Автоматизація процесу отримання сірчистого ангідриду при виробництві сірчаної кислоти

ЗМІСТ

Введення

1 Основна частина

1.1 Технологічний процес отримання сірчистого ангідриду при виробництві сірчаної кислоти

1.1.1 Таблиця режимних і рецептурних параметрів

1.1.2 Характеристики основного обладнання

2 Опис функціональної схеми автоматизації

3 Синтез і аналіз автоматичної системи регулювання температури

3.1 Огляд та вибір методів вимірювання температури сірчистого ангідриду

3.2 Отримання та математичного опису об'єкта

4 Розрахунок надійності

5 Обгрунтування вибору засобів автоматизації

Висновок

Список використаної літератури

ВСТУП

Автоматизація - одна з провідних галузей науки і техніки, розвивається особливо динамічно, вона проникає в усі сфери людської діяльності. Автоматизація якісно змінює характер праці робітників. У цехах з автоматизованим виробництвом головною фігурою стає фахівець нової формації - оператор, програміст, робітники інших, раніше не існували професій.

Протягом кількох десятиліть під автоматикою малося на увазі перш за все виконання без участі людини, деяких дій, однозначно пов'язують причину і наслідок.

Сутність сучасного етапу розвитку автоматизації можна було б коротко охарактеризувати як перехід від автоматизації «дій» до автоматизації «прийняття рішень», тобто перехід від так званої циклової (що забезпечує виконання повторюваних дій) автоматики та автоматичної стабілізації технологічного режиму до використання засобів, що забезпечують оптимізацію процесів , до здійснення органічного зв'язку основного виробничого обладнання з автоматикою.

У кожному виробничому процесі, поряд з «речовими потоками», існують абсолютно інші потоки, які називають «інформаційними». Вони являють собою деяку первинну інформацію про хід виробничого процесу і кодами для контролю і управління. Ця інформація передасть і на відповідні пункти управління (операторська, диспетчерська), де піддаються обробці і використовуються при прийняттях рішень при управлінні процесом.

Автоматичне регулювання технологічних процесів на різних підприємствах дозволяє отримати високу продуктивність при найменших виробничих витратах і високій якості продуктів. Проте системи автоматичного регулювання виявляється недостатньо ефективними, якщо вони спроектовані тільки на підставі загальних положень теорем автоматичного регулювання. Для найбільш ефективної роботи таких систем їх необхідно проектувати з урахуванням особливостей технологічних процесів, для яких вони призначені.

Досить часто системи, автоматично розроблені безпосередньо на підприємствах, працюють цілком задовільно. Це вказує, з одного боку - на те, що успішне проектування систем автоматики іноді виконується без застосування дуже складного матеріального апарату. Таке становище пояснюється наявністю простих правил встановлення та налагодження автоматичних регуляторів.

В даний час поряд вчених у різних лабораторіях і університетах створено більш прогресивні принципи проектування систем автоматичного регулювання. Однак пропоновані ними методи зазвичай не реалізуються повністю, якщо в розробці систем не беруть участь люди, які повинні їх експлуатувати. Проблеми, пов'язані з автоматичним регулюванням технологічних процесів, як правило, виникають на заводі, тому повинні вирішуватися на самому заводі. До тих пір, поки проектувальники систем автоматичного регулювання та експлуатаційники не будуть пов'язані між собою, їх загальні проблеми залишаться не вирішеними. Не дивлячись на те, що вирішення завдань автоматичного регулювання можливо математичним методом, ці ж завдання наближено можуть бути вирішені шляхом досить не складних прийомів. Таким чином, управління високого порядку швидкодіючі обчислювальні машини доцільно застосовувати лише там, де більш простими методами вирішити завдання не вдається.

Блискуче розроблені загальні положення про системи автоматичного регулювання, а так само математичний опис процесу регулювання самі по собі ніякої цінності не представляли. Системи автоматичного регулювання повинні враховувати властивості технологічного процесу з метою забезпечення оптимального протікання процесу.

З глибоко знання технологічного процесу, система регулювання не може бути спроектована кваліфіковано. Для автоматичного регулювання необхідно максимально знати вимоги, які пред'являються різним хіміко-технологічним процесом.

1.Основная частина

1. Технологічний процес отримання сірчаного ангідриду при отриманні сірчаної кислоти.

Виробництво сірчаної кислоти контактним способом складається з наступних дій:

1. Розвантаження, складування і підготовка сировини до випалу, випал сірки.

2. Утилізація тепла випалу.

3. Мокра очищення випалювальних газів.

4. Сушіння газів.

5. Окислення сірчистого ангідриду на ванадієвої каталізаторі.

6. Абсорбція сірчаного ангідриду.

7. Складування і транспорт кислоти.

8. очищення газів, що відходять сірчано-кислого виробництва.

9. Розкладання солей обіцяє-бісульфіта амонію наступною нейтралізацією сульфіду амонію.

Сировиною для виробництва сірчаної кислоти контактним способом є комове сірка, яка надходить на підприємства залізничних піввагонів.

Піввагони з комової сірої подаються тепловозів на підвищений шлях. Вивантажена сірка забирається штабеля складу грейферним краном (поз. 12). Звільнені від сірки напіввагони подаються маневровим пристроєм (поз. 13) на ділянку промивання вагонів.

З складу під навісом сірка занурюється грейферним краном (поз. 12) у бункер (поз. 1б) з решіткою 100 - 100 мм далі стрічковим конвеєром (поз. 2б, 8а, 21), подається у прийомні бункера (поз. 23), пічного відділення. Над конвеєром (поз.2б) встановлена ​​електромагнітна шайба для видалення

металевих предметів.

Описана схема подачі сірки пічне відділення є основною. В аварійній ситуації, при тривалому ремонті грейферного крана подача сірки в пічне відділення здійснюється за старою схемою. З штабеля складу комове сірка грейферним екскаватором вантажиться в авто машини і перевозиться до бункера (поз. 1а), завантажується в нього з гратами 100 - 100мм і далі по транспортерної лінії, що складається з системи стрічкових і гвинтових конвеєрів (поз. 2а, 3а, 8а , 21) подається в прийомні бункера (поз.23).

Внутрішня поверхня бункерів (поз 1а, 1б, 23) обкладена дюралюмінію для виключення іскроутворення. З метою гарантованого змочування сірки при транспортуванні і пересипанню на трубопроводах води (поз. 3а) встановлені струменеві реле потоку типу РС2 - ЦНІ11. Подача води на зрошування сірки в бункерах проводиться автоматично від реле протоки.

Для усунення пилення сірки виробляється її зволоження. Схема зволоження складається з циліндричної ємності V = 2м3 (поз.113) в машинному залі відділення випалу, водяного насоса (поз. 114) і системами трубопроводів з відводами по яких вода проходить замкнутий цикл: від ємності машинного залу піднімається до позначки +15 м, проходить вздовж живильників (поз. 24), близько бункера (поз. 24/20) піднімається до позначки +19 м, проходить по галереї вздовж стрічкового транспортера (поз. 2а), піднімається на естакаду біля бункера (поз.1) і повертається в ємність.

Улітку при завантаженні сірки в бункера (поз.1, 1б) проводиться постійне зволоження дрібнодисперсного водою; в осінньо - зимовий період, коли проводиться природне зволоження сірки - періодично, при вмісті вологи в сірці менше 1%.

У ємність (поз. 113) надходить вода після охолодження підшипників нагнітачів Е - 400 - 12 (поз.102). У разі недостатньої кількості

відпрацьованої води використовується технічна вода, яка подається додатковим насосом (поз.114а) У місткості передбачено автоматичне регулювання води. Надлишки води відводяться у водооборотних цикл. В аварійних ситуаціях надлишки води в промивної - зливову каналізацію.

Днищем бункера (поз.23) є стрічковий живильник (поз.24), який подає сірку в піч (поз.101). Рух газів в печі відбувається під дією розрідження, створюваного нагнітачем Е - 1700 - 2 (поз.402), розташованого в кислотному відділенні. Під газорозподільну грати печі повітродувкою Е - 400 - 12 (поз.102) подається атмосферне повітря. Регулювання подачі сірки в піч виробляється зміною швидкості руху стрічки живильника з допомогою двигуна постійного струму зі змінним числом обертів.

Розподіл продукту за печей здійснюється з допомогою засувок, встановлених безпосередньо пересувної піччю.

Кількість подається продукту регулюється шляхом підтримання розрядження перед димососом ДН-17 НЖ.

Один димосос подає газ в загальний колектор для печей 1, 2, 3, другий-в колектор для печей № 4, 5; третій в колектор для печей № 6 - 10.

Для розігріву печі встановлені 2 форсунки (поз. 103), що працюють на дизельному паливі, яке подається по трубопроводах насосом з ємності складу ПММ. Розпилення дизельного палива у форсунках відбувається стисненим повітрям тиск 200-300 кПа з повітряної колектора.

Піч розігрівається дизельним паливом до 100С. При досягненні цієї температури починається завантаження сірки в піч. Після спалаху сірки форсунки гасяться і подальший прогрів надходить сірки відбувається теплом, що виділяється палаючої сірки. Процес горіння сірки протікає за реакцією:

S + O 2 = SO 2 + Q кал.

У печі незначна частина сірчистого ангідриду окислюється в сірчаний по реакції:

2 SO 2 + O 2 = 2 SO 3

Вміст сірчаного ангідриду у випалювальних газі становить 0.1-0.4% об'ємних газ виходить з печі з температурою 750 - 1050С, надходить на охолодження в котли утилізатори типу ВТКУ-13/40 і ДМКУ -10/40 (поз. 104) відповідно з природною циркуляцією, де охолоджується до 300 - 450С. Котли - утилізатори харчуються хімічно отчіщенние водою. Хімічно отчіщенние вода надходить у пічне відділення з котельного цеху з температурою 20 - 30С. Далі надходить в деаератор (поз. 106), в якому відбувається виділення з неї кисню і вуглекислого газу. З деаератора (поз. 106) насоса (поз. 105) живильна вода подається в барабани котлів-утилізаторів (поз. 104). Барабан має сепаруючий пристрій для безперервної продувки котла. Нормальний рівень води в барабані знаходиться по осі барабана безперервна і періодична продувки котлів служать для підтримки нормального водно-хімічного режиму котлів.

Котлова вода безупинна продувки котлів надходить у сепаратор, в якому відбувається відділення пари від води за рахунок розширення котлової води. Пара поступає в деаератори, вода зливається в барбатером. Котлова вода періодичної продувки надходить в барбатер, де охолоджується технічною водою і зливається в каналізацію. Вироблюваний котлами-утилізаторами пару з температурою 249С під тиском 3.9 МПа подається на

Таблиця 1

Норми технологічного режиму

1.1.2. Характеристики основного обладнання

1. Піч випалу сірки, поз. 106

Пекти має циліндричну форму з розширенням у верхній частині. Загальний обсяг печі 222мз. Конус шахти печі сталевий, всередині футерований вогнетривкою цеглою. Днище у чотирьох секторах залито вогнетривким бетоном, у двох секторах, що прилягає до завантажувача сірки, знаходяться цільові сопла, через які подається повітря. У центрі склепіння печі знаходиться газохід, відвідний випалювальних газ в котел утилізатор. Піч зовнішній частині має діаметр 4,75 м, у верхній частині (сепараційні простір) - 6,2 м. Продуктивність печі до 4 т. Сірки в годину.

2. Котел - утилізатор ДМКУ - 13/40, ДМКУ - 10/40, поз. 104.

Котел - утилізатор оснащений природною циркуляцією, футерований шамотним цеглою, теплоізольований мінеральною ватою. Котел складається з газотрубних секцій і барабана. Охолодження газу відбувається в 24 випарних секціях котла ДМКУ - 13/40 і 15 випарних секціях котла ДМКУ - 10/40. Газотрубна секція складається з двох колекторів (вхідного і вихідного), з'єднаних по воді вертикальними трубками. Вертикальні трубки подвійні (труба в трубі). Через внутрішню трубу діаметром 102 * 6 мм проходить випалювальних газ, в межтрубном просторі - парова емульсія. Пройшовши газотрубних секції, випалювальних газ - має напрямок знизу, вгору по футерованной газоходу, спрямовується на мокру очистку. Барабан котла - горизонтальний циліндр V = 12 мз, обладнаний чотирма водовказівні колонами, люком, штуцерами для підведення живильної води, відводу пари, установки манометра, підключення приладів для виміру рівня життя та тиску.

Пара з барабана збирається в колектор і з температурою 249 С відводиться по трубопроводу діаметром 108 * 4 мм до загального паропроводу діаметром 159 * 7 мм. Низько розташовані частини трубопроводів котла і

барабана мають штуцера з арматурою, що служить для періодичного виведення з циркуляційної системи котла (продувки), котельна вода з великим вмістом солей з барабана котла по трубопроводу безперервної продувки через регулюючий голчастий вентиль поступає в сепаратор безперервної продувки.

3. Сепаратор безперервної продувки.

Являє собою циліндричну посудину ємністю 1.5м 3. У верхній частині має жалюзійні пристрій для видалення пари з крапель води. Робочий тиск 700кПа. Парі з сепаратора використовується на власні потреби.

4. Котельне, (поз. 106).

Складається з деаераторної колонки продуктивністю 100т/час і акумуляторного бака ємністю 500М 3. Деаераторна колонка - вертикальний циліндр діаметром 1500мм і висотою 2000мм, приварений до акумуляторної баку. Усередині колонки розташоване водорозподільні пристрій, в який подається хімічно отчіщенние вода. Пара поступає через парораспределітельное пристрій в низу колонки. Піднімаючись вгору, він нагріває надходить в деаератор воду, сам при цьому конденсується. Деаераторна вода збирається в акумуляторному баці, горизонтальному циліндричній посудині 3250 * 8170 * 8мм.

5. Збірник конденсату.

Це горизонтальний циліндричний посудину ємністю 40М 3, теплоізольований мінеральною ватою.

6. Насос перегонки конденсату типу 3к - 9.

Відцентровий, консольний, одноступінчатий, з горизонтальним осьовим підводом рідини. Продуктивність - 45М 3 / год, напір 31м водяного стовпа.

7. Ємність для зберігання дизельного палива.

