Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Конспект лекцій
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Теплогазопостачання та вентиляція
Кафедра:
Автоматизації теплових і хімічних процесів
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Лекція
Предмет:
Автоматизація систем теплогазопостачання та вентиляції
Група:
ТВ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра “Автоматизації теплових і хімічних процесів”
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
Дисципліни «Автоматизація систем теплогазопостачання та вентиляції»
Для спеціальності 7.092108 «Теплогазопостачання та вентиляція»
Старший викладач Николин Г.А.
Львів-2003
ЗМІСТ.
Тема 1.
АВТОМАТИЗАЦІЯ СИСТЕМ ТГВ.
1. ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ.
Вступ.
Основи проектування схем автоматизації.
Побудова схем автоматизації.
Побудова структурних схем автоматизації.
Автоматизація технологічних процесів.
1.3.3. Побудова функціональних схем автоматизації.
1.3.4. Побудова принципових електричних схем автоматизації.
Вступ.
Автоматизація виробничих процесів створює певні техніко-економічні переваги у всіх галузях сучасного господарства України.
В першу чергу змінюється характер і умови праці на виробництві. Скорочуються до мінімуму трудові затрати, понижується психологічне навантаження працівника, на його долю залишаються лише функції по перенастроювані автоматичних систем на нові режими та участь в ремонтно-налагоджувальних роботах. Зменшується число обслуговуючого персоналу і затрати на його утримання.
Важливе питання автоматизації - встановлення її раціонального рівня та об’єму, який повинен бути економічно обґрунтований, і визначення методів та засобів автоматизації.
Впровадження автоматизації приносить значний економічний ефект за рахунок заощадження енергетичних ресурсів, збільшення виробничих потужностей, підвищення якості продукції.
Головним елементом в структурі систем теплопостачання являється споживач, на задоволення потреб якого і направлене функціонування систем теплозабезпечення.
Основними напрямками автоматизації систем теплопостачання є забезпечення: теплового та санітарно-гігієнічного комфорту споживача; підтримання заданих гідравлічних режимів у різних ділянках системи, які включають захист від аварійних ситуацій; економію палива, тепла і електричної енергії; ефективності, надійності та якості роботи основного обладнання системи.
Системи теплопостачання являються найбільшими споживачами палива в народному господарстві України. Кожного року на теплопостачання витрачаються тисячі тон палива. У зв’язку з цим здійснюються міроприємства, які дозволять економити енергоносії. В основу цих міроприємств входять питання оптимізації процесу спалювання палива, покрашення ізоляції теплотрас, своєчасне подання інформації про вихід з ладу ділянок теплотрас, мінімізація втрат тепла на теплообмінних станціях, зменшення перегріву приміщень, які опалюються. Всі вище перераховані питання можливо впровадити при використанні сучасних систем автоматичного регулювання, вимірювання та захисту.
Важливою особливістю систем теплопостачання являється велика їх довжина, що потребує використання систем телемеханіки та диспетчеризації. Сучасний рівень диспетчеризації неможливо уявити без широкого застосування мережі потужної обчислювальної техніки, у яку надходила б не тільки оперативна інформація, але й інформація про хід процесу за певний проміжок часу.
Необізнаність з можливостями автоматизації інженера-теплотехніка, як замовника системи, в більшості випадків є причиною складання некоректного або нераціонального завдання на розробку систем автоматизації.
В таких випадках навіть висококваліфікованими розробниками систем автоматизації створюються недосконалі, неоптимальні, а часом і морально застарілі системи автоматизації. При значних матеріальних і фінансових затратах замовник не отримує належного економічного ефекту.
Створення оптимальної системи автоматизації відбувається тільки при тісній взаємодії та взаємопорозумінні замовника та розробника і передбачає не пряме впровадження методів та засобів автоматики в той чи інший процес та механізм, а їх тонке переплітання, в окремих випадках зі заміною традиційних технологій та пошуком нових методів та засобів автоматизації.
Основи проектування схем автоматизації.
Склад технічної документації визначається нормативними документами (СН, СНиП) і вимогами ЕСКО по складу, змісту і виконанню автоматизації технологічних процесів (основний документ – ВСН-281-75).
Проекти виконуються на основі технічного завдання на проектування з необхідними вихідними даними і матеріалами.
В ньому міститься: техніко економічне обґрунтування, перелік виробництв, процесів, установок; технологічні схеми з характеристикою обладнання, перелік контрольованих і регульованих величин; ціль автоматизації, вимоги до якості і надійності автоматики, рекомендації по централізації і структурі управління; число стадій проектування і рекомендації по розміщенню пультів управління. До технічного завдання додаються необхідні будівельні креслення споруд, комунікацій, вихідні дані для розрахунків.
Проектування виконується у дві стадії ( технічний проект – робочі креслення)
або в одну ( техно-робочий проект).
При проектуванні необхідно дотримуватись певної послідовності в розробці схем автоматизації. В першу чергу знаходять місце для розміщення пунктів управління в операторських приміщеннях, визначають основні функції автоматики і ТЗА, котрі забезпечують реалізацію цих функцій в кожному пункті.
Виявляється характер взаємозв’язків технологічних підрозділів, пунктів контролю і управління між собою і автоматизованою системою управління технологічним процесом. Результатом є структурна схема управління і контролю.
