Измерение температуры готового продукта осуществляется при помощи термопреобразователя сопротивления поз. ТE-8а, с которого унифицированный сигнал тока 4-20 мА поступает на вторичный показывающий прибор поз. TI-7б и на вход модуля аналогового ввода AI ADAM-5017 контроллера ADAM-5000.
Измерение уровня в сборнике 3 осуществляется при помощи волнового уровнемера. Данный уровнемер состоит из зонда поз. LE-9а, погружаемого непосредственно в раствор, и преобразователя поз. LT-9б, установленного рядом с оборудованием. На выходе из преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (4-20 мА), который подаётся на вторичный показывающий прибор поз. LI-9в и на вход модуля аналогового ввода AI ADAM-5017 контроллера ADAM-5000.
Измерение уровня в сборнике 1 осуществляется при помощи волнового уровнемера. Данный уровнемер состоит из зонда поз. LE-10а, погружаемого непосредственно в раствор, и преобразователя поз. LT-10б, установленного рядом с оборудованием. На выходе из преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал (4-20 мА), который подаётся на вход модуля аналогового ввода AI ADAM-5017 контроллера ADAM-5000. Для сигнализации предельно допустимого минимального уровня в сборнике 1 на щите установлена сигнальная лампа HL1. Эта лампа подключена к модулю дискретного вывода DO ADAM-5056.
Включение и отключение двигателя М1 насоса H1 осуществляется автоматически через магнитный пускатель поз. NS-11а, либо вручную при помощи кнопочной станции поз. HS-11б, расположенной по месту.
При отключении насоса Н1 осуществляется отключение подачи греющего пара регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи греющего пара. Этот регулирующий орган оснащён электродвигательным исполнительным механизмом поз. 12в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO ADAM-5056 через магнитный пускатель поз. NS-12а. Исходя из особенностей управления электродвигательным исполнительным механизмом, в схеме задействовано два канала дискретного вывода. Для ручного управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. HS-12б, установленная по месту. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI ADAM-5051.
Включение и отключение двигателя М2 насоса H2 осуществляется автоматически через магнитный пускатель поз. NS-13а, либо вручную при помощи кнопочной станции поз. HS-13б, расположенной по месту.
3. Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации
Требования к качеству работы системы автоматического контроля включают в себя основные метрологические данные: точность измерения, порог чувствительности и быстродействие системы.
Основой для выбора датчика служат характеристика измеряемой среды и диапазон изменения контролируемого параметра. В случае непосредственного контакта датчика с измеряемой средой возможно нежелательное влияние продуктов на конструктивные узлы датчиков (коррозионного и эрозионного характера), поэтому зачастую применяются конструкции из нержавеющей стали, нанесение на них антикоррозионных покрытий и так далее. При выборе чувствительных элементов так же следует учитывать возможное влияние их материала на качество продукции.
Выбор диапазона измерений должен учитывать возможные значения контролируемого параметра в условиях нормальной работы, а также при проведении некоторых вспомогательных операций: мойки, стерилизации и так далее. Принято считать, что номинальное значение измеряемого параметра должно составлять примерно 2/3 от шкалы прибора, однако при этом следует учитывать характер изменения измеряемой величины. Для большинства технологических измерений максимальное значение измеряемой величины может лежать в пределах последней четверти диапазона шкалы.
1. Подбираем концентратомер для измерения концентраций исходного и готового продукта.
Исходные данные: максимальное рабочее значение концентрации составляет 32 %, максимально допустимая погрешность Д=0,5 %. Среда неагрессивная. Преобразователь предполагается подключать к модулю аналогового ввода DI ADAM-5017 и к вторичному показывающему прибору Сосна-003.
Определяем верхний предел измерения преобразователя 32/(3/4)=42,6%.
По справочнику /2/ подбираем концентратомер кондуктометрический КВЧ-5М, пределы измерений которого 0…50 %. Внешний вид концентратомера кондуктометрического КВЧ-5М представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Концентратомер кондуктометрический КВЧ-5М
2. Подбираем преобразователь давления
Исходные данные: давление постоянное, рабочее значение давления 0,25 МПа, максимально допустимая погрешность измерений преобразователя =0,0007 МПа. Преобразователь предполагается подключать к модулю аналогового ввода DI ADAM-5017 и к вторичному показывающему прибору Сосна-003.
Определяем верхний предел измерения преобразователя 0,25/(3/4)=0,33 МПа. Выбираем по справочнику преобразователь избыточного давления Сапфир 22МТ, модель 2140, применяемый для измерения давления жидкостей, газов и газовых смесей. Верхний предел измерения 0,6 МПа. Диапазон измерения выбран таким образом, чтобы максимальное рабочее значение давления составляло примерно 3/4 от диапазона измерения, поскольку давление в трубопроводе постоянное. Преобразователь формирует унифицированный токовый сигнал 4?20 мА, что позволяет подключать его к модулю аналогового ввода
DI ADAM-5017.
Основная погрешность данного преобразователя составляет 0,1% от диапазона измерения и равна
р=0,60,1/100=0,0006 МПа.
Поскольку р не превышает максимально допустимую погрешность измерений =0,0007 МПа, то выбранный преобразователь обеспечивает требуемую точность измерений.
Принцип действия преобразователя заключается в следующем: измеряемое давление, подаваемое во входную камеру датчика, вызывает деформацию измерительной мембраны, что, в свою очередь, приводит к деформации тензорезисторов и разбалансировке измерительного моста. Разбаланс напряжений с помощью электронной схемы преобразуется в выходной сигнал.
Внешний вид преобразователя избыточного давления Сапфир 22МТ, модель 2150 представлен на рисунке 3.
Рисунок 2 - Преобразователь избыточного давления Сапфир 22МТ-215
3. Подбираем уровнемер для измерения значения уровней в аппарате и сборниках 1, 3.
Исходные данные: максимальное рабочее значение уровня 3 м, максимально допустимая погрешность измерений =0,01 м. Преобразователь предполагается подключать к модулю аналогового ввода DI ADAM-5017 и к вторичному показывающему прибору Сосна-003.
Определяем верхний предел измерения преобразователя 3/(3/4)=4 м.
Выбираем по справочнику волноводный уровнемер Метран-3300, длина зонда составляет от 0,1 до 23,5 м, принимаем верхнее значение 4 м. Датчик формирует унифицированный токовый сигнал 4?20 мА, что позволяет подключать его к модулю аналогового ввода DI ADAM-5017 и к вторичному показывающему прибору Сосна-003.
Основная погрешность данного прибора (для зонда длиной до 5 м) составляет L=5 мм. Поскольку L не превышает максимально допустимую погрешность измерений =0,01 м, то выбранный прибор обеспечивает требуемую точность измерений.
Принцип действия уровнемера: он излучает ультразвуковые импульсы по направлению к поверхности продукта. Импульсы отражаются от поверхности обратно и принимаются уровнемером, который измеряет время между излучением и приемом импульсов. Прибор использует время и скорость распространения звука для расчета расстояния между мембраной уровнемера и поверхностью продукта.
Волноводный уровнемер Метран-3300 представлен на рисунке 3.
Рисунок 4 - Волноводный уровнемер Метран-3300
4. Подбираем расходомер для измерения расхода готового продукта.
Исходные данные: максимальное рабочее значение расхода готового продукта составляет 4000 кг/ч, максимально допустимая погрешность Д=0,5 %. Среда неагрессивная. Предполагается подключение к вторичному показывающему прибору Сосна-003.
Определим верхний предел измерения:
4000/(3/4)=5333,3 кг/ч.
Предварительно выбираем интеллектуальный вихревой расходомер
Rosemount 8800С, его максимальный предел измерений для насыщенного пара находится в диапазоне 54,6..157457 кг/ч, следовательно, необходимый верхний предел попадает в заданный диапазон, принимаем верхний предел 5400 от диапазона измерения, тогда
Q=54001,35/100=72,9 кг/ч.
Поскольку Q не превышает максимально допустимую погрешность измерений Д=±120 кг/ч, то выбранный преобразователь обеспечивает требуемую точность измерений.
Принцип действия выбранного расходомера основан на измерении частоты колебаний вихрей, создаваемых при прохождении потоком тела обтекания, которая в свое время пропорциональна расходу.
Структурная схема вихревого расходомера представлена на рисунке 4. Внешний вид расходомера представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 - Структурная схема вихревого расходомера
Рисунок 6 - Вихревой расходомер Rosemount 8800С
5. Подбираем термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом для измерения температуры готового продукта.
Исходные данные: максимальное рабочее значение температуры продукта t=95°C, максимально допустимая погрешность Д=±1°C. Среда неагрессивная, термопреобразователь планируется подключать к модулю аналогового ввода ADAM-5017.
По справочному пособию предварительно выберем термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом платиновый ТСПУ Метран-274 с диапазоном измеряемых температур 0?150°C, номинальной статической характеристикой Pt100 и унифицированным выходным сигналом. Термопреобразователь позволяет измерять температуру химически агрессивных сред, не разрушающих материал защитной арматуры.
Проверим далее, обеспечивает ли данный термопреобразователь требуемую по условию точность измерения. Погрешность измерений для него составляет 0,25% от диапазона измерения и равна:
t=0,25t/100=0,25150/100= 0,4°C.
Так как пределы t не превышают по модулю пределов максимально допустимой погрешности измерений =10С, то выбранный термопреобразователь обеспечивает требуемую точность измерения. Внешний вид термопреобразователя сопротивления платинового ТСПУ Метран-274 представлен на рисунке 6.
Рисунок 7 - Термопреобразователь сопротивления платиновый ТСПУ Метран-274 Exd
6. Подбираем расходомер для измерения расхода греющего пара.
Исходные данные: максимальное рабочее значение расхода греющего пара составляет 7400 кг/ч, максимально допустимая погрешность Д=0,5 %. Среда неагрессивная. Предполагается подключение к вторичному показывающему прибору Сосна-003.
Определим верхний предел измерения:
7400/(3/4)=9866,7 кг/ч.
Предварительно принимаем расходомер переменного перепада давлений Метран-350, его максимальный предел измерений для пара находится в диапазоне 5,22..11525000,0 кг/ч, следовательно, необходимый верхний предел попадает в заданный диапазон, принимаем верхний предел 10000 кг/ч от диапазона измерения, тогда Q=100001,35/100=135 кг/ч.
Поскольку Q не превышает максимально допустимую погрешность измерений Д=±150 кг/ч, то выбранный преобразователь обеспечивает требуемую точность измерений.
Принцип действия выбранного расходомера основан на измерении расхода и количества среды методом переменного перепада давления с использованием осредняющих напорных трубок, на которых возникает перепад давлений, пропорциональный расходу. Сенсор устанавливается перпендикулярно направлению потока пересекая его по всему сечению
Внешний вид расходомера переменного перепада давлений Метран-350 представлен на рисунке 8.
Рисунок 8 - Расходомер переменного перепада давлений Метран-350
Светосигнальная арматура АМЕ применяется для сигнализации крайних положений регулирующих органов, сигнализации работы оборудования, а также в системах аварийной и предупредительной сигнализации. Номинальное напряжение переменного и постоянного тока 24В. Внешний вид светосигнальной арматуры АМЕ представлен на рисунке 8.
Рисунок 9 - Светосигнальная арматура АМЕ
Вторичный показывающий прибор «Сосна-003». Данные приборы применяют для измерения и регулирования температуры, давления, расхода и другие физические величины значения которых могут преобразоваться в унифицированные сигналы 0-5 мА, 4-20 мА. Все данные приборы имеют встроенный интерфейс RS 232/RS485 предназначенный для связи по цифровому каналу с персональным компьютером. Класс точности 1. Количество аналоговых входов ? 1-3 (если универсальный вход, то только 1). Внешний вид микропроцессорного контроллера Сосна-003 представлен на рисунке 10.
Рисунок 10 ? Вторичный показывающий прибор «Сосна-003»
Пост кнопочный ПКЕ 212. Пост управления кнопочный ПКЕ-212-3 предназначен для коммутации электрических цепей управления переменного тока напряжением до 660 В частотой 50 и 60 Гц и постоянного тока напряжением до 440 В. Посты управления кнопочные ПКЕ устанавливают как на подвижных, так и на неподвижных частях стационарных установок. Номинальный ток 10 А. Номинальное напряжение переменного тока частотой 50 или 60 Гц: 660 постоянного тока: 440. Внешний вид поста кнопочного ПКЕ 212-3 представлен на рисунке 11.