Горизонтальний циліндричний посудину діаметром 2700мм, довжина - 10875мм, V = 50, 67м з

8.Насос самовсмоктувальна - призначений для подачі дизельного палива на технологічні потреби. Продуктивність 20м з / годину, напір 24м водяного стовпа.

Живильні насоси - двох типів: вітчизняний ПЕ - 65 - 56 і насос польського виробництва 80 VS 8.

Насос ПЕ - 65 - 56 відцентровий, секційний, горизонтальний, однокорпусний, 8 - ступінчастий; продуктивність 65 м з / год, напір 580 м водяного стовпа.

Насос 80 VS 8 - лопатевої багатоступінчастий з послідовно розташованими одноструминних радіальними робочими колесами. Марка насоса позначає: 8 - ступінчастий насос з діаметром штуцера нагнітання 80 мм.

10.Димосос CHS - 100, поз. 110.

Продуктивність 100000 м з / год. Напір 200 м водяного стовпа.

11.Воздуходувкі типу Е - 400 12 - 2м, Е - 400 12 - 3, поз. 102. Має привід від електродвигуна 250 кВт зі швидкістю обертання 2940 об. / хв., Натиском 1900мм водяного стовпа. Корпус виготовлений з чавуну, ротор з високоякісної сталі.

12. Бункери сірки 1а, 1б, 23 - сталеві, всередині обкладені дюралюмінію, для виключення іскроутворення. V = 15 м з. Оснащені форсунками для змочування сірки. Бункери 1а, 1б обладнані гратами 100 * 100 мм.

13. Стрічкові транспортери; поз. 2а - довжина 18,7 м; поз 2б - 10м; поз. 8а - довжина 140м; поз. 21 - довжина 140 м; поз. 24 - стрічковий живильник.

Всі транспортери оснащені стрічкою 2РШ - 800 - 4. гвинтовий конвеєр поз. 3а - довжина 5м. Транспортери огороджені по всій довжині, включаючи барабани.

14. Грейферний кран поз. 12. Вантажопідйомність - 16 т, проліт - 28,5 м, ємність грейфера - 3м 3.

N 1 - 70кВт, n = 735 o б / хв.

N 2 - 10 кВт, n = 945 o б / хв.

N 3 - 35кВт, n = 730 o б / хв.

15. Маневрове пристрій (поз. 13) швидкість руху 0.14м/сек або 0.5 км / год, N = 7.5кВт, n = 1000

2.Опісаніе функціональної схеми автоматизації.

Для автоматичної підтримки та контролю режимів роботи печі випалу сірки необхідно її оснастити контрольно вимірювальною апаратурою та автоматикою:

- Вимірювальні (первинні) прилади;

- Перетворювачі в уніфікований електричний сигнал;

- Мікроконтролер;

- Магнітні реверсивні пускачі;

- Виконавчі механізми.

Система регулювання передбачає:

- Дистанційне керування кожним регулюючим органом;

- Автоматична підтримка заданих технологічних параметрів;

- Ручна зміна завдань.

Система автоматизації процесу отримання сірчаного ангідриду передбачає наступні контуру управління:

- Підтримання температури газу, що виходить на рівні 1050С;

- Підтримка витрати повітря.

Вхідним параметром ділянки випалювання сірки є кількість сірки подається стрічковим транспортером (поз. 24) у піч (поз. 101). У печі сірки згорає, виділяючи газ SO 2, і теплоту Q. Тому що температура газу, що виходить з печі недолжна перевищувати 1055С вибирається датчик термопара «ТХА -8». У зв'язку з тим що значення температури необхідно ввести в

мікроконтроллер необхідний нормуючий перетворювач «БУТ-10». На виході нормує перетворювача уніфікований струмовий сигнал (від 0 до 5 мА). Вихідний сигнал перетворювача безпосередньо передається на вхід мікроконтролера. Інформація про температурі вихідного сірчаного ангідриду мікроконтролером порівнюється із завданням, мікроконтроллер змінює значення струмового виходу (від 0 до 5мА) надходить на вхід магнітного підсилювача. У свою чергу магнітний підсилювач перетворює вхідний сигнал. У постійне напруження, яке надходить на якірну ланцюг двигуна постійного струму. При зміні вхідного сигналу (від 0 до 5 мА) змінюються обертів двигуна (від 30 до 500об/мін). Двигун через редуктор з'єднаний з стрічковим транспортером, що подає сірку в піч, таким чином температура газу, що виходить при постійному потоці повітря залежить від кількості надходить сірки в піч.

Для оптимального протікання технологічного процесу випалу сірчаного ангідриду, необхідно підтримки сірки в печі в зваженому стану в ході окислення сірки, тому необхідно підтримувати постійну різницю тиску на вході і виході з печі (поз. 101); створюваний перепад тисків повітря комової сірки знаходиться в підвішеному стані при проходженні нагнітається повітродувкою (поз. 102), повітряного потоку подається на перетворювач «Сапфір 22 ДД». Його вихідний сигнал (електричний уніфікований сигнал (від 0 до 5 мА)) надходить на вхід мікроконтролера, поточне значення перепаду тиску, створюваного, «киплячому» шаром комової сірки мікроконтроллер порівнює із завданням. Якщо значення перепаду тиску нерівно заданому, мікроконтроллер змінює значення вихідного значення, що надходить на електропневматичний перетворювач «ЕП - 3211». У свою чергу змінюється вихідне значення тиску на виході електропневматичного перетворювача «ЕП - 3211» подається на пневматичний

виконавчий механізм «ПСПТ - 1». ВІН встановлений на повітроводі по якому в піч надходить атмосферне повітря. Зміна значення тиску на вході «ПЕП - Т - 1» призведе зміни положення регулюючого органу (шибера) і як наслідок змінюється витрата повітря. У наслідок того буде скомпенсировано відхилення перепаду тиску в печі від завдання.

Так само для повної інформації про об'єкт необхідно, ввести в мікроконтроллер поточне значення витрати повітря, що подається на окислення в піч випалу сірки. Для цього на повітроводі, по якому подається атмосферне повітря, встановлений датчик діафрагма: «ДБ 2.5 - 500». Створюваний перепад тиску діафрагми при проходженні повітряного потоку подається на дифманометр «Сапфір - 22ДД». Його вихідний електрично уніфікований сигнал надходить в мікроконтроллер, де нагадується і передається через стандартний модем на центральну електронно - обчислювальну машину, де поточне значення реєструється і відображається на моніторі.

При роботі повітродувки (поз. 102), відбувається нагрів підшипників ковзання. Перевищення температури масла, що подається під тиском у підшипники ковзанні, вище 80С може призвести до виходу з ладу приводу повітродувки.

3. Синтез і аналіз автоматичної системи регулювання температури.

Процеси хімічної технології (при розгляді її з точки зору завдань управління) зазвичай надають у вигляді динамічних систем, поведінка яких у часі визначення поточними значеннями ряду характерних величин - витрат, що протікають через апарати, речовин їх температури, тиску концентрації і т.д. При нормальному протіканні процесу ці величини мають певні, так звані кількісні значення. У силу ряду зовнішніх причин (зміна складу і витрат тощо) або явищ протікають в самому апараті, зазначені величини можуть відхилятися від номінальних значень. Це призводить до порушення процесу, зниження кількості та якості продукції, інтенсивного зносу устаткування. Щоб процес протікав нормально їм необхідно управляти. Управління - цілеспрямований вплив на об'єкт, що забезпечує його оптимальне функціонування і кількісно оцінюється величиною критерію якості. Критерії можуть мати технологічну або економічну природу.

Розрізняють величини вхідні і вихідні. Під вхідними величинами розуміють: зміна витрати речовини, його складу кількості подаваного тепла, кількості подаваного тепла і т.д. до вихідних величинам відносяться: температура речовини, концентрація, вологість і д.р. Стан об'єкта в кожен момент часу визначається значеннями його вихідних величин.

Під час роботи вихідні величини відхиляються від заданих значень під дією збурень, і виходить неузгодженість між поточними і заданими значеннями вихідних величин об'єкта. Якщо за наявності збурень об'єкт самостійно забезпечує нормальне функціонування, тобто самостійно усуває обурює неузгодженість вихідної величини, то він не потребує в управлінні. Якщо

ж об'єкт не забезпечує виконання умов нормальної роботи, то для нейтралізації впливу збурень на нього чиниться керуючий вплив (вибір за допомогою виконавчого пристрою), таким чином, в процесі управління на об'єкт наносяться, що управляють, які компенсують обурення і забезпечують підтримку нормального режиму його роботи.

Управління може бути ручним або автоматичним. Ручне або автоматичне впливу на хіміко - технологічний об'єкт через через виконавчий пристрій здійснює оператор, який спостерігає за ходом процесу або автоматичний регулятор. Оператор стежить за відхиленнями режиму роботи об'єкта від запланованого і, залежно від цього відхилення впливає на виконавчий пристрій таким чином, щоб процес задовольняв заданим умовам. При автоматичному управлінні, вплив на об'єкт здійснюється спеціальним автоматичним пристроєм в замкнутому контурі; таке з'єднання елементів утворює автоматичну систему управління. Окремим випадком управління є регулювання. Регулюванням називається підтримання вихідних величин об'єкта поблизу необхідних постійних або змінних значень з метою забезпечення нормального режиму його роботи за допомогою подачі на об'єкт керуючих впливів.

Враховуючи переваги і недоліки розглянутих систем автоматичного регулювання та властивості об'єкта (більше запізнювання, вхідні впливи різноманітні і не значні окремо) вибирається система автоматичного регулювання за завданням. Керуючим впливом буде зміна витрати сірки подається на окислення в піч випалу сірки. Збурювальних дій для даного об'єкта є:

- Атмосферний тиск;

- Вологість навколишнього віку;

- Вологість сірки;

- Фракції комової сірки неоднорідні;

- Нестабільність частоти обертання редуктора стрічкового транспортера.

3.1.Обзор і вибір методів вимірювання температури сірчистого ангідриду.

У пристроях для вимірювання температури зазвичай використовують зміна будь - якої фізичної властивості тіла, однозначно залежить від його температури і легко піддається вимірюванню. До властивостей, покладених в основу роботи приладу для вимірювання температури, відносяться об'ємне розширення тіл, зміна тиску речовини в замкнутому об'ємі, виникнення термоелектрорушійної сили, зміна електричного опору провідників і напівпровідників, інтенсивність випромінювання нагрітих тіл і ін

При вимірі температури використовують дві шкали: термодинамічну, засновану на другому законі термодинаміки і міжнародну практичну (МПТШ - 68).

У термодинамічної шкалою температуру позначають символом Т і висловлюють в Кельвіна (К). Одиницею виміру температури (t) в міжнародній практичній шкалою служить градус (С), 1С = 1К.

Кількісно температура в термодинамічної і міжнародної практичної шкалах взято відношенням:

Т (К) = t (C) +273,15

Температуру вимірюють за допомогою термометрів. Залежно від фізичних властивостей, на яких заснована дія приладів для вимірювання

температури розрізняють: манометричні термометри, термометри розширення, термоелектричні термометри, термометри опору та пірометри випромінювання.

Термометри розширення побудовані на принципі зміни об'єму рідини (рідинних) або лінійних розмірів твердих тіл при зміні температури.

Дія рідинних термометрів грунтується на відмінності коефіцієнтів теплового розширення термометричної речовини (ртуть або спирт) і оболонки, в якій воно перебуває (термометричні скло або кварц). Такі термометри застосовуються для місцевих вимірювань в межах від - 190 до 600 С. Їх основні достоїнства - простота і висока точність вимірювання, недоліки - неможливість ремонту, відсутність автоматичного запису і передачі показань на відстань.

Робота біметалічних термометрів заснована на різниці коефіцієнтів теплового розширення твердих тіл, з яких виконані чутливі елементи (Пластина або галактика стрічка, що складається з двох шарів різнорідних металів). Межі вимірювання таких термометрів від -150 до +700 С. Вони використовуються в якості вимірювальних перетворювачів автоматичних систем регулювання.

Дії манометричних термометрів засноване на зміні тиску рідини (рідинні), парорідинних суміші (конденсаційні), або газу (газові), що знаходяться в замкнутому об'ємі, при зміні температури. Вони складаються з чутливого елементу (термобаллон), з'єднувального капіляра і вторинного приладу - манометра. Клас точності манометричних термометрів 1,0 - 2,5. Вони використовуються для дистанційного (до 60 м) вимір температур в межах від - 160 до +600 С. До достоїнств відноситься простота конструкції, обслуговування, можливість дистанційного вимірювання і автоматичного запису показань, до недоліків - невисока точність

вимірювань, невелику відстань дистанційної передачі показань.

Термоелектричні манометри складаються з електричного перетворювача (термопари) дія якого заснована на використанні залежності термоелектрорушійної сили (ТЕДС) термопари від температури робочого спаю, якщо температура вільного спаю постійна, і вторинного приладу. При збільшенні різниці температур між робочим і вільним спаями термопари величина ТЕДС зростає. Найбільшого поширення набули такі типи термоелектричних перетворювачів.

Таблиця термоелектричних перетворювачів і їх характеристики

Для вимірювання ТЕДС в якості вторинних приладів зазвичай застосовують потенціометри або мілівольтметри. У комплексі з ними термоелектричні термометри дозволяють вимірювати та реєструвати температуру з високою точністю і передавати інформацію на відстань.

Термометри опору складаються з термоперетворювача опору, дія якого заснована на використанні залежності електричного опору провідників або напівпровідників від температури і вторинного приладу. Виготовляються металеві та напівпровідникові термометри опору (термістори).

Таблиця термометрів опору та їх характеристики.

В якості вторинних приладів в комплексі з термометрами опору зазвичай застосовують мости і логометри.

Напівпровідникові термометри опору виготовляються з оксидів різних металів з ​​добавками і використовуються для вимірювання температури в межах від - 90 до + 180 С. На відміну від металевих термопар в цих в цих термопарах відбувається експотенціальное зменшення опору при збільшенні температури, завдяки чому вони мають високу чутливість. Проте їх градуювання індивідуальна. Їх використовують як чутливих елементів різних автоматичних пристроїв.

Дія пірометрів випромінювання грунтується на вимірюванні інтенсивності випромінювання нагрітих тіл при зміні температури. До них відносяться: оптичні пірометри (межа вимірювань від 700 до 6000 С); пірометри повного випромінювання (від 100 до 2500 С); пірометри спектрального випромінювання (колірні) - від 1400 до 2800 С.

При вимірі пірометра часткового або повного випромінювання необхідно вводити поправку за неповним випромінювання тіла, температура якого вимірюється (похибка 0,5 - 2,5%).

У хімічних виробництвах найбільшого поширення набули термометри розширення, термоелектричні термометри і термометри опору, вони володіють більшою точністю і меншим часом запізнювання.

Для вимірювання температури газо - повітряної суміші на виході з печі випалу сірки найбільш оптимальним варіантом виміру є термоелектричний перетворювач (термопара «ТХА 8». Вибір обумовлений значенням вимірюваного діапазону (600 - 1055 С), тому що для термоелектричних перетворювачів верхня межа діапазону вимірювань значно вище (600 - 2500 С).

3.2.Полученіе математичного опису об'єкта.

Математичний об'єкт можна описати кількома методами - аналітичний, експериментальний, та аналітично - експериментальний.

Аналітичний метод - полягає у складанні математичного опису об'єкта, при якому знаходять управління статики і динаміки на основі теоретичного синтезу фізичних і хімічних процесів, що протікають об'єктах, і з урахуванням конструкції апаратури і характеристики перероблюваних речовин. При виведенні цих рівнянь використовуються фундаментальні закони збереження речовини та енергії, закономірність процесів хімічних перетворень, перенесення теплоти і маси. Аналітичний метод дозволяє прогнозувати роботу об'єктів в статичному і динамічному режимах, проте виникають труднощі з рішенням і аналізом складаються рівнянь і вимагає спеціальних чисельних значень коефіцієнтів цих рівнянь. Точність математичного опису об'єктів (реакцій) більшою мірою залежить від відомостей спрощують допущенню.

Експериментальний метод - полягає у визначенні характеристик реального об'єкта шляхом постановки спеціального експерименту. Метод досить простий, дозволяє досить просто визначити властивості конкретного об'єкта. Разом із тим він вимагає оснащення досліджуваного об'єкта експериментальної апаратурою та проведення спеціальних досліджень. Цей метод не дозволяє поширити на інші однотипні об'єкти результати дослідження, отримані експериментальним методом.

Експериментально - аналітичний метод - є комбінацією аналітичного та експериментального способів визначення властивостей об'єктів, цей метод враховує їх перевагу й недоліки.

У інженерської практиці властивості промислових об'єктів знайдені аналітичним методом використовується рідко. Пояснюється це великими теоретичними розрахунками, а так само а так само невизначеним вибором базисних параметрів і збурюючих впливів технологічних процесів. Найбільш кращим у цьому питанні є експериментальний метод визначення властивостей об'єкта. З цією метою технологічний об'єкт оснащують апаратурою для нанесення ступеневої вхідного обурення і визначення його відповідної реакції у часі.

Синтез кривої розгону і її апроксимація.

Методика зняття кривої розгону передбачає: клонування і підготовку експерименту, проведення його з метою визначення часових характеристик.

Зняття тимчасових характеристик проводять на реальному об'єкті, оснащеному апаратурою відповідно до схеми наведеної на малюнку.

Структурна схема систем розгону кривої об'єкта.

1 - ПЗ - пульт оператора.

2 - МУ - магнітний підсилювач.

3 - Дв - двигун.

4 - Г - генератор.

5 - ВП 1 - вторинний прилад тахометр електричний.

6 - ЛТ - стрічковий транспортир.

7 - ОБ - досліджуваний об'єкт - піч випалу сірки «КС - 200».

8 - Д - датчик - термопара.

9 - ВП - вторинний прилад «КСП - 3»

Х - витрата сірки, що подається стрічковим транспортером в піч випалу сірки.

У - значення температури сірчистого ангідриду на виході з печі.

При підготовці до експерименту було враховано швидкодію елементів виконавчої арматури.

Спочатку випалу розігрівають дизельним паливом до температури 800 С. Потім завантажують сірку стрічковим транспортером (поз. 24). Подальший нагрів печі виробляється за рахунок виділення тепла гарячої сірки, а форсунки для розпилення дизпалива гасяться. Для зняття розгінної кривої об'єкта необхідно привести об'єкт в рівноважний стан, коли температура досягне значення в межах 950 - 970 С, тахометр, встановлений на

двигуні постійного струму, показує 300 об / хв. Потім потрібно вивести систему з рівноваги, тобто завдати їй керуючий вплив. Для цього на пульті оператора змінюється завдання для магнітного підсилювача (з 300 об / хв до 350 об / хв). Одночасно з цією операцією засікаємо час і починаємо фіксувати значення температури газо - повітряної середовища через рівні проміжки часу, поки температура не встановиться (970 - 1055 С). Отримані результати вимірювань заносяться в таблицю.

Таблиця режимних значень температури газу - повітряного середовища на виході з печі випалу сірки

За цим отнормірованним значенням будуємо графік кривої розгону об'єкта

Щоб отримати мат опис об'єкта, криву розгону апроксимують. Метою апроксимації є отримання чисельних значення коефіцієнтів передавальної функції, і її вигляд, що описує досліджуваний об'єкт.

Відомі різні методи апроксимації, однак за методом Сімою можна отримати найбільш просто і точно мат модель об'єкта. Для апроксимації кривої розгону скористаємося програмним додатком

SIMUP. Exe за методом Сімою для цього необхідно:

1.Отнорміровать розгінну криву об'єкта.

2.Визначити запізнювання об'єкта.

3.Перенесті початок системи відліку координат.

4.Ввесті отнормірованние координати точок кривої Рагон об'єкта.

Після виконання вище зазначених операцій програма видає оптимальний варіант кривої розгону по виду передавальних функцій видно, що досліджуваний об'єкт є стійким інерційним об'єктом другого порядку з запізненням.

Визначити числові значення всіх коефіцієнтів передавальної функції, перевіримо наскільки точно описується передатна функція динамічні властивості об'єкта для цього передавальну функцію помножимо на одиничний скачок, а потім розкладемо передавальну функцію на найпростіші дроби і знайдемо оригінал, як суму найпростіших оригіналів від найпростіших дробів.

H моб (t) = [-] exp (-1,52 * 10 t) * cos (7,94 * 10 t) -961 exp (-1,52 * 10 t) * sin (7,94 * 10 t )

Підставляючи в формулу час від 0 до 2940 з кроком 60 сек отримуємо таблицю залежності Н моб (t) від часу.

Отримавши значення точок реакції моделі, і знаючи значення точок перехідного процесу реального об'єкта точність апроксимації об'єкта.

Н моб (t 1) і Н ов (t 1) - значення перехідної характеристики відповідно вихідної (експериментальної) по апроксимуючої перехідної функції в момент часу t 1. Отримаємо = 4.5%.

Точність апроксимації можна вважати задовільною, тому що для розрахунків необхідно <5%.

Вибираємо за монограмі ПІ регулятор

Визначивши числові значення всіх коефіцієнтів передавальної функції об'єкта і регулятора, будуємо замкнуту систему управління. Взявши кілька значень часу і коефіцієнтів передачі, побудуємо сімейство кривих, з яких вибираємо більш підходящий. Регулятор з ПІ регулюванням задовольняє поставленим параметром згідно з регламентом виробництва, вибираємо менш складний регулятор з ПІ законами регулювання.

На підставі отриманих графіків можна зробити висновок що зроблені розрахунки вірні, система стійка.

Час регулювання температури становить мене 2,500 с.

Перерегулювання 0,0%.

З параметрами регулятора

Кр = 0,28

Гіз - 330

4.Расчет надійності

Актуальність проблеми надійності сучасної надскладної техніки і продовжує повертати в часі, вимагаючи ретельних підходів до її розв'язання. При створенні таких великих систем, як АСУ, АІС та АСОД на основі локальних обчислювальних систем (ЛОМ), потрібна оцінка надійності всіх різнорідних компонентів функції, техніки, програм, персоналу. Специфіка цих компонентів велика, але тим не менш конкретні методи розрахунку їх під надійністю грунтуються на загальних концепціях і принципах.

Функції ймовірності безвідмовної роботи об'єкта.

P (t) = e

Де х - параметр розподілу характеризує інтенсивність виникнення випадкової події.

Необхідно визначити напрацювання на відмову регулятора для оперативного часу t = 5 років. Інтенсивності відмов його блоків Х = 10 4

Імовірність безвідмовної роботи об'єкта Р (5) = 0,995.

5.Обгрунтування вибору засобів автоматизації.

В даний час при побудові систем автоматичного регулювання пріоритет віддається системам, що дозволяє будувати САР від «малого» до «більшого». Тобто при реалізації кожної конкретної САР, навіть якщо це регулювання локальне, повинна враховуватися можливість об'єднання цієї системи в систему більш високого рівня - побудови на базі АСУ ТП.

Для реалізації цього принципу найбільш прийнятні засоби обчислювальної техніки - мікроконтролери спеціалізовані АВМ і т.д.

Таким чином у даній курсовій роботі необхідно реалізувати синтезовану систему на сучасній апаратурі.

Розглянемо стандартний контролер «Ремиконт - 300». «Ремиконт - 300» - компактний багатоканальний багатофункціональний мікроконтроллер, комплекс технічних засобів, що забезпечує вирішення завдань автоматичного регулювання та логічного управління.

«Ремиконт - 300» ефективно вирішує прості і складні завдання управління. Завдяки своїй багатоканальності він дозволяє економічно управляти невеликим агрегатом і забезпечує високу ефективність і надійність при побудові великих систем управління.

«Ремиконт - 300» має дві моделі регулюючу і логічну. Регулююча модель призначена для вирішення завдань Автоматічськая регулювання, логічна - для реалізації