Контрольная работа: Реализация схемы автоматизации технического процесса

Название: Реализация схемы автоматизации технического процесса
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: контрольная работа

Задание 1

Выбрать по справочной литературе необходимые приборы для реализации информационной цепи (датчик – преобразователь – контрольно-измерительный прибор) и управляющей цепи (регулятор – преобразователь, если необходим, – исполнительный механизм – регулирующий орган).

Дать краткое описание приборов и их параметров.

Приборы в цепи должны иметь согласованные параметры входные – и выходные сигналы, соответствовать уровню технологического параметра (информационная цепь) и мощности, требуемой для перемещения регулирующего органа в цепи управления.

Если мощность выходного сигнала датчика или его преобразователя позволяет, то этот сигнал можно одновременно подать на вход контрольно-измерительного прибора (КИП) и регулятора. В обратном случае для подачи на вход регулятора информации о текущей величине регулируемого параметра необходимо установить отдельный датчик (например, двойную термопару). Обратить внимание на класс точности используемых в информационной цепи приборов и диапазон шкалы контрольно-измерительного прибора. Номинальная величина технологического параметра должна находиться в последней трети диапазона шкалы контрольно-измерительного прибора.

Составить:

1. Структурную схему автоматизации.

2. Функциональную схему автоматизации.

3. Спецификацию оборудования.


Исходные данные:

Вариант – последняя цифра шифра Технологический параметр и условие Величина параметра Регулирующий орган Техническая характеристика рег. органа Дополнительные требования к цепи приборов
10

Температура

Среда щелочная

300 0 С

 Поворотная заслонка Момент равен 80 Нм Приборы пневматические

Датчик – преобразователь температуры.

Преобразователи температуры с пневматическим выходным сигналом 13ТД73

1. Назначение

Предназначен для преобразования в унифицированный пневматический сигнал температуры жидких и газообразных агрессивных сред, в т.ч. в условиях АЭС.

2. Технические характеристики

1. Верхние пределы измерения: +100…+400;
2. Длина соединительного капилляра, м 4
3. Длина погружения термобаллона, мм 200
4. Классы точности 0,6
5. Давление питания, кгс/см 2 1,4±0,14
6. Рабочий диапазон выходных
пневматических сигналов, кгс/см 2		 0,2…1
7. Температура окружающей среды, °С –50…+80
8. Относительная влажность, %, не более 95
9. Давление измеряемой среды,
кгс/см 2, до		 64 без защитной гильзы
250 с защитной гильзой
10. Изготавливаются по ТУ 25–7310.032–86
11. Габаритные размеры, мм 182х140х97

Регулятор.

Приборы контроля пневматические с электрическим приводом диаграммы ПВ10.1

1. Назначение

Приборы контроля работают совместно с пневматическими датчиками и другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы в пределах 20…100 кПа. ПВ10.1Э – прибор для непрерывной записи и показания величины регулируемого параметра, указания положения контрольной точки и величины давления на исполнительном механизме.

2. Технические характеристики

Параметры Значение
Диапазон аналоговых давлений, подаваемых на вход. 20…100 кПа
Питание прибора осуществляется осушенным и очищенным от пыли и масла воздухом давлением. 40 кПа ± 14 кПа
Класс загрязненности сжатого воздуха питания. 0 и 1
Предел допускаемой основной погрешности по всем шкалам и диаграмме. не превышает ± 1,0% от номинального диапазона входного сигнала
Нижний предел измерения приборов с расходной шкалой. 30% верхнего предела измерения
Изменение показаний прибора, вызываемое отклонением давления питания в пределах. ± 14 кПа от номинального, не превышает 0,5 абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности.
Погрешность хода диаграммы. не превышает ± 5 мин. за 24 часа
Длина шкал приборов и ширина поля записи диаграммы. 100 мм
Шкалы приборов. 0–100 линейные
Скорость движения диаграммы. 20 мм/ч
Температура окружающей среды. +5…+50 °С
Относительная влажность воздуха при 35 °С и более низких температурах, без конденсации влаги. 80%
Синхронный двигатель привода диаграммы питается от сети переменного тока напряжением. 220 В
Расход воздуха: 6,5 л/мин
Масса прибора: 8,0 кг

Исполнительный механизм.

Механизм исполнительный пневматический МИП-П

1. Назначение

Предназначены для перемещения регулирующих и запорно-регулирующих органов в системах автоматического и дистанционного управления.

2. Технические характеристики

Рабочая среда Сжатый воздух
Ход поршня (мм ) 200
Давление питания (МПа ) 0,4.. 1,0
Входной сигнал (МПа ) 0,02.. 0,15
Величина расхода воздуха при неподвижном штоке 1,2 м3 /ч

Скорость перемещения штока при отсутствии

нагрузки (при давлении питания 0,6 МПа ) (м / с )

 0,08

Максимальные усилия, развиваемые при

давлении питания 0,6 МПа (кН )

толкающее:

тянущее:

4,1

3,1
Рабочая температура окружающего воздуха (°С ) -30..+50
Относительная влажность (%) 95
Габаритные размеры (мм ) 175×190×560
Масса (кг ) 20

Регулирующий орган.

Заслонка поворотная. Nemen серия 5000

1. Назначение

Заслонки поворотные используются в качестве запорно-регулирующей трубопроводной арматуры.

2. Технические характеристики

Диаметр 125 мм.
Температура -100 – +6000 С
Давление 2,0 МПа
Среда агрессивные среды, щёлочи
Исполнение В-сквозные отверстия Т – резьбовые отверстия
Возможности управления -ручной рычаг (ручка) – гребенка на площадке заслонки обеспечивает ступенчатую регулировку через каждые 15 градусов поворота ручки
– ручная червячная передача (редуктор) – плавная регулировка
– электропривод
– пневмопривод
Крутящий момент для управления заслонкой 80 Нм

Аппаратура воздухоподготовки.

Редуктор давления РДФ-3–1

1. Назначение

РДФ-3–1 – редукторы давления с фильтром, предназначены для регулирования и автоматического поддерживания давления воздуха, необходимого для индивидуального питания пневматических приборов и средств автоматизации, а также очистки его от пыли, масла и влаги. Применяются в машиностроении, нефтяной, сахарной, химической промышленности и других отраслях.

ТУ 25.02.1898–75.


2. Технические характеристики

Максимальный расход воздуха. 1,6 м³/ч
Допускаемое давление питания. 0,25…0,8 МПа (кгс/см²)
Пределы регулирования давления на выходе. 0,02…0,2 МПа (кгс/см²)

Допускаемое отклонение выходного давления при температуре окружающего воздуха (20±5) °С:

· при изменении входного давления воздуха 0,25…0,8 МПа (кгс/см²);

· при изменении расхода воздуха 0,15…1,6 м³/ч.

0,008 МПа;

0,01 МПа.
Отклонение выходного давления при изменении температуры окружающей среды на каждые 10 °С. 0,002 МПа (кгс/см²)
Размер твёрдых частиц на выходе не более 10 мкм
Масса не более 0,71 кг
Загрязненность воздуха после редуктора, не ниже класса 3

Поз.

обозначение

 Обозначение Наименование Кол. Примечание
1 TE Преобразователи температуры с пневматическим выходным сигналом 13ТД73 1
2 TRC Приборы контроля пневматические с электрическим приводом диаграммы ПВ10.1 1
3

Механизм исполнительный пневматический МИП-П

 1
4 Заслонка поворотная. Nemen серия 5000 1

Дано:

ωнм = 0,37 (с-1 ) – Наибольшая скорость вращения исполнительного вала;

εнм = 1,48 (с-2 ) – Амплитуда ускорения исполнительного вала;

Mн с = 61 (Н × м ) – Статистический момент на исполнительном валу;

Jн = 36,2 (кг × м2 ) – Момент инерции нагрузки;

η = 0,97 – КПД одной ступени редуктора;

α = 4 – Допустимый коэффициент перегрузки ДПТ.

Требуемая мощность на валу:

Ртреб = (2×Jн ×εнм + Мнс ) ×ωнм = (2 × 36,2 × 1,48 + 61) × 0,37 = 62.2162 (Вт ).

Т ипоразмер ДПТ с номинальной мощностью:

Рном ≥ Ртреб = 175 (Вт ) – двигатель типа СЛ – 521 .

Технические данные двигателя постоянного тока серии СЛ типа 569

Тип Рн ом , Вт U ня , В ω ня , с-1 I ня , А r я , Ом J я × 10–6 , кг × м2 d , м
СЛ – 569 77 110 314 1,1 8,5 127 10-2

Рном = 77 (Вт ) – номинальная мощность двигателя;

Uня = 110 (В ) – номинальное напряжение якоря;

Iня = 1,1 (А ) – номинальный ток якоря;

ωня = 314 (c-1 ) – номинальная скорость якоря;

Jя = 127×10-6 (кг × м2 ) – момент инерции якоря;

rя = 8,5 (Ом ) – сопротивление якоря;

d = 10-2 (м ) – диаметр вала двигателя.

Номинальный полезный момент двигателя:

Коэффициент противоЭДС обмотки якоря:

Момент потерь на валу двигателя:

Момент с учетом потерь:

М S = С ×I ня = 320 × 10-3 × 1,1 = 352,55 × 10-3 (Н × м ).

Предварительная оценка передаточного числа редуктора ip :

ip 1 £ ip £ ip 2

ip 1 иip 2 находятся из уравнения:


1,7 · 10-3 · ip 2 – 1,9 · ip + 118,1 = 0.

ip 1 »58;

ip 2 »1058.

Диапазон передаточного числа редуктора:

58£ ip £ 1058

Проверка рассчитанного передаточного числа редуктора по ip max = 1058.

А) Выполнение условия по скорости:

ip · w нм ≤ (1,1.. 1,2) · ω ня ;

ip · w нм = 1058 · 1,4 = 386,4 (с-1 );

1,1 · ω ня = 1,1 · 377 = 414,7 (с-1 ).

386,4 (с-1 ) ≤ 414,7 (с-1 ) – условие выполняется .

В) Выполнение условия по моменту:

M НОМ ≤ (3..4) · Mn ;

M НОМ = 0,29 + 0,13 + 0,08 = 0,5 (Н·м );

3 · Mn = 3 · 464,2 · 10-3 = 1,4 (Н·м ).

0,5 (Н·м ) ≤ 1,4 (Н·м ) – условие выполняется .

С) Выполнение условия по перегреву:

Mt ≤ Mn ;

Mn = 464,2 · 10-3 (Н·м ).

248,8 (Н·м ) ≤ 464,2 (Н·м ) – условие выполняется .

Выбранный двигатель удовлетворяет всем условиям.

Расчёт редуктора с цилиндрическими колёсами для ip = 200:

ip =i 1 ·i 2 ·…·in = 200;


где:

Zn – число зубьев n -ой шестерни.

Соотношение передаточных чисел ступеней редуктора:

Из расчёта, что:

in = 11,2;

ИТОГ – 4 ступени.

i1 = 1,88;

i2 = 2,39;

i3 = 3,98;

i4 = 11,2.

ip = 1,88 · 2,39 · 3,98 · 11,2 = 200,29 » 200;

Расчётчислазубьев:

Число зубьев ведущих шестерен:

Z 1 = Z 3 = Z 5 = Z 7 ≤ 15 = 15.

Число зубьев ведомых шестерен:

Z 2 = Z 1 · i 1 = 15 · 1,88 = 28;

Z 4 = Z 3 · i 2 = 15 · 2,39 = 36;

Z 6 = Z 5 · i 3 = 15 · 3,98 = 60;

Z 8 = Z 7 · i 4 = 15 · 11,2 = 168.

Расчёт диаметра колёс:

Модуль зуба выбирается из стандартного ряда при условии обеспечения прочности зуба по удельному давлению на зуб:

Для стальных цилиндрических прямозубых колёс с эвольвентным профилем:

σн Удельное давление на зуб ≤ 1,372·108
k Д Динамический коэффициент 1,7
Мнс Статистический момент на исполнительном валу 35,4 (Н × м )
k ε Коэффициент перекрытия 1,25
ψ Коэффициент смещения (5..10) 5
k ф Коэффициент формы 0,12
π 3,14
R Радиус последней шестерни редуктора (Z8 ·m ) / 2
Z8 Количество зубьев последней шестерни редуктора 168

m ≥ 1,3 = 2,0.

Диаметр ведущих шестерен:

D 1 = D 3 = D 5 = D 7 = m · Z 1 = 2,0 · 15 = 30 (мм ).

Диаметр ведомых шестерен:

D 2 = m · Z 2 = 2 · 28 = 56 (мм );

D 4 = m · Z 4 = 2 · 36 = 72 (мм );

D 6 = m · Z 6 = 2 · 60 = 120 (мм );

D 8 = m · Z 8 = 2 · 168 = 336 (мм ).

Проверка:

A) Меньшего диаметра из колёс, относительно диаметра вала:

D 1 ≥ 2d .

30 (мм ) ≥ 20 (мм ) – условие выполняется .

B) Передаточного числа пар и всего редуктора:

ip = 1,86 · 2,4 · 4,0 · 11,2 = 199,99 » 200;

Передаточное число соответствует заданному.

Расчёт приведённого к валу двигателя момента инерции редуктора:

Расчёт момента инерции для шестерен по формуле для сплошного цилиндрического колеса:

J 1 = J 3 = J 5 = J 7 = KJ · D 1 4 = 7,752 · (3 · 10-2 )4 = 6,279 · 10-6 (кг·м2 );

J 2 = KJ · D 2 4 = 7,752 · (5,6 · 10-2 )4 = 76,237 · 10-6 (кг·м2 );

J 4 = KJ · D 4 4 = 7,752 · (7,2 · 10-2 )4 = 208,326 · 10-6 (кг·м2 );

J 6 = KJ · D 6 4 = 7,752 · (1,2 · 10-1 )4 = 1,6 · 10-3 (кг·м2 );

J 8 = KJ · D 8 4 = 7,752 · (3,36 · 10-1 )4 = 98,8 · 10-3 (кг·м2 );

Расчёт полного момента инерции:


π 3,14
ρ Плотность стали (кг/м3 ) 7,9 · 103
b = m · ψ Ширина шестерни (м ) 10-2
Di Диаметр шестерни 30..336

= 6,279 · 10-6 + 23,851 · 10-6 + 10,769 · 10-6 + 3,495 · 10-6 + 2,47 · 10-6 =

= 46,864 · 10-6 (кг·м2 ).

J ред = 46,864 · 10-6 кг·м2 .

Проверка пригодности двигателя с рассчитанным редуктором.

А) Выполнение условия по скорости:

ip · w нм ≤ (1,1.. 1,2) · ω ня ;

ip · w нм = 200 · 1,4 = 280 (с-1 );

1,1 · ω ня = 1,1 · 377 = 414,7 (с-1 ).

280 (с-1 ) ≤ 414,7 (с-1 ) – условие выполняется .

В) Выполнение условия по моменту:

M НОМ.ред ≤ (3..4) · Mn ;


= 288,387 · 10-3 + 182,474 · 10-3 + 81,167 · 10-3 = 0,552 (Н·м );

3 · Mn = 3 · 464,2 · 10-3 = 1,393 (Н·м ).

0,552 (Н·м ) ≤ 1,393 (Н·м ) – условие выполняется .

С) Выполнение условия по перегреву:

Mt .ред ≤ Mn ;

Mn = 464,2 · 10-3 (Н·м ).

276,3 (Н·м ) ≤ 464,2 (Н·м ) – условие выполняется .

Двигатель с редуктором подходят для использования.

Построение семейств механических и регулировочных характеристик двигателя.

Механическая характеристика строится по уравнению механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением:

1 точка – скорость холостого хода, при M = 0:


2 точка – рабочая точка, при М = Mn = 464,2 · 10-3 (Н·м ),

и ω = ω ня = 377 (с-1 ).

3 точка – пуск двигателя, при ω = 0:

Регулировочная характеристика строится также, по уравнению механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением:

1 точка – рабочая точка, при U = U ня = 110 (В ),

и ω = ω ня = 377 (с-1 ).

2 точка – трогание двигателя, при U = U Тр , и ω = 0;


Расчёт усилителя мощности.

Максимальное напряжение усилителя мощности U max .ум и добавочный резистор Rдоб , ограничивающий ток якоря при пуске:

U max .ум = α ×I ня × (Rдоб + r я ); – (уравнение якорной цепи для пускового режима).

Umax .ум = =I ня ×R доб + U ня . – (уравнение якорной цепи для номинального режима).

α ×I ня × (Rдоб + r я ) ==I ня ×R доб + U ня ;


Umax .ум = =I ня ×R доб + U ня .


Umax .ум = = 2 ×R доб + 110.

R доб = 13,5 (Ом ) – добавочный резистор;

Umax .ум = =137,1 (В ) – максимальное напряжение усилителя мощности.

Как следует из уравнения механической характеристики, скорость двигателя, а, следовательно, и его мощность (P = M · ω ), при постоянном моменте нагрузки, можно регулировать изменением напряжения на якоре двигателя. Напряжение на якоре изменяется либо с помощью реостата, либо с помощью усилительно – преобразовательного устройства, при этом поток возбуждения остаётся постоянным.

Из уравнений для ДПТ и воспользовавшись графиками характеристик можно рассчитать напряжение на выходе усилительно – преобразовательного устройства в зависимости от требуемой мощности; и мощность в зависимости от напряжения.

ω 2 = (U 2 – U Тр ) · tgφ ;

В итоге:

Используя паспортные данные, получается расчёт усилителя для данного двигателя:

U 2 = P 2 · 0,6 + 6,13;

P 2 = U 2 · 1,68 – 10,33.

Пример: P 2 = 200 Вт ;

U 2 = 200 · 0,6 + 6,13 = 126 В ;

ω 2 = P 2 / М n = 200 / 0,4642 = 431 с-1 .

U 3 = 60 В ;

P 3 = 60 · 1,68 – 10,33 = 90 Вт ;

ω 2 = P 2 / М n = 90 / 0,4642 = 195 с-1 .


Параметры нагрузки для AD

N w нм , с-1 e нм , с-2 Мнс , Н·м J н , кг × м2
4 2,2 45 0,32 2,17·10-3