Автоматизация стекловаренной печи

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Федеральное агентство по рыболовству

ФГОУ ВПО «Астраханский Государственный Технический Университет»

Кафедра Автоматизации

технологических процессов

Курсовая работа

по дисциплине: «Проектирование средств автоматизации».

Тема: «Автоматизация стекловаренной печи»

Выполнил:

студент группы ДИА-51

Досмухамедов Р.Д.

Проверил:

доц. Прохватилова Л. И.

Астрахань 2009 г.

Оглавление

Введение

1. Описание технологического процесса

2. Существующий уровень автоматизации и обоснование целесообразности принятого решения

3. Структура системы управления

4. Разработка функциональной схемы автоматизации

5. Выбор технических средств

6. Разработка принципиальной электрической схемы

Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время проблема комплексной автоматизации в различных сферах является одной из ключевых; ее решение относится к приоритетным направлениям научно-технической политики в нашей стране. Особое место здесь отводится созданию систем автоматического регулирования с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ. Для разработки и исследования таких систем требуются высококвалифицированные специалисты, освоившие как теорию автоматического регулирования, так и её прикладные аспекты, особенно аспекты, связанные с применением современных средств автоматизации.

В практике проектирования конкретных систем автоматизации большое значение имеет знание областей применимости используемых методик и характеристик и их взаимная связь.

Опыт автоматизации и роботизации процессов в различных отраслях промышленности показывает, что электрогидравлические и электропневматические системы управления обеспечивают минимальные габариты и массы исполнительных механизмов при максимальной их выходной мощности и быстродействии в сочетании с удобством управления от ЭВМ. Этим объясняется постоянно расширяющееся применение электрогидравлических и электропневматических систем управления в робототехнических комплексах, гибких автоматизированных производствах, машинах-автоматах, строительных и дорожных машинах, судостроении, самолетостроении и других отраслях.

1. Описание технологического процесса

Печь для варки стекла.

Производство стекломассы включает в себя варку шихты в стекловаренной печи и нормализацию температурного режима в питателях.

На предприятии ООО ВМ Рroduct «АстраханьСтекло» функционирует ванная печь с поперечным направлением пламени. Типичная конструкция такой печи показана на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид печи для варки стекла.

Печь имеет три зоны:

1. зона варки, в которой температура регулируется вручную;

2. зона осветления, в которой регулировка температуры осуществляется автоматически;

3. рабочая зона, в которой температура регулируется вручную.

Горелки в печи расположены по бокам, по три на каждую зону слева и справа. Горение осуществляется либо с одной, либо с другой стороны с переводом пламени через каждые 30 минут.

Технологическая схема печи для варки стекла представлена на рисунке 2.

а) вид сверху

в) вид сбоку.

Рис. 2 Технологическая схема печи для варки стекла.

На горелки печи подаётся топливный газ, который сгорает в присутствии воздуха. Воздух подаётся воздуходувкой в регенераторы, расположенные с двух сторон печи. В регенераторах воздух нагревается за счёт тепла от печи. Образующиеся дымовые газы выходят из печи и через дымовую трубу удаляются в атмосферу.

Шихта со стеклобоем поступает в стекловаренную печь, в которой производится варка.

Основной особенностью процесса стекловарения в промышленных стекловаренных печах является необходимость плавления больших объёмов шихты за относительно короткий период времени.

В ванных печах провар шихты происходит под влиянием следующих теплообменных процессов:

— передачи лучистой энергии от горячих газов и кладки верхнего строения;

— конвективного переноса тепла от факела к шихте;

— теплопередачи в слое загружаемой шихты;

— передачи тепла к шихте снизу от стекломассы.

Поскольку газы в полости печи перемещаются с небольшими скоростями (1−4 м/c), то конвективная составляющая передачи тепла в пламенном пространстве не превышает 5−15%. Теплопередачей в самой шихте вследствие ее большого термического сопротивления можно пренебречь.

Таким образом, плавление шихты происходит, главным образом, за счёт излучения факелов и пламенного пространства сверху, а также от стекломассы снизу. Соотношение между ними находится в пределах

(1,5−2,5):1. Это определяет ведущую роль процессов варки на поверхности кучи шихты. В результате лимитирующим звеном всего процесса варки стекла в промышленной печи становится скорость прогрева массы шихты до температуры ее плавления.

Шихту подают в печь загрузчиком З1 продольными грядами высотой 150−250 мм, количество которых равно числу столов загрузчиков.

Мгновенное достижение высоких температур приводит к быстрому (в течение нескольких минут) оплавлению шихты и образованию на ее поверхности подвижной пленки расплава в виде слоя. Под этой плёнкой образуется пластичный слой, который состоит из смеси жидкой и твердой фаз, но жидкой фазы оказывается немного, вследствие чего этот слой остаётся неподвижным.

Ниже этого слоя находится не спекшаяся шихта с температурой 100−300°С из-за низкой теплопроводности и теплопрозрачности поверхностных слоев.

За границу между слоями условно можно принять изотермические поверхности с температурами 1200 °C (практическая неподвижность расплава ниже этой температуры) и 800 °C (температура появления в нагреваемой шихте заметного количества жидкой фазы). Эти же слои имеются с нижней стороны гряды шихты вследствие поступления к ней тепла от находящейся в бассейне стекломассы.