Наступним етапом проектування є розробка схем функціональних автоматизації. Функціональні схеми автоматизації є основним документом, що визначає функціональну структуру окремих вузлів автоматичного контролю, управління і регулювання технологічного процесу, а також оснащення їх КВП і ТЗА.
1.3. Побудова схем автоматизації.
Види і типи схем виробів всіх галузей промисловості і загальні вимоги до виконання цих схем встановлюються ГОСТ 2. 701-76. Всі види схем автоматизації технологічних процесів виконують відповідно до вимог єдиної системи конструкторської документації /ЕСКД/.
1.3.1. Побудова структурних схем.
Структурні схеми визначають основні функціональні частини виробів, пристроїв і процесів, їх призначення, взаємозв’язки і використовуються для загального ознайомлення з об’єктом автоматизації. Вони базуються на основі вивчення і аналізу технологічного процесу на окремих об’єктах. Ці схеми розкривають внутрішні зв’язки між вхідними і вихідними величинами об’єкту, а також вказують величини, які використовують для контролю і керування об’єктом.
Структурні схеми взаємозв’язку між технологічними параметрами виконують з метою визначення впливу вхідних параметрів на вихідні і, якщо вхідний параметр незначно впливає на вихідний (до 5%) то цей параметр не враховують під час розробки системи автоматизації. Реальні об’єкти багатомірні. Між регульованими величинами існують взаємні зв’язки, обумовлені наявністю спільних вхідних дій, зміна кожного з котрих приводить до зміни не одної, а декількох вихідних величин. Аналіз характеру взаємних зв’язків регульованих величин має принципове значення для синтезу системи керування. Важливо розрізняти взаємозв’язки, обумовлені наявністю спільних збурень і спільних регулюючих дій.
Із аналізу технологічного процесу для окремих технологічних об’єктів (теплообмінників, адсорберів, випарних апаратів, та інших) складають структурні схеми, на яких вказують вхідні та вихідні потоки, зв’язки між ними та основні параметри, що характеризують ці потоки. Структурну схему будь-якого технологічного об’єкта зображають у вигляді прямокутника (див.рис.1.3.1),деY3
Y3
Рис.1.3.2. Структурні схеми багатомірних об’єктів.
а.Зі спільними збурюючими пппп
параметрами
б.Зі спільними регулюючими
діями.
X1,X2, ..., Xn - вхідні величини ;
Y1,Y2, ..., Yn - вихідні величини ;
Z1,Z2,Z3,...,Zn- зовнішні збурення на технологічний об’єкт керування (контрольовані та неконтрольовані).
Взаємозв’язки між вхідними і вихідними величинами показують пунктирними лініями, а окремо між вхідними та між вихідними величинами пунктирними дугами. На пунктирних лініях і дугах
показують також стрілки, напрям яких вказує, на яку величину зумовлений вплив. Структурна схема барабанного котла є прикладом багатомірного об’єкту.
Проаналізувавши взаємні зв’язки регульованих величин, важливо виділити взаємозв’язки обумовлені наявністю спільних збурень і спільних регулюючих дій. В першому випадку автоматична система регулювання об’єкта з декількома регульованими величинами розпадається на відповідне число незалежних АСР з одною регульованою величиною. Зв’язок ж регульованих величин через спільні регулюючі дії потребує докорінної зміни структури АСР багатомірного об’єкту. Наявність перехресних зв’язків між регулюючими величинами приводить до необхідності введення перехресних компенсуючих зв’язків між окремими регуляторами.
Структурна схема барабанного котла.
Qб
Qв
Вт
Dвпр
Sт
Dпв
Dб
Dпр
Sт
О2
Dп.н.
Pп.п.
Тп.п.
Нб
NaCl
Рис.1.1
Опис функціональної схеми автоматизації.
Опис ФСА має бути повним. Спочатку описують контури вимірювання, сигналізації , а потім контури автоматичного регулювання, дистанцфйного керування, захисту та блокування. Опис кожного контура здійснюється за функціональними зв язками із зазначення позицій кожного засобу, який входить в контур. В описі розкривають функціональне призначення кожного засобу. Послідовність опису визначається черговістю проходження сигналу в контурі. Опису аналогічних контурів не роблять , а роблять посилання, що цей контур діє аналогічно як описаний (наприклад контур 2 діє аналогічно як і контур 3 ).
8.Специфікація на ТЗА.
Всі вибрані ТЗА для реалізації САР вписують у таблицю 2 за такою формою.
Таблиця 2.
№ п\п№
позиціїНазва
параметру,
його
номінальне значення і
технологічне
позначенняМісце
встанов-
ленняНазва та
основні
технічні
х-ки ТЗА
Тип
ТЗАКількістьПримітки12 345678 Номер позиції списують з відповідного елементу реалізованої САР на ФСА.
Приклади:
а).Позначення автоматичного регулятора температури у вигляді:(рис.6в.) і має N позиції 4-3;
б).Позначення виконавчого механізму і регулюючого клапану у вигляді:(рис.9в.) і має N позиції відповідно 1-4 і 1-5. Комбінації N позицій для прикладів а і б ззаписують у графу 2 таблиці2.
