Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Казанский государственный
технологический университет
К.Х. ГИЛЬФАНОВ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Методические указания
для выполнения расчетно-графического
контрольного задания
Казань 2006
СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ, СИГНАЛИЗАЦИИ И РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРА.
При выполнении данного пункта руководствуются ГОСТ 21.404-85 [1-5]. Основное обозначение
10 Прибор расположен на щите или пульте
В верхней половине окружности записываются буквенные обозначения измеряемого параметра и функциональные признаки прибора, а в нижней половине записываются позиции прибора.
TIR
2-2
Пример обозначения измеряемого параметра и функциональных признаков прибора для измерения разности (D) давлений (P), показывающего (I), записывающего (R) и имеющего станцию управления (K) для перехода с ручного режима управления на автоматический и обратно:
PDIRK
3-2
Некоторые условные обозначения измеряемых и регулируемых величин
P – давление;
T – температура;
F – расход;
L – уровень;
Q - анализ состава, концентрация;
Вторая позиция – уточнение измеряемого параметра:
D – разность параметров;
F – соотношение параметров;
Третья позиция - функциональные признаки прибора, далее уточняющие обозначения, например
I – показание;
R – регистрация;
C – регулирование;
A – сигнализация
S – включение, отключение, переключение;
E - чувствительный элемент;
T - дистанционный преобразователь;
Y - преобразование сигнала.
Пример обозначения прибора для звуковой и световой сигнализации превышения уровня:
H
LIA
4-2
HA1 HL1
звуковая световая
сигнализации
Рис. 1. Обозначение прибора со звуковой
и световой сигнализацией
ВЫБОР ПРИБОРОВ ИЗ СПРАВОЧНИКА [1, 3, 6]
Выбор приборов осуществляется исходя из:
1)диапазона измерения – ориентировочно верхний предел измерения определяется Nвп=Nном 1,5. Здесь Nном - номинальное значение параметра согласно заданию. Далее из справочника берется ближайшее значение верхнего предела в сторону увеличения.
2) системы дистанционной передачи (возможны электрический токовый, по напряжению, дифференциально-трансформаторный или пневматический сигналы дистанционной передачи). Если технологический процесс пожаро-взрывоопасный, рекомендуется выбрать пневматические или безопасного исполнения электрические приборы.
3) заданной погрешности измерений.
Выбор расходомеров имеет некоторые особенности. Вначале необходимо ориентировочно определить диаметр трубопровода D по объемному расходу, скорректированному по п. 1. Если в задании дан массовый расход G [кг/ч], необходимо вычислить объемный
,
где - плотность среды, определяется по рабочим значениям температуры t и давления P по справочнику теплофизических свойств.
Далее задаются среднерасходными скоростями перемещения технологических сред
газы w = 10 ÷ 30 м/с;
жидкости w = 1 ÷ 3 м/с;
вязкие жидкости w = 0.3 ÷ 1 м/с.
Ориентировочное значение диаметра трубопровода
Далее из справочника берется ближайшее значение диаметра в сторону увеличения. Если D < 50 мм рекомендуется выбрать обтекания (ротаметры), вихревые, электромагнитные и ультразвуковые расходомеры. В случае D 50 мм, то можно выбрать расходомер переменного перепада давления. В любом случае изучить принцип работы!
Если в качестве расходомера выбран ротаметр (расходомер обтекания) и измеряемая среда - вода, то конкретные характеристики ротаметра определяются по верхнему пределу измерения, приведенному в справочнике. Нижние пределы измерения ротаметров в справочнике указаны отдельно, что составляет 10 % или 20 % от верхнего предела измерения.
Если измеряемая среда газ или другая жидкость, кроме воды, то прибор выбирается по условному (среднерасходному) диаметру D.
Расходомер переменного перепада включает в себя сужающее устройство, дифманометр и вторичный прибор.
Сужающее устройство выбирается по условному (среднерасходному) диаметру D. Дифманометр-расходомер рекомендуется выбрать сильфонного типа по характеристикам расхода из ряда по справочнику. Нижний предел расходомера переменного давления определяется как 30 % от верхнего предела измерения.
РАСЧЕТ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЙ
ПОГРЕШНОСТИ КОНТРОЛЯ.
Среднеквадратичная погрешность контроля параметра содержит основные погрешности приборов, входящих в комплект измерения
, %
где 1 – основная погрешность (класс точности) первичного прибора, %;
i – основные погрешности (классы точности) промежуточных преобразователей, %;
ВП – основная погрешность (класс точности) вторичного прибора, %.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ И
ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ.
