do sterownika PLC większej ilości sygnałów sterujących niezbędnych do prawidłowej pracy maszyny.
Sterowanie grzałkami oraz kontrola temperatury została zapewniona dzięki wykorzystaniu modułu temperaturowego DTC 1000 firmy Delta Electronics. Współpracując z sterownikiem PLC poprzez interfejs RS485, zagwarantował on utrzymanie odpowiedniej wartości temperatury gotowanego destylatu, dzięki czemu rozwiązano jedną z kluczowych kwestii podczas przeprowadzania procesu destylacji.
Zdecydowano, że interfejsem użytkownika informującym o aktualnym stanie procesu oraz umożliwiającym wprowadzanie parametrów będzie panel operatorski MT8071iE firmy Weintek. Duży, czytelny, siedmio-calowy ekran pozwolił wyświetlić wszystkie najważniejsze dla operatora informacje oraz w sposób komfortowy wprowadzać dane. Komunikację między panelem HMI a PLC zrealizowano dzięki wykorzystaniu interfejsu RS485.
Grzałki wysterowano za pośrednictwem dwóch trójfazowych przekaźników półprzewodnikowych, natomiast pompy podłączono do styczników zabezpieczonych dodatkowo przez wyłączniki termiczne firmy Eaton.
Z uwagi na obecność strefy zagrożenia wybuchem EX, sygnały pochodzące z zewnątrz szafy sterującej zostały odseparowane dzięki wykorzystaniu barier zenera oraz separatorów binarnych produkcji firmy Pepperl&Fuchs.
Podsumowanie
Po prefabrykacji szafy sterowniczej i przetestowaniu jej działania, dokonano montażu w pomieszczeniu, w którym znajdowało się urządzenie destylujące. Następnie podłączono do szafy niezbędne do prawidłowej pracy przewody zasilające oraz wygnały sterujące. Urządzenie uruchomiono i zweryfikowano poprawność procesu destylacji. Wykonano testy, dzięki którym ustalono optymalne parametry pracy urządzenia.