Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Технологическая часть
• 1.1 Описание технологического процесса
• 1.2 Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров
• 2. Автоматизация объекта
• 2.1 Обоснование выбора приборов
• 2.1.1 Выбор программируемого логического контроллера
• 2.2 Обоснование выбора модулей и датчиков проектируемой СУ

2.3 Описание схемы автоматизации

• 2.4 Описание схемы сигнализации
• 3. Расчет сужающего устройства
• 3.1 Расчет регулирующего органа
• 3.2 Расчет контура регулирования системы
• 4. Экологическое обоснование

Список использованных источников



????????

В последнее время активно развивается ниша автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Данная тенденция является следствием постоянного развития и совершенствования элементной базы, в частности вычислительных средств, являющихся основой данных систем. Автоматизированная система управления технологическим процессами должна обеспечивать безаварийную качественную работу производства с минимальным числом обслуживающего персонала.

АСУТП разрабатывается для повышения эффективности управления технологическим процессом и обеспечения требуемого качества получаемых продуктов за счет использования средств ЭВМ. Современные системы автоматики и телемеханики относят к классу сложных диагностируемых систем, характеризующихся иерархической структурой, при которой отказ подсистемы чаще всего не приводит к отказу всей системы, а несколько снижает эффективность её применения.

Проблема оптимизации потребления энергоресурсов на сегодняшний день встает очень остро. Для повышения качества, экономичности и надежности снабжения тепловой энергией потребителей важна реализация концепции перехода от систем централизованного теплоснабжения к централизованно - локальным системам с распределенной генерацией тепловой и электрической энергии. Управление такого рода системами невозможно без создания АСУ ТП отпуска, транспортировки и распределения тепловой энергией на объектах, рассредоточенных на большой территории.

Целью данного курсового проекта является проектирование системы автоматического управления индивидуального теплового пункта

Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов в стране. От нормального функционирования этих систем зависят условия теплового комфорта в отапливаемых зданиях самочувствие людей, производительность труда и т.д. Автоматизация позволяет избавиться от непосредственного контроля людьми технологического оборудования и процесса.

Цели создания АСУ:

- Управление технологическими параметрами в соответствии с требованиями регламента

- Обеспечение оперативного персонала информацией о ходе технологического процесса

- Согласование работы сложной взаимосвязи оборудования внутри технологических установок и обеспечение взаимодействие установок между собой

- Уменьшение времени достижения режимных значений параметров системы

- Обеспечение непрерывности работы технологических установок

- Предотвращение аварийных ситуаций на объекте и обеспечение его правильного функционирования

- Снижения затрат на ремонт за счет точного соблюдения технологических режимов и раннего диагностирования возможных неисправностей

- Оптимизация работы технологических параметров установки и уменьшения удельного потребления энергоресурсов

- Защита от несанкционированного вмешательства в технологический процесс и фиксация всех действий оперативного персонала при управлении

- Повышение производительности труда обслуживающего персонала и сокращение ручных операций за счет использования средств микропроцессорной техники

- Архивация данных, позволяющая оценить качество управления технологическими процессами с целью выработки рекомендации по улучшению работы установок

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: контроллер автоматический управление тепловой

- Провести анализ объекта автоматизации;

- На основе проведённого анализа и составленного ТЗ, синтезировать структурную схему модернизируемой системы, разработать структуру отдельных блоков системы;

- Выполнить выбор основного и вспомогательного оборудования, средств автоматизации;

- Разработать электрические схемы подключения устройств котельной



1. ??????????????? ?????

1.1 Описание технологического процесса

Системы централизованного теплоснабжения, кроме разновидностей и особенностей источников тепловой энергии, различаются по виду теплоносителя, способу присоединения внутренних систем горячего водоснабжения (далее ГВС) и количеству труб для транспортировки теплоносителя.

Несмотря на ряд существенных недостатков откры-тые системы теплоснабжения функционируют в ряде го-родов России. Вместе с тем, в настоящее время при новом строительстве систем теплоснабжения практикуется отказ от открытой схемы, а при реконструкции -- планомерный переход к централизованному приготовлению горячей воды в подогревателях тепловых пунктов.

Тепловые пункты являются конечным элементом си-стемы централизованного теплоснабжения, где осущест-вляется связь между тепловыми сетями и потребителями тепловой энергии. Они подразделяются на индивидуальные (далее ИТП) для одного здания и центральные (далее ТП), обслужива-ющие группу зданий или несколько отдельных зон одного многофункционального сооружения.

В сложившейся с середины прошлого века структуре системы централизованного теплоснабжения подача те-пловой энергии для потребителей жилищно-коммуналь-ного сектора осуществляется, как правило, через отдельно стоящие квартальные центральные тепловые пункты с раз-мещением в каждом отдельном здании ИТП. В последние годы в ЦТП стал устанавливаться насосный узел смешения для автоматического управления системой отопления. При этом ИТП иногда называется АУУ (автоматизированный узел управления). Однако, все возрастающие требования к качеству теплоснабжения определили новую техническую политику, которая предусматривает отказ от ЦТП и переход к присоединению абонентов к тепловой сети посредством размещаемых непосредственно в зданиях индивидуальных тепловых пунктов, в том числе, с приготовлением в них го-рячей воды для систем ГВС по закрытой схеме.

Рисунок 1.1 - Пример теплового пункта блочного исполнения

Тепловой пункт (ТП) -- комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, преобразование, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по видам потребителей.

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП). Используется для обслуживания одного потребителя (здания или его части). Как правило, располагается в подвальном или техническом помещении здания, однако, в силу особенностей обслуживаемого здания, может быть размещён в отдельностоящем сооружении.