Графу 3 таблиці 2 треба заповнити: виходячи із таблиці 1. Місце встановлення визначають розміщенням ТЗА або на ТОУ (наприклад «трубопровід подачі пари » ), або на місцевому щиті, або на центральному щиті чи пульті керування (наприклад: «на щиті керування» ). Текст у лапках вписують у графу 4. У графу 5 вписують назву ТЗА (наприклад: «автоматичний регулятор пневматичної системи «СТАРТ»): а основними технічнимихарактеристиками можуть бути: діапазон вимірювання: класточності або інше приведення похибки: вхідна та вихідна величина:номінальна статична характеристика (для термометрів опору: термоелектричних теермометрів): параметри настроювання
регуляторів та закон регулювання: швидкодія: умовний діаметр трубопровода: умовний тиск: допустимі значення середовища: напруга живлення: частота: кількість точок вимірювання: тощо.
Тип ТЗА вибирають за відповідними довідниками чи каталогами (див. п.4.5.).
Кількість ТЗА визначають за кількістю N позицій: які вписані у графі 2.
У примітках вказуюють завод виготовлювач або дані каталогу:за яким був вибраний засіб автоматизації.
Література.
1.Автоматика и автоматизация систем теплоснабжения и вентиляции.\. Учебн. Для вузов \ А.А. Калмаков, Ю.А. Кувшинов и др.\-М,: Стройиздат 1986,-479с.
Автоматика и автоматизация производственных процесов.\ под. ред. Т.К. Нечаева,-К Вища школа,1985,-279с.
Файерштейн Л.М. и др. Справочник по автоматизации котельных. -М.: Энергоатомиздат,1985,-296с.
Клюев А.С. и др.Проетирование систем автоматизации технологических процесов.-М,: Энергия, 1980,612с.
Промышленные пиборы и средства автоматизации. Справочник. Под. ред. Черенкова В.В. -М,: Машиностроение, 1987, 874с.
Мухин О.А. Автоматизация систем теплоснабжения и вентиляции. Учебное пособие для вузов. - Мн.: ВЫШ. Шк., 1986 -304с.
Давыдов Ю.С, , Нефедов С.В. Новые системы автоматизации отопительных устройств. -М.: Стройиздат, 1980 -261с.
ДрагневВ.Г. Диспетчеризацмя городских систем газоснабжения. -: Недра, 1982, -198с.
Сотников А.Г. Автоматизация ситем кондиционирования воздуха и вентиляции.-Л,: Машиностроение,1984, 240с.
Юрианов Б.Н. Автоматизация систем отопления, вентиляции и кондициирования воздуха.- Л.: Стройиздат, 1976 -216с.
Наладка и эксплуатация водных тепловых сетей: Справочник\ В.Н, Манюк и др.- 3-е. Изд. Перераб. И доп.- М.: Стройиздат.-432с.
Стенцель Й.І, Автоматизація технологічних процесів хімічних виробництв: Навч. Посібник.-К.: ІСДО,1995.-360с.
Рис.1.
X1
X1
X2
X2
X3
X3
Y1
Y1
Y2
Y2
Y3
Y3
Z1
Z1
Z2
Z2
Z3
Z3
Рис.1.2. Структурні схеми багатомірних об’єктів.
а.Зі спільними збурюючими параметрами
б.Зі спільними регулюючими
діями.
Вхідні величини:
Витрата:Qг-димових газів
Qв-повітря
Bт-палива
Dб-виробленої пари
Dвпр-вприск
в пароохолоджувач
Dп.в.-живильної води
Dпр-продувочної води
Sт-розрідження в топці
Вихідні: О2-вміст кисню в
димових газах
Dп.п.-паропродуктивність
Рп.п.-тиск перегрітої пари
Тп.п.-температура перегрі-
тої пари
Нб-рівень води в барабані
NaCl-солевміст котлової
води
Sт-розрідження в топці.
1.3.2. Автоматизація технологічних процесів.
Основними автоматичними пристроями які визначають технологічний режим процесу, є регулятори. Тому спочатку необхідно вибирати параметри, які необхідно регулювати, та канали внесення регулюючих впливів і лише після цього почати вибір інших параметрів.
Вибираючи контрольні параметри, необхідно керуватися тим, щоб при мінімальній їх кількості забезпечувався найповніший обсяг інформації про процес.
Параметри сигналізації починають вибирати після аналізу об’єкта щодо його вибухо- та пожежобезпечності, а також токсичності й агресивності перероблюваних речовин. Сигналізації підлягають параметри, які можуть привести до аварії або істотно порушити технологічний режим.
Якщо в ході проведення технологічного процесу виникають вибухо- та аварійно- небезпечні ситуації, то слід передбачити відповідний захист. Параметри такого захисту вибирають залежно від того, що може бути причиною аварії.
Схеми та пристрої автоматичного блокування попереджають неправильні запуски та зупинки апаратів і машин, а також виключають можливість виконання наступних операцій, якщо не виконана хоча б одна з попередніх.
1.3.3. Побудова функціональних схем автоматизації.
Функціональна схема автоматизації (ФСА) є основним технічним документом, який визначає структуру та функціональні зв’язки між технологічним процесом і системами автоматичного контролю та вимірювання, регулювання, сигналізації, захисту та блокування.
Всі прийняті рішення з автоматизації окремих ТОК відтворюють на спрощеній функціональній схемі автоматизації, котрі проектують згідно з правилами розробки ФСА тільки без розшифровки конкретних засобів автоматизації. При спрощеному способі не показують первинні перетворювачі і всю допоміжну апаратуру. Прилади і засоби автоматизації, що здійснюють складні функції (контроль, регулювання, сигналізацію, тощо ) і виконані у вигляді окремих блоків, показують одним умовним графічним позначенням. На спрощених ФСА присвоюють номери позицій окремим контурам автоматизації та вказують окремі функціональні ознаки окремих контурів. Такий метод простий і вимагає менших затрат праці , але не дає уяви про місце розміщення автоматичних пристроїв (на щитах , пультах, в шафах ). Для розшифрування спрощених ФСА і складання елементних ФСА вибирають конкретні технічні засоби автоматизації і місце їх встановлення.
Виконання ФСА здійснюється викреслюванням на листі з використанням певних вимог до графічних зображень елементів як технологічного процесу, так і засобів автоматизації, зв’язків між ними, пунктів контролю та вимірювання, регулювання, автоматизації, захисту та блокування.
При створенні ФСА необхідно вирішити такі основні задачі як:
визначити певний рівень автоматизації технологічних процесів;
вибрати всі засоби автоматизації: які би дали можливість реалізувати обгрунтовані системи контролю та вимірювання, регулювання, сигналізації, захисту та блокування.
Технологічне обладнання процесу виконують на листі за умовними графічними позначеннями, що подані у Державних стандартах України. Якщо на деяке спеціальне обладнання відсутні умовні графічні позначення, то їх виконують за вказівками проектних організацій, або використовують існуючу технічну чи проектну документацію.
При зображенні технологічного обладнання, окремих його елементів, трубопроводів і потоків, необхідно давати відповідні текстові пояснення (наприклад, назву технологічного обладнання, його номер, вказувати напрями потоків, у розриві ліній-потоків ставити відповідні цифри, які вказують на тип речовини та пояснення до цих цифр, які введені самостійно, тощо (див. таблицю1.3.1 )).
Всі елементи, які входять у системи автоматичного контролю та вимірювання, регулювання, сигналізації, захисту та блокування, наприклад: давачі вторинні вимірювальні прилади , задавачі, автоматичні регулятори, кнопки керування, магнітні пускачі, перетворювачі (ЦАП), засоби обчислювальної техніки, крім виконавчих механізмів та регулюючих органів, зображають на ФСА у вигляді кола діаметром 10мм (див. Рис.1.1). прилад по місцю, (Рис. 1.2) прилад на щиті.
Виконавчий механізм зображають як показано на рис.1.4. Регулюючий орган зображають згідно рис.1.5. На ФСА виконавчі механізми та регулюючі органи викреслюють на технологічних потоках: які показують лініями: у вигляді (рис.1.6):: тобто зображення: що на рис.1.4 і 1.5 суміщаються в одне.
Окремі елементи на ФСА з’єднують між собою лініями зв’язку (пряма товщиною 0,5мм). Чутливий елемент давача показують на технологічних потоках, або на технологічному обладнанні згідно рис.1.6 де,
LE
LC
1-1 1-4
Рис1.3 2 3 4 5 6
.1.1 Рис.1.2 Рис.1.4 Рис.1.5 Рис.1.6 Рис.1.7
А. Б. В. Г.
а-пряма, що зображає потік, є дотичною до графічного зображення давача;
б-чутливим елементом давача є імпульсна трубка (таке зображення властиве при зображенні пружинних і рідинних манометрів, термометрів розширення та манометричних термометрів);
в-від прямої, що зображає потік, проводять довільної довжини лінію зв’язку, а потім подають графічне зображення давача;
г-графічне зображення давача поміщають на перетині потоку (таке зображення властиве лише давачам витрати); на технологічному обладнанні.
Буквені умовні позначення на ФСА подані у таблиці 13.3.2 .
Приклади побудови ФСА подані на рис.1.3.7. і 1.3.8.
Методика побудови графічних умовних позначень.
У верхній частині кола наносяться буквені позначення вимірювальної величини і функціонального признаку приладу.
Порядок розташування буквених позначень (зліва направо) повинен бути наступним:
1. Позначення основної вимірювальної величини.
2. Позначення, уточнює (як що це необхідно) основну вимірювану величину.
3. Позначення функціонального признаку приладу.
В нижній частині кола наносять позиційне позначення (цифрове або буквенно-цифрове), яке служить для нумерації вимірювання або регулювання або окремих елементів комплекту по замовленій специфікації проекту.
В окремих випадках, коли позиційне позначення приладу не поміщається в колі, допускається нанесення його ззовні кола.
4.1. Приклад побудови умовного позначення приладу.
1- вимірювана величина (Р- тиск);
2- уточнення вимірюваної величини (D- перепад тиску);
3,4,5 - функціональні признаки приладу (І- показ, R- реєстрація, С- автоматичне регулювання );
PDIRC
1-1
1-1 - номер позиції по ФСА.
Розміри графічних умовних позначень.
