Автоматизированная система управления установкой получения материала Визомат

В настоящее время большинство производств используют автоматизированные системы управления, включающие в себя необходимые агрегаты и машины, системы автоматического контроля, регулирования, управления и защиты.

Автоматизация производства это процесс, при котором функции управления и контроля, ранее выполняемые человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Эффективная реализация современных производств, требует оснащения их системами контроля и оперативного управления, обеспечивающими получение продукции заданного качества, снижение её себестоимости, контроль экологической ситуации, комфортные условия труда для обслуживающего персонала, обеспечению достоверности информации о материальных компонентах, применяемых в производстве, хранению информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях.

Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.

Проектами наиболее сложных производств, особенно черной металлургии, нефтепереработке, химии и нефтехимии, на объектах энергетики и в других отраслях промышленности, предусматривается комплексная автоматизация ряда технологических процессов.

Целью автоматизации являются повышение эффективности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, создание условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

1) обеспечивает увеличение производительности труда,

2) увеличивает точность поддержания параметров технологического процесса,

4) повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,

5) увеличивает экономичность работы автоматизированной системы.

Автоматизация аппарата включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

В данной работе необходимо разработать АСУ установкой получения материала Визомат.

1. Описание технологического процесса и основного оборудования объекта управления

технологический управление автоматизированный

Получение шумоизоляционного материала Визомат достигается рядом процессов. Расплав битума по трубопроводу поступает в смеситель. Битум нагревается кабелем, его температура поддерживается и регулируется.

Сыпучие материалы из бункера поступают в смеситель при помощи шнека. Шнек — винтовой конвейер. Скорость движения шнека регулируется за счет управления двигателем. Уровень сыпучих материалов в бункере контролируется.

Расплавленный битум и сыпучие материалы смешиваются мешалкой в смесителе.

Параметры, которые необходимо измерять и регулировать в процессе работы: температура расплава битума, уровень сыпучих материалов, скорость движения шнека.

Установка получения материала Визомат

2. Классификация объекта управления и разрабатываемой системы управления

2.1 Классификация объекта управления

По характеру протекания технологических процессов объекты управления делятся на циклические, непрерывно-циклические и непрерывные. Локальные системы наиболее широко применяются для управления объектами второго и третьего типов. По характеру установившегося значения выходной величины объекта при действии на его вход ступенчатого сигнала выделяют объекты с самовыравниванием и без самовыравнивания. По количеству входных и выходных величин и их взаимосвязи объекты делятся на одномерные (один вход и один выход) и многомерные. Последние