Современный тепловой пункт -- совокупность тепло-технического и насосного оборудования в сочетании с элек-трическими и гидравлическими средствами комплексной автоматизации, обеспечивающие поддержание комфорт-ных параметров воздуха в отапливаемых помещениях зда-ний и температуры воды в системе ГВС, работу инженерных систем в безнадзорном и безаварийном режиме, учет те-плопотребления, энергосбережение и, как следствие, ох-рану окружающей среды.

Тепловой пункт выполняет прием теплоносителя, его преобразование, распределение между потребителями, учет теплопотребления, автоматически обеспечивая при этом:

? необходимые параметры теплоносителя в системах отоп-ления и вентиляции для поддержания требуемых темпе-ратурных условий в обслуживаемых помещениях;

? температуру воды в системе ГВС;

? согласование и стабилизацию гидравлических режимов в тепловых сетях и системах теплопотребления.

Все эти задачи могут быть реализованы в значительной степени за счет автоматизации теплового пункта. Результатом их выполнения будет не только обеспечение комфортных условий в помещениях и параметров горячей воды, но и экономия энергопотребления на уров-не 30-35 % в годовом разрезе и 60-70 % в переходные пе-риоды, когда температура наружного воздуха превышает 0 °C, а также сокращение выбросов в атмосферу продуктов сгорания сэкономленного топлива.

На рисунке 1.1 приведен пример принципиальной тех-нологической схемы автоматизированного теплового пункта. В соответствии с требованиями нормативных докумен-тов главными функциями теплового пункта являются:

? преобразование вида или параметров теплоносителя;

? регулирование расхода теплоты в системах отопления и вентиляции;

? поддержание температуры горячей воды в системе ГВС;

? обеспечение постоянного перепада давлений на регу-лирующих клапанах или перед системами теплопотре-бления;

? ограничение максимального расхода сетевой воды у по-требителя;

? заполнение и подпитка систем теплопотребления при их независимом присоединении к тепловой сети;

? управление циркуляционными и подпиточными насосами;

? учет тепло и водопотребления.

1.2 Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров

На функциональных схемах схематически условными изображениями показаны: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации, а также связей между отдельными функциональными блоками и элементами автоматики. Вспомогательные устройства, такие как источники питания, реле, выключатели и предохранители в цепях питания и другие устройства, на функциональных схемах не показываются.

Функциональная схема автоматизации процесса работы ИТП системы отопления представлена на рисунке 2.4



Рисунок 1.2 - Функциональная схема автоматизации ИТП

Система управления АСУ ПТВМ предназначена для поддержания технологических параметров, обеспечивающих оптимальное отопление здания.

Требования к составу разрабатываемой документации

В состав документов проекта должны входить:

- пояснительная записка;

- структурная схема системы сбора и обработки данных;

- принципиальная схема системы сбора и обработки данных;

- спецификация оборудования.

Требования к условиям работы и системе электропитания

Устройства системы работают при температуре окружающей среды не более +85°С и не ниже - 20 °С, атмосферном давлении в диапазоне от 80кПа до 150кПа и влажности не более 93%.

Напряжение питания: 220B (±10%)

Потребляемая мощность, не более : 50 Вт

Технические требования

Измеряемые параметры и данные, поступающие от датчиков:

- Давление воды (Измерительный преобразователь давления PC-28, выход 4-20 мА,2-х проводная, диапазон измерения от 0 до 6кПа)

- Температура воды(Измерительный преобразователь Pt-100, выход 4-20 мА, диапазон измерения 0-200 ⁰С)

Выходные данные:

- Сигналы управления клапанами

- Сигналы управления насосами.

Управление реализовано путем подачи управляющего сигнала на контакт управление. Соединение выполнено по типу «сухой-контакт».

Необходимо предусмотреть вывод текущего режима работы на дисплей. Также должна быть реализована возможность программного изменения пороговых значений датчиков.

Таким образов, для реализации АСУ необходимо, что бы контроллер обладал следующими функциональными возможностями:

- Аналоговые входы, не менее 5 шт;

- Дискретные входы, не менее 4 шт;

- Дискретные выходы, не менее 4 шт;

- Возможность подключения текстового дисплея для вывода параметров работы и настройки системы.

Программируемые логические контроллеры представляет собой конечный (дискретный) автомат, имеющий конечное количе-ство входов и выходов, подключенных посредством датчиков, клю-чей, исполнительных механизмов к объекту управления, и предна-значенный для работы в режимах реального времени (Рисунок 1.3). Таким образов, использование ПЛК для автоматизации системы управления котельной является оптимальным вариантом

Таблица 1.1 - Перечень входных сигналов и сигналов управления

	Наименование	Датчики и исполнительные механизмы	Типы сигналов
Входные	Тн	Измерение температуры наружного воздуха	AI
	Тпр	Измерение температуры подачи теплоносителя из теплосети
	Тк1	Измерение температуры в контуре отопления
	Тобр	Измерение температуры обратной воды
	Рподп	Измерение давления в контуре отопления
	С6	Отключение сигнализации	DI
	С7	Перевод в ночной режим
	С8	Выключатель перехода в летний режим
	ДР	Вход датчика аварии насосов контура (С5)
Выходные	М	Регулирующий клапан с электроприводом	DO
	НЦ1, НЦ2	Сигнал управления вкл./выкл. циркуляционного насоса контура
	НП1	Сигнал управления вкл./выкл. насоса подпитки контура

Рисунок 1.3 - Обобщенный принцип работы ПЛК



Общие требования и функции

АСУ ИТП предназначена для [12]:

? повышения надёжности и качества автоматического регулирования, контроля и управления работой теплового пункта;

? дистанционного визуального контроля параметров технологического процесса работы и дистанционного управления работой основного и вспомогательного оборудования(насосы, клапаны);

? достижения оптимальной работы основного и вспомогательного оборудования;

? снижения потерь продукта и воздействий на окружающую среду;

? предотвращения аварийных ситуаций на технологических объектах, путём опроса, в автоматическом режиме, подключенных к Системе управления датчиков, анализа измеренных показаний и переключение технологического процесса в безопасное состояние, вследствие выдачи, в автоматическом режиме, управляющих воздействий на исполнительные механизмы или по инициативе оперативного персонала;

? предотвращение ошибочных действий персонала;

? архивирование информации с целью последующего использования для анализа формирования отчётной документации;

? достижения высокого уровня стабильности технологических режимов.

