Материал: 2013 [Вильнина] Разработка системы управления технологическим процессом
2.6.2. Схемы контроля давления
Индикация и регистрация давления газа в трубопроводе
(PIR) (рисунок 9).
5-1 Измерительный преобразователь избыточного давления пневматический, марка 13ДИ13, предназначен для преоб-
разования в унифицированный пневматический выходной сиг- |
5 |
|
нал давления жидких и газообразных сред, в том числе газооб- |
|
5 |
|||||||
разного кислорода. Класс точности 1, верхний предел измере- |
|
|
|||||||
ния 10 кгс/см2. |
|
|
|
|
|
по месту |
PT |
||
5-2 |
Вторичный |
прибор |
контроля |
давления |
5-1 |
||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
пневматический самопишущий, марка ПВ4.2П. |
|
|
на щите |
PIR |
|||||
Другой вариант: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
5-2 |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
5-1 |
Первичный |
передающий |
преобразователь |
|
|
||||
избыточного |
давления нейтральных и |
агрессивных |
сред со |
рисунок 9 |
|||||
стандартным токовым выходом 0…5 мА, марка Сапфир-22ДИ, |
|
|
|||||||
класс точности 0,5. |
|
|
|
|
|
|
|
||
5-2 Вторичный прибор контроля давления элктрический самопишущий, |
|||||||||
например электронный мост (КСП). |
|
|
|
|
|
|
|||
Индикация, регистрация и регулирование давления (PIRK, PC) (рисунок 10) |
|||||||||
6-1 Пневматический |
первичный |
преобразователь |
|
6 |
|
||||
давления, предел измерения 0… 1,6 МПа, выходной сиг- |
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
нал 0,02…0,1 МПа, марка МС-П-2 (манометр сильфон- |
|
|
|
||||||
ный с пневмовыходом). |
|
|
|
|
|
|
6-4 |
||
6-2 Вторичный прибор типа ПВ10.1Э. Предназна- |
|
|
|
||||||
чены для трехрежимного ведения процесса: ручного |
|
|
7 |
||||||
управления, автоматического регулирования, контроля и |
|
|
|
||||||
записи регулируемого параметра. Приборы применяется |
|
6 |
7 |
||||||
|
|
|
|||||||
в АСУТП в химической, нефтяной, нефтеперерабатыва- |
|
|
|
||||||
ющей и других отраслях промышленности. В приборах |
по месту |
PT |
|
||||||
6-1 |
|
||||||||
типов ПВ10.1Э, привод диаграммы осуществляется |
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
электрическим синхронным двигателем. Действие при- |
на щите |
PIRK |
PC |
||||||
бора основано на компенсационном принципе измере- |
|
6-2 |
6-3 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
ния, при котором усилие на приемном элементе, возни- |
рисунок 10 |
|
|||||||
кающее от входного давления, уравновешивается усили- |
|
||||||||
|
|
|
|||||||
ем от натяжения пружины обратной связи. Приборы мо- |
|
|
|
||||||
гут быть использованы для работы с пневматическими датчиками или другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы 20...100 кПа.
6-3 Пневматическое устройстройство регулирующее пропорциональноинтегральное, марка ПР3.31.
6-4 Пневматическое исполнительное устройство
2.6.3. Схемы контроля уровня и расхода
Для измерения расхода жидкости первичные преобразователи устанавливаются в сечении трубопровода, поэтому на схеме, как правило, изображаются встроенными в трубопровод.
21
Индикация, регистрация и регулирование расхода (FIRK, FC) (рисунок 11).
7-1 Диафрагма марки ДК6-50 (сужающее устрой- |
|
FE |
|
ство). Условное давление 0,6МПа, условный проход 50 |
|
|
|
|
7-1 |
|
|
мм. |
|
|
7-5 |
7-2 Передающий преобразователь расхода с пнев- |
|
|
|
мовыходом, марка 13ДД11, (для пневматики) или Сап- |
|
7 |
8 |
фир-22ДД (для электрической схемы). |
|
||
|
|
|
|
Преобразователь измерительный разности давле- |
|
7 |
8 |
|
|
|
|
ния пневматический 13ДД11 предназначен для работы в |
по месту |
|
|
системах автоматического контроля и управления про- |
FT |
|
|
|
|
|
|
изводственными процессами с целью выдачи информа- |
|
7-2 |
|
|
|
|
|
ции в виде унифицированного пневматического сигнала |
на щите |
FIRK |
FC |
о перепаде давления, расходе жидкости и газа, а также |
|
7-3 |
7-4 |
|
|
||
уровне жидкости. Преобразователи эксплуатируются |
рисунок 11 |
|
|
совместно с вторичными регистраторами и регулятора- |
|
||
|
|
|
|
ми, работающими от стандартного сигнала 20-100 кПа. |
|
|
|
Преобразователи широко применяются в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленностях и ряде других областей.
Сапфир-22ДД предназначен для преобразования величины избыточного давления жидких и газовых сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи, для работы в системах контроля, учета, регулирования технологическими процессами.
7-3 Вторичный прибор типа ПВ10.1Э (для пневматики) или электронный мост (для электрической схемы).
7-4 Пневматическое устройстройство регулирующее пропорциональноинтегральное, марка ПР3.31 (для пневматики) или электрическое регулирующее устройство (для электрической схемы).
7-5 Мембранное исполнительное устройство (клапан регулирующий двухседельный с мембранным исполнительным механизмом – для пневматики). Если используется с электронным мостом, то на входе необходимо использовать дополнительно электропневмопреобразователь. Для электрической схемы – клапан запорнорегулирующий односедельный фланцевый с электрическим исполнительным меха-
низмом. |
|
|
|
|
Индикация, регистрация и регулирование уровня (LIRK, LC) (рисунок 12). |
|
|||
8-1 Передающий преобразователь уровня изме- |
|
|
LT |
8 |
рительный буйковый, марка Сапифир – 22ДУ с уни- |
|
|
8-1 |
|
|
|
|
||
фицированным выходным сигналом, предел измере- |
8-4 |
|
|
|
ния 250 10000 мм. |
9 |
|
|
|
В зависимости от среды, которая может и до- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вольно часто и бывает агрессивной и от того, какая |
|
8 |
9 |
|
необходима точность измерений, выбор уровнемера в |
|
|
|
|
основном производится из трёх типов. 1. Буйковые и |
по месту |
|
|
|
поплавковые уровнемеры применяются в стационар- |
|
|
|
|
ных резервуарах для измерения уровня неагрессивных |
|
8-2 |
8-3 |
|
|
на щите |
LIRK |
LC |
|
|
|
|
|
|
сред. 2. Ультразвуковые уровнемеры – для измерения |
|
|
|
|
|
рисунок 12 |
|
|
|
|
|
|
|
22 |
уровня в резервуарах при отсутствии излишней запылённости и при однородном характере среды, где применение поплавковых и буйковых уровнемеров не представляется возможным. 3. Радарные уровнемеры - во всех остальных случаях.
8-2 Вторичный прибор.
8-3 Регулирующее устройство.
8-4 Исполнительный устройство.
2.6.4. Схема управления электродвигателем
Управление электродвигателем, являющимся приводом центробежного насоса
(рисунок 13). |
|
|
10-1 |
Кнопочный выключатель |
|
10-2 |
Магнитный пускатель |
M |
10
|
10 |
|
по месту |
NS |
|
10-1 |
||
|
||
на щите |
H |
|
|
||
|
10-2 |
рисунок 13
23
3. Разработка структурной схемы системы автоматического регулирования
Вторая часть задания касается разработки структурной схемы системы автоматического регулирования (САР) технологического параметра, которая выполняется в виде блок-схемы. Средства автоматизации, выполняющие определенные функции в контуре разрабатываемой САР, на блок-схеме отображаются прямоугольниками произвольных размеров, внутри которых указывается наименование и тип прибора по номенклатуре завода изготовителя, а так же позиционное обозначение по функциональной схеме автоматизации.
Для структурной схемы САР предлагается взять одноконтурную схему с обратной связью, которая должна представлять собой набор взаимосвязанных и взаимодействующих между собой датчика, нормирующего преобразователя, автоматического регулятора, исполнительного механизма, регулирующего органа. Кроме того, необходимо выбрать исполнительный механизм по виду используемой энергии и выполнить синтез регулятора.
Пример выполнения структурной схемы приведен в Приложении 3.