Все стадии стекловарения протекают в различных слоях кучи шихты, имеющих температуру 100−1200°С. Жидкий расплав образуется на поверхности кучи шихты в виде пленки толщиной около 10 мм с градиентом температур по этой толщине 80−120°С. При этом слой расплава толщиной 4−5 мм стекает с кучи со скоростью 3−5 м/ч, обнажая лежащий под ним слой плавящейся шихты, который, приобретая достаточную текучесть при повышении его температуры, также начинает стекать, обнажая следующие слои. В нижней части кучи тот же процесс протекает с меньшей интенсивностью вследствие более низких температур стекломассы по сравнению с температурой пламенного пространства над кучами шихты.

В конечном итоге эти процессы приводят к изменению высоты куч шихты, их основания и объёма. Скорость изменения высоты кучи шихты зависит от соотношения скоростей двух процессов — образования пленки расплава и ее стекания.

Процесс образования пленки расплава определяется уровнем температур над зоной варки.

2. Существующий уровень автоматизации и обоснование целесообразности принятого решения

На предприятии ООО ВМ Product «АстраханьСтекло» реализована система автоматизации, которая обеспечивает:

— поддержание параметров стекловаренной печи в установленном диапазоне за счет работы локальных контуров регулирования температуры, давления, уровня, расхода;

— контроль параметров процесса;

— подачу аварийной и предупредительной сигнализации;

— дистанционное управление процессом в случаях профилактики, ремонта и отработки режима.

Система управления выполняется на базе программируемого контроллера С200 первых выпусков.

В качестве первичных средств контроля используются датчики-давления Сапфир-22.

На каждом объекте существует своя автономная система управления, связи между ними нет.

Предлагается создание распределенной автоматизированной системы с объединением контроллеров в локальную заводскую сеть.

3. Структура системы управления

В разрабатываемой системе автоматизации принята распределенная автоматизированная система управления технологическим процессом. Функции контроля, регулирования управления распределены между отдельными устройствами — микропроцессорными управляющими устройствами и ЭВМ, т. е. реализована распределенная система управления процессом.

Управление технологическим процессом может быть осуществлено из нескольких мест с различных управляющих устройств, т. е. реализована децентрализованная система управления — система управления обеспечивает ручной (местный, дистанционный из операторной) и автоматический режимы управления технологическим процессом.

Система управления обеспечивает выполнение следующих функций:

— информационных;

— управляющих;

— защитных;

— диагностических;

— сервисных.

Система управления имеет иерархическую структуру и состоит из нескольких уровней.

Первый (нижний) уровень образуют датчики контроля параметров, исполнительные механизмы, микропроцессорные управляющие устройства.

Второй уровень образован ЭВМ, входящей в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора.

Программируемый контролер (микропроцессорное управляющее устройство) обеспечивает выполнение следующих функций:

— сбор и первичная обработка полученной информации от первичных измерительных устройств;

— контроль состояния процесса и оборудования;

— управление технологическим процессом;

— непосредственное цифровое регулирование параметров процессов;

— формирование отклонений параметров от номинальных значений;

— выдачу принятой от объектов информации и результатов ее обработки на АРМ оператора по интерфейсу связи;

— управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов;

— прием от верхней ступени управления команд, установок.

АРМ оператора обеспечивает выполнение следующих функций:

— отображение, автоматическую регистрацию и архивирование текущей информации о технологических параметрах, состоянии оборудования;

— регистрацию архивирования аварийных сообщений, действий оператора при управлении объектом;

— дистанционное управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов;

— выдачу диспетчерских рапортов в виде твердых копий на бумажном носителе.

Станция оператора включает:

— IBMPC с видеотерминалом;

— принтер;

— функциональную клавиатуру;

— стандартную (системную) клавиатуру;

— телефонные аппараты связи.

Системы контроля, регулирования и управления.

Системой автоматизации предусмотрено регулирование следующих параметров на стекловаренной печи:

-уровня стекломассы;

-температуры в зоне осветления;

-расхода воздуха;

-давления дымовых газов;

-концентрации кислорода в дымовых газах;

Система предусматривает контроль и отображение на дисплее компьютера следующих параметров в процессе варки стекломассы:

-температуры в зонах варки, осветления и рабочей зоне;

-давления дымовых газов в печи;

-расхода топливного газа;

-расхода воздуха;

-концентрации кислорода в дымовых газах;

-уровня стекломассы;

-температуры воздуха в регенераторах;

-температуры дымовых газов, удаляемых из печи;

-разрежения у дымовой трубы;

-давления газа в трубопроводе;

-давления воздуха

Системы защиты, блокировки и сигнализации:

-при понижении давления топливного газа;

-при понижении давления воздуха;

-при погасании пламени на горелках;

-при повышении давления в печи.

Системы управления:

-электроприводом воздуходувок B1, В2, конвейера K1 и загрузчиков шихты З1;

-программное управление переводом пламени на горелках через каждые 30 мин;

-запорным клапанам на общем трубопроводе топливного газа.

4. Функциональная схема автоматизации

Функциональная схема автоматизации стекловаренной печи представлена на чертеже КП 220 301. 800. 2009. 01

Разработана автоматизированная система управления с использованием программируемого контролера.

Контролер выполняет функции сбора и обработки информации с датчиков и приборов, регулирование параметров, управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов по соответствующим алгоритмам. Введены необходимые системы защиты и блокировки, сигнализация предельных значений параметров.

Шихта подается в печь конвейером К1 и загрузчиком З1.