Абсолютная погрешность измерения параметра определяется по формуле
, ед. изм. параметра,
где Nк - верхний предел измерения комплекта приборов;
Nн - нижний предел измерения комплекта приборов.
Внимание! Изучить характеристики – иногда указывают только верхний предел измерения, тогда Nн = 0.
Следует отметить, что диапазон измерения комплекта приборов определяется прибором, имеющим самый узкий диапазон.
Относительная погрешность измерения параметра определяется по формуле
,
где N – отметка, на которой определяется относительная погрешность;
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Комплект измерения температуры состоит из термоэлектрического термометра типа ТХК-0179 с пределами измерения –50 +600 С, с погрешностью 0,6%, нормирующего преобразователя типа НП-5Б1 с диапазоном измерения 0 200 С, основной погрешностью 1,5% и вторичного прибора типа А-100 с классом точности 0,5 % и диапазоном измерения 0 5 мА.
Среднеквадратическая погрешность контроля
Абсолютная погрешность
Относительная погрешность на отметке 84С
СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРА
Функциональную схему автоматической системы регулирования (АСР) рекомендуется выполнять также по ГОСТ 21.404-85. Особое внимание следует уделить к местоположению регулирующего клапана, т.е. изменением какого параметра будет поддерживаться на заданном значении регулируемый параметр. Например, уровень в емкости можно регулировать путем изменения расхода как на притоке, так и на стоке. Конкретная схема зависит от технологической безопасности и особенностей процесса, динамических характеристик канала воздействия и др.
Пример выполнения схемы приведен на рис. 2.
Рис. 2.
В качестве прибора для измерения уровня поз. 5-1 может быть использован уровнемер с электрическим выходным сигналом типа Метран-100-ДГ. Вторичный прибор (контроллер) поз. 5-2 марки ДИСК-250 имеет электронный ПИ-регулятор с электрической станцией управления (программирования) для переключения режимов («Ручной»- «Автоматический») и электропневматическим преобразователем. Устройством поз. 5-4 является пневматический регулирующий клапан 32Ч32НЖ. Такие схемы характерны для распределенных систем управления (РСУ). На функциональной схеме необходимо показать функции РСУ. Удобно показать функции РСУ ниже прямоугольников расположения приборов (рис. 3.). При выборе управляющего устройства следует обратить особое внимание на исполнение контроллера. Вариант схемы АСР в случае выбора одноканального контроллера представлен на рис. 3.
Рис. 3.
В качестве прибора поз. 1-1 используется датчик уровня типа КЭР-АИП-HP-01 с токовым выходным сигналом, контроллером поз. 1-2 является одноканальный микропроцессорный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ101, который имеет клавиатуру для программирования режима работы. Устройство поз. 1-3 является исполнительным механизмом типа МЭОФ. При выборе исполнительного механизма обратить внимание на управление, которое может быть позиционным (вперед, назад, стоп), позиционно-импульсным и непрерывным посредством сигнала постоянного тока (напряжения). Выходной сигнал регулятора или контроллера должен соответствовать исполнительному механизму.
В случае использования многоканального прибора, контроллера или централизованной системы автоматического управления (с использованием управляющего компьютера) схема, например, будет выглядеть так как на рис. 4. Обратим внимание, что в данной схеме применен измеритель-регулятор технологический ИРТ 5501М1, имеющий три дискретных входа (один из которых использован для перекрытия подачи теплоносителя при превышении температуры 59 С - для защиты и блокировки оборудования), а аналоговый вход – для ПИД регулирования уровня.
Рис. 4.
ВЫБОР ТИПА И РАСЧЕТ НАСТРОЕЧНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛЯТОРА
Упрощенный метод выбора и расчета регуляторов основывается на возможности представления динамических характеристик объектов управления тремя параметрами – временем запаздывания , постоянной времени Т и коэффициентом усиления kоб. В таком случае, задаваясь типовым переходным процессом (апериодический, с 20 % перерегулированием, с минимальной интегральной ошибкой), можно определить тип регулятора (позиционный, непрерывный) и рассчитать настроечные характеристики выбранного регулятора. Согласно методике [3], вначале рассчитывается параметр /Т, называемый условным запаздыванием. Если этот параметр /Т<0.2, выбирается позиционный регулятор, при /Т>0.2 регулятор будет непрерывным. Закон регулирования непрерывных регуляторов зависит от свойств объектов регулирования (емкости, запаздывания, самовыравнивания), характера возмущений и показателей качества переходного процесса:
Формулы для расчета параметров настройки приведены в таблице 1.
Таблица 1
|
Закон регулирования |
Типовой процесс регулирования |
|
|
Апериодический |
С 20 % - ным перерегулированием |
|
|
П - регулятор |
kр = 0.3(kоб/Т) |
kр = 0.7(kоб/Т) |
|
ПИ – регулятор |
kр = 0.6(kоб/Т); Tи=0.6T |
kр = 0.7(kоб/Т); Tи=0.7T |
|
ПИД – регулятор |
kр = 0.95(kоб/Т); Tи=2.4;Tд=0.4 |
kр = 1.2(kоб/Т); Tи=2;Tд=0.4 |
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ
Функциональная схема управления электроприводом согласно ГОСТ 21.404-85 показана на рис. 5.
Рис. 5.
Здесь устройство поз. КМ1 – магнитный пускатель, SB1, SB2 – кнопочные посты управления.
Электрические принципиальные схемы условно изображаются согласно ГОСТ 2.755-87 и составляются на основании функциональной схемы. Условные обозначения некоторых элементов представлены ниже на рис. 6-10.
Контакты коммутационных устройств
Замыкающий контакт Размыкающий контакт
(нормально разомкнутого типа) (нормально замкнутого типа)
Рис. 6.
Кнопочные ручные выключатели
Замыкающий Размыкающий
Рис. 7.
Рис. 8. Катушка реле Рис. 9. Замыкающий много-
полюсный выключатель
Рис. 10. Источник света Рис. 11. Плавкий предо-
хранитель
Принадлежность изображаемых контактов, обмоток и других частей к одному и тому же устройству устанавливается по позиционным обозначениям, проставленными вблизи изображений всех частей одного и того же устройства. Так, на рис. 12 у контактов магнитного пускателя (силовых КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3 и вспомогательных КМ1.4, КМ1.5 и КМ1.6), а также вблизи изображения катушки магнитного пускателя показывается буквенно-цифровое обозначение КМ1. Это означает, что все эти контакты срабатывают от катушки реле КМ1, называемого магнитным пускателем. Буквенно - цифровые позиционные обозначения проставляются согласно ГОСТ 2.710 -81. Принципиальная электрическая схема нереверсивного управления асинхронным двигателем представлена на рис. 11. Здесь входной выключатель QF1 служит для защиты электрооборудования от токов короткого замыкания. Группа контактов КМ1.1, КМ1.2 и КМ1.3 срабатывают от катушки магнитного пускателя КМ1 и включают обмотки статора электродвигателя к трехфазной сети. Тепловые реле КТ1 и КТ2 служат для защиты электродвигателя от перегрузки путем отключения посредством контактов КТ1 и КТ2. Сигнальные лампы HL1 и HL2 необходимы для световой сигнализации состояния привода. Включение HL1 с зеленой линзой указывает на рабочее (вал вращается), а свечение HL2 с красной линзой на нерабочее состояние (вал неподвижен) электродвигателя. Для технологической защиты оборудования необходим размыкающий контакт TS1, который обесточивает катушку магнитного пускателя КМ1 при срабатывании. Контакт TS1 может принадлежать сигнализирующему (двух-трехпозиционному регулирующему) прибору или датчику-реле параметра, превышение или понижение которого должно вызывать срабатывание защиты.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА НЕРЕВЕРСИВНОГО
УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Рис. 12
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА КОНТРОЛЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ
Рис. 13
Возможный вид общей функциональной схемы без показания функций РСУ с изображением технологических аппаратов согласно заданию представлен на рис. 13.
Внимание!
Выполненное задание должно содержать лишь две схемы:
СОСТАВЛЕНИЕ СПЕЦИФИКАЦИИ НА ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
Спецификацию приборов и средств автоматизации составляют в определенной форме (приложение 1), состоящей из следующих граф.
Характеристика измеряемой (или регулируемой) среды. Указывают предельные рабочие значения параметров, необходимых для выбора шкал приборов, или заданные значения параметров и их допустимые отклонения - для выбора типа регулятора, а также особые свойства среды (вязкость, агрессивность по отношению к каким - либо материалам, взрывоопасность и т.п.), влияющие на выбор соответствующей аппаратуры. Размерности величин параметров в этой графе должны иметь четкое стандартное написание, например: для температуры - 240°С; для давления - 32 МПа; для расхода - 80 м³/ч и т.д., а для электрических величин - 150 Ом, 220 В, 2 А и т.п.
Место установки приборов и аппаратуры. Указывают конкретное место установки первичного прибора, регулятора или вспомогательного оборудования, приводят размеры трубопроводов, каналов, а для сужающих устройств расходомеров - действительный внутренний диаметр труб и т.п., указывают также, на каком щите или пульте установлен прибор, уточняют его расположение (например, внутри щита).
Наименование и характеристика приборов и аппаратуры. Это важнейшая графа спецификации. Она должна быть составлена с полнотой, достаточной для оформления заказа снабженческими и сбытовыми организациями. Если, например, специфицируется термоэлектрический преобразователь, то помимо его типа, отмеченного в графе 6, обязательно записывается материал термоэлектродов, указывается глубина погружения, материал защитного чехла и его форма. Запись в графе 5 может выглядеть примерно так: “Термоэлектрический преобразователь хромель - алюмелевый, без штуцера, рабочая длина 800 мм, в составном сваренном защитном чехле без муфты, с наконечником из стали 1Х18Н9Т”.
Так же подробно специфицируются и другие приборы. При этом, если для термопреобразователя сопротивления достаточно указать “Термопреобразователь сопротивления платиновый, с неподвижным штуцером, в защитной наружной арматуре из стали 1Х18Н9Т, с максимальной глубиной погружения 200 мм, на условное давление 4 МПа, со средней инерционностью, градуировка гр.22”, то для других приборов указывают подробно такие данные: полное название, способ отсчета (показывающий, самопишущий и т.п.), размеры корпуса, пределы измерений (с размерностью), основная погрешность и другие специфические данные. Например, для манометра: “Манометр технический обыкновенный с трубчатой пружиной, показывающий, в корпусе диаметром 160 мм, расположение штуцера радиальное, на пределы измерения 25 МПа, класс точности 1.5”.
6.Тип или шифр прибора указывают по каталогу. Например, для термоэлектрического преобразователя необходимо указать в графе 6 “ТХА - ХШ”. Полное наименование в графе 5 контролируется обозначением типа в графе 6, что исключает случайные ошибки.
7, 8. Количество приборов и аппаратуры. Так как функциональная схема часто составляется на один агрегат, установку или участок, то сначала необходимо указать в графе 7 число приборов на один агрегат, а затем в зависимости от числа параллельно работающих агрегатов необходимо указать в графе 8 число строго одинаковых во всем совпадающих приборов на все агрегаты.
9.Указывают завод-изготовитель или его код ОКПУ приборов и аппаратуры.
10. Примечание. Указываются условия поставки или изготовления, например, “изготовить по специальному заказу” и т.п.
Электрические элементы, входящие в принципиальную электрическую схему, представляются в перечне элементов.
Пример заполнения перечня элементов приведен в таблице 2.
Перечень элементов
Таблица 2
|
Позиционное обозначение |
Наименование |
Тип |
Количество |
Техническая характеристика |
|
По месту |
||||
|
КМ1 |
Пускатель магнитный нереверсивный с тепловым реле ТРН25 и катушкой на 220 В |
ПМЕ222 6р, 2з |
1 |
550 В, 25 А |
|
SB1 |
Кнопочная станция с двумя кнопочными элементами, в защищенном исполнении |
КУ122-2М |
1 |
380 В, 4 А |
|
Пульт управления |
||||
|
SB2 |
Кнопочная станция с двумя кнопочными элементами, в защищенном исполнении |
КУ122-2М |
1 |
380 В, 4 А |
|
HL1, HL2 |
Лампа в арматуре АС-200 с зеленой и красной линзами |
Ц-220-210 |
2 |
220 В, 10 Вт |
|
QF1 |
Выключатель автоматический |
АП50-ЗМТ |
1 |
500 В, 1 втс=16 А |
|
FU1, FU2 |
Предохранитель |
ПР2 |
3 |
220 В, 1 втс=6 А |
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПРИБОРОВ
1. Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник (Под редакцией В. В. Черенкова)., Л., Машиностроение, 1987, 347 с.
2. Клюев А. С. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля. М. : Энергоатомиздат, 1991, 432 с.
3. Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И. Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации. М.: Химия, 1982. 296 с.
4. Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Клюев А.А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие/ Под ред. А.С.Клюева. М.: Энергоатомиздат, 1990. 464 с.
5. Чистяков В.С. Краткий справочник по теплотехническим измерениям. М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.
6. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. М.: Энергоатомиздат, 1990. 288 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Казанский государственный технологический университет
Кафедра автоматизированных
систем сбора и обработки информации (АССОИ)
ТИПОВАЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
по дисциплине СУХТП
СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ И РАСЧЕТ
ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ
ВЫПОЛНИЛ студент гр__________
ПРОВЕРИЛ ____________________.
Казань 2009