Курсовая работа (т): Разработка СУТП Свеклосахарное производство

Разработка СУТП Свеклосахарное производство

Введение

Свеклосахарное производство Российской Федерации перешагнуло двухсотлетний рубеж. Становление свеклосахарной отрасли в России и в других странах (Германия, Франция) происходило при большой государственной поддержке. Бесплатно выделялись земельные угодья, льготные кредиты и т.д.

Производством сахарной свеклы в Российской Федерации занимается около 5000 хозяйств в 23-х свеклосеющих регионах. Доля крестьянских и фермерских хозяйств в производстве и закупках сахарной свеклы незначительна и составляет всего лишь 10-15 процентов.

Крупной вехой в развитии свеклосахарного производства России стал 1957 год. В апреле 1957 года Совет Министров СССР в целях уменьшения зависимости страны от покупок огромного количества сахара-сырца (до 5 млн. тонн) принял постановление о создании нового крупного района свеклосеяния и производства сахара. В соответствии с этим постановлением было решено построить на Кубани в кратчайшие сроки (за 2-2,5 года) 13 новых крупных сахарных заводов. Проектная производственная мощность составляла 32,5 тысячи тонн переработки сахарной свеклы в сутки. Все проектируемые сахарные заводы были построены и введены в эксплуатацию в установленные сроки. Посевные площади под сахарной свеклой возросли до 190 тыс. га, Кубань стала давать 25 процентов российского сахара. Наивысшей точкой в своем развитии свекловодство России достигло в 1986-1990 гг., когда площади посевов этой культуры занимали (в среднем за год) 1,4-1,5 млн. га. К 1998 г. они сократились до 810 тыс. га, на этом же уровне они остаются и сейчас с небольшой разницей по годам. По расчетам специалистов оптимальной площадью посева сахарной свеклы для Российской Федерации должно быть 0,9-1,0 млн га, урожайность 35-40 тонн с 1 га, закупки корнеплодов - 30-35 млн. тонн и выработка сахара 4,5-4,8 млн. тонн.

1. Описание объекта автоматизации

Очищенный диффузионный сок с температурой 86° С поступает в сборник VI и далее насосом Н1 подается в подогреватель VII, где подогревается до температуры 126° С и поступает в корпус I выпарной станции. В него поступает ретурный пар давлением 0,29 МПа и температурой 136°С. Процесс выпаривания в корпусах I-V выпарной станции, где диффузионный сок концентрируется с 15-16 до 65-70% сухих веществ (плотность 1,32 г./см) и превращается в сироп, который поступает в сборник VIII и далее на дальнейшую переработку.

Схема автоматизации обеспечивает стабилизацию давления сокового пара корпусов I и II выпарной станции, стабилизацию разряжения в корпусе V, стабилизацию уровней сока по выпарным аппаратам, контроль температуры по корпусам I-V, выпарной станции, изменение плотности сиропа, откачиваемого на дальнейшую переработку, регулирование уровня в сборнике VI, контроль расхода сока, поступающего на переработку и сиропа, откачиваемого из выпарной станции.

2. Описание средств автоматизации

2.1 Контроль температуры

Для практического использования ТС необходимы вторичные приборы, с помощью которых можно было бы измерить сопротивление. В качестве вторичных измерительных приборов в комплекте с ТС широко применяются уравновешенные мосты и логометры, а в некоторых случаях - неуравновешенные мосты.

Логометр - это магнитоэлектрический прибор, подвижная система которого состоит из двух жестко скрепленных между собой рамок. Рамки расположены под некоторым углом друг к другу и помещены между полюсами постоянного магнита. К рамкам подводится ток от общего источника питания: к рамке R₁ через постоянное сопротивление R, а к рамке R₂ - через сопротивление термопреобразователя R_t. К рамкам прикреплена стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы, проградуированной в градусах.

Рисунок 1. Принципиальная электрическая схема логометра

На каждую из рамок с током со стороны магнитного поля действуют вращающие моменты, соответственно М₁ и М₂. направления токов I₁ и I₂ таковы, что вращающие моменты рамок оказываются направленными навстречу друг другу:

М₁ = C₁B₁I₁;

M₂ = C₂B₂I₂,

где С₁, С₂ - постоянные коэффициенты, зависящие от геометрических размеров и числа витков рамок;

В₁, В₂ - магнитные индукции в зоне расположения рамок.

Если сопротивления рамок одинаковы и R = R_t, то I₁ = I₂, то есть вращающие моменты рамок равны. При этом подвижная система логометра находится в среднем положении. С изменением сопротивления R_t вследствие нагрева (или охлаждения) через одну из рамок потечет ток большей величины, равенство моментов нарушится и подвижная система начнет поворачиваться в сторону действия большего момента.

Магнитная система логометра выполнена таким образом, что сердечником неравномерна. Она имеет наибольшую величину в середине и наименьшую по краям, что достигается применением полюсных магнитных наконечников или сердечников специальной формы. Поэтому при повороте рамка, по которой течет больший ток, попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, а другая рамка с меньшим током - в зазор с большей магнитной индукцией. При определенном положении моменты рамок сравняются, то есть при этом:

C₁B₁I₁ = C₂B₂I₂.

Отсюда следует, что отношение токов обратно пропорционально отношению магнитных индукций. В свою очередь, отношение индукций B₁/ B₂ определяет положение рамок в неравномерном зазоре, то есть угол поворота рамок: φ= f₁(B₁/ B₂).

Отсюда вытекает основное соотношение для логометра:

.

Подставляя в это уравнение значение токов I₁ и I₂, получим:

.

Так как сопротивления R₁, R₂, R практически постоянны, угол поворота системы рамок однозначно определяет величину измеряемого сопротивления R_t термопреобразователя, а значит, и измеряемую температуру: φ = f(R_t).

Достоинством логометра является независимость показаний от колебаний напряжения источника питания, а основным недостатком - влияние на показания логометра сопротивления R_ВН соединенных проводов от ТС к логометру.

Принцип действия уравновешенного моста - компенсационный. Он основан на компенсации, или уравновешивании, измеряемого сопротивления термопреобразователя регулируемым сопротивлением реохорда.

Рисунок 2. Принципиальная электрическая схема лабораторного уравновешенного моста.

Мост состоит из 4 плеч: в двух смежных подключены постоянные сопротивления R₁, R₂, а в противоположных им - реохорд R₀ и сопротивление R_t, подключенное с помощью соединительных проводов сопротивлением R_ВН. В одну из диагоналей моста (АВ) подается питание, в другую (СД) подключен нуль-прибор (НП).

При равновесии моста, которое достигается ручным перемещением движка реохорда, ток в диагонали СД моста равен нулю. При этом произведения сопротивлений противоположных плеч моста равны друг другу, то есть:

R₂ R₀ = R₁(R_t + 2 R_ВН).

В случае симметричного моста, когда R₁ = R₂, измеряемое сопротивление R_t термопреобразователя равно:

R_t = R₀ - 2 R_ВН.

Недостатком рассмотренной двухпроводной схемы соединения ТС с мостом является влияние на показания прибора колебаний сопротивления соединительных проводов, вызванных изменениями температуры окружающей среды. Этот недостаток исключается при трехпроводной схеме соединения, которая показана рисунке. При такой схеме вершина моста переносится в точку F и сопротивления соединительных проводов распределяются на два смежных плеча моста. Условие равновесия для трехпроводной схемы имеет вид:

(R_t + R_ВН) R₁ = (R₀ + R_ВН) R₂.

Таким образом, в трехпроводной схеме достигается точная компенсация измеряемого сопротивления, то есть R_t = R₀.

Работа автоматического моста отличается от лабораторного тем, что движок реохорда перемещается не вручную, а при помощи реверсивного электродвигателя.

Рисунок 3. структурная схема электронного автоматического уравновешенного моста

Мост работает следующим образом. Сигнал разбаланса с измерительной диагонали моста усиливается усилителем 1 и поступает на реверсионный электродвигатель 2, который через редуктор 3 воздействует на движок реохорда R₀. движок перемещается до тех пор, пока сигнал на входе усилителя не станет равным нулю. Приложение движка реохорда передается стрелке показывающего прибора 4, шкала которого отградуирована в градусах.

Промышленностью выпускается большая номенклатура автоматических уравновешенных мостов, одно- и многоточечных с регулирующими устройствами и сигнальными контактами.

.2 Контроль давления

Пневматические измерительные преобразователи. В пневматических преобразователях основным элементом является система сопло-заслонка.

Рисунок 4. преобразователь типа сопло-заслонка

В трубку 1 небольшого диаметра непрерывно поступает воздух под давлением Р₀. Пройдя через дроссель постоянного сечения 2, воздух выходит в атмосферу через дроссель 3 (сопло), перед которым находится заслонка 4. Если изменить зазор Δх между соплом и заслонкой, то давление воздуха Р в междроссельном пространстве будет также изменяться: увеличиваться с приближением заслонки к соплу и уменьшаться при удалении заслонки от сопла. Изменение давления Р₁ контролируется манометром 5.

Преобразователи силовой компенсации. Для непрерывного преобразования абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления (разряжения, перепада давления), расхода, температуры жидкостей и газов, уровня, плотности жидкости и некоторых других параметров в пневматический сигнал дистанционной передачи предназначены преобразователи, основанные на принципе силовой компенсации. В этих преобразователях измеряемый параметр воздействует на чувствительный элемент измеряемого блока и преобразуется в усилие, которое автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха в сильфоне обратной связи. Это давление является одновременно выходным сигналом преобразователя.

Рисунок 5. Принципиальная схема пневматического силового преобразователя

Усилие Q, которым измерительный блок воздействует на преобразователь, вызывает незначительное перемещение рычажной системы 1 передаточного механизма и связанной с ней заслонкой 3 относительно неподвижного сопла 2. Возникший в линии сопла сигнал управляет давлением, поступающим с пневмоусилителя в сильфон 4 обратной связи.

Конструкция преобразователя позволяет присоединить к нему измерительные блоки, создающие усилие в разных направлениях Q, Qʹ или Qʺ. Усилитель (пневмореле) состоит из трех секций, разделенных мембранами из прорезиненного полотна, которые образуют две камеры давления командного воздуха А и камеру линии сопла Б. Повышение давления в линии сопла вызывает перемещение мембран 5 и 9, и клапан 8 открывается. При этом давление командного воздуха повышается на величину, равную величине повышения давления в линии сопла, возникает постоянный перепад на дросселе 7, и влияние изменения давления питания значительно уменьшается. При уменьшении давления в линии сопла, шариковый клапан 8 закрывается, клапан сброса 6 открывается, и давление командного воздуха уменьшается. Преобразователь обеспечивает дистанционную передачу выходного сигнала по пневмотрассе длиной до 300 м. Класс точности преобразователя 1.0.

Преобразователь типа ПП предназначен для преобразования угловых перемещений в пропорциональный пневматический сигнал. Используется в качестве выходного преобразователя в приборах и устройствах частотно-ферродинамической системы, устанавливаемых в схемах автоматического управления производственными процессами.

Рисунок 6. Принципиальная схема преобразователя ПП

Угловое перемещение сектора 1 через ось 2 передается барабану 3. При помощи гибкой ленты 9, связанной с барабаном и огибающей отклоняющий ролик 8, угол поворота барабана преобразуется в пропорциональное усилие пружины 7. Усилие, развиваемое пружиной, через рычаг 6 воздействует на заслонку 15 пневмоусилителя.

Основным элементом пневмоусилителя является «сопло-заслонка». Питающий воздух из линии поступает в камеру I и через постоянный дроссель 4 в камеру II. Давление в камере II зависит от количества воздуха, поступающего в эту камеру через дроссель 4, и расхода его через сопло 14.

Если усилие Р, действующее на заслонку 15 со стороны рычага 6, равно нулю, то дросселирование в сопло 14 весьма незначительно, и давление в камере II приближается к атмосферному. При этом усилие, действующее на мембранную систему 13 снизу вверх, меньше, чем усилие пружины 12, и полный шток II попадает в камеру IV, соединенную с атмосферой.

При увеличении усилия Р, изменяющегося пропорционально углу поворота входной оси 2, сопло 14 в большей степени прикрывается заслонкой 15. Зазор z уменьшается, что создает дополнительное сопротивление истечению воздуха через сопло. Поэтому давление в камере II превышает давление в камере III, и мембранная система 13 перемещается вверх. Полый шток 11 упирается в тарельчатый клапан 10, закрывая выход в атмосферу, и приподнимает его, открывая доступ питающему воздуху из камеры I в камеру III. Давление в камере III, являющееся одновременно выходным, увеличивается до величины, при которой усилия, действующие на мембранную систему 13 снизу вверх и сверху вниз, уравновешиваются.

Одновременно выходное давление из камеры III передается в камеру V. Это давление воздействует на мембрану 5, с которой связана заслонка 15, - уравновешивает усилие Р.

Линейность характеристики достигается тем, что мембранная система 13 поджата пружиной 12 всегда на одну и ту же величину, а так как перемещение тарельчатого клапана 10 очень мало, перепад давления на сопле 14 постоянен.

Класс точности преобразователя 1.0. Преобразователь обеспечивает передачу по пневмотрассе показаний на расстоянии до 300 м.

В качестве вторичных приборов в пневматических системах можно применять любые измерители давления, а также вторичные приборы.

Рисунок 7. Кинематическая схема вторичного прибора системы «Старт»

Действие приборов основано на компенсационном принципе измерения. Приборы используют для работы с пневматическими преобразователями или другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы 20-100 кПа (0,2-1,0 кгс/см²).

В измерительном узле входной пневматический сигнал Р преобразуется в поступательное перемещение указателя (стрелки) и пера. Контролируемый параметр (входной пневматический сигнал Р) поступает в приемный сильфон 2. Воздух питания под давлением Р_пит через дроссель 1 подается в силовой элемент 7 и к соплу 3. При изменении входного давления сильфон 2, дно которого упирается в рычаг 4, перемещает его, изменяя зазор между соплом и рычагом.