Расчетно-пояснительнаязаписка к курсовой работе
по дисциплине
“Техническиеизмерения и приборы”
Тема работы:
«Функциональнаясхема автоматизированного контроля обработки железобетонных изделий в камерахпериодического действия»
Задание на курсовую работу1.Задание награфическую часть работы: составить функциональная схема автоматизированногоконтроля процесса тепловой обработки железобетонного изделия в камерахпериодического действия.
2. Задание на расчетнуючасть работы:
2.1. Расчет сужающегоустройства: Наименование исходных данных Вариант № 21 Измеряемая среда Вода
Максимальный расход Qном.max, кг/ч 2500
Средний расход Qном.ср., кг/ч 2000
Избыточное давление Ри, кПа 245,1 Температура t, °С 55
Барометрическое давление Рб, кПа 78,45
Допустимая потеря давления на сужающем устройстве при максимальном расходе Р'пд, кПа 24,51 Диаметр трубопровода, Д мм 75 Материал трубопровода Сталь 20
2.2. Расчет измерительнойсхемы электронного автоматического потенциометра:Тип термопары по ГОСТ 3044-44 Обозначение градуировки * Номер варианта
Предел измерения, />
от (tmin)
до (tmax) ТХА ХА 20 400 900
2.3. Расчет измерительнойсхемы электронного автоматического моста:
Тип термо-метра сопро-
тивления.
Сопротивление
термометра при />. Обозначения градуировки Номер варианта Пределы измерения, 0С
От (tmin)
До (tmax) ТСМ 53 Гр.23 20 50
Содержание
Задание на курсовую работу
Содержание
Введение
1. Общие сведения
2.Автоматизация технологического процесса
3. Средстваавтоматизации
4. Описание функциональнойсхемы АСК
5. Расчетная часть
5.1 Расчет сужающего устройства
5.2 Расчет измерительной схемыавтоматического потенциометра
5.3 Расчет измерительной схемыэлектронного автоматического моста
Заключение
Библиотечный список
Введение
Автоматизация управленияявляется одним из основных направлений повышения эффективности производства.Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производстваневозможны без применения средств автоматизации. Ещё Ю.В. Андропов отметил, чтопредстоит осуществить автоматизацию производства, обеспечить широкое применениекомпьютеров и микропроцессорной техники.
Характерной особенностьюсовременного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революциювычислительной техники, на самое широкое использование микропроцессорныхконтроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибкихпроизводственных систем, интегрированных систем проектирования и управления SCADA-систем.
Применение современныхсистем и средств автоматизации позволяет решать следующие задачи:
· вести процесс спроизводительностью максимально достижимой для данных производительных сил,автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров,свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов
· управлятьпроцессом, постоянно учитывая динамику производственного плана на номенклатурувыпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологическогооборудования, перераспределение работ на однотипном оборудовании и т.п.
· автоматическиуправлять процессом в условиях вредных и опасных для человека.
Решение поставленныхзадач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизациисуществующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологическихпроцессов и производств.
Одним из направленийповышения эффективности энергетического производства является внедрениевычислительной техники в системах управления. Широкое внедрение АСУ – этообъективная необходимость, обусловленная усложнением задач управления,повышением объёмов информации, которые необходимо перерабатывать в системахуправления.
На сегодняшний день на любом конкурентоспособномпредприятии внедрены АСУТП и АСУ, которые выполняют до 90% задач предприятия.
В организацииобслуживания технологического процесса большую роль играют локальные (местные)системы управления технологическим оборудованием и процессами и предназначеныдля контроля и управления отдельными, несвязанными между собой системамирегулирования и в иерархии образуют нижний уровень. Эти системы управленияявляются одноконтурными и для синхронного управления такими системами,наилучшим будет использование в управлении контроллера. Так как при непрерывномхарактере производства основной задачей автоматизации является автоматическоерегулирование параметров, а при дискретном производстве наиболее подходит программнологическое управление.
Решение поставленныхзадач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизациисуществующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологическихпроцессов и производств.
Широкоевнедрение систем автоматизации приносит промышленности кроме прямогоэкономического эффекта существенный организационный эффект, так как требуетспециалистов высокой квалификации, и, следовательно, повышает общий уровеньорганизации производства (уменьшает степень неупорядоченности) и его культуры,улучшает стиль и эффективность руководства и т.д.
Уровеньмеханизации и автоматизации производственных процессов сегодня является однимиз важнейших показателей научно-технического прогресса в стране.
1. Общие сведения
В настоящеевремя в зависимости от качества применяемых цементов и бетонов, а такжетребуемых сроков сокращения твердения бетона в изделиях, изготавливаемых по тойили иной технологии, дополнительное ускорение твердения бетона достигаетсяпутем применения:
а) механическихвоздействий — принудительное перемешивание с активизацией смеси, уплотнениебетонных смесей путем вибрирования с пригрузом, повторное и поличастотноевибрирование, вибропрессование, прокатка изделий и т. п.;
б) химическихвоздействий — введение химических добавок — ускорителей твердения,предварительная гидратация цемента, а также обработка газами;
в) физическихвоздействий — главным образом применение тепловой обработки (пропаривание,автоклавная обработка, электропрогрев, обогрев горючими газами, обработка вводной и масляной среде и др.).
Тепловлажностнаяобработка изделий на базе цементобетона значительно ускоряет твердение иулучшает при определенных условиях качество изделий по сравнению с твердениемих в естественных условиях. Тепловлажностная обработка изделий придает им занесколько часов прочность, равную 50% проектной, приобретаемой ими лишь через28 суток естественного вызревания.
Тепловлажностнаяобработка железобетонных изделий обеспечивается созданием горячей (в пределахот 60 до
200° С взависимости от технологического процесса) и влажной (ωвл==100%) среды. Создание горячей среды с температурой до 100° осуществляется впропарочных камерах, с температурой 150—200°С — в автоклавах.
Длятехнологического процесса существенное значение имеет скорость подъема ипонижения температуры.
Внастоящее время тепловую обработку железобетонных изделий в среде насыщенноговодяного пара осуществляют в камерах твердения непрерывного и циклическогодействия. Камеры непрерывного действия подразделяются на напольные, проходныеили тупиковые и вертикальные башенные. Тепловая обработка осуществляется в этихкамерах при определенном значении температур среды в каждой зоне и перемещениемизделия в этих температурных зонах.
Наиболеераспространенными камерами пропаривания являются ямные и тоннельные установкипериодического (циклического действия). В отличие от ямных камер, гдеосуществляется тепловая обработка крупноразмерных изделий, а загрузка ивыгрузка осуществляется в вертикальной плоскости, в камерах тоннельного типапропариваются изделия небольших размеров и операции загрузки и выгрузкиосуществляются в горизонтальной плоскости.
Набольшинстве заводов и полигонах наибольшее применение нашли камеры тепловойобработки ямного типа. Регулирование температуры в камере происходит приизменении притока пара, что осуществляется закрытием или открытием паровыхвентилей.
Исследованияхарактеристик ямной камеры как объекта автоматического регулирования потемпературе показали, что переходный процесс повышения температуры камеры приполностью открытом паровом вентиле имеет экспоненциальный вид.
Наряду сямными камерами твердения на заводах сборного железобетона применяют кассетныеустановки для пропаривания плоскокалиброванных изделий, Тепловая обработка вкассетных установках осуществляется путем контактного прогрева отформованных вних изделий, разделяемых друг от друга металлическими листами. Группа изделийрасполагается между паровыми рубашками.
Переходныйпроцесс набора температуры в камерной установке во времени при полностьюоткрытом паровом вентиле имеет вид экспоненты. Постоянная времени кассетныхустановок лежит в пределах от 0,1 до 0,5 ч для обычных и от 0,2 до 1 ч — дляжелезобетонных.
Приизучении пропарочной камеры как объекта регулирования установлено, что:тепловой процесс в камере обладает положительным коэффициентомсамовыравнивания; процесс нарастания температуры среды при поступлении илисбросе пара происходит по экспоненциальному закону; постоянная времени этойэкспоненты достаточно велика. Таким образом, пропарочная камера для системыавторегулирования является звеном инерционным с большой постоянной времени.
Математическимвыражением теплового баланса для тепловой обработки будет равенствопоступающего Qпи расходуемого тепла. Поступающая тепловая энергиярасходуется на повышение температуры среды в объекте и на покрытие утечек теплаQy. В распространенных до последнеговремени системах автоматического регулирования температуры программируетсяпоследовательность и длительность этапов процесса тепловой обработки спозиционным регулированием температуры изотермического прогрева.
Дляавтоматического регулирования температуры в пропарочной камере широкоеприменение получили схемы с двухпозиционным элементом регулирования.
Экспериментальныеисследования показывают, что постоянная времени теплового процесса в камере вомного раз больше, чем постоянные времени других структурных элементов системыавтоматического регулирования температуры в пропарочной камере.
Установкиавтоматического регулирования тепловой обработки железобетонных изделий,применяющиеся в настоящее время, можно разделить на две основные группы.
1. Установкирегулирования на базе программных регуляторов, отрабатывающих необходимуюпрограмму тепловой обработки: подъем, изотермическую выдержку и спусктемпературы (установки на базе программных регуляторов типа ПРТЭ, ЭРП, ПРЗ,ПУСК-ЗС).
2. Установкирегулирования на базе регуляторов стабилизации, использующие дополнительныеприборы и приспособления для осуществления подъема и спуска регулируемой температуры:установки на базе электронных автоматических мостов с регулирующим устройством(ЭМД, МСР и др.); установки на базе термосигнализаторов (ТСГ, ТС и др.).
Установкана базе регулятора ПРЗ (состоит из пневматического регулятора, использующегоэнергию сжатого воздуха; в качестве исполнительного устройства примененпневматический исполнительный механизм) в условиях заводов железобетонныхизделий оказалась ненадежной. Использование установок с термосигнализаторомтипа ТСГ и ТС ограничено, так как длина капилляра, соединяющего термобаллон совторичным прибором, не превышает 60 м. Установки с использованием электронныхмостов очень дороги и их применение экономически невыгодно.
Впромышленности применяют еще ряд установок, использующих другие регуляторы, ноони также имеют недостатки в схеме или конструкции.
Врезультате всесторонних исследовании применяемых систем для автоматическогорегулирования тепловлажностной обработки железобетонных изделий установлено,что наиболее надежными и качественными являются системы на базе регуляторовПРТЭ-2М и ЭРП.
Нижерассматриваются лишь основные системы автоматизации кассетных установок,применяющиеся в производстве сборного железобетона.
Кассетнаяформа образуется из двух крайних и ряда промежуточных разделительныхвертикальных щитов, расставленных друг от друга на определенном расстоянии,равном толщине формируемых панелей, и из бортовой оснастки для превращенияотсека в форму, открытую сверху. Два крайних и ряд промежуточных отсеков, в которыхциркулирует теплоноситель (пар),, являются тепловыми.
Системаавторегулирования, которая обеспечивает автоматическое управление процессомтепловой обработки изделий в кассетных установках, основана на управлениивременным циклом обработки с периодическим контролем температур. Регулируемымпараметром при этом является температура пара, подаваемого в неподвижнуюпаровую рубашку каждой кассетной установки. Общая продолжительностьрегулирования по указанному режиму составляет 25% всего времени цикла. Постояннаяподача пара в кассету вызывает перегрев полости кассеты и значительноеувеличение расхода пара. В этой системе не предусмотрена блокировка на случайпадения давления в сети пароснабжения, а также проверка температуры объекта вконце цикла пропаривання с целью устранения возможности выпуска недостаточнопропаренных изделий.
Врассматриваемой системе в качестве регулируемого параметра использоваласьтемпература пара в паровой рубашке, что в малой степени определяет характерраспределения температур по объему изделий и не может обеспечивать стабильногорежима обработки, предусматриваемого технологическим процессом. Отсутствиетемпературной блокировки в процессе изотермической выдержки может привести, содной стороны, к недопустимому перегреву изделий, с другой — к значительномуперерасходу пара. Отсутствие период» охлаждения приводит к тому, что распалубкаизделий производится при температуре бетона, близкой к 100° С, что неизбежноприведет, при отсутствии специальных теплых складов или камер дозревания, кпоявлению трещин ввиду резких температурных перепадов.
Вописанной ниже системе автоматического регулирования режима тепловлажностнойобработки изделий в кассетных установках предусматривается регулированиепроцесса по температуре бетона в одной из секций.
Приокончании процесса формования бригадир или мастер смены при помощи кнопки,находящейся на щите управления кассетами или общем пульте, подает напряжение вцепь моторного исполнительного механизма, который открывает подачу пара вкассету. Пар, поступая в кассету, начинает вытеснять из нее воздух, и придостижении через воздушный клапан определенной величины срабатываетманометрический термометр. При этом исполнительный механизм закрывает воздушныйклапан, и кассета начинает работать под заданным давлением. Когда температура визделии достигает заданной величины, установленный в нем в качестве датчикатермометр сопротивления подаст сигнал на малогабаритный электронныйавтоматический самопишущий и регулирующий мост, который поддерживаеттемпературу изделия в пределах заданного интервала температур, включая иливыключая подачу пара в кассету посредством исполнительного механизма. Основнымнедостатком рассматриваемой системы является отсутствие регулирования подъематемпературы и регулирования процесса по температуре бетона в одной из секцийустановки, что неприемлемо ввиду значительного разброса температур по объемамизделий. Кроме того, установка датчиков в тело изделий нежелательна сконструктивной точки зрения в связи с перемещением секций при распалубке, атакже возможности схватывания бетона с металлическим чехлом датчика.
Регулированиепроцесса тепловлажностной обработки железобетонных изделий в кассетныхустановках таким образом неприемлемо вследствие того, что значителен перепадтемператур по объему изделия и нестабилен температурный режим, а также по рядуконструктивных соображений (необходимость перемещения датчика с секциейкассеты, возможность схватывания датчика бетоном и т. д.) и неэффективно, таккак распределение температур по секциям паровых рубашек неравномерно иотсутствует прямая зависимость между температурой пара, поступающего в рубашки,и температурой изделия.
Врезультате исследований, проведенных на опытных кассетных установках, быловыяснено, что наиболее полное представление о средней температуре изделия можетбыть получено путем измерения температуры конденсата, отводимого из паровыхрубашек кассет в бак сбора конденсата, так как его температура (а конденсатстекает в обратную трубу из различных полостей паровых рубашек) характеризуетсреднюю теплоотдачу пара во всех секциях данной кассетной установки, чтоопределяет усредненную температуру пропариваемых изделий.
Стабильностьрегулирования тепловой обработки системами автоматизации, использующими вкачестве регулируемого параметра температуру конденсата, подтвердилаправильность сделанного выбора. Вместе с тем, использование температурыконденсата в качестве регулируемого параметра вызывает необходимость устранениявлияния на нее ряда внешних факторов, не связанных с ходом тепловой обработки вданной кассетной установке. Температура конденсата может колебаться при наличиипролетного пара в соседней кассетной установке и недостаточно надежной работесистемы отвода паровоздушной смеси из бака сбора конденсата; необходимообеспечить стабильную работу системы пароснабжения всех кассетных установок вданном цехе и интенсивный отвод паровоздушной смеси из бака сбора конденсата.
2. Автоматизация технологического процесса
/>/>
Рис.1.Автоматизация камеры периодического действия для тепловой обработкижелезобетонных изделий:
а — функциональная схема; 1 —гребенка; 2 — задвижка с ручным приводом: 3 —приточныйзатвор: 4 — эжектор; 5 — паропровод; 6 — вентиляционный затвор; 7— вентилятор; 8— вентиляционный канал; 9— камера; 10—регистр перфорированный; 11— программный регулятор температуры: 12—манометр электроконтактный; 13— манометр; М — регулятор прямого действия«против себя»; 15 — расходомер; Л — магнитный пускатель; С — гудок; КСС— кнопка; 1ЛЕ — сигнальная лампа; 1Э, 1ЭВ — вентиль с электромагнитнымприводом: ТС — термометр сопротивления; ДН — диафрагма; КС — конденсационныесосуды; б — структурная схема; 16 — теплоноситель; 17 — регулятортепловой обработки изделий; 18 — пропарочная камера; 19 —изделие; 20 — задатчик выдержки температур; 21 — задатчнкскорости нарастания температур; 22 — задатчнк температуры паровоздушнойсреды
3. Средства автоматизации
Технические требования к приборам серии «Технограф». Регистрирующие и показывающие электронные приборы сучетом возросших требований промышленности и растущей конкуренции со стороныаналогичных приборов производства стран ЕЭС должны удовлетворять рядусовременных требований, к которым относятся:
— универсальность –возможность обслуживания практически всех существующих типов датчиковтемпературы, абсолютного и избыточного давления, уровней жидкости и т.п.;
— многоканальность– наиболее часто применяются 12, возможно 24 и более каналов;
— наличие табло длясветовой индикации на жидких кристаллах (помимо средств регистрацииконтролируемых параметров на диаграммной бумаге с шириной ленты 100 или 160 мм);
— существенно меньшиемассогабаритные характеристики благодаря использованию новых конструкторскихрешений для принципиально измененной механической части и применениюсовременных конструкционных материалов;
— возможностьработы в компьютерных сетях;
— наличиеэнергозависимого ОЗУ;
— наличиекомплексной регистрации: как цифровой, так и аналоговой.
Рассмотрим особенностипостроения схем приборов «Технограф-160, -100», в которых реализованы указанныетребования.
/>
/>
Функциональныевозможности. Приборысерии «Технограф» обеспечивают:
• подключение различныхдатчиков на любые пределы измерений и к любому каналу измерений, чтоопределяется пользователем в зависимости от поставленных перед ним задач (этоне требует большого числа вариантов исполнения);
• аналоговую или цифровую регистрацию значенийизмеряемых параметров каждого канала в циклическом режиме в прямоугольных координатахна диаграммной ленте шириной 100 или 160 мм;
• оперативную заменупользователем типов датчиков и изменение пределов измерений в процессеэксплуатации в зависимости от подключаемых датчиков;
• простоту группового ЗИП,так как имеются всего два варианта исполнения приборов;
• индикацию на цифровомтабло значений измеряемых параметров в циклическом режиме или выборочно полюбому каналу в единицах измеряемой величины при одновременной регистрации всехканалов;
• сигнализацию при отклонении измеряемых параметров отзаданных значений: приборы имеют две независимые установки для любогоизмерительного канала, каждая из которых может иметь вид «Больше», «Меньше» (срегистрацией на ленте номера канала, времени, даты, номера уставки и значениявеличины параметра) или «Регулирование» (без регистрации, срабатывают толькореле сигнализации);
• регулирование попринципу «раздельная задача – раздельный выход» или «раздельная задача – общийвыход»;
• автоматический контрольисправности по всем входящим платам;
• программно-кодовуюзащиту от несанкционированного доступа с клавиатуры в БД;
• обмен данными с внешнейЭВМ по каналу интерфейса RS-232;
• хранение введенныхзначений параметров и отсчет текущего времени при перерывах в электропитаниидлительностью до 10 сут;
• отключение измерения,регистрации и сигнализации по любому каналу.
Кроме того, прибор«Технограф-160» способен измерять и регистрировать мгновенный расход(корнеизвлечение) и суммарное значение расхода.
Принцип действия. Структурная схема прибора «Технограф-160»приведена на рис. 3. Коммутатор каналов КК с помощью герконовых релепоочередно подключает к АЦП датчики в соответствии с управляющимисигналами, которые поступают с платы АЦП.
/>
Рис. 3. Структурная схемаприбора «Технограф-160»: КК– коммутатор каналов; ЦП – центральныйпроцессор; ИТ–источник тока; К – клавиатура; ШД1 и ШД2– шаговые двигатели следящей системы и лентопротяжного механизма соответственно;УС – устройство сигнализации; ИОН– источник опорного напряжения; ЦЦ– цифровой дисплей; КС – канал связи RS-232; ЗПУ – записывающее устройство; ЛПМ –лентопротяжный механизм
Входные сигналы через плату коммутатора подаются на вход АЦП,построенного по принципу двойного интегрирования, для уменьшения влияния помехпромышленной частоты. Однако интегратор не полностью подавляет эти помехи, таккак частота сети может изменяться в зависимости от величины нагрузки наэнергосистему. Для полного их устранения в
АЦПвремя интегрирования жестко связано с частотой сети. В АЦП входнойсигнал поступает на вход нормирующего усилителя. С его выхода через электронныйключ входной сигнал подается на интегрирующий усилитель, который интегрируетего за строго заданный промежуток времени – период частоты сети. После этогоэлектронный ключ отключает входной сигнал и на вход усилителя поступаетвысокостабильное постоянное напряжение. При достижении нулевого значениянапряжения на выходе интегратора компаратор отключает электронный ключ,закорачивает конденсатор обратной связи интегратора и подает сигналцентральному процессору ЦП об окончании преобразования. Такое построениеприбора позволяет тестировать плату АЦП и тем самым уменьшатьпогрешность прибора, а также заменять прибор или его узлы еще до выхода прибораиз строя (если погрешность превысит допустимое значение в диапазоне измерения).
Центральный процессор, получив от платы АЦП сигнал обокончании преобразования, считывает с электронных счетчиков двоичный 16-разрядныйкод, пропорциональный входному сигналу. Далее ЦП в соответствии спрограммой, записанной в ЗПУ, преобразует двоичный код в значениепараметра, передает его в контроллер клавиатуры и дисплея и затем на цифровойдисплей. Клавиатурная часть контроллера обеспечивает ввод информации склавиатуры в прибор.
Центральный процессор формирует сигнал управленияисполнительными реле блока сигнализации выхода параметра за предельноезначение. В связи с тем, что в приборе отсутствует реохорд обратной связи, в началеи конце диаграммной бумаги установлены два датчика положения (начала и концашкалы). Число шагов шагового двигателя между ними составляет примерно 1000.
В приборе применено записывающее устройство в видекаплеструйного картриджа, закрепленного на подвижной каретке. Напряжение накартридж подается от схемы управления с помощью гибкой ПП. При подаченапряжения на резистор, встроенный в картридж, чернила, подаваемые черезкапилляр, вскипают и выбрасываются на диаграммную бумагу, оставляя на ней следв виде точки. Каретка соединена с шаговым двигателем следящей системы гибкимтросиком. Применение бесконтактной записи позволило уменьшить трение в следящейсистеме.Особенностипостроения схемы АЦП в приборах серии «Технограф». При разработке прибора учитывались следующие условия егоработы:
– наличие помехпромышленной частоты;
– малые уровни сигналовот датчиков;
– заданное (илимаксимальное) число контролируемых каналов.
Входное постоянное (медленноменяющееся) напряжениепреобразуется в цифровой код при помощи АЦП, обеспечивающего хорошее подавлениепомех с частотой питающей сети и опрос каналов в течение заданного времени.Обычно постоянная времени тепловых процессов объектов контроля составляетпримерно 10...900 с и число каналов локальных систем не превышает 64, в связи счем целесообразно использовать АЦП двойного интегрирования с0 длительностьюпервого такта, кратной периоду частоты сети, для полного подавления помехи счастотой сети.
Рассмотрим подробнее работу такого АЦП (рис. 3.43).
/>
Рис. 4. Схема АЦП, построенного по принципу двойногоинтегрирования
В первом такте интегрируется входное напряжение UВХ:
/>
U1(t)=
где n1– число тактовых импульсов генератора за период частоты сети; Ттакт– период тактового генератора; Tсети – период напряжения сети.
Во втором такте интегрируетсяопорное напряжение UОП
/>
где t2= n2·Tтакт; n2 – число тактовых импульсов за время разрядаконденсатора.
Когда напряжение U1(t)станет равным 0, компаратор выдаст команду на останов счетчика второго такта.
Таким образом,
/>
UВХ= Uоп .
Из последней формулывидно, что для максимального подавления помех необходимо использоватьконденсатор с малой абсорбцией, стабильный генератор тактовых импульсов впределах времени первого и второго тактов и стабильное Uoп. Обычно на каждом канале проводитсяне менее трех измерений для уменьшения вероятности ошибки преобразования.Входные сигналы через плату коммутатора поочередно поступают на входнормирующего усилителя. С выхода последнего через электронный ключ входнойсигнал подается на вход интегрирующего усилителя, который интегрирует входнойсигнал за строго заданный промежуток времени. После этого электронный ключотключает выходной сигнал датчика, а ко входу интегратора подсоединяется источникнапряжения с полярностью, противоположной полярности выходного сигнала датчика.
На плате ЦП формируется сигнал управления выходнымиреле сигнализации при выходе параметра за заданное значение.
Основные технические характеристикирегистрирующих приборов «Технограф-100 и -160»
Основная погрешность прибора, % от диапазона измерений:
по показаниям...........…...………±0,25 (дляузкопредельных ±0,5)
по цифровойрегистрации… ±0,25 (для узкопредельных±0,5)
по аналоговойрегистрации… ±0,5 (для узкопредельных ±1,0)
/>по сигнализации ...............……....±0,5 (дляузкопредельных ±1,0)
Напряжение питания силовойцепи, В ...................…….………
Частота напряженияпитания, Гц..............................………………50 ± 1
Коэффициент высшихгармоник, % .....................................…………≤ 5
Диапазон задания уставоксигнализации,
% от диапазона измерениявходного сигнала ...............................0...100
Входное сопротивление прибора для входных сигналов:
0...10;0...20;0...50;0...100мВ,0...5 В
по ГОСТ 26.011, отдатчиков с номинальной
техническойхарактеристикой К, L, S, В
по ГОСТ Р50431, кОм............................................………………… ≥ 500
0...5; 0...20; 4...20 мА,Ом .............................................…………………50
Исполнение:
по защищенности отвоздействия окружающей среды……...…… по ГОСТ 12997 – 84
по устойчивости к воздействиютемпературы и влажности
окружающего воздуха....….…… группа В4 по ГОСТ 12997 – 84
по устойчивости квоздействию атмосферного давления группа Р2 по ГОСТ 12997 – 84
по виброустойчивости...........….… группа L3 поГОСТ 12997–84
Регистрация показаний впрямоугольных координатах на ленте ЛПГ-160 ……………………………………………………… по ГОСТ 7826 –73
номинальная ширина полярегистрации, мм ................................100
толщина линиирегистрации, мм .......................………………..≤ 0,5
Скорость перемещения диаграммной ленты:
при аналоговойрегистрации, мм/ч .....………………….…любое из значений ряда 5; 10; 20; 40; 60; 120;240; 480; 1200; 2400
при цифровой регистрации(устанавливается автоматически), мм на один цикл регистрации..…………………………………………5
Цикл:
измерения по 12-тиканалам, с ...........................…..……………≤ 12
регистрации(устанавливается с помощью клавиатуры), с… любое значение из ряда 10; 15;20; 30; 60; 120; 300; 600
Расход диаграммной ленты, м/ч..............….……………рассчитывается по формуле L = (3600 / N)225, где N – циклрегистрации
Погрешность скоростидвижения диаграммной ленты, % ..............≤0,5
Масса, кг...........................................................................………………8
Полный средний срокслужбы, лет .............………..………………. ≥10
Таким образом, приборы нового поколения существеннопревосходят предыдущие разработки по следующим параметрам.
1. Уменьшено число модификаций приборов в 100 раз (с 200 до2). Это связано с универсальностью приборов, а именно с возможностью работы сразличными типами датчиков.
2. Имеется возможностьработы в сети благодаря включению в структуру приборов стандартных интерфейсов RS-232 и -485.
3. Обеспечивается подключение разных типов датчиков к любомуиз каналов.
4. Повышена надежность приборов в результате применениябесконтактной струйной записи.
5. Снижена потребляемая мощность и уменьшены габаритныеразмеры приборов вследствие использования МП и другой современной элементнойбазы.
Микропроцессорные показывающие и регистрирующие приборы«Технограф-100» и «Технограф-160» выпускаются Челябинским заводом«Теплоприбор».
4. Описание функциональной схемы АСК
Созданряд систем (с КЭП, с ПРТЭ), базирующихся на описанном принципе управленияпроцессом.
Системасостоит из следующих основных узлов: электронного программного регуляторатемпературы ЭРП-61; датчиков температуры, установленных в баке сбораконденсата; электронного самописца ЭРП-61; датчиков температуры, установленныхв баке сбора конденсата; электронного самописца ЭМП-209; датчика температуры впаровом отсеке кассеты; дроссельной диафрагмы; регулятора давления;электроконтактного манометра; прибора расхода; исполнительного механизма ирегулирующего клапана, а также устройств управления и сигнализации.
Необходимостьустановки самопишущего интегрирующего прибора расхода определяется тем, чторасход пара в кассетной установке на цикл тепловой обработки изделий являетсяодним из основных показателей, характеризующих эффективность работы любой израссмотренных систем автоматики. Для определения суммарного расхода пара зацикл тепловой обработки проводится суммирование единичных расходов и времени подачи пара для каждого замера. Всистеме осуществляется блокировка на случай падения давления в сетипароснабжения, для чего ставится электроконтактный манометр ЭКМ-1. Для определениярасхода регулирующего клапана ставится прибор давления (показывающий давлениедо и после клапана).
Регулированиепо температуре конденсата осуществляется регулятором ЭРП-61, воздействующимчерез исполнительный механизм на регулирующий клапан. Датчик регулятораустановлен в баке сбора конденсата, там же установлен один из датчиковсамописца и ртутный термометр для контроля показаний этих датчиков.
Основнымиэлементами системы управления тепловым режимом пропарочных камер по схемеУралметаллургавтоматики является: программный регулятор ЭРП-61, малоинерционныйтермодатчик ТДР-61 и паровой регулирующий клапан ПРК-61.
Какизвестно, технологический процесс тепловлажностной обработки состоит из циклаподъема температуры, изотермической выдержки и охлаждения.
Обязательнымэлементом цикла является вентиляция ямных камер перед снятием крышки длядальнейших операций по выгрузке изделий, прошедших пропарку. Управлениепроцессом вентиляции в проектных разработках последних лет включается в общуюсхему автоматизации пропарочной камеры.
/>/>На рис. 1, а, б приведеныфункциональная и структурная схемы автоматизации камеры периодического действиядля тепловой обработки железобетонных изделий. По новому ГОСТу используемприборы:
Поступившийк блоку (поз. 12) импульс от программного задатчика (поз. 11)сравнивается с уровнем сигнала, поступающим в этот блок от ручного задатчика.Величина сигнала устанавливается однажды — в процессе наладки системы, и вовремя работы системы не изменяется. Регулирование будет происходить взависимости от соотношения сигналов «номинала» и «параметра» — сигнала,отрабатываемого датчиком температуры, установленным в камере. При достижении t= tопсигнал программного задатчика скачком уменьшается дозначения меньшего сигнала, задаваемого ручным задатчиком. Так же когда значение«номинала» становится ниже «параметра» (в камере температура паровоздушнойсреды не изменяется), то посылается импульс на закрытие исполнительногомеханизма для прекращения подачи пара в него (если он был открыт). В своюочередь, сигнал от ручного задатчика, который вслед за этим моментом начинаетпревышать уровень «номинала», еще более страхует систему, исключая случайностьвключения исполнительного механизма подачи пара в камеру. С этого моментанаступает режим проветривания. Отработанный в блоке сравнения: сигнал,направляется к блоку включения затворов камеры. Последним посылаетсяпневматический импульс на открытие исполнительного механизма. Последнийоткрывается, и к эжекторам затворов (не показанным на схеме) поступает пар. Сподачей пара к эжекторам происходит открытие приточного и вентиляционногозатворов камеры.
В рядеотраслей пневмоавтоматика является основным средством автоматизации. Этосвязано с высокой степенью надежности пневматической аппаратуры, с простотой ееобслуживания, сравнительной дешевизной. Важное значение имеет также и то, чтопневматическая аппаратура пожаро- и взрывобезопасна. Свойственное пневматикенизкое быстродействие ограничивает область ее целесообразного применения.Однако при управлении очень инерционными объектами это несущественно.
Пневмоавтоматикакамер пропаривания строится на базе системы элементов УСЭППА, состоящей изнабора унифицированных элементов, каждый из которых выполняет простейшуюоперацию.
Ранееговорилось, что в технологическом цикле пропаривания значительное местозанимает процесс вентиляции камер. По окончании цикла пропарки необходимофорсировать разгрузку камеры, задержка разгрузки снижает ее пропускнуюспособность, а следовательно — предприятия в целом. Наиболее удачные схемыавтоматизации процесса вентиляции были получены на базе примененияпневмоавтоматики.
5. Расчётная часть курсового проекта
5.1 Расчетсужающего устройства
Расчет производится всоответствии с “Правилами измерения расхода газов и жидкостей стандартнымисужающими устройствами РД–50–231–80”.Измеряемая среда Воздух
Максимальный расход Qном.max, м3/ч 2500 кг/ч
Средний расход Qном.ср., м3/ч 2000 кг/ч
Избыточное давление Ри, кПа 245,1
кгс/см2 2,5 Температура t, °С 55
Барометрическое давление Рб, кПа 78,45
кг/см2 0,80
Допустимая потеря давления на снижающем устройстве при максимальном расходе Р'пд, кПа 24,51
кгс/см2 0,25 Диаметр трубопровода Д, мм 75 Материал трубопровода Ст. 20
5.1.1 Привыборе типа и разновидности дифманометра предельный номинальный перепаддавления дифманометра следует выбирать из стандартного ряда чисел, указанных вГОСТе 18140-84
5.1.2Верхний предел измерений дифманометра (ГОСТ 18140-84):
/>
5.1.3 Дляопределения предельного номинального перепада давления /> вначале рассчитываютдопустимую потерю давления PПДпри расходеQпр:
/>
/> — допустимая потеря давления насужающем устройстве при максимальном расходе;
Qпр — верхний предел измерениядифманометра;
Qmax — наибольший измеряемый расход
5.1.4Далее определяем дополнительную величину С:
/>
/>
/> - верхний предел измерениядифманометра для объемного расхода;
ρ — плотность средыв рабочих условиях;
D — внутренний диаметр трубопроводаперед сужающим устройством при температуре t.
5.1.5 Повычисленному значениюС и заданной величине /> находим искомое значение/> и приближенноезначение относительной площади сужающего устройства m:
По номограмме дляопределения предельного номинального перепада давления дифманометра /> и модуля диафрагмы /> определяем:
/>
5.1.6Определим число Рейнольдса и проверим условие: Re> Remin
По таблице «Правилизмерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствамиРД-50-231-80» определим граничное значение числа Рейнольдса:
/>
Вычислим расчетноезначение числа Рейнольдса:
/>
/>
μ – динамическаявязкость воздух
Условие Re > Remin выполняется, значит, дальнейшийрасчет производить можно.
5.1.7Вычисляем вспомогательную величину mα
/>
/>
/> — наибольший перепад давления всужающем устройстве, соответствующийQmax.
Для значения /> находим />посредством делениявеличины /> на соответствующеезначение коэффициента расхода />.
/>
5.1.8Определим потери давления на диафрагме:
/>
/>
5.1.9Поправочный коэффициент на тепловое расширение материала сужающего устройства:
/>
/>
5.1.10Подсчитываем искомое значение диаметра отверстия сужающего устройства
/>
/>
5.1.11Рассчитаем допуск при />:
/>
5.1.12.Диаметр отверстия сужающего устройства:
/>5.2 Методика расчёта измерительной схемы электронногоавтоматического потенциометра
В соответствии сизложенной методикой и исходными данными для своего варианта №21 (табл. 2)произведу расчёт измерительной схемы потенциометра.
Таблица 2 Пределыизмерения и градуировки автоматических потенциометров.Тип термопары по ГОСТ 3044-44
Обозначение градуировки (при температуре свободных концов термопары />) Номер варианта
Предел измерения, /> от до ТХA ХA 21 400 900
Расчёт измерительнойсхемы потенциометра начинается с выбора значений токов в ветвях схемы, которыйпроизводится с учетом следующих требований:
1) значения токов должныобеспечивать требуемое падения напряжения на измерительном реохорде исопротивлениях измерительной схемы;
2) ток, потребляемыйизмерительной схемой, должен быть незначительным;
3) сопротивления, припрохождении по ним тока, не должны заметно нагреваться и менять вследствиеэтого своё значение.
С учётом этих требованийток в измерительной цепи автоматически потенциометров, например КСП – 4 (рис.2), являющейся типовой для измерения ЭДС или напряжений, выбран 5мА: в верхнейизмерительной ветви /> и в нижнейвспомогательной ветви />.
5.2.1 Позаданным пределам изменения температуры контролируемой среды
/> и />выбираетсянаиболее подходящий тип термопреобразователя (термопары) (табл. 2) и по еёградировочным таблицам определяются значения />/>и />, соответствующиеверхнему и нижнему значениям предела измерения.
/>=4000C, />=9000C.
/>=14,5 мВ, />=8,42мВ.
Предел измерения />определяется какразность
/>
/>
/>
Рис. 2 Измерительнаясхема автоматического потенциометра КСП 4.
5.2.2Величина сопротивления резистора /> определяетсяиз условия равенства падения напряжения на нём от тока /> и /> нормального элемента
/>Следовательно,
/>
/>
Величины сопротивлениярезисторов />,ограничивающего ток в цепи источника питания стабилизированного (ИПС) ипеременного />,предназначена для установки величины рабочего тока в измерительной схеме,соответственно равны 750 Ом и 56 Ом.
/>=750 Ом, />=56Ом.
5.2.3Величина сопротивления резистора />,
определяющего верхний предел измерения или конец шкалы,определяется из условия равенства падения напряжения на приведенномсопротивлении /> цепиреохорда (резисторы />, />,/>) и предела измерения />,
/>
Эквивалентное(приведенное) сопротивление реохорда /> вавтоматических приборах является заданной величиной (90, 100 или 300 Ом) иопределяется уравнением
/>
/>90 Ом
Тогда приведенноесопротивление RПР можно выразить в следующем виде:
/>,
/>
где: /> - коэффициент,учитывающий нерабочие участки реохорда; /> -сопротивления нерабочих участков в линейном реохорде.
K=1.064 Получим:
/>
/>
С учётом сопротивленияподводящих проводов схемы /> и /> имеем:
/>.
5.2.4 СопротивлениеRН, определяющее нижний пределизмерения или начало шкалы находится, исходя из следующих соображений. Притемпературе контролируемой среды tminдвижок реохорда находится в точке а, т.е. в началешкалы прибора, и /> термопары /> компенсируетсяпадением напряжения /> в точках а –с измерительной схемы
/>
Тогда />.
/>
Для высокоточныхпотенциометров, например класса точности 0,25, учитываются сопротивлениясоединительных проводов />, />, /> и /> между катушкамисопротивлений электрической измерительной схемы, а также /> термопары /> при среднейтемпературе /> свободныхконцов термопары. Тогда />вычисляетсяпо формуле:
/>
5.2.5 Сопротивление /> служит для ограничения тока визмерительной схеме. Поэтому падения напряжения /> вточках в – с должно обеспечить компенсацию /> термопары/>, соответствующуюверхнему пределу измерения прибора />.Исходя из этого условия, /> дляприбора с линейным реохордом определяется по уравнению
/>
/>
5.2.6 Дляавтоматической компенсации влияния изменения температуры свободных концовтермопары в схему введеносопротивление RM,выполненное из медной проволоки и располагающееся вблизи свободных концовтермопары. С изменением температуры свободных концов термопары появляетсяизменение падения напряжения на RM при протекании тока I2, компенсирующее ту часть ЭДСтермопары, которая возникает за счёт изменения температуры свободных концовтермопары. Сопротивление RM определяется из выражения:
/>
где: /> — средняячувствительность термоэлектрического преобразователя в интервале изменениятемпературы свободных концов его /> (определяетсяпо градировочным таблицам), мВ/град; /> — сопротивления /> притемпературе /> — температурный коэффициент сопротивления меди, равный />.
/> C=0.006
/>
Сопротивление меднойкатушки для средней температуры окружающей среды /> находитсяпо формуле:
/>
/>5.3 Методика расчёта измерительной схемы электронногоавтоматического моста
В соответствии с изложеннойметодикой и исходными данными для своего варианта №21 (табл. 3), произведемрасчёт измерительной схемы автоматического моста.
Таблица 3
Пределы измерений иградуировки автоматических уравновешенных мостов.Тип термометра сопротивления.
Сопротивление
термометра при />. Обозначения градуировки Номер варианта
Пределы измерения, 0С от до ТСM 53 Гр.23 21 50
Рассмотрим расчётуравновешенной измерительной трехпроводной схемы автоматического моста КСМ 4(рис.6.2).
5.3.1 По заданнымпределам изменения температуры контролируемой среды /> и /> выбирается наиболееподходящий тип термометра сопротивления (табл. 3) и по его градировочным таблицам определяетсявеличины сопротивлений термометра /> и />, соответствующиеверхнему и нижнему пределам измерения автоматического моста:
/>,
/>
/>,
/>
где: t0 – начальная температура, обычнопринимается />, /> — температурныйкоэффициент сопротивления материала термометра.
/>
Рис. 3 Измерительнаятрехпроводная схема автоматического уравновешенного моста КСМ 4.
5.3.2 Сопротивлениесоединительных проводов и подгоночных катушек Rл составляют сопротивление внешнейцепи Rвн, равное обычно 5 Ом, т.е.сопротивление одной линии – 2,5 Ом.
5.3.3 Сопротивление Rдопределяет начало шкалы прибора, а rд – подгоночное сопротивление в виде спирали, являющейся частьюсопротивления Rд. Последнее выбирается равным /> Ом.
5.3.4 Величинасопротивления RЗ должнабыть больше Rt и при изменении его от /> до /> ток />, протекающий черезреохорд в указанном диапазоне температуры, должен меняться не более, чем на />, иначе уменьшаетсячувствительность моста />
/>,
Примем
/>=0,9
Тогда />, Ом.
/>
По условию R2=R3
5.3.5 Сопротивления R1находится из уравнения равновесиямостовой схемыотносительно начальной отметки шкалы, когда движок реохорда находится в точке /> в:
/>
R1= (-(3865-1105,5+2.5-5) />/>= 2508 Ом
5.3.6 Приведённоесопротивление Rпрцепи реохорда (Rр, Rш, Rп) определяется по формуле, полученной путём совместногорешения уравнений равновесия мостовой измерительной схемы для двух крайнихотметок шкалы:
/>
где: λ –коэффициент равный 1,064.
/>
5.3.7 Величинасопротивления Rп, определяющего верхний предел измерения прибора, вычисляетсяпо формуле:
/>
/>
где: Rэкв – эквивалентное сопротивленияреохорда, равное 90 Ом.
5.3.8 Балластноесопротивления Rбвцепи питания служит для ограничения тока в плечах измерительной схемы и рассчитывается изусловия, чтобы максимальный ток Imax, проходящий через термометр, не превышал 7 мА.
/>, Ом.
где: U=6,3В – напряжение питания мостовой схемы;Rto – сопротивление термометра при /> или минимуме.
/>
Заключение
В ходе курсовой работы было произведено построение функциональнойсхемы автоматизированного контроля процесса тепловой обработки железобетонногоизделия в камерах периодического давления.Кроме того, были произведенырасчеты измерительных схем автоматических электронных потенциометра, моста исужающего устройства расходомера по переменному перепаду давления.
Библиографическийсписок
1.Абдулин С.Ф. Технические измерения и приборы: методические указания повыполнению курсовой работы для студентов специальности 210200 – Омск: Изд-воСибАДИ, 2005 – 52 с.
2. Зеличенок Г.Г. Автоматизациятехнологических процессов и учета на предприятиях строительной индустрии: учеб.пособие для вузов. – М.: «Высш. школа», 1975. – 352 с.
3. ГОСТ 21.404–85. Автоматизациятехнологических процессов. Обозначения условные приборов и средствавтоматизации в схемах. – М.: Издательство стандартов, 1985. – 16 с.
4.Виглеб Г. Датчики: устройство и применение. – М.: «Высшая школа» 1989. – 210 с.