5
10
10
7
3
15
10
Основні положення ГОСТ 21.404-85
1. Умовні позначення.
Умовні цифрові позначення трубопроводів для рідин і газів.
Буквенні умовні позначення на функціональних схемах
ОСТ 37 27-77.
Гаряча
вода
ПВ
Холодна
вода
М
n
TRC
3
TIR
2-3
TIR
2-2
TIR
2-1
FIR
1-2
HS
4
FЕ
1-1
Рис.1.4. Спрощена схема автоматизації теплообмінника змішування
ПВ - підігріта вода;
1- контур відмірювання витрати холодної води;
2- контур вимірювання температури ХВ, ГВ, ПВ;
3 - контур регулювання температури ПВ;
4 - контур управління електродвигуном мішалки.
Гаряча
вода
ПВ
Холодна
вода
М
n
FT
1-2
TE
2-2
FE
1-1
TE
2-1
TE
3-1
3-8
FIR
1-3
TIR
2-3
TY
3-2
TY
3-3
NS
3-6
NS
4-2
H
4-1
TRK
3-4
TC
3-5
3-7
4-3
Прилади
по
місцю
Прилади
на
щиті
Рис.1.5. Функціональна схема автоматизації теплообмінника змішування (ОСТ 36-27-77).
Тема 2.
СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ.
2.1. Схеми автоматичної сигналізації, захисту і блокування.
2.2. Системи автоматичного керування.
2.3. Системи автоматичного регулювання.
2.4. Програмне регулювання. Методи задання програми.
2.1.Схеми автоматичної сигналізації, захисту та блокування.
Системи автоматичної сигналізації призначені інформувати про стан технологічної апаратури або відхилення технологічних параметрів від норми.
Розрізняють:
- сигналізацію положення;
- командну;
-технологічну, що в свою чергу ділиться на попереджувальну та аварійну.
ТОК
НП
ЛЕ
СС
ЗС
ТС
З
X
ЕП
Рис. 2.1 . Структурна схема системи автоматичної сигналізації.
Д
Y
Система аварійної сигналізації невід’ємна частина кожної системи автоматичного регулювання і займає 5-10% їх об’єму. Найчастіше вони створюються на базі систем автоматичного контролю і вимірювань.
Вихідний параметр технологічного об’єкту керування (ТОК) виміряний давачем (Д) поступає на вхід нормуючого перетворювача (НП). З виходу НП сигнал у вигляді уніфікованого сигналу поступає на вхід елементу порівняння (ЕП), де порівнюється з сигналом задавача (З), який формує дискретний сигнал про відхилення виміряного параметру від заданого значення, що поступає на вхід логічного елементу (ЛЕ) котрий вмикає світлову сигналізацію (СС), звукову сигналізацію( ЗС), або відповідну комірку табло сигналізації (ТС).
Схема технологічної сигналізації повинна забезпечити одночасну подачу світлового і звукового сигналів; зняття звукового сигналу (натискуванням кнопкового вимикача); повторність спрацювання виконавчого пристрою звукової сигналізації (при повторному відхиленні параметру) після його відключення натисканням кнопкового вимикача; перевірку виконавчих пристроїв сигналізації (світлових і звукових) від одного кнопковогого вимикача.
Якщо в ході проведення технологічного процесу виникають вибухо- та пожежонебезпечні ситуації, то слід передбачати відповідний захист. Параметри такого захисту вибирають залежно від того, що може бути причиною аварії, наприклад, концентрація вибухонебезпечної речовини, перевищення температури, припинення подачі одного з компонентів у технологічний апарат. В таких випадках системи захисту повинні здійснити наступні операції: припинити подачу того чи іншого потоку, ввімкнути лінію подачі інертного газу, відімкнути всі потоки від об’єкту.
ЕЗ
З
ТОК
Д
ВС
ЕП
Рис.2.2 . Структурна схема автоматичного захисту:
ТОК-технологічний об’єкт керування, Д-давач, ВС-вимірювальна схема,
ЕП-елемент порівняння, З-задавач, ЕЗ-елемент захисту.
Схеми та пристрої автоматичного блокування попереджують неправильні запуск та зупинку апаратів та машин, а також виключають можливість виконання наступних операцій, якщо не виконана хоча б одна з попередніх.
2.2. Системи автоматичного керування.
Системи автоматичного керування (САК) призначені для передачі керуючої дії від оператора до об’єкта. В цих системах для встановлення необхідного режиму використовується виконавчий пристрій ВП, який безпосередньо впливає на нього, реагуючи на сигнал керування.
В розімкнутих САК індикатор (І) вимірюючого пристрою інформує оператора (ОП) лише про збурюючу дію на об’єкт.
З
ВП
ОП
І
ТОК
З
Д
ОП
ВС
І
ТОК
ВП
Збурення
Збурення
Рис.2.3. Системи автоматичного керування: а-розімкнута, б-замкнута.
З-задавач; ОП-оператор;
ВП-виконавчий пристрій; ТОК- технологічний об’єкт керування; І-індикатор; ВС-вимірювальна схема.
Замкнута система рис.2.3.б. в колі зворотного зв’язку використовує систему автоматичного вимірювання, яка визначає реакцію об’єкту на збурення, про що інформує оператора. В нормальних умовах оператор (ОП) згідно зі завданням при допомозі виконавчого пристрою (ВП) приводить ТОК у заданий стан. Стан об’єкту визначається давачем (Д) і за допомогою вимірювальної схеми (ВС) та індикатора (І) подається операторові для порівняння зі заданим значенням.
Б.
А.
2.3. Системи автоматичного регулювання.
САР призначені для автоматичного підтримання параметра, який необхідно регулювати, на заданому рівні або для його зміни згідно з вибраним законом регулювання.
За принципом регулювання АСР поділяються на такі, що діють за відхиленням, збуренням і комбінованим принципом.
Рис.2.4. Структурна схема автоматичної системи регулювання за відхиленням
ТОК-технологічний об’єкт керування, ЕП-елемент порівняння, АР-автоматичний регулятор,
ВП- виконавчий пристрій.
ТОР
ВП
АР
ЕП
U
X
Z
Y
В АСР, які працюють за відхиленням регульованої величини від заданого іі значення, збурення Z спричинює відхилення поточного значення регульованої величини Y від заданого значення U і в разі їх розбіжності автоматичний регулятор (АР) виробляє регулюючу дію Х відповідного знаку, яка через виконавчий пристрій (ВП) подається на об’єкт регулювання (ТОР) і ліквідує цю розбіжність рис.2.4 . Системи регулювання за відхиленням замкнуті.
При регулюванні за збуренням регулятор АР отримує інформацію про поточне значення основного збурюючого фактора Z. Якщо воно не збігається з номінальним значенням U регулятор формує регулюючу дію Х, що спрямовується на об’єкт рис.2.5.
Рис.2.5 . Структурна схема автоматичної системи регулювання за збуренням
ТОК-технологічний об’єкт керування, ЕП-елемент порівняння, АР-автоматичний регулятор,
ВП- виконавчий пристрій.
ТОР
ВП
АР
ЕП
U
X
Z
Y
У системах, які працюють за збуренням, сигнал регулювання проходить швидше, ніж у системах, побудованих за принципом відхилення, у результаті чого збурюючу дію можна усунути ще до появи розбіжності.
ТОР
ВП
АР
ЕП
U
X
Z1
Y
АР
Z2
Комбінований принцип регулювання полягає в одночасному використанні як принципу відхилення, так і принципу збурення. У них вплив основного збурення Z1 нейтралізується регулятором Арз, який працює за принципом збурення, а вплив інших збурень Z2-регулятором Арв, який реагує на відхилення поточного значення регульованої величини Y від заданого значення U.
Рис.2.6. Структурна схема комбінованої автоматичної системи регулювання
ТОК-технологічний об’єкт керування, ЕП-елемент порівняння, АР-автоматичний регулятор, ВП- виконавчий пристрій.
За призначенням системи регулювання діляться на АСР стабілізації, програмного регулювання та слідкуючі системи.
Системи автоматичної стабілізації призначені для підтримування регульованої величини на заданому рівні (U=const).
У слідкуючих системах задане значення регульованої величини попередньо невідоме і є функцією зовнішньої незалежної величини (U=f(U) ) Ці АСР застосовуються для регулювання однією технологічною величиною, яка перебуває в певній залежності від значення другої технологічної величини.
2.4. Програмне регулювання. Методи задання програми.
Автоматичні системи програмного регулювання (АСПР) широко застосовуються при автоматизації технологічних режимів в автоклавах, реакторах, печах термічної обробки, сушарках.
В АСПР задане значення регульованої величини змінюється в часі згідно з наперед заданою програмою.
Розрізняють часові (ті що задаються по часу) і параметричні ( ті що задаються по параметру стану об’єкту) програми. Звично програму розділяють на участки, в границях котрих програмна зміна величини, що задається, може бути описана функціональною залежністю з постійними коефіцієнтами. Участки програми по виду функції f(y), де y-параметр завдання (для часових програм параметр завдання-час ) розділяють на лінійні або нелінійні, а по знаку змінної перемінної, що задається- на участки зростання (підйому) 1, участки зменшення (спаду) 2 і участки витримки 3. Приклад такої програми приведений на рис.2.8.а .
Можливий випадок, коли програма задається у вигляді декількох участків витримки, а умови переходу від одного участку витримки до другого не обмежуються рис.2.8.б . Найбільше поширення мають програми котрі містять в собі три чотири участки, наприклад типу «зростання-витримка-зменшення-витримка». Враховуючи, що технічна реалізація лінійної програми простіша нелінійної, останню часто апроксимують послідовністю лінійних участків, приклад рис.2.8.б .
В залежності від призначення і технічної реалізації програми зміни заданих значень регульованої величини записується на лазерних оптичних дисках, магнітних дисках і стрічках, перфострічках і перфокартах. Носієм програми може бути також діаграмна стрічка, на яку програма наноситься графічно. Як програмні задавачі, використовуються релейні командоапарати, що замикають або розмикають свої контакти в задані моменти часу.
Широко застосовуються програмні задавачі, в яких зміна заданого значення здійснюється профільованим диском - лекалом, радіуси якого повторюють задану програму.
1
3
2
ТС
ТС
ТС
Рис.2.7. Різновидності програм.
ТОК
Д
ПЗ
ВМ
РО
ВМ
Z1
Z2
Х1
Х2
Y
ЕП
Рис.2.8 . Функціональна схема програмного регулювання.
Розглянемо функціональну схему АСПР зображену на рис.2.8. На відміну від стабілізуючої АСПР містить програмний задавач (ПЗ), сигнал від котрого поступає на елемент порівняння (ЕП), який формує різницю між біжучим та заданим значенням регульованої величини Y, що вимірюється давачем (Д). Вихідний сигнал ЕП подається на вхід регулюючого пристрою (РП), який формує (П-,ПІ,ПІД) сигнали керування виконавчим механізмом (ВМ). Останній через регулюючий орган (РО), діє на енергетичний або матеріальний потік Х2 на вході технологічного об’єкту керування (ТОК), підтримуючи регульовану величину в межах заданого значення.
Тема 3.
ВИМІРЮВАННЯ В СИСТЕМАХ ТГВ.
ВИМІРЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ
3.1.Особливості вимірювання вологості.
3.2.Сорбційно-кондуктометричний метод.
Психрометричний метод.
Метод точки роси.
Інші методи.
ВИМІРЮВАННЯ ТА КОНТРОЛЬ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ТА ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГАЗІВ.
3.6.Термомагнітні аналізатори О2.
3.7.Термокондуктометричний метод аналізу.
3.8.Оптико абсорбційні газоаналізатори.
Термохімічні газоаналізатори.
Іонізаційно-полум’яний метод вимірювання концентрацій горючих газів.
ВИМІРЮВАННЯ КІЛЬКОСТІ ЕНЕРГОНОСІЇВ.
3.11.Вимірювання кількості тепла.
3.12.Будова та принцип роботи теплових лічильників.
ВИМІРЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ.
3.1. Особливості вимірювання вологості.
Щоб оцінити вологість газів можна використати декілька фізичних величин:
Абсолютна вологість Wa=mв/V,
[Wa]=г/м3 що визначається масою води в одиниці об’єму газу;
Парціальний тиск водяної пари Pw,Па, визначається тиском, котрий мала би водяна пара даного об’єму газу, якщо б він займав весь об’єм V при цій самій температурі;
Температуру точки роси (точку роси) t0 0C-температуру до якої необхідно охолодити вологий газ, щоб він став насиченим;
Масове відношення вологи Wm, визначене відношенням маси вологи до маси сухого газу, кг/кг;
Об’ємну долю вологи, що визначається відношенням об’єму водяної пари до об’єму вологого газу;
Відносну вологість, що визначається відношенням парціального тиску пари до тиску насиченої пари при тих самих тисках і температурі повітря.
Основні складнощі при вимірюванні і регулюванні вологості зв’язані з її функціональною залежністю від температури і парціального тиску водяної пари. Це особливо проявляє себе при зв’язаному регулюванні найважливіших параметрів в СКП, вентиляційних, сушильних і холодильних пристроях. Проблеми також виникають при вимірюванні вологості при мінусових температурах, що визвано дуже низькою пружністю водяної пари, а при контролі і регулюванні вологості пароводяної суміші з високою температурою, наприклад в харчовій промисловості, промислових сушарках, при контролі вологості димових газів.
3.2. Сорбційно-кондуктометричний метод вимірювання вологості.
Ґрунтується на зміні електропровідності електролітів, в якості яких використовуються вологочутливі солі або кислоти, за рахунок поглинання вологи з оточуючого середовища. Вимірювальні перетворювачі переважно складаються з основи (скло або полістирол), покритої з обидвох сторін волого чутливою плівкою, що містить LiCl. На цю плівку наносять напиленням електроди з благородних металів (золото, паладій).
Такий чутливий елемент як правило вмикається в одне з плеч моста.
Автоматичні гігрометри побудовані з використанням автоматичних мостів.
Вологоміри з перетворювачами обладнаними підігрівом можна застосовувати для вимірювання вологості будь яких газів, що не реагують з солями хлористого літію і фтористого барію. Градуйовані перетворювачі взаємозамінні. Покази таких гігрометрів не залежать від тиску.
1
2
3
3
2
1
Рис. 3.1. Чутливий елемент сорбційно-кондуктометричного гігрометра.
1-скляна основа;
2-вологочутливий шар з хлористого літію;
3-електроди з виводами.
Такі плівкові гігрометри використовуються для вимірювання вологості в межах від одиниць до 100% відносної вологості при t0C від -400С до +500С.
3.3. Психрометричний метод вимірювання вологості.
Психрометр має два однакових термометри, в одного з них (мокрого) теплосприймаюча частина весь час залишається вологою, контактує з гігроскопічним тілом, що всмоктує вологу з посудини.
При випарюванні вологи зі зволоженої поверхні мокрого термометра його температура понижується. В результаті цього між сухим і мокрим термометрами
виникає різниця температур, що називається психрометричною різницею.
Відносна вологість в залежності від психрометричної різниці (tc-tв) виражається залежністю:
=Рв-А(tc-tв)/Рс , де
Рв-пружність газів, що насичують вимірюване середовище при температурі tв вологого термометра;
Рс-пружність парів, що насичують вимірюване середовище при температурі tс сухого термометра;
А-психрометричний коефіцієнт, що залежить від конструкції психрометра, швидкості обдування вологого термометра газом і тиску газу.(визначається за психрометричними таблицями, складеними для конкретної конструкції).
Uж
0
100%
а
в
с
1
2
R1
R2
R3
Rр
Rтс
Rтм
R5
R4
РД
Рис. 3.2. Вимірювальна схема електричного психрометричного вологоміра.
Вимірювальна схема електричного психрометричного вологоміра з термометрами опору складається з двох мостів 1 і 2, що живляться від одного джерела змінною напругою, і мають два спільних плеча R1 і R3.
Міст 1 складається з опорів R1,R3,R3,Rтс, а міст 2 з опорів R1,R3,R4,Rтм.
Різниця потенціалів на вершинах моста а і в діагоналі моста 1 пропорційна температурі сухого термометра опору, а різниця потенціалів на вершинах а і с-температурі мокрого термометра опору.
Спадок напруги між точками в і с діагоналі подвійного моста пропорційний різниці температур сухого і мокрого термометрів опору. Рівновага вимірювальної схеми встановлюється автоматично зміною положення повзунка реохорду Rр, що приводить в рух реверсивним двигуном РД. Одночасно двигун пересуває і стрілку приладу.
Якщо температура нижча нуля, то для змочування мокрого термометра використовують 3% водний розчин формальдегіду.
Переваги психрометричного методу- достатня точність при додатній температурі і незначна інерційність.
Недоліки-залежність результатів вимірювань від швидкості руху газів і коливань атмосферного тиску, зниження чутливості і зростання похибки при пониженні температури.
3.4. Метод точки роси.
Цей метод передбачає охолодження досліджуваного газу до настання насичення. Тобто до точки роси. Методом точки роси можна вимірювати вологість газів при будь-яких тисках.
При незмінному тиску точка роси не залежить від температури досліджуваного газу. Для визначення моменту наступлення точки роси звично використовують охолоджуване металічне дзеркало, температуру котрого вимірюють в момент випадання конденсату на ньому і фіксують як точку роси.
В автоматичних приладах появу точки роси на дзеркальній поверхні визначають по ослабленню світлового потоку, відбитого від дзеркала, що сприймається фотоприймачем.
Дзеркало охолоджується при допомозі напівпровідникової термоелектричної батареї 4 – при проходженні струму один спай нагрівається, інший охолоджується. Вимірювання здійснюються циклічно.
Поява конденсату на відбиваючій поверхні дзеркала 5 приведе до розсіювання світлового потоку, а відповідно і до зменшення освітленості фотоелементу 8. Провідність фотоелементу при цьому зменшиться на що моментально відреагує підсилювач 9,який подасть напругу на обмотку реле К.
Реле К своїм контактом К1 відключає охолодження дзеркала і включає лампу HL (вимірювання). Так як оточуюча температура вища температури дзеркала, конденсат з поверхні дзеркала швидко випарюється; реле знову включає в роботу холодильник.
Переваги методу- порівняно висока точність вимірювання, можливість вимірювати вологість повітря і різних газів при низьких температурах (до-1600С) і високих тисках.
3
4
5
1
2
7
6
8
9
К
К2
К1
HL
R
Uж
Рис. 3.3. Вимірювальна схема компенсаційного гігрометра точки роси.
1-лампа; 2-лінза; 3-електровентилятор; 4-термоелектрична батарея;
5-металічне дзеркало; 6-термопара; 7-показуючий прилад; 8-фотоелемент;
9-підсилювач.
Недолік - складність конструкції та додаткові похибки від забруднення дзеркала.
3.5. Інші методи вимірювання вологості.
Серед давачів вологості повітря, побудованих на гігроскопічному методі вимірювання найбільшого поширення дістали волосяні. В таких давачах чутливим елементом служить обезжирена людська волосина, котра здатна змінювати свою довжину при зміні відносної вологості оточуючого повітря. До переваг таких давачів слід віднести високу чутливість, достатню надійність в роботі і невисоку інерційність.
Конденсаційний метод базується на охолодженні досліджуваного газу в холодильнику до повної конденсації в ньому вологи. Кількість вологи в газі визначається об’ємом води, що виділилась в холодильнику.
Спектрометричний метод використовує залежність поглинання випромінювань від вологості досліджуваного газу. При цьому застосовують інфрачервоне, ультрафіолетове і радіоізотопне випромінювання.
Метод теплопровідності базується на різниці між теплопровідністю сухого і вологого газу.
Вимірювання та контроль хімічного складу та фізичних
властивостей газів.
На виробництві часто доводиться визначати вміст контрольованих компонентів в газових сумішах технологічних процесів в оточуючому повітряному середовищі у виробничих місцях. Дія автоматичних газоаналітичних приладів ґрунтується на різних фізичних властивостях газів, таких як і густина, в’язкість, електропровідність, магнітні властивості.
3.6. Термомагнітні газоаналізатори О2
Їх дія грунтується на парамагнітних властивостях кисню, який володіє найбільш магнітним сприйняттям, порівняно з іншими газами, що входять в газову суміш. Зі всіх газів кисень має максимальне магнітне сприйняття, яке в 60 разів більше ніж у повітря. Найбільше поширення отримали термомагнітні газоана...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора