Приборы и средства автоматизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой квалификации.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества: обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда, приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала, увеличивает точность поддержания технологических параметров, повышает безопасность труда и надежность работы оборудования, увеличивает экономичность работы.

Автоматизация включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов. Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация прямоточной барабанной сушилки должна обеспечивать высокое качество высушенного KCl требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации прямоточной барабанной сушилки ”

В наше время технического прогресса все больше передовых предприятий России инвестируют внедрение и освоение новой техники и технологии. На фоне роста конкуренции отечественных компаний между собой и иногда даже с иностранными фирмами большую роль играет снижение себестоимости выпускаемой продукции за счет более эффективного использования сырья и улучшения качества изделий за счет внедрения передовых технологий. Реализовать эти задачи невозможно посредством старых принципов управления технологическим процессом, когда включение нужной задвижки зависит от квалифицированности и скорости реакции оператора. Важнейшим фактором обеспечения технического прогресса является широкое внедрение АСУ ТП, гибкого автоматизированного производства, на новейших средствах автоматики. Применение средств автоматики и телемеханики совместно с вычислительными комплексами дает существенный экономический эффект, связанный в первую очередь с более качественным управлением хода технологического процесса, сокращением числа обслуживающего персонала и снижение затрат на техническое обслуживание приборов.



1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание технологического процесса в прямоточной барабанной сушилке с указанием контрольных точек

Влажный материал из бункера поступает в смесительную камеру и оттуда подается в сам барабан. Происходит налипание KCl на стенках барабана. Барабан приводится в движение приводом. Высушенный материал поступает в бункер и далее идет на склад. Для отчистки сушильного отработанного агента имеется циклон.

Процесс сушки состоит из трех основных стадий:

Сжигание топлива и получение теплоносителя нужных параметров;

Передача тепла от теплоносителя к исходному сырью и соответственно, процесс сушки в прямоточной барабанной сушилке;

Очистка отработанных газов от пыли, сернистого ангидрида и хлористого водорода.

В отделении сушки предусмотрено автоматическое регулирование следующих параметров:

Соотношения топлива - воздух в прямоточной барабанной сушилке

Температуру в смесительной камере;

Разряжение в смесительной камере;

Влажности сухого материала;

Температуру в схеме защиты.

Точки контроля.

Контроль температуры:

Температура в смесительной камере (поз. 5) 130⁰С

Температура в барабане (поз. 11) 550⁰С

Температура сушильного агента (поз. 13) 550⁰С

Контроль расхода:

Расход первичного воздуха перед топкой (поз. 1) 20000м³/ч

Расход топлива перед топкой (поз. 2) 1600м³/ч

Расход вторичного воздуха перед смесительной камерой (поз. 4) 31000м³/ч

Контроль давления:

Давление в смесительной камере (поз. 7) 6 кП

Разряжение в смесительной камере (поз. 8) -0,2 кПа

Контроль влажности:

Влажность сухого материала (поз. 9) 0,3 %

1.2 Описание систем контроля и управления

1.2.1 Для измерения температуры

Термоэлектрический преобразователь ТП 2088Л с выходным сигналом мВ (поз 11а, 13а), термопреобразователь сопротивления платиновые ТСП 1088Л с выходным сигналом Ом (поз 5а).

1.2.2 Для измерения расхода

Погружной вихревой расходомер «Эмис Вихрь 205» с выходным сигналом 1000Гц/4-20мА(поз 1а,4а), Интеллектуальный вихревой расходомер «Эмис Вихрь 200» с выходным сигналом 1000Гц/4-20мА/RS485(поз 2а).

1.2.3 Для измерения давления

Преобразователи давления измерительные Элемер АИР 20/м2-ДД с выходным унифицированным сигналом 4-20мА(поз 7а).

1.2.4 Для измерения влажности

СВЧ-влагомер Микрорадар 114К с унифицированным выходным сигналом 4…20мА предел измерения 0-0,3% (поз.9а, 12а).



1.3 Выбор системы автоматического управления

Для автоматизации технологического процесса выбираем контроллер DECONT 182.

На объекте автоматизации (КП) имеется шкаф (или шкафы), в котором установлены контроллер DeCont и подключенные к нему модули ввода - вывода, обозначенные на рисунке буквой М. Модули подключены к реальным приборам, устройствам объекта, к датчикам и так далее. Модули осуществляют первичную обработку и доставку данных в базы параметров контроллера.

Контроллеры, если нужно, осуществляют локальное управление объектом (в каждом контроллере может работать программа, написанная в программе "Разработчик" - это алгоритм управления работой конкретного объекта - насоса, мешалки и т.п.). И обычно контроллеры, объединенные в нашем случае сетью RS-485, поставляют данные на диспетчерский компьютер.

Часто при использовании в сети различных линий связи (выделенная линия, коммутируемая линия и другие) применяются контроллеры - мосты, которые устанавливаются между компьютером и КП и обеспечивают передачу данных, как правило, не имея собственной базы параметров. Примеры организации систем описаны в главе "Конфигурирование сети".

Имеется три режима работы контроллера:

Минимальный

В таком режиме контроллер стартует по конфигурации, записанной в РПЗУ, причем работают (только базовые) компоненты. В минимальном режиме не создаются базы текущих параметров.

Отладочный - используется для отладки и проверки новых конфигураций.

В этом режиме контроллер пытается стартовать по конфигурации, записанной в ОЗУ, работают все описанные в ней компоненты, а в случае возникновения проблем контроллер переходит в минимальный режим. В отладочном режиме создаются базы параметров.

Нормальный - предназначен для работы контроллера на объекте.

Контроллер стартует по конфигурации, записанной в ОЗУ, работают все описанные в ней компоненты. При диагностике каких-либо неисправностей контроллер рестартует. ОЗУ-конфигурация стирается и вместо нее записывается (восстанавливается) конфигурация, сохраненная в РПЗУ. Если в течение 5 минут после такого рестарта опять обнаруживается неисправность, то контроллер рестартует в минимальный режим.

ПО контроллера Деконт : состоит из компонентов как стандартных, так и написанных пользователем в программе "Разработчик".

ПО, работающее на компьютере:

Программа "Конфигуратор" предназначена для загрузки и настройки компонентов контроллеров.

Программа "WinDecont" необходима для связи компьютера с контроллерами. Эта программа эмулирует работу контроллера Деконт-182 в компьютере; настраивается с помощью программы "Конфигуратор". Для связи с верхним уровнем (системами отображения данных, архивации, СКАДА и т.д.) программа "WinDecont" представляется как OPC-сервер (OLE For Process Control).

Комплект программ "Работа с архивами":

Программа "Сбор архивов" - чтение архивов из контроллеров по сети на компьютер. Хранение архивных данных на компьютере организовано в SQL-сервере.

Программа "Просмотр архивов" - просмотр и печать архивных данных в виде таблиц и графиков, экспорт данных в таблицы Microsoft Excel.

Программа "Менеджер хранилища" - управление архивами на компьютере (создание и удаление архивов, просмотр параметров).

Программа "Разработчик" применяется для написания собственных компонентов, выполняемых контроллером DeCont. Компоненты подготавливаются программой "Разработчик" и далее настраиваются и загружаются программой "Конфигуратор".

Программы для настройки модулей ввода/вывода:

Программа "Установка адреса модуля" предназначена для установки адреса модулям ввода/вывода, которые не поддерживают работу с минипультом.

Программа "Калибровка модуля" используется для калибровки каналов модулей AIN8-I20 и R3IN6-xx.

Он работает на следующих операционных системах:

Windows 2000 SP4 (рекомендуемая платформа), Windows XP, Windows 98 SE, Window NT4 SP5.

После установки ПО на компьютере программы можно запустить из меню "Пуск\все программы\РеСоп1:\...".

Для некоторых типовых объектов разработаны специализированные АРМы "быстрого развертывания". К примеру, система из сотни объектов может быть полностью настроена за 2-3 недели. Развертывание и сопровождение систем на базе таких АРМов требует минимума компьютерной грамотности.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Шкаф контроллера DeCont

1.4 Выбор объекта регулирования

Объектом регулирования является контур температуры в сушилке на уровне 130±5°С. С этой целью создаём следующий контур регулирования. Термоэлектрический преобразователь ТП 2088Л с выходным сигналом мВ, термопреобразователь сопротивления платиновые ТСП 1088Л с выходным сигналом Ом. Далее унифицированный токовый сигнал через модуль ввода AIN8-i20 поступает на контроллер МФК. Регулятором является программное обеспечение (ПО) МФК. Сигнал с датчика сравнивается с сигналом задания, находится отклонение и регулятор сводит это отклонение к нулю, изменяя частоту вращения электродвигателя дымососа при помощи ТПЧ (тиристорного преобразователя частоты).



Рисунок 2 - Функциональная схема контура регулирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - Структурная схема контура регулирования

1.5 Спецификация на приборы и средства автоматизации

Таблица 1

Позиция	Тип	Наименование	Кол	Примечание
1а,6а	«Эмис Вихрь 205»	Погружной вихревой расходомер «Эмис Вихрь 205» с выходным сигналом 1000Гц/4-20мА Точность измерений 2.5%,диапозон измерения от 560 до 56450м3/ч,ДУ 1500мм	2	F=20000м3/ч Расход первичного воздуха F=31000м3/ч Расход сушильного агента
2а	«Эмис Вихрь 200»	Интеллектуальный вихревой расходомер «Эмис Вихрь 200» с выходным сигналом 1000Гц/4-20мА/RS485 Точность измерений до 1%,диапозон измерения от 5 до 19700м3/ч,100мм	1	F=1600м3/ч Расход топлива
4а	ТП 2088Л	Термоэлектрический преобразователь ТП 2088Л с выходным сигналом мВ Точность измерений 1-2%,диапозон измерения от -40 до +8000С,160мм	1	T=5500C Температура сушильного агента
8а	ТСП 1088Л	Термопреобразователь сопротивления платиновые ТС 1088Л с выходным сигналом Ом Точность измерений А,В,С; диапазон измерения от -50 до 2000С,160мм	1	T=1300С Температура кипящего слоя
10а	Элемер АИР 20/м2-ДД	Преобразователи давления измерительные Элемер АИР 20/м2-ДД с выходным унифицированным сигналом 4-20мА Допускаемая основная погрешность 0,15%, максимальный верхний предел 40 кПа	1	P=6кПа Перепад давления на решётке
12б	Элемер АИР 20/м2-ДИВ	Преобразователь давления разряжения Элемер АИР 20/м2-ДИВ с выходным унифицированным сигналом 4-20мА Допускаемая основная погрешность 0,15%, максимальный верхний предел 40 кПа	1	P= -0,2кПа Разряжение в верхней части сушилки
2в,4в,6в,12в	ЭП-1211	Электро-пневмо преобразователь Выходной сигнал давление сжатого воздуха 0,02-0,1 мПа	4	Регулирование пневматическими исполнительными механизмами
12в	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	1	Регулирование разряжение
2г	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	1	Регулирование первичного воздуха
4г	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	1	Регулирование сушильного агента
6г	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	Регулирующий орган с мембранным пенвматическим исполнительным механизмом МИМ	1	Регулирование топочных газов



2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Получение динамических характеристик экспериментальным путем

сигнализация сушилка автоматика

Для получения кривых разгона проводим на объекте следующий эксперимент: отключаем регулятор температуры, т.е. переводим на ручное управление, и задаём возмущение 15%,25%,35% уменьшением подачи вторичного воздуха поступающего в топку (позиция 6в) и регистрируем изменение температуры в топке по компьютеру. Смотри (рисунок 1) и записываем измерение температуры в смесительной камере во времени.

В условиях действующего предприятия технологические параметры непрерывно изменяются, поэтому при снятии характеристик почти, никогда не удаётся отстраниться от помех. В данной работе использованы три разгонные характеристики, снятые по одному и тому же каналу.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Опыт 1	20	55,2	71,5	80,5	85,1	89,5	90,1	91,2	92,9	91,9	91,2	91,4	91,2	15%
Опыт 2	21	60,5	79,9	90,6	95,4	98,6	98,6	101	102	102,8	102,4	102,1	102,4	25%
Опыт 3	24	67,5	90,3	102,9	109	112,9	114,7	115,3	114,5	114,7	114,8	115	115,2	35%

2.2 Построение временной характеристики объекта регулирования

Для сопоставления снятых экспериментально кривых разгона их надо перенести на одни оси координат.

Привести кривые разгона к началу координат, для чего из каждого значения Qi вычитают начальную температуру Q₀, то есть температуру ( или другой параметр) в момент нанесения возмущения. При t₀= 0 ДQ₀ = Q₀ -Q₀ = 0, при t₁ = 1 мин ДQ₁ = Q₁ - Q₀ и т.д.

Получаем зависимость ДT(t).

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Опыт 1	0	35,2	51,5	60,5	65,1	69,5	70,1	71,2	72,9	71,9	71,2	71,4	71,2	15%
Опыт 2	0	39,5	58,9	69,6	74,4	77,6	77,6	80	81	81,8	81,4	81,1	81,4	25%
Опыт 3	0	43,5	66,3	78,9	85	88,9	90,7	91,3	90,5	90,7	90,8	91	91,2	35%

Опыт 1 - 15%

Опыт 2 - 25%

Опыт 3 - 35%

Для получения временных переходных характеристик h(t) необходимо значения ДP предыдущих характеристик поделить на величины возмущения Дd, при котором снималась данная характеристика, таким образом, получаем координаты временных характеристик.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Опыт 1	0	2,34	3,43	4,03	4,34	4,63	4,67	4,74	4,86	4,79	4,74	4,76	4,74	15%
Опыт 2	0	1,58	2,35	2,78	2,97	3,1	3,1	3,2	3,24	3,27	3,25	3,24	3,25	25%
Опыт 3	0	1,24	1,89	2,25	2,42	2,54	2,59	2,6	2,58	2,59	2,59	2,6	2,6	35%

Опыт 1 - 15% Опыт 2 - 25%

Опыт 3 - 35%

Для получения усредненной временной характеристики необходимо просуммировать соответствующие координаты и разделить на число характеристик.

h(t)_усред.=

По построенной усредненной временной характеристике определяем параметры объекта регулирования: постоянную времени Т_об, коэффициент усиления К_ус и транспортное запаздывания ??, время регулирования t_рег (если объект с самовыравниванием).



Время	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
h(t)усред.	0	1,72	2,55	3,02	3,24	3,42	3,45	3,51	3,56	3,55	3,52	3,53	3,53

2.3 Аппроксимация временной характеристики объекта регулирования

По виду графического изображения временной характеристики определяем к какому типовому звену или сочетанию звеньев относиться наша кривая. Чаще всего это звено инерционное без транспортного запаздывания ( одноемкостной объект с самовыравниванием), математическое изображение h(t) = K(1 - e^-t/T).

Подставляя значения параметров объекта регулирования, найденные по усредненной динамической характеристике в математические выражения, находим координаты значений аппроксимированной временной характеристики переходного процесса нашего объекта регулирования. Строим аппроксимированную характеристику.



Время	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
h(t)усред.	0	1,72	2,55	3,02	3,24	3,42	3,45	3,51	3,56	3,55	3,52	3,53	3,53
h(t)апрокс.	0	1,36	2,21	2,73	3,06	3,26	3,39	3,47	3,52	3,55	3,56	3,58	3,58

2.4 Оценка точности получения экспериментальной временной характеристики

Определяем приведенную погрешность между экспериментальной и аппроксимированной динамическими характеристиками по формуле:

Для более точной и объективной оценки правильности снятия кривых разгона определяем среднеквадратическое отклонение кривых по формуле:

у_ср.кв ? 5% это значит кривые разгона сняты правильно и параметры, найденные из опытной динамической характеристики, можно использовать для дальнейших расчетов.

Передаточная функция объекта описывается формулой:

К=3,6 °C/%

Т=2,1 мин



2.5 Проверка объекта регулирования на устойчивость

2.5.1 Алгебраический метод (корневой)

При этом методе знаменатель передаточной функции (характеристическое уравнения) приравниваем к нулю. Находим корни и если они отрицательные и вещественные, то согласно критерию Ляпунова объекта является устойчивым.

Из решения видно, что корни характеристического уравнения вещественные отрицательные. Следовательно, объект управления устойчивый.

2.5.2 Частотный метод (по кривой годографа)

Для одноёмкостных статических объектов с передаточной функцией

где Т - постоянная времени. Построение годографа начинается с замены p на iщ. Получим частотную передаточную функцию

Умножим числитель и знаменатель на комплексно - сопряженное значение знаменателя и получим

Выделим в этом выражении действительную и мнимую часть

Отсюда получим

Для построения годографа изменяем частоту от щ=0 до щ=?



Tоб	Коб	щ	Re	Im
2,1	3,6	0	1	0
2,1	3,6	0,1	0,9577627	-0,20113
2,1	3,6	0,2	0,850051	-0,357021
2,1	3,6	0,3	0,7158709	-0,450999
2,1	3,6	0,4	0,5863039	-0,492495
2,1	3,6	0,5	0,4756243	-0,499405
2,1	3,6	0,6	0,3864585	-0,486938
2,1	3,6	0,7	0,3163656	-0,465057
2,1	3,6	0,8	0,2616157	-0,439514
2,1	3,6	0,9	0,2187179	-0,413377
2,1	3,6	1	0,1848429	-0,38817
2,1	3,6	1,2	0,136047	-0,342838
2,1	3,6	1,4	0,1036957	-0,304865
2,1	3,6	1,6	0,0813696	-0,273402
2,1	3,6	1,8	0,0654091	-0,247246
2,1	3,6	2	0,0536481	-0,225322
2,1	3,6	2,5	0,0350109	-0,183807
2,1	3,6	3	0,0245761	-0,154829
2,1	3,6	4	0,0139743	-0,117384
2,1	3,6	5	0,0089888	-0,094382
2,1	3,6	10	0,0022624	-0,047511
2,1	3,6	20	0,0005666	-0,023796
2,1	3,6	25	0,0003627	-0,019041

Из годографа видно, что объект устойчивый.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из расчётной части видно, что объект (контур температуры) описывается апериодическим звеном. И имеет следующую передаточную функцию.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Б.З. Барласов, В.И. Ильин. Наладка приборов и средств автоматизации. Москва: Высшая школа, 1980.

2. В.И. Горшков. Автоматическое управление. Москва: Академия, 2003.

3. А.С. Клюев. Автоматическое регулирование. Москва: Энергия, 1986.

4. К.П. Широков, М.Г. Богусловский. Международная система единиц. Москва: Издательство стандартов, 1984.

5. В.Ю. Шишмарев. Средства измерений. Москва: Академия, 2006.

6. В.В. Шувалов и др. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Москва: Химия, 1991.

7. Каталог продукции ПГ «Метран», 2006.

8. Каталог продукции ООО «Теплоприбор», 2006.

9. Каталог продукции ООО «Элемер», 2007.

Размещено на Allbest.ru

...