Контроль уровня шихты в печи осуществляется датчиком уровня поз. 4−1, выходной сигнал с которого поступает в контролер поз. 1−3.

Регулирующее воздействие с контролера поступает на электромагнитный пускатель поз. 4−5, изменяющий скорость электропривода загрузчика вследствие изменения питающего напряжения, поступающего на обмотки электродвигателя.

Печь имеет три зоны: зона варки, зона осветления и рабочая зона.

Горелки в печи расположены по бокам, по две на каждую зону слева и справа. Горение осуществляется либо с одной, либо с другой стороны с переводом пламени через каждые 30 минут.

В зоне варки и в рабочей зоне осуществляется контроль температуры датчиками поз. 10−1 и 11−1.

Главная регулируемая величина-температура в зоне осветления печи.

В зоне осветления реализована каскадная система регулирования температуры. С датчика поз. 1−1 выходной сигнал поступает в контроллер, в котором программно реализован корректирующий регулятор поз. 1−5.

Выходной сигнал с регулятора главной регулируемой величины корректирует задание регулятору промежуточной величины — расхода топливного газа, измеряемого датчиком расхода поз. 2−1. Регулирующее

воздействие через пусковое устройство поз. 2−5 поступает на исполнительный механизм поз. 2−7 клапана на линии подачи топливного газа к горелкам печи. Воздух на горелки печи подается воздуходувкой В1 через регенераторы Р1 и Р2, в которых воздух подогревается. Контроль температуры в регенераторе обеспечивается датчиком поз. 12−1.

Образующиеся в процессе горения дымовые газы удаляются через дымовую трубу ДТ1 в атмосферу.

Регулирование давления в печи осуществляется регулятором поз. 3−2, на который поступает сигнал с датчика давления поз. 3−1. Управляющий выходной сигнал поступает на исполнительный механизм поз. 3−6 клапана на линии отвода дымовых газов из печи. Контроль температуры дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу, осуществляется датчиком поз. 13−1.

Разработана каскадная система регулирования качества горения.

Содержание кислорода в дымовых газах измеряется датчиком поз. 14−1.

Выходной сигнал с датчика поступает в контроллер. Программно реализованный регулятор поз. 14−3 корректирует задание регулятору поз. 15−3 вспомогательной величины — расхода воздуха, измеряемого датчиком поз. 15−2. Регулирующее воздействие подается на исполнительный механизм поз. 15−7 клапана на линии подачи воздуха на горелки.

Переключение работающих горелок и регенераторов обеспечивается таймером поз. 9−1, работающим по определенной программе. Через каждые 30 минут осуществляется переключение запорных клапанов на линии подачи топливного газа, управляемых исполнительными механизмами поз. 9−4 и 9−6, запорных клапанов на линиях подачи воздуха в регенераторы, управляемых исполнительными механизмами поз. 9−8, 9−10, 9−12, 9−14.

Также разработана одноконтурная система регулирования расхода воздуха на барботаж. Сигнал с датчика расхода, установленного на линии подачи воздуха на барботаж, поз. 16−1 поступает в контроллер. Программно реализованный регулятор поз. 16−3 подаёт управляющее воздействие на исполнительный механизм поз. 16−7 клапана на линии подачи воздуха на барботаж. производство стекломасса печь автоматизация

Контроль давления на трубопроводах газа, воздуха, дымовых газов обеспечивается датчиками — реле давления поз. 6−1, 7−1 и 8−1. При падении давления на трубопроводе газа или воздуха, при повышении давления дымовых газов в печи отключаются электроприводы воздуходувок В1 и В2, конвейера К1, закрывается клапан на линии подачи топливного газа в печь, управляемый исполнительный механизм поз. 5−6.

Индикация, сигнализация предельных значений параметров осуществляется на мониторе ЭВМ. Текущее значение выводится на печать. Дистанционное управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов, электроприводами воздуходувок, конвейера, загрузчиков, осуществляется оператором в режимах проверки оборудования и в аварийных ситуациях.

5. Выбор технических средств автоматизации

Программируемый контроллер КРОСС-500.

Новый высокопроизводительный контроллер КРОСС построен на базе модулей фирм ЗЭиМ, РЕР (стандарт SMART 2) и последовательных четырехпроводных синхронных дуплексных интерфейсов SP1 со скоростью передачи 1 Мбод. Модули устанавливаются на DIN-рейку внутри шкафа контроллера, что позволяет использовать различные типы шкафов. Базовым блоком контроллера является процессор SM2-CPU контроллера SMART 2 фирмы PEP. Контроллер включает два типа шин с интерфейсом SP1, одна из которых имеет протоколы с географической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы PEP, ее информационная емкость -14 модулей. Вторая — имеет протоколы с логической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы ЗЭиМ. Информационная емкость такой шины 32 модуля. Шин второго типа может быть несколько, что позволяет увеличить информационную емкость контроллера или вводить резервирование шин и модулей УСО.

Все модули УСО фирмы ЗЭиМ имеют бортовой микропроцессор, выполняющий функции:

— автономного, без участия центрального процессора, управления в циклическом режиме процессами ввода/вывода, аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования, а также предварительную обработку сигналов (фильтрации, линеаризации, автоматической калибровки, настройки на тип сигнала аналоговых каналов);

— выбора одного из четырех интервалов интегрирования в АЦП для повышения точности входных аналоговых каналов — 20, 40, 80, 160 мсек (12, 13, 14, 15 разрядов соответственно);

— автономного широтно-импульсного модулирования импульсных выходных сигналов;

— непрерывной диагностики входных и выходных каналов модуля, установки выходов в заданное состояние в аварийных ситуациях.