3.1. Выбор законов регулирования
Для стабилизации давления, уровня, температуры, расхода и других технологических переменных в системах управления используются различные законы регулирования. Выбор закона регулирования определяется следующими основными факторами: типом объекта управления, типом и конструкцией регулирующего органа и технологического объекта управления, требованиями к точности регулирования, требованиями к непрерывности, из технологических соображений, управляющего воздействия. Использование регуляторов прямого действия не рекомендуется, т.к. в настоящее время в АСУ ТП они применяются редко.
Для регулирования температуры тепловых объектов с использованием электрических нагревателей широко используются релейные двухпозиционные регуляторы. Такие объекты обладают самовыравниванием, малым запаздыванием, большой емкостью и, соответственно, инерционностью и, как правило, допускают импульсный характер управляющего воздействия. Поэтому применение релейных регуляторов позволяет достичь приемлемого качества регулирования при использовании сравнительно простых и дешевых технических средств автоматизации.
Стандартные аналоговые законы регулирования (П-, ПИ- ПИД-, ПД-законы) и регуляторы, их реализующие, позволяют достичь более высокого качества регулирования при непрерывном управляющем воздействии, хотя они более дороги и сложны в настройке. При этом для объектов с самовыравниванием (статических) рекомендуется применение законов регулирования с интегральной составляющей, а если ТОУ не имеет самовыравнивания (интегрирующий объект), использование астатических (с интегральной составляющей) законов регулирования нецелесообразно. В любом случае для устранения статической ошибки необходимо, чтобы в контуре регулирования была хотя бы одна интегральная составляющая, не важно, в объекте или в регуляторе.
24
Наилучшие показатели качества регулирования, в общем случае, дает применение ПИД-регуляторов, однако они наиболее сложны в настройке. Введение Д- составляющей целесообразно при наличии запаздывания, сравнимого с постоянной времени ТОУ. Если же запаздывание невелико (менее 15% от постоянной времени ТОУ), то Д-составляющая может даже ухудшить качество управления из-за неизбежной зашумленности сигнала регулируемой величины (например, при регулировании расхода). По этой причине, поскольку доля объектов управления с большим запаздыванием сравнительно невелика, чаще всего в промышленности применяются ПИрегуляторы.
Заданием не оговаривается вид энергии питания (электрическое или сжатый воздух) выбираемых средств автоматизации, поэтому на основании анализа объекта автоматизации и свойств электрических и пневматических приборов производится обоснованный выбор вида энергии. Желательно использование одного вида энергии. В настоящее время полностью пневматические системы управления используются только в особо пожаровзрывоопасных объектах, например, в газовой промышленности. В большинстве же случаев проектируются электропневматические системы с использованием лишь пневматических мембранных исполнительных механизмов, а для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности используют электрические средства автоматизации в искро- и взрывобезопасном исполнении. Поэтому использование пневматических устройств, кроме МИМ и электропневматических преобразователей, в данном проекте не рекомендуется.
В данном курсовом проекте предлагается использовать программу САР-синтез (L:\Study\СУХТП\Курсовой проект\САР-синтез\sar_sintez_w.exe) для расчета параметров ПИ- и ПИДрегуляторов и построения их переходных процессов с последующим выбором регулятора с лучшим качеством регулирования. Заданием оговариваются все параметры объекта регулирования необходимые для выбора закона регулирования и определения параметров настройки регулятора. В качестве исходных данных, для расчета параметров регулятора, рекомендуется использовать следующее: 1) передаточные функции объекта по каналам управления и возмущения совпадают; 2) объект первого порядка; 3)параметры объекта выдаются преподавателем; 4) метод расчета параметров регулятора - оптимального модуля; 5) закон регулирования ПИ- и ПИД-; 6) вид регулятор – аналоговый. Результаты расчета необходимо записать и продолжить работу в программе САР-синтез. Далее необходимо вывести графики переходных процессов, для которых величина подаваемого возмущения составляет 20%, «ворота» для определения окончания переходного процесса – 5%. Полученные графики необходимо приложить в пояснительную записку (копирование производится клавишами Ctrl+Print). Завершающим этапом является обработка полученных графиков переходных процессов, для определения прямых показателей качества регулирования (время регулирование, колебательность, перерегулирование, статическая ошибка).
3.2. Выбор исполнительного механизма по виду используемой энергии
После выбора закона регулирования устанавливается вид энергии питания регуляторов. Для особо пожаровзрывоопасных производств использование пневматической системы приборов является наиболее приемлемым. Поэтому выбор вида энергии
25