Целью разработки АСУ ТП является обеспечение эффективности (технической, энергетической, экономической, социальной) автоматизируемых производств, повышения качества управления технологическими процессами во всех режимах эксплуатации[3].

Достижение цели должно обеспечиваться за счёт[13]:

? повышения технического уровня производства, качества функционирования технологических процессов;

? уменьшения несанкционированных остановок и времени простоев процесса;

? увеличения объёма информации от процесса и оборудования (увеличения объективной прозрачности процесса);

? предоставление возможности анализа критических ситуаций и выявления причины их возникновения;

? уменьшения эксплуатационных затрат на техническое обслуживание и ремонт оборудования за счёт автоматической диагностики технического состояния оборудования, полевых приборов и приводов трубопроводной арматуры;

? снижение энергозатрат;

? снижения трудоёмкости обслуживания программно-технического комплекса;

Требования к структуре системы

АСУ ТП должна проектироваться как трехуровневая, иерархическая информационно-управляющая система, базирующаяся на современных аппаратно-программных средствах, обеспечивающих взаимодействие обслуживающего персонала c технологическим оборудованием ПК.

Контроллерное оборудование, входящее в состав системы автоматизации, должно предусматривать возможность организации локальной вычислительной сети, в которую должны включаться другие системы, функционирующие на тепловом пункте.

АСУТП должна обеспечить выполнение всех функций в соответствии с требованиями согласно технических требований[4].

Основными средствами отображения информации и оперативного управления АСУ ТП должны быть мониторы АРМа оператора и связанная с ними функциональная клавиатура, относящихся к ПТК АСУТП.

С АРМ оператора должны управляться с использованием виртуальных панелей управления (ВПУ) ЗРА, механизмы и технологическое оборудование.

Архитектура АСУТП должна быть 3-х уровневой.

Верхний уровень управления технологическим процессом:

? АРМ - компьютер, расположенный в оперативном контуре для контроля текущего состояния и управления технологическим процессом оператору предоставляется информация в виде мнемосхем, графиков, таблиц и гистограмм разной степени детализации;

? Звуковая сигнализация - для привлечения внимания персонала к опасным ситуациям;

Средний уровень сбора, обработки информации, формирования управляющих воздействий:

? контроллерное оборудование, коммуникационное оборудование для связи с контроллерами, с технологическим оборудованием по протоколам связи;

Нижний уровень:

? датчики, исполнительные механизмы;



2. ????????????? ???????

2.1 Обоснование выбора приборов

2.1.1 Выбор программируемого логического контроллера

Определим основные требования к контроллеру. Так как, процессы управления работой теплового пункта являются достаточно медленно протекающими относительно скоростей выполнения команд современными контроллерами, то особых требований к быстродействию контроллера нет. Так же, поскольку контроллер не занимается сложными вычислениями или обработкой большого количества данных, то и объем ОЗУ может быть минимальным.

На основании приведенных в таблице данных, а также проведенного обзора можно сделать вывод, что оптимальным для проектируемой системы в данном случае будет ПЛК ОВЕН ТРМ232М, т.к. данный контроллер наиболее полно отвечает предъявляемым требованиям:

- Имеет большее количество памяти;

- Обладает большим числом цифровых входов и выходов;

- Имеет необходимые сетевые интерфейсы в базовой конфигурации.

Рисунок 2.1 - Контроллер ТРМ232М

ОВЕН ТРМ232М - контроллер для регулирования температуры в системах отопления, ГВС и управления насосными группами. Предназначен для управления ИТП и ЦТП жилых и производственных зданий. В комплекте с датчиками и исполнительными механизмами ОВЕН ТРМ232М обеспечивает контроль и регулирование температуры и давления, управляет циркуляционными насосами контуров, насосами ХВС и контуров подпитки.

Рисунок 2.2 - Функциональная схема ОВЕН ТРМ232М

Таблица 2.1 - Технические параметры контроллера ТРМ232М

Наименование	Значение
Напряжение питания, В постоянного тока переменного тока (47. ..63 Гц)	от 150 до 300 (номинальное 220) от 90 до 264 (номинальное 110/220)
Потребляемая мощность, не более для постоянного тока, Вт для переменного тока, ВА	12 18
Параметры встроенного вторичного источника питания выходное напряжение, В ток, мА, не более	24±3 180
Аналоговые входы
Количество	8
Время опроса входов: входа температуры ГВС, сек, среднее остальных входов, сек, среднее	0,8 10,5
Предел допускаемой основной приведенной погрешности при измерении 1} ТП, % ТС и унифицированными сигналами постоянного напряжения и тока, %	±0,5 ±0,25
Дискретные входы
Количество г)	8
Уровень сигнала, соответствующий логической единице на входе, В	12...36
Ток логической единицы, не более, мА	15
Уровень сигнала, соответствующий логическому нулю на входе, В	0...4
Подключаемые входные устройства	Датчики типа «сухой контакт», коммутационные устройства (контакты реле, кнопок и Т.Д.)
Выходы (дискретные и аналоговые ВУ)
Количество ВУ внутри контроллера	6 (5 - с возможностью установки ЦАП)
Встроенный вторичный источник питания
Напряжение, В	24 ±3
Максимально допустимый ток нагрузки, мА	180

В качестве контроллера для обеспечения технологического процесса решено выбрать систему ОВЕН ТРМ232М по ряду причин. Разработка российского производства, по стоимости приобретения существенно ниже зарубежных аналогов. Данный ПЛК специально разработан для автоматизации работы тепловых пунктов различных типов, мощности и на различном топливе, а также обеспечивает автоматическое регулирование мощности по отопительному графику, что в нашем случае является важной целью, и надежную систему сигнализации по многим параметрам, некоторые из которых в настоящее время не учтены. В дополнение контроллер также позволяет выводить информацию о работе системы на удаленный компьютер, что важно для работы операторов.

САУ-М6 сигнализатор уровня жидкости трехканальный

Сигнализатор уровня жидкости трехканальный ОВЕН САУ-М6 - предназначен для автоматизации технологических процессов, связанных с контролем и регулированием уровня жидкости.

Рисунок 2.3 - ОВЕН САУ-М6

САУ-М6 является функциональным аналогом приборов ESP-50 и РОС 301.

Функциональные возможности сигнализатора уровня

? Три независимых канала контроля уровня жидкости в резервуаре

? Возможность инверсии режима работы любого канала

? Подключение различных датчиков уровня - кондуктометрических, поплавковых

? Работа с различными по электропроводности жидкостями: дистиллированной, водопроводной, загрязненной водой, молоком и пищевыми продуктами (слабокислотными, щелочными и пр.)

? Защита кондуктометрических датчиков от осаждения солей на электродах благодаря питанию их переменным напряжением



2.2 Обоснование выбора модулей и датчиков проектируемой СУ

Датчик температуры ОВЕН ДТС035 и ДТС125Л.И

Для дистанционного контроля температуры использованы термометры типа ОВЕН ДТС035. Предназначены для преобразования температуры в жидких, газообразных и в твердых средах.

Область применения: нефте - и газодобычи, в том числе на судах и АЭС.

- Измеряемые среды в пределах коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т.

- Использование термопреобразователей допускается в нейтральных и органических средах, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозийно-стойким. Принцип работы датчика - термопреобразователь сопротивления.

- Осуществляется преобразования сигнала первичного преобразователя температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока (4-20 мА). Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика.

- Изготавливаются по ТУ 311-00225621. 160-96.

- В комплекте поставляются блоки питания КАРАТ - 22

- Блок питания предназначен для питания стабилизированным напряжением 36 (24В).

Каналы гальванически развязаны. Имеется защита то короткого замыкания и перегрузок по каждому каналу.

Датчики давления ПД100-ДИ4\1-311-1,0 ТМ "ОВЕН"

В качестве датчиков давления для агрессивной среды остановим выбор на датчиках серии ОВЕН ПД311



Рисунок 2.4 - Датчики серии ОВЕН ПД311

Основное отличие данного многопредельного измерителя-регулятора ПД311 от ближайших аналогов в том, что он представляет собой законченный прибор, в котором объединены: первичный датчик давления (разрежения), микропроцессорный узел обработки и два индикатора (цифровой и барографический).



Таблица 2.2 Технические характеристики измерителей-регуляторов ПД100-ДИ4\1-311-1,0 ТМ "ОВЕН"

Автоматический запорно-регулирующий односедельный гидроклапан (КЗР)

Рисунок 2.5 - Внешний вид гидроклапана

Гидроклапан применяется при разработке проектов, а также при реконструкции и ремонте действующих РТС, КТС, ЦТП, ИТП, вентиляционных систем, тепловых сетей и других смежных объектов для автоматического регулирования тепловых процессов путем изменения пропускной способности клапана.

Таблица 2.6 - Технические параметры гидроклапана

Основные характеристики:

? Диапазон рабочей температуры теплоносителя (вода, нас. пар) - от +5 до 425 °С

? Рабочее давление в теплосети - Рр = 1,6; 2,5; 4,0 МПа (16, 25, 40 кгс/см2)

? Тип привода - электромеханический (Uпит. однофазное 220 В, 50 Гц)

Кнопки в металлическом исполнении IP65 MTB2-BAZ124

Устройства управления и сигнализации металлической серии MTB2- BAZ124, предназначены для использования в электрических цепях переменного тока (АС) с частотой 50Гц или 60Гц, при номинальном напряжении 380 В, а также в цепях постоянного тока (DC) при номинальном напряжении 250 В.

Таблица 2.7 - Технические параметры MTB2- BAZ124

Кнопки и переключатели применяются для управления электромагнитными контакторами, пускателями, реле и другими вторичными цепями. Устройства в металлическом исполнении MTB2-B предназначены для установки только в металлические оболочки, обеспечивающие заземление лицевой панели.

Функциональные преимущества

? Обеспечение монтажа в панели толщиной до 5мм (рекомендуемая толщина для удобства монтажа), конструктивно до 7мм

? Установка простым поворотом головки кнопки 

? Монтажные винты удобно расположены, предварительно максимально выкручены Достижение максимального момента затяжки без срыва крепежа 

? Обеспечение плотного прилегания кнопки с лицевой стороны 

? Автоматическое обеспечение заземления корпуса кнопки 

? Предварительно открытые клеммы для быстрого подключения 

? Простая модульная конструкция контактных блоков 

? Возможность установки до 6 контактных блоков в одну конструкцию 

? Надежное винтовое крепление

Выбор циркуляционных насосов

Подбирают насос по расчетному расходу и потерям давления в системе при частично закрытых терморегуляторах

Для системы отопления следует выбрать насос с расчетным расходом теплоносителя более 7,3 м³/ч ( для жилых помщений в регионах с холодным климатом). и напором насоса больше 9 м (двухэтажное здание). Допустимая температура перекачиваемой среды насоса до 100⁰С.

Параметры циркуляционного насоса Wilo TOP-S 30/10 EM достаточны для применения его в системе отопления. Внешний вид насоса Wilo TOP-S 30/10 EM показан на рисунке 2.5

Циркуляционный насос с резьбовым соединением Wilo TOP-S 30/10 EM применяется в системах охлаждения, водяного отопления, кондиционирования. К основным достоинствам можно отнести простой монтаж, надежность в работе, три ступени частоты вращения. Насос состоит из чугунного корпуса, вала из нержавеющей стали и рабочего колеса, изготовленного из композитных материалов. Допустимые перекачиваемые жидкости: вода систем отопления и водогликолевая смесь.



Основные технические характеристики:

Выбор расходомера

В качестве расходомера выбираем модель Мастерфлоу, класс Б.

Преобразование расхода (объема) холодной или горячей воды, а также других жидкостей (по согласованию с предприятием-изготовителем) с удельной электропроводностью не менее 10^-3 См/м в электрические сигналы: частотный, импульсный или токовый. В данном случае выбираем модель Мастерфлоу D25 B

Отличительные особенности

- Широкий типоразмерный ряд приборов.

- Диапазон измерения расхода 1:2000(класс Г,Д,Е), 1:500(класс В), 1:250(класс Б, Б2), высокий класс точности во всем диапазоне, стабильность характеристик в ходе эксплуатации.

- Возможность продолжительной работы в тяжелых условиях (повышенная влажность, вибрации, высокая температура), высокая ремонтопригодность.

- Установка как на горизонтальных, так и на вертикальных участках трубопроводов.

- Малая длина прямых участков трубопровода (2Ду до и после преобразователя).

- Отсутствие у преобразователей расхода дополнительного гидравлического сопротивления потоку.

- Низкая восприимчивость к изменению физико-химических свойств измеряемой среды.

- Отсутствие температурной погрешности измерения расходов.

Рисунок 2.6 - Расходомер Мастерфлоу D25 B

Эксплуатационные характеристики

- Температура окружающего воздуха, от -10°С до +50°С;

- Относительная влажность воздуха, не более 95%;

- Напряженность переменного, частотой 50 Гц внешнего магнитного поля, не более, 400 А/м.

Степень защиты преобразователей IP65 по ГОСТ 14254. Устойчивость к климатическим воздействиям - группа С3 по ГОСТ Р 52931. Устойчивость к механическим воздействиям - вибропрочное и виброустойчивое исполнение группы N1 по ГОСТ Р 52931.



2.3 Описание схемы автоматизации

Контроллер может быть использован одновременно для работы с различными типами датчиков - термометрами сопротивления, термопарами и т.п. При этом несущественно, к какому из входов контроллера будет подключен датчик того или иного типа, так как все входы контроллера идентичны и универсальны.

Для контроля состояния внешнего оборудования, диагностики работоспособности системы, а также подключения внешних устройств управления состоянием контроллера предусмотрены восемь дискретных входов (С1...С8), предназначенных для подключения контактных датчиков типа «сухой контакт». В данной модификации задействовано 5 дискретных входов (С4.С8).

В качестве датчиков типа «сухой контакт» могут быть использованы датчики с выходом «сухой контакт», а также различные выключатели, кнопки, концевые выключатели, контакты реле и т.д.

Для каждого дискретного входа в зависимости от типа подключенного к нему датчика (нормально замкнутый или нормально разомкнутый) пользователь задает логику его обработки в соответствующем разряде параметра «Логика Дискр.Вх».

Сигналы формируются в результате подачи напряжения на соответствующий дискретный вход.

При плавном регулировании параметров объектов, для управления режимами работы контуров и индикации направления движения регулирующих органов, используется плата индикации, которая устанавливается на передней панели шкафа.

Данная система управления является децентрализованной. Такие системы более гибкие, у них выше производительность из-за разделения функций между управляющими устройствами и выше возможность наращивания ресурсов по сравнению с централизованными системами управления.

Децентрализованный принцип управления обеспечивает возможность реализации на нижнем уровне задач сбора и первичной обработки информации, регулирования технологических параметров, логического управления технологическими операциями, а на верхнем уровне - задач оптимизации, расчет технико-экономических показателей управляемых процессов, накопления и документирования информации. В зависимости от конфигурации объекта, могут быть использованы модули различных модификаций. Количество применяемых модулей определяется характеристиками данного объекта.

Конструктивно модули выполнены на базе стандартных корпусов, предназначенных для монтажа на DEN-рейку. Подключение внешних цепей осуществляется с помощью разъемов с соединением «под винт», вынесенных через отверстия корпуса на верхнюю и нижнюю часть модуля. Маркировка разъемов нанесена на корпус модуля.

Модуль процессора (головной модуль) состоит из двух печатных плат, расположенных друг над другом. На верхней плате установлен процессор, графический индикатор, разъем для пленочной клавиатуры, которая вынесена на верхнюю часть корпуса модуля.

Нижняя плата содержит элементы дискретных входов и выходов, перемычки для их конфигурирования, элементы интерфейсов RS-485, аналоговые входы и перемычки для их конфигурирования.

Разработка структурной схемы управления

Решаемые цели и задачи скомпоновали облик современных систем управления в виде иерархической структуры, которую упрощенно можно описать следующим образом.

Нижний уровень (уровень регулирования) представляет собой сочетание датчиков и исполнительных механизмов, необходимых для выполнения задач регулирования. Эти элементы объединяются информационными потоками с центральным звеном - контроллером, принимающим сигналы от датчиков и выдающим управляющие сигналы соответствующим исполнительным механизмам.

Логика работы контроллера закладывается либо на этапе производства (жестко прошитые контроллеры), либо на этапе проектирования и наладки системы управления (свободно программируемые контроллеры). Последний вариант более универсален и предпочтителен в силу своей гибкости.

Примененный комплект автоматики реализует цели и задачи регулирования в полной мере, соответствуя строгим требованиям, предъявляемым к современным системам управления. Несмотря на это, не стоит забывать о том, что максимальная отдача от введения автоматики возможна лишь при объединении всех инженерных систем здания в единое информационное пространство.

2.4 Описание схемы сигнализации

Схема сигнализации предназначена для оповещения звуковыми и световыми сигналами оператора о возникновении аварийной ситуации либо нарушении заданных параметров технологического процесса. Представленная на формате схема контролирует следующие параметры:

- Падение уровня жидкости в емкости;

- Превышение температуры в емкости;

- Погасание пламени;

Контроль данных показателей организован при помощи соответствующих датчиков ST1, SL1, SB1. Контроль напряжения питания осуществляется по индикатору HL. Включение схемы происходит путем нажатия клавиши SB1. После этого происходит включение электромагнитного реле К1. Это приводит к замыканию контактов данного реле : К1.1, K1,2, K1.3. K1.1 подает питание на звонок, который будет срабатывать при возникновении аварийной ситуации.

K1.2 совместно с клавишей SB2 выполняют функции контроля системы сигнализации. K1.3 подает питание на соответствующие цепи датчиков, контролируемых параметров.

Рассмотрим действие сигнализации на примере датчика контроля уровня - SL1. После замыкания контакта K1.3 подается питание на цепь SL1-VD2. Данная цепь будет оставаться разомкнутой до включения датчика SL1. После этого произойдет включение реле K2 и, соответственно, замыкание /размыкание контактов K2.1-K2.3. Контакты K2.3 замыкает питание реле на фазу и работает как триггер - после включения сигнализация будет работать до размыкания контактов датчика SL1, либо до прекращения подачи питания. Переключение контакта К2.2 приводит к включению сигнальной лампы HL1.

Работа схемы по остальным каналам аналогична рассмотренному выше примеру. При срабатывании реле К2 или К4 происходит размыкание контактов реле УА, отвечающего за аварийную отсечку газа. Также это может быть выполнено при помощи клавиши SB3.



3. ?????? ????????? ??????????

3.1 Расчет регулирующего органа

Произведем расчет параметров работы сужающего устройства.

Исходные данные для расчета:

Среда теплоносителя - вода;

Давление теплоносителя перед сужающим устройством

Барометрическое давление - ;

Объемный максимальный расход среды теплоносителя -;

Объемный миниимальный расход среды теплоносителя -;

Материал трубопровода - сталь марки СТ20

Определение исходных данных расчета.

1. Температура теплоносителя перед диафрагмой

2. Абсолютное давление перед диафрагмой:

3. Поправочный множитель на тепловое расширение трубопровода:



4. Внутренний диаметр трубопровода перед диафрагмой:

5. Динамическая вязкость теплоносителя в рабочих условиях. Используя исходные данные, по рисунку 3 [1] определяем динамическую вязкость теплоносителя µ в рабочих условиях:

6. Используя исходные данные по таблице 2 [1], определяем плотность теплоносителя в рабочих условиях:

7. Определение вспомогательной величины .Значение определяем по формуле:

8. Определение приближенного значения модуля . Приближенное значение модуля m определяем при помощи рисунка 15 [1]: .

9. Определение среднего поправочного множителя на расширение среды Для воды .

10. Определение числа Рейнольдса.

,



Коэффициент расширения струи:

Коэффициент расхода определяется по известным параметрам :

Перепад давления на диафрагме:

Определим вспомогательную величину:

Оценим относительное отклонение:

Минимальное значение числа Рейнольдса:

Наименьшее допустимое число Рейнольдса:

Поскольку , то следовательно условие выполняется.

Диаметр отверстия диафрагмы:

Проверка расчетного значения расхода:

Определим относительное отклонение:

Поскольку то расчёт произведен верно.

По результатам расчета выбираем измеритель разности давлений - дифманометр Метран 43Ф-ДД-3435-02

3.2 Расчет контура регулирования системы

Основной задачей проектируемой системы управления является поддержание требуемого уровня температуры в системе теплоснабжения.

Для изменения температуры в трубопроводе, необходимо управлять положением заслонки клапана подачи газа. Для определения вида переходного процесса изменения давления, составим схему системы регулирования[2]. Данная схема представлена на рисунке 3.1:



Рисунок 3.1- Структурная схема объекта управления

ПЛК - программируемый логический контроллер; ИП - измерительный преобразователь.

ИП представляет собой датчик температуры.

В качестве датчиков давления в данном проекте используются преобразователи Метран 276, передаточную функцию которого, для приближенного расчета, можно описать как инерционное звено:

где: k_ИП - коэффициент усиления ИП, примем равным 1.

Т_ИП - постоянная времени измерительного преобразователя.

Значение Т_ИП определим технических параметров преобразователя Метран 276[33]:

Время задержки измерения давления т.е. время переходного процесса, то есть время за которое значение сигнала на выходе инерционного звена достигнет выходного значения не превышает ;

Постоянная времени постоянная времени инерционного звена ;

Общее время задержки датчика в этом случае равно:



Коэффициент преобразования k_дд определим, исходя из условий, что минимальной температуре Т_min = 0⁰С соответствует выходной сигнал датчика Y_min = 4 мA (0,004 А), а максимальному - соответствует выходной сигнал датчика Y_max = 20 мA (0,02 А):

.

Учитывая найденное значение , запишем передаточную функцию для измерительного преобразователя:

.

Заслонка описывается так же колебательным звеном с передаточной функцией:

где: - коэффициент усиления заслонки;

, - постоянная времени заслонки, примем звено с постоянными времени Т_1кл = 0,28 с; иТ_2кл = 0,45 с.,

Коэффициент усиления заслонки k_З, определим, исходя из условий:

.

Тогда, подставляя в формулу конкретные значения, получаем

В качестве регулятора выбран ПИД-регулятор, для настройки которого требуется задание трех параметров: коэффициента усиления пропорционального канала k_п, коэффициента усиления интегрального канала k_и и коэффициента усиления дифференциального канала k_д. Дискретное звено учитывает дискретность времени, с которым ПЛК выдает управляющие команды в порты вывода[12]. Период квантования для входных сигналов в системе управления будет отличаться от периода квантования для выходных сигналов. Входные сигналы с портов ввода, будут считываться каждый программный цикл ПЛК, а выходные сигналы на портах вывода будут меняться при переполнении внутреннего таймера-счетчика каждый период Т_ТС, который можно настроить программным путем. Если учесть, что период переполнения внутреннего таймера-счетчика намного превышает период выполнения программы, то можно считать, что считывание информации с портов ввода представляет собой непрерывный процесс[1].

Звено промышленного логического контроллера можно представить в следующем виде :

,

где неизвестными параметрами, определяемыми в результате настройки регулятора являются:

, .

Функциональная схема САР контура управления имеет вид (рисунок 3.2)

Рисунок 3.2 - Функциональная схема управления температурой теплоносителя

После соответствующих структурных преобразований схема примет следующий вид(Рисунок 3.3)

Рисунок 3.3 - Структурная схема после преобразования

Для определения характера переходного процесса и выбора коэффициентов усиления регулятора для исследуемого объекта, воспользуемся программой MathLAB Simulink[2].

Представим исследуемую САР в виде совокупности типовых звеньев:

Рисунок 3.4 - Модель исследуемой системы в MathLAB

Снижая отрицательные моменты от влияния колебательной характеристики заслонки на качество управления системы регулирования, выберем параметры заслонки, равные параметрам

; .

Принимаем коэффициент усиления интегрального канала регулятора равным Kи =1 , и соответственно остальные коэфициенты: Kп = 0,45; Kд = 0,0783.

График переходного процесса с данными параметрами представлен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - График переходного процесса исследуемой САР

Из представленного на рисунке 3.5 графика можно сделать следующие выводы:

- Исследуемый объект устойчив, так как переходный - сходящийся;

- Характер переходного процесса - апериодический;

- Длительность переходного процесса составляет 3,47 сек.

Логарифмические частотные характеристики L₁() и ₁() исследуемой модели при исходных настройках регулятора показаны на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Логарифмические частотные исследуемой модели при исходных настройках регулятора

По данному графику можно сделать вывод, что:

- поскольку частота среза меньше частоты фазового сдвига, т.е. щ_с<щ_р, то система устойчива по критерию Найквиста;

- частота среза щ_с лежит на участке с наклоном -20 дБ/дек;

- запас устойчивости системы по фазе ц_з = 92;

Таким образом, считаем, что система удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к устойчивости и быстродействию



4. ????????????? ???????????

Проблема обеспечения безопасности, сохранения жизни и здоровья человека в различных сферах его деятельности становится все более острой. Противоречивость научно-технического прогресса состоит в том, что наряду с бесспорными благами он может приносить и неисчислимые бедствия, связанные с аварийностью и травмоопасностью производства, загрязнением окружающей природной среды, ухудшением состояния здоровья населения и увеличением риска гибели людей.

Таким образом, решение проблем безопасности человека в условиях современного производства и взаимодействия его с техносферой имеет важнейшее социально-экономической значение. Выполнение данного раздела имеет целью систематизацию и закрепление знаний, развитие навыков самостоятельного решения инженерных задач по проблемам, связанным с обеспечением безопасности труда, охраной окружающей среды и защитой от чрезвычайных ситуаций.

Решение указанных задач должно обеспечить предпосылки для создания качественно новых интеллектуальных систем обеспечения автоматизации процессов направления.

В проектируемой системе безопасность и надежность системы обеспечивается наличием дополнительных функций, таких как контроль за повышением уровня угарного и природного газа в воздухе. Также в системе реализованы функции сигнализации и функция перекрытия газовой магистрали при обнаружении повышенной концентрации газа в воздухе. Система позволяет производить постоянный контроль и мониторинг состояния посредством пульта управления, расположенного в диспетчерской.

Экологическая безопасность и охрана окружающей среды

Предприятие ТЭЦ размещено, на землях, непригодных для сельского хозяйства. Вблизи предприятия присутствуют источники водоснабжения, участков, загрязненных отходами и мест возможного. Рельеф местности способствует естественному проветриванию площади. Производство расположено с подветренной стороны относительно жилой застройки.

Процесс сжигания различного вида топлива в котлоагрегатах сопровождается выделением, помимо большого количества тепловой энергии, также и большим количеством вредных веществ.

При нагреве и сжигании топлива происходит выделение сернистого ангидрида, оксида углерода, диоксида азота. В отходящих газах присутствуют пыль и сажа.

Расчет выбросов оксида углерода в единицу времени (т/год, г/с) выполняется по формуле:

МСО = 0,001? ССО?В?(1 - )

где В - расход топлива (т/год, г/с,);

ССО - выход оксида углерода при сжигании топлива (кг/т. кг/тыс. м3 топлива) - рассчитывается по формуле

ССО = 0,5 - низшая теплота сгорания натурального топлива МДж/кг.

q4 - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Так как выброс СО составляет 12,75 г/ч., то

МСО = 12,75* *3600*250*8/3600=0,0014 т/г

Разовый выброс (г/с) определяется в соответствии с формулой = 0,003 г/с.

При нагреве деталей в электрических печах и ТВЧ выделяется незначительное количество оксида углерода (за счет сгорания загрязнений в осадке), которое при расчетах выбросов не учитывается. При ковке а также при закалке деталей в водяных баках загрязняющие вещества не выделяются.

Нагрев деталей в соляных ваннах сопровождается незначительными выделениями аэрозоля расплава солей.

Образование угарного газа

Угарный газ может образовываться в условиях многих ситуаций. Работникам следует знать, что нужно делать, если возникла ситуация, которая может привести к образованию угарного газа и возникновения массового отравления. Довольно часто при несоблюдении правил пожарной безопасности возникают очаги выделения угарного газа. Это наблюдается при возгорании легковоспламеняющихся материалов и попытке их потушить. Именно тогда выделяются дымовые порции угарного газа. Угарный газ имеет очень высокую способность к связыванию с клетками крови, а именно гемоглобином, блокируя тем самым работу клеток крови и перенос в мозговые клетки свободного кислорода.

На рассматриваемом сборочном цехе образование угарного газа возможно при выходе из строя системы вентиляции или системы отопления цеха в цело либо же отдельных отопительных приборов.

Утечка природного газа

Газоопасными считаются те работы, которые производятся в загазованной среде или при которых возможен выход горючего газа из газопроводов, сосудов и агрегатов, в результате чего может произойти отравление людей, взрыв или воспламенение газа. Так как отопление рассматриваемого цеха организована на основе природного газа, то возникает опасность утечки природного газа

Экологичность проекта

Оценка влияния измерительных приборов на экологию состоит в анализе вредных факторов, проявляющихся в процессе ее работы или ее эксплуатации техническим и летным персоналом, неблагоприятно воздействующих на окружающую среду.

В процессе эксплуатации системы возможен выход из строя отдельных элементов принципиальной схемы. Это требует их замены и утилизации отказавшего оборудования или его элементов, что может привести к дополнительному загрязнению внешней среды. В настоящее время одним из путей борьбы с загрязнением окружающей среды является создание производства с замкнутым технологическим циклом на основе комбинирования производств различных отраслей народного хозяйства. Этот путь организации производства предполагает использование отходов (например, вышедших из строя микросхем, резисторов, конденсаторов и других элементов) в качестве сырья для другого производства. В настоящее время с помощью новых технологических процессов вышедшие из строя элементы РЭО перерабатываются и используются далее для других технологических процессов.

Вопросы охраны окружающей среды регламентируются «Системой стандартов в области охраны природы», направленной на обеспечение комплексной регламентации воздействия основных отраслей народного хозяйства на окружающую среду.

Из проведенного анализа следует, что при изготовлении устройства контроля необходимо:

- исключить попадание агрессивных и вредных веществ на человека, для чего травление плат производится в хорошо проветриваемом помещении.

- пайку и лужение дорожек печатных плат производить в хорошо проветриваемых помещениях.

- отходы материалов, используемых в процессе изготовления, накапливать в специально отведенных для этого местах.



?????? ?????????????? ??????????

1. Миронов К.А., Шипетин Л.И. Теплотехнические измерительные приборы. Справочные материалы. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной и судостроительной литературы. - 1954.- 498 с.

2. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим про-цессом, экспериментом, оборудованием. -- М. : Горячая линия -- Телеком, 2008. - 608 с.

3. Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП - Каталог №6/2006. Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов АПК и ЖКХ: Учебник для вузов. - СПб.: Политехника, 2001. - 423 с.: ил.

4. Производственный менеджмент: Учебник для вузов / Ред. С.Д. Ильенкова. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.  - 583 с.

5. Федотов А. В. Составление технического задания: Метод. указания. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1999. - 24 с.

6. Федотов А.В. Алгоритмизация технологических процессов механической обработки при построении АСУ ТП: Учебное пособие. Омск, ОмПИ, 1984. - 44 с.

7. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.: ил.

8. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1999.-464с.:ил.

9. Безопасность производственных процессов: Справочник/Под ред. С.В. Белова. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

10. Микропроцессорное устройство управления ИТП ОВЕН ТРМ136 Техническое описание АГСФ.421455.001ТО /Редакция 7.18/ 2011

11. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справочник, под ред. А.Н. Баратова, М., 1987. А.Н. Боратов.

12. СНиП 3.05.07-85 «Системы автоматизации» - М.: Стройиздат, 1986г

13. Феткуллов М. Р. «Экономика систем ТГВ»-Ульяновск, 2007.

14. СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение: Строительные нормы и правила. М., 2011.

15. СанПиН 2.2.2.542-96. Нормы для операторов ЭВМ. Санитарные правила. М.: Информ.-изд. центр Минздрава России, 1997.

16. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности: Нормы пожарной безопасности. М., 2004.

17. ГОСТ 12.1.006-84. Электромагнитные излучения. М.: Изд-во стандартов, 1985.

18. ГОСТ 12.1.002-84. Электрический ток. М.: Изд-во стандартов, 1985

Размещено на Allbest.ru

...