Программы автокалибровки и калибровочные коэффициенты аналоговых входов и выходов интеллектуальных модулей УСО заносятся в память встроенного процессора при его настройке на этапе производства, чем обеспечивается взаимозаменяемость модулей во время их эксплуатации. Интеллектуализация модулей УСО обеспечивает реализацию принципа нечувствительности технологических программ к особенностям построения и работы аппаратуры ввода/вывода аналоговых сигналов и датчиков этих сигналов. Технологическая программа строятся в терминологии номеров входных и выходных аналоговых и дискретных каналов и функций обработки информации.

Для обеспечения простоты технического обслуживания контроллера процессор и модули УСО фирмы ЗЭиМ имеют последовательный порт с интерфейсом RS-232 для подключения переносного пульта настройки, тестирования, контроля и управления модулем в автономном режиме.

Гальваническое разделение

Вид разделения (индивидуальное или групповое) зависит от типа модуля, испытательное напряжение 500 В

Выходные аналоговые сигналы

Число выходов на модуль постоянного состава

4

Число выходов на модуль проектно-компонуемого состава

До 16

Число выходов в ячейке

1,2

Шаг изменения числа выходов

1,2,4

Виды сигналов:

— унифицированные

(0−5), (0−20), (4−20) мА

Погрешности:

— предел допускаемой основной

приведенной погрешности

— предел допускаемой дополнительной приведённой погрешности при изменении температуры на 10

0,1%; 0,2% в зависимости от типа модуля 0,1%

Гальваническое разделение

Вид разделения (индивидуальное или групповое) зависит от типа модуля, испытательное напряжение 500 В

Входные/Выходные сигналы

Входные дискретные сигналы

Число входов на модуль

8, 16 (группами по 8 входов)

Шаг изменения числа входов

8

Виды сигналов:

— сигнал логического < <0>>

— сигнал логический < <1>>

(0−7) В

(24 +/- 6) В

Максимальный ток

0,01 А — на один канал по цепи 24 В

Гальваническое разделение

Между группами входов и выходов, испытательное напряжение 500 В

Выходные дискретные сигналы

Число выходов на модуль

8, 16 (группами по 8 входов)

Шаг изменения числа выходов

8

Напряжение коммутации транзисторного выхода

До 40 В

Ток коммутации

До 0,3А на один канал, но не более

2А — на 8 каналов одной группы

Гальваническое разделение

Между группами входов и выходов, испытательное напряжение 500 В

Модуль импульсного регулятора

SM-PID

4 дифференциальных аналоговых входа 0…10 В, +/- 10 В, 0…20мА; 10 бит 2 дискретных выхода 24 В/0,5 А

Входные-выходные дискретные сигналы терминальных блоков

Номинальное напряжение включения (коммутации)

?24 В, ?110 В, ?220В

Гальваническое разделение

Имеется, испытательное напряжение 500 или 1500 В в зависимости от вида блока

Общие функциональные параметры

Операционная система реального времени (ОС РВ)

RTOS-32

Исполнительная система

ISa GRAF Target

Языки технологического программирования (система Isa GRAF)

— последовательных функциональных схем SFC;

— релейной логики LD;

— структурированного текста ST;

— функциональных блоков FBD;

— инструкций LI;

— потоковых диаграмм FC.

Объём памяти блока центрального процессора

— flash-память

— динамическое ОЗУ

— статическое ОЗУ

1 Мбайт

4 Мбайт

256 Мбайт

Часы реального времени

Имеются (секунды-минуты-часы-годы)

Минимальное время цикла (шаг его изменения)

2 мс (1 мс)

Время сохранения технологических программ при отключении питания (flash- память)

Без ограничения времени

Параметры питания и эксплуатации

Электрическое питание

контроллера

— от сети переменного однофазного тока с номинальным напряжением 220 В (диапазон от 85 до 264В);

-от внешнего нестабилизированного источника постоянного тока напряжением 24 В (диапазон от 18 до 36В)

Степень защиты от проникновения твердых тел и воды ПО ГОСТ 14 254

IP20

Климатическое исполнение и категория помещений по ГОСТ 15 150

УХЛ 4. 2

Диапазон рабочих температур

От плюс 5 до плюс 50

Относительная влажность воздуха при температуре 35

95%

Средний срок службы, не менее

10 лет

Параметры питания и эксплуатации

Средняя наработка на отказ:

— аналогового канала

Не менее 70 000 ч

— дискретного канала

Не менее 100 000 ч

Электромагнитная совместимость

Контроллеры выдерживают воздействие:

— микросекундных импульсных помех большой энергии по ГОСТ

Р 51 317. 4;

— наносекундных импульсных помех по ГОСТ Р 51 317.4. 4;

— электростатических разрядов по ГОСТ Р 51 317.4. 2;

— радиочастотных электромагнитных полей по ГОСТ Р

51 317.4. 3;

— кондуктивных помех, наведенных радиочастотными электромагнитными полями, по ГОСТ Р 51 317.4. 6;

— динамических изменений напряжения в сети электропитания по ГОСТ Р 51 317.4. 11;

— прерывания напряжения на 100% в сети по ГОСТ 51 317.4. 11 в течении 5с.

Уровень индустриальных помех контроллера

Не превышает значений по ГОСТ Р 51 318. 22 для оборудования класса, А на расстоянии 10 м.

Модули ввода-вывода МВВ

Модули используются в процессорной архитектуре контроллера. Самостоятельного применения не имеют.

Модули ввода-вывода МВВ, разгружая вычислительные мощности БЦП, выполняют следующие функции:

— Управление аппаратурой ввода-вывода;

— Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов;

— Предварительная обработка сигналов: устранение дребезга дискретных входов, фильтрация, линеаризация и корректировка;

— Учет калибровочных коэффициентов аналоговых входов;

— Автономное управление поведением выходных каналов при включении и в различных аварийных ситуациях;

— Непрерывная диагностика и вывод сообщений об обнаруженных ошибках;

— Выполнение команд от БЦП, пульта настройки PN1 или программы < <Конфигуратор>>.

Измерение давления.

Измерение давления, разрежения в печи осуществляем с помощью интеллектуального датчика Метран-100.

Датчик предназначен для точного измерения давления жидкостей, газов и паров в различных отраслях промышленности: газовой, нефтяной, химической, металлургической, на объектах тепловой и атомной энергетики и др.

Метрологические характеристики:

— В метрологии допускаемая основная приведенная погрешность ±0,1%, ±0,15, ±0,25, ±0,5

— Динамический диапазон 25: 1

— Дополнительная температурная погрешность от ±0,09%/10°С

— Дополнительная погрешность от изменения статического давления (в зависимости от модели) до ±10кПА, до ±0,04%/1 МПа

— Диапазоны измерения давления для автоматизации производства

— Диапазоны измеряемого избыточного давления от 0 до 0,04 кПа — 100 МПа

— Диапазоны измеряемой разности давления от 0…0,04 кПа — 160МПа

— Пределы статического давления до 40 МПа

— Низкопредельные датчики давления ВПИ от 0,04 кПа

— Многопредельность: стандартные по ГОСТ и нестандартные пределы измерения

— Температура окружающего воздуха до -50°С. До -40°С сохраняется работоспособность ЖКИ — нет аналогов в мире!

— Климатическое исполнение ТВ1 для работы в условиях влажных тропиков (температура от 1 до 70°С).

Исполнения датчиков:

— Взрывозащищенное

— Искробезопасная электрическая цепь «Ex» — 1ExiaIICT5X, 1ExibIICT5x

— Взрывонепроницаемая оболочка «Bн» — ExdsIIBT4/H2X

— Кислородное К

— Коррозионно-стойкое (Метран-49)Д

— Ля атомной энергетики АС

— КИП датчики давления Метран-100

Виды выходного сигнала:

— унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока 4−20 мА, 0−5 мА, 0−20 мА

— унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока с наложенным цифровым 4−20 мА +HART

— цифровой сигнал по интерфейсу RS 485

Электрическое питание датчиков:

— 12−42 В (4−20 мА)

— 22−42 В (0−5 мА)

— 22−42 В (0−20 мА)

Надежность:

— Средний срок службы: 12 лет

— Средняя наработка датчиков на отказ: 150 000 часов

— Межповерочный интервал: 3 года

— Гарантийные обязательства: 3 года.

Основой сенсорных блоков датчиков является пьезорезистивный чувствительный элемент с монокристаллической структурой кремния на сапфире. Электронное устройство датчика преобразует изменение электрических сопротивлений в стандартный аналоговый сигнал постоянного тока и/или в цифровой сигнал в стандарте протокола HART.

В памяти сенсорного блока хранятся в цифровом формате результаты предварительных измерений выходных сигналов сенсора во всем рабочем диапазоне давлений и температур. Эти данные используются микропроцессором для расчета коэффициентов коррекции выходного сигнала при работе датчика. Цифровой сигнал сенсорного блока вместе с коэффициентами коррекции поступает на вход электронного преобразователя, микропроцессор которого корректирует этот сигнал по

температуре и линеаризует его. На выходе электронного блока скорректированный сигнал преобразуется из цифрового формата в стандартный выходной сигнал.

Датчик «Метран — 100» с HART — протоколом обладают всеми свойствами аналоговых датчиков, но имеют более широкий набор дополнительных возможностей по удаленной настройке, диагностике и конфигурированию. Дистанционное управление параметрами датчика (диапазон, единицы измерения и т. д.) осуществляется посредством ручного HART — коммуникатора модели «Метран — 650» или с персонального компьютера через модем HART / RS 232, при этом датчик может быть удален на расстояние до 3000 м.

В датчиках «Метран — 100» реализовано 25 универсальных команд, в частности, калибровки аналогового выхода 4−20 мА, перенастройки диапазона, смены единиц измерения и т. д., а также 3 специальные команды: калибровки по двум точкам (верхний и нижний предел измерений) и расширенной диагностики состояния датчика.

Датчики давления «Метран — 100» зарегистрированы в государственном реестре средств измерений за № 22 235 — 01 и допущены к применению в РФ.

Измерение уровня.

Нейтронные датчики измерения уровня Метран Rosemount 5400 применяются для измерения уровня агрессивных и высокотемпературных жидкостей.

В зависимости от выполняемых функций выпускаются в нескольких модификациях.

Нейтронный датчик Метран Rosemount 5400:

— применяется для непрерывного измерения уровня;

— прибор работает по принципу приёма отраженного нейтронного луча от поверхности;

— позволяет измерять уровень в аппаратах с толщиной стенки до 7,5 см;

— выходной унифицированный сигнал 4−20мА

— напряжение питания 24 В постоянного тока;

— погрешность измерения 0,5%.

Измерение расхода.

Расходомер Метран — 350 (совместное производство с компанией Emerson Process Management) предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. А также в системах коммерческого учета жидкостей пара и газов.

Основные преимущества:

— Простая установка в трубопровод через одно отверстие;

— Установка в трубопровод без остановки процесса (специальная конструкция);

— Минимальная вероятность утечек измеряемой среды;

— Более низкие потери давления и меньшие длины прямолинейных участков по сравнению с расходомерами на базе сужающих устройств;

— Существенное сужение стоимости монтажа и обслуживания благодаря интегральной конструкции;

— Лёгкость взаимодействия с существующими контрольными системами или вычислителями расхода посредством интеллектуального протокола коммуникаций HARTRZ и Modbus;

— Простота перенастройки динамического диапазона;

— Высокая надёжность, отсутствие движущихся частей;

Основные технические характеристики Метран — 350:

Параметр

Значения

Измеряемая среда

Жидкость, газ, пар

Температура измеряемой среды

От -40 до +400°С

Температура окружающей среды

От -40 до +70°С

Допустимое давление

До 25 МПа

Диаметр трубопровода, Ду, мм

: 50:1820 (для Annubar 485); 12,5: 50 (для Annubar Diamond II+)

Взрывозащита

EхdIICT (1C)

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерений массового (объемного) расхода

До + 1%

Напряжение питания (DC)

24 В

Межповерочный интервал

2 года

Гарантийный срок

24 месяца

Выходные сигналы

4−20 м, А + Hart

Средний срок службы

10 лет

Принцип действия Метран — 350 основан на измерении расхода и количества среды (жидкости, газа, пара) методом переменного перепада давления с использованием осредняющих напорных трубок (далее сенсор) моделей Annubar Diamond II+ (4 поколение) и Annubar 485 (5 поколение) на которых возникает перепад давлений, пропорциональный расходу. Сенсор устанавливается перпендикулярно направлению потока, пересекая его по всему сечению. Сенсор Annubar Diamond II+ имеет ромбовидную форму профиля, разделенная на две камеры, в которых расположены отверстия. Отверстия на передних гранях и камера р1 воспринимает давление торможения, а отверстия на противоположных гранях и камера р2 воспринимает давление разрежения. Сенсор Annubar 485 имеет Т-образную форму профиля, что, в отличии от других сенсоров, обеспечивает более стабильную фиксированную точку отрыва потока измеряемой среды и более стабильную зону разрежения за сенсором. На передней поверхности расположены щелевые пазы с камерой р1, которые осредняют скорость измеряемой среды и воспринимают давление торможения. Отверстия на противоположных гранях и камера р2 воспринимает давление разрежения

Измерение температуры.

Для измерения температуры в печи выбираю пирометр стационарный высокотемпературный ПСВ-1.

Назначение — для бесконтактного измерения температуры.

Диапазон измерения 800−2000 ° С.

Приведенная погрешность — 0,5%

Выходной сигнал — 0−5 м А.

Питание — 220 Вт; 50Гц.

Потребляемая мощность — 2,3 Вт.

Температура воздуха, окружающего головку — 90+120 ° С.

Состав: пирометрическая головка и узел преобразования с токовым выходом.

Завод изготовитель — завод «Эталон» г. Омск

Для измерения температуры воздуха в регенераторах, температуры дымовых газов выбираю термопары типа ТПП.

ТПП/1−0679−01 ТУ4211−059−12 150 638−99 ЗАО НПК «Эталон»

Для измерения температуры в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалом термопары.

Диапазон измеряемых температур, °С — 300−1300.

Номинальная статическая характеристика (НСХ) — ПП (S).

Класс допуска — 2.

Диапазон номинальных длин, мм — 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 4500, 5000, 5600, 6300, 7100, 8000, 9000, 10 000.

Показатель тепловой инерции, с- 5.

Защищенность от пыли и воды — IPOO.

Блок питания Метран-602-Ех.

Для работы каждого из преобразователей необходимы блоки питания. Т.к. они работают, в том числе и контроллер, при напряжении 24, 36 В, то для них возьмём блок питания Метран серии 600.

Общие характеристики блока питания Метран-602-Ех.

— Количество каналов — 1 или 2

— Светодиодная индикация включения блока питания по каждому каналу

— Защита от перегрузок и коротких замыканий

— Блоки не создают индустриальных помех

— Конструктивное исполнение: щитовое, на рейке DIN

— Блоки питания щитового монтажа конструктивно функционально заменяют блоки питания БПД-40-Ех, 2000П-Ех.

Блок питания Метран-602-Ех предназначены для питания стабилизированным напряжением и искрозащиты датчиков давления серии Метран-Ех, датчиков температуры типа ТСПУ-Ех, ТСМУ-Ех, ТХАУ-Ех с унифицированным выходным токовым сигналом 4−20 мА, а также для преобразования этого сигнала в сигналы 0−5, 4−20, 0−20 мА.

Технические характеристики и параметры:

— Напряжение питания блока 220 В, (501) Гц

— Напряжение холостого хода искробезопасной цепи 24 В

— Выходные сигналы 0−5 мА (Rнагр=2,5 кОм), 0−20, 4−20 мА (Rнагр=0,75 кОм)

— Предел допускаемой основной погрешности преобразования не более 0,1% от диапазона изменения выходного сигнала

— Потребляемая мощность не более 6 ВА

— Степень защиты от пыли и воды IP30 — щитовой монтаж, IP20 — монтаж на рейке DIN

— Масса не более 0,6 кг

Взрывозащищённость:

— Маркировка взрывозащиты: ExiallC

— Ограничение тока и напряжения до искробезопасных значений достигается наличием в блоке встроенного барьера искрозащиты

— Ток короткого замыкания не более 100 мА при сопротивлении ограничительного резистора не менее 240 Ом

— Сопротивление линии связи блока с датчиком не более 25 Ом

— Длина линии связи не более 1000 м

— Предельные параметры внешней искробезопасной электрической печи блоков по ГОСТ Р51 330. 10−99

1. С0 = 0,1 мкФ

2. L0 = 1,5 мГн

3. U0 = 24 В

4. I0 = 100 мА

5. Р0 = 0,6 Вт

6. где С0, L0, U0, I0, Р0 — максимальная ёмкость, индуктивность, выходное напряжение, выходная мощность соответственно.

Надежность:

— Наработка на отказ — 120 000 ч

— Средний срок службы — 12 лет.

Датчики-реле давления.

Датчики-реле давления Д21ВМ предназначены для контроля сигнализации и двухпозиционного регулирования величины давления, разности давлений жидких и газообразных, не агрессивных к стали и латуни сред.

Для приборов Д21ВМ со стальным ниппелем контролируемой средой может быть аммиак.

Приборы предназначены для работы в холодильных установках угольных шахт, опасных по газу (метану) или пыли, взрывоопасных зонах всех классов помещений и наружных установках в соответствии маркировкой взрывозащиты и гл. 7.3. ПУЭ (изд. 6), а также других нормативно-технических документов, регламентирующих применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Приборы имеют взрывобезопасный уровень взрывозащиты с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» и маркировку «PB-1B», «1ExdIIBT4X» по ГОСТ 12.2. 020−76.

Приборы по защищенности от воздействия пыли и воды соответствуют исполнению IP67 и ГОСТ 14 254–80.

Приборы относятся к не восстанавливаемым, не ремонтируемым.

Приборы Д21ВМ-2−05 выпускаются с зоной возврата, направленной в сторону понижения (относительно установки) давления контролируемой среды.

Принцип действия приборов основан на сравнении усилий, создаваемых давлением контролируемой среды и силой упругой деформации пружины диапазона.

Прибор состоит из следующих основных узлов: чувствительного элемента, передаточного механизма, задатчика (пружины), узлы настройки, переключающего устройства и вводного устройства.

Чувствительная система крепится к литому алюминиевому корпусу, внутри которого находится передаточный механизм, задатчик и узел настройки. Переключающее устройство крепится внутри пластмассовой камеры, соединенной с корпусом прибора.

Вводное устройство служит для подсоединения к прибору внешних электрических цепей.

Срабатывание (размыкание или замыкание) контактов происходит при изменении (давления, разности давлений) на величину зоны возврата от значения, заданного установкой по шкале.

— Виды взрывозащиты PBExdl, 1ExdIIBT4X

— Общие пределы установок, МПа (2 модификации) от -0,07 до 3

— Зона возврата, регулируемая, МПа от 0,05 до 0,6

— Габариты, мм 178×200×83

— Масса, кг 2,5

— Защита корпуса IP67/

— Коммутируемый ток — до 6 А при напряжении 220 В, 50(60) Гц (только исполнение «1ExdIIBT4X»). Минимальный ток — 0,1 А при нагрузке постоянного тока до 60 Вт и напряжении до 24 В. Имеет разрешение на применение Ростехнадзора. Сертифицирован Госстандартом России.

Датчик — реле контроля пламени АДП-01.

Датчик — реле контроля пламени предназначен для индикации наличия или отсутствия пламени и формирования сигнала для автоматики защиты печи.

Технические характеристики датчика — реле:

— Диапазон длин волн пламени, мкм 0. 4…1. 0

— Длина линии связи экранированным проводом не более 2 м.

— Диапазон частот пульсаций пламени, Гц 5−30

— Время задержки срабатывания при появлении пламени: 0.4 сек.

— Время задержки срабатывания при погасании пламени: 2 сек.

— Глубина регулировки чувствительности, не менее, децибел 30

— Степень защиты по ГОСТ 14 254–80 IP54 (взрывозащищенные исполнение)

— Габариты, мм 98 * 55,5

— Вес, кг 0,125

— Тип выходного устройства: открытый коллектор, контакты реле.

— Максимальный коммутируемый ток, А 0,13

— Максимальное коммутируемое постоянное напряжение, В 30 220

— Максимальное коммутируемое переменное напряжение, В 220

— Напряжение питания, В 18−22,18−27

— Потребляемый ток, А, не более 0,04 0,055

Датчики-реле по ГОСТ 12 997– — 84 предназначены для эксплуатации в районах с умеренным климатом и должны изготовляться с климатическим исполнением УХЛ.

Электропневматическое реле Р-50А

Применяются для связи электрической части системы автоматизации с пневматическими отсечными клапанами.

Технические характеристики

-Входной сигнал? дискретный электрический 24 В постоянного тока

-Выходной сигнал: пневматический сигнал: логический 0 — (- 35 кПа)

логическая 1 — (110−140 кПа)

-Максимальное давления воздуха — 0,6 МПа

-Условный диаметр присоединительных трубопроводов — 6 мм

-Габаритные размеры 120×60×60 мм

-Масса 0,7 кг.

Электропневматический преобразователь ЭП-0030

Применяются для связи электрической части системы автоматизации с пневматическими исполнительными механизмами.

Технические характеристики

-Входные сигналы? унифицированный токовый сигнал 0−5 мА, 0−20 мА, 4−20 мА

-Выходной сигнал — пневматический, давление воздуха — 20−100 кПа

-Класс точности — 1,0

-Питание — воздух: давление — 140 кПа, расход — 2 л/мин

-Исполнение — коррозионно-стойкое, в том числе при содержании в атмосфере сероводорода до 100 мг/м3

-Установленная безотказная наработка — не менее 8000 часов

-Прибор предназначен для монтажа в производственных условиях.

Датчик измерения концентрации кислорода 02-МАГД-2.

Анализатор кислорода в дымовых газах О2-МАДГ-2 с твердоэлектролитным чувствительным элементом из диоксида циркония предназначен для непрерывного измерения концентрации свободного кислорода в дымовых газах, температуры дымовых газов и расчета КПД горения с целью технологического и экологического контроля. Наиболее целесообразно его использование в системах автоматического контроля и регулирования процессов сжигания топлива в котельных установках и промышленных печах большой мощности, работающих на различных видах топлива: газообразном, жидком или твердом.

6. Разработка принципиальной электрической схемы

На основании функциональной схемы автоматизации с учётом выбранных приборов и средств автоматизации разработана принципиальная электрическая схема регулирования, управления и блокировки.

Рассмотрим работу схемы автоматического регулирования.

Для поддержания температуры в зоне осветления печи на нужном значении используется каскадная система автоматического регулирования температуры, которая работает следующим образом. Датчик температуры B1N измеряет температуру в зоне осветления печи и преобразует его в стандартный электрический сигнал постоянного тока. Сигнал с контакта 1 преобразователя поступает по соединительной линии на контакт 4 блока питания U4. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4−20 мА снимается с контактов 3 блока питания и 2 преобразователя и поступает на контакты 1 и 2 модуля аналогового ввода А3. 1Z многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. В преобразователе-контроллере программным путём реализован регулятор температуры. Вырабатываемое регулятором воздействие через контакты 1, 2 модуля аналогового вывода А4. 1Z преобразователя-контроллера поступает на электропневматический преобразователь А2Y и далее на пневматический исполнительный механизм.

Для регулирования давления разрежения в печи используется одноконтурная система автоматического регулирования давления разрежения в печи, которая работает следующим образом.

Датчик давления B2N измеряет давление разрежения в печи и преобразует его в стандартный электрический сигнал постоянного тока в диапазоне 4−20 мА. Сигнал с контакта 2 блока зажимов датчика давления и контакта 2 блока питания поступает по соединительной линии на контакты 3 и 4 модуля аналогового ввода A3. 1Z многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. Величина давления разрежения поступает в регулятор давления разрежения, который реализован программным путём в преобразователе-контроллере.

Вырабатываемое регулятором давления разрежения воздействие через контакты 3, 4 модуля аналогового вывода А4. 1Z преобразователя-контроллера поступает на электропневматический преобразователь А3Y и далее на пневматический исполнительный механизм.

Рассмотрим работу схемы автоматической блокировки.

Сигналы с реле давлений и контроля пламени поступают на блок дискретного ввода программируемого контроллера A1. 1Z. Сигналы на исполнительные механизмы снимаются с контактов 1 — 16 модуля дискретного вывода А2. 1Z многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера и поступают на контакты обмоток электропневматического реле Y1A и электромагнитных пускателей YA1-YA3. Также предусмотрена возможность ручной блокировки отдельных участков технологического аппарата.

Питание многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера осуществляется от сети переменного тока 220 В 50 Гц через блок питания U1. Напряжение переменного тока 220 В 50 Гц через автоматический выключатель SF1 подается на контакты 1 и 2 блока питания, с контактов 3 и 4 снимается пониженное напряжение постоянного тока 24 В, которое подается на контакты 17 и 18 модулей ввода-вывода многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера.

Заключение

Целью данного проекта являлась комплексная автоматизация процесса варки шихты со стеклобоем стекловаренной печью.

Была разработана распределённая АСУ ТП варки шихты со стеклобоем стекловаренной печью, состоящая из первичных преобразователей, программируемого логического контроллера (ПЛК) КРОСС-500, ЭВМ и исполнительных устройств. В результате анализа проектируемой системы была показана целесообразность её использования.

Были созданы электрическая и функциональная схемы автоматизации, представленные в документах КП. 220 301. 800. 2009. 01 и КП. 220 301,800. 2009. 02

Список литературы

Методические указания для курсового проектирования по ПСА для специальности 210 200 /АГТУ, кафедра АТП — Астрахань, 1999.

Клюев А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М., 1980 г.

Голубятников В. А. Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. -Москва: «Химия», 1985.

Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. А. Н. Плановский. П. И. Николаев. -Москва: «Химия». 1987.

Автоматизация технологических процессов пищевых производств. //Под ред. Карпина Е. Б. -Москва: «Пищевая промышленность», 1977.

6. Регламент стекловаренной печи.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой