Введення
Визначальна роль у вирішенні завдань забезпечення ефективності виробництва, надійності та безпеки експлуатації технологічного устаткування належить автоматизованих системах управління технологічними процесами (АСУ ТП).
Питання розробки АСУ ТП, вибору засобів вимірювань та автоматики тісно пов'язані зі специфікою технологічних процесів і повинні бути вирішені на стадії проектування відповідних технологічних установок, тобто інженер теплоенергетик, який бере участь у проектуванні технологічної установки, повинен мати відповідні знання.
Ці знання майбутні фахівці, які навчаються за спеціальністю 10.07.00 «Промислова теплоенергетика» отримують при вивченні дисципліни «Автоматика теплових процесів». Курсова робота, передбачена робочою програмою цієї дисципліни сприяє закріпленню, поглибленню й узагальненню знань, отриманих студентами за час навчання, і застосування цих знань до комплексного вирішення конкретних інженерних завдань щодо розробки схем теплотехнічного контролю і автоматизації теплоенергетичних установок.
Курсова робота включає в себе розробку системи теплового контролю і автоматики технологічної установки, вибір технічних засобів, визначення динамічних властивостей об'єкта регулювання і розрахунок настройок регулятора.
1. Зміст і склад курсової роботи
1.1 Загальні положення
Курсова робота з проектування системи автоматичного регулювання теплових процесів складається з пояснювальної записки та графічної частини.
Текстова частина (пояснювальна записка) курсової роботи включає наступні основні розділи:
Введення.
Характеристика об'єкта автоматизації і розробка функціональної схеми автоматики.
Вибір засобів автоматизації і теплового контролю.
Розрахунок оптимальних налаштувань автоматичного регулятора
Список літератури
Орієнтовний обсяг пояснювальної записки до курсової роботи - - 10 ... 15 сторінок друкованого тексту.
Графічна частина складається з одного креслення - функціональної схеми автоматизації заданої технологічної установки. Детальні вказівки щодо виконання функціональної схеми приведені в розділі 4.
2. Пояснення до текстової частини проекту
2.1 Вступ
Розглядають спільні завдання автоматизації даної галузі промисловості. Обгрунтовують доцільність автоматизації рекомендованого в завданні технологічного процесу.
2.2 Характеристика об'єкта автоматизації і розробка функціональної схеми автоматики
Коротко описують технологічний процес і апарати, в яких він здійснюється. На основі аналізу технологічного процесу вибирають параметри, регулювання яких необхідно здійснювати для забезпечення безпечної експлуатації технологічної установки, економічності її роботи та високої якості отримуваної продукції.
Після вибору регульованих і регулюючих параметрів вибирають параметри, що підлягають вимірюванню, реєстрації (параметри, необхідні для розрахунку техніко-економічних показників роботи технологічної установки, підстроювання регуляторів і т.п.), сигналізації і так далі.
На основі проведеного аналізу технологічного процесу розробляється функціональна схема автоматизації і теплового контролю заданої технологічної установки.
2.3 Вибір засобів автоматизації і теплового контролю
Засоби автоматизації, що використовуються для управління технологічним процесом, повинні бути обрані з урахуванням динамічних властивостей об'єкта регулювання, переважно вітчизняні, що випускаються серійно.
Необхідно прагнути до застосування однотипних засобів вимірювання уніфікованих систем, що характеризуються простотою поєднання, взаємозамінністю і зручністю компонування на щитах управління. Використання однотипної апаратури дає значні переваги при монтажі, наладці, експлуатації, забезпечення запасними частинами і т.п.
В якості локальних засобів збору та накопичення первинної інформації (автоматичних датчиків), вторинних приладів, що регулюють і виконавчих пристроїв слід використовувати прилади та засоби автоматизації Державної системи промислових приладів (ГСП).
У висновку цього розділу наводиться специфікація на всі вибрані засоби автоматизації та вимірювання. Вказівки щодо заповнення специфікації наведені в розділі 4.
2.4 Вибір і розрахунок оптимальних параметрів автоматичного регулятора
За заданою розгінної характеристиці знаходяться параметри характеризують динамічні властивості об'єкта регулювання і записується його передавальна функція. Використовуючи методику викладену в розділі 6 виконується розрахунок настройок автоматичного регулятора реалізує П-, ПІ-, і ПІД - закони регулювання
3. Вказівки з вибору засобів автоматизації
Конкретні типи засобів автоматизації вибирають з урахуванням особливостей технологічного процесу і його параметрів.
У першу чергу беруть до уваги такі чинники, як пожежо-та вибухонебезпечність, агресивність та токсичність середовища, число параметрів, що беруть участь в управлінні, та їх фізико-хімічні властивості, дальність передачі сигналів інформації та управління, необхідні точність і швидкодію. Ці фактори визначають вибір методів вимірювання технологічних параметрів, необхідні функціональні можливості регуляторів і приладів (закони регулювання, показання, запис і т.д.), діапазони вимірювання, класи точності, вид дистанційної передачі і т.д.
Прилади й засоби автоматизації слід підбирати за довідковій літературі (9, 12, 15, 16), виходячи з таких міркувань:
- Для контролю і регулювання однакових параметрів технологічного процесу необхідно застосовувати однотипні засоби автоматизації, що випускаються серійно;
- При великій кількості однакових параметрів рекомендується застосовувати багатоточкові прилади;
- При автоматизації складних технологічних процесів необхідно використовувати обчислювальні й керуючі машини;
- Клас точності приладів повинен відповідати технологічним вимогам;
- Для автоматизації технологічних апаратів з агресивними середовищами необхідно передбачати встановлення спеціальних приладів, а в разі застосування приладів у нормальному виконанні потрібно захищати їх.
Найбільш поширені типи промислових вторинних приладів, що входять до ДСП, представлені нижче:
Вхідний сигнал | Тип вимірювач- ного приладу |
Тиск стисненого повітря | ПВ |
Постійна напруга | КСП |
Постійний струм | КСУ |
Електричний опір | КСМ |
Взаімоіндуктівность | КСД |
Прилади ПВ є вторинними приладами пневматичної системи «Старт» і застосовуються для вимірювання будь-яких технологічних параметрів, попередньо перетворених в тиск стисненого повітря (уніфікований пневматичний сигнал). Зокрема, прилад ПВ 10.1Е призначений для роботи з одним із регуляторів системи «Старт». Він записує на стрічкову діаграму величину регульованого параметра, показує значення сигналу завдання та керуючого впливу в прилад входить станція управління регулятором.
Автоматичні потенціометри КСП урівноважені мости КСМ, міліамперметри КСУ застосовують для вимірювання, запису та регулювання (за наявності регулюючого пристрою) температури та інших параметрів, зміна яких може бути перетворено у зміну напруги постійного струму, активного опору, сили струму постійного струму.
Потенціометри КСП-4 в залежності від модифікації можуть працювати або в комплекті з однією або декількома (якщо прилад багатоточковий) термопарами стандартних градуювань, або з одним чи кількома джерелами постійної напруги.
Урівноважені мости КСМ-4 працюють у комплекті з одним або декількома термометрами опору стандартних градуювань, а міліамперметри КСУ-4 - в комплекті з одним або кількома джерелами сигналів постійного струму.
Вторинні прилади КСД працюють в комплекті з первинними вимірювальними перетворювачами, забезпеченими диференційно-трансформаторними датчиками.
Кожен тип приладів, зазначених вище, випускається в різних модифікаціях, що відрізняються розмірами, діапазонами вимірювання, кількістю вхідних сигналів, наявністю допоміжних пристроїв і т.д.
Вибираючи той чи інший прилад за функціональною ознакою, необхідно простоту і дешевизну апаратури поєднувати з вимогами контролю та регулювання даного параметра. Найбільш важливі параметри слід контролювати самописними приладами, більш складними і дорогими, ніж показують прилади. Регульовані параметри технологічного процесу необхідно, також контролювати самописними приладами, що має значення для коригування налаштування регуляторів.
При виборі вторинних приладів для спільної роботи з однотипними датчиками однієї градуювання і з однаковими межами вимірювання слід враховувати, прилади КСП, КСМ, КСД випускаються з числом точок 3,6,12. У багатоточкових приладах є перемикач, автоматично і по черзі підключає датчик до вимірювальної схемою. Друкувальний пристрій, розташоване на каретці, робить на діаграмі точки з порядковим номером датчика.
При виборі виду уніфікованого сигналу каналу зв'язку від датчика до вторинного приладу приймається до уваги довжина каналу зв'язку. При довжині до 300 м можна застосовувати будь-який уніфікований сигнал, якщо Технологічні процеси, що не є пожежо-і вибухонебезпечним. При пожежо-та вибухонебезпечності та відстані не більше 60 м доцільно використовувати пневматичні засоби автоматизації, наприклад регулятори і прилади системи «Старт». Електричні засоби автоматизації характеризуються набагато меншим запізненням і перевершують пневматичні засоби по точності вимірювання (клас точності більшості пневматичних приладів - 1,0, електричних - 0,5). Застосування електричних засобів спрощує впровадження обчислювальних машин.
Вибираючи датчики та вторинні прилади для спільної роботи, слід звертати увагу на узгодження вихідного сигналу датчика і вхідного сигналу вторинного приладу.
Наприклад, при струминним вихідним сигналом датчика вхідний сигнал вторинного приладу теж повинен бути струмовим, причому рід струму і діапазон його зміни у датчика і вторинного приладу повинні бути однаковими. Якщо ця умова не виконується, то слід скористатися наявними в ДСП проміжними перетворювачами одного уніфікованого сигналу в інший (табл. 1).
Таблиця 1. Найбільш поширені проміжні перетворювачі ДСП
Тип перетворювача | Вхідний сигнал | Вихідний сигнал |
ПТ-ТП 68 | ЕРС термопари | Постійний струм 0 ... 5 мА |
ПТ-ТС 68 | Електричне опір | Постійний струм 0 ... 5 мА |
НП-ТЛ1-М | ЕРС термопари | Постійний струм 0 ... 5 мА |
НП-СЛ1-М | Електричне опір | Постійний струм 0 ... 5 мА |
НП-3 | Напруга постійного струму 0 ... 2В | Постійний струм 0 ... 5 мА |
ЕПП-63 | Постійний струм 0 ... 5мА | Тиск стисненого повітря 0,2 ... 1,0 кгс/см2 |
Проміжний перетворювач НП-П3 використовується як нормує для перетворення вихідного сигналу диференційно-трансформаторного перетворювача в уніфікований струмовий сигнал.
Перетворювачі ЕПП-63 і ПЕ-55М здійснюють перехід відповідно з електричною гілки ДСП на пневматичну і з пневматичної гілки ДСП на електричну.
При виборі датчиків і приладів слід звертати увагу не тільки на клас точності, але й на діапазон вимірювання. Слід пам'ятати, що номінальні значення параметра повинні знаходитися в останній третині діапазону вимірювання датчика або приладу. При невиконанні цієї умови відносна похибка вимірювання параметра значно перевищить відносну приведену похибку датчика або приладу. Таким чином, не слід вибирати діапазон вимірювання з великим запасом (досить мати верхню межу вимірювання, не більше ніж на 25% перевищує номінальне значення параметра).
Якщо вимірювана середу хімічно активна по відношенню до матеріалу датчика або приладу (наприклад, пружинного манометра, гідростатичного рівнеміра, дифманометра для вимірювання витрати за методом змінного перепаду тиску), то його захист здійснюють за допомогою розділових судин або мембранних роздільників.
При автоматизації хіміко-технологічних процесів для зміни витрати рідких середовищ зазвичай використовують пневматичні регулюючі клапани, що включають виконавчий механізм з пневмоприводом та регулюючий орган.
4. Вказівки щодо виконання функціональних схем автоматизації
Функціональна схема теплового автоматики і контролю розробляється відповідно до вимог відповідних нормативних документів [3-7] і оформляється за ГОСТ 21.404-85.
Розробка функціональної схеми автоматики і теплового контролю починається зображення схеми технологічної системи або агрегату (наприклад, зображення системи опалення, системи вентиляції, кондиціонування повітря, технологічної схеми системи теплопостачання, газопостачання або теплогенеруючої установки і т.п.).
Технологічне обладнання та комунікації при розробці функціональних схем повинні зображуватися спрощено, без вказівки окремих технологічних апаратів і трубопроводів допоміжного призначення. Однак зображена таким чином технологічна схема повинна давати чітке уявлення про принцип її роботи.
На технологічних трубопроводах показують ту регулюючу та запірну арматуру, яка безпосередньо бере участь в управлінні процесом, а також запірні і регулюючі органи, необхідні для визначення відносного розташування місць відбору імпульсів. Технологічні комунікації і трубопроводи рідини і газу зображують умовними позначеннями відповідно до ГОСТ 2.784-70, наведеними в табл. 2.
Таблиця 2. Умовні цифрові позначення трубопроводів для рідин і газів за ГОСТ 2.784-70
Найменування середовища, що транспортується трубопроводом | Позначення |
Вода | -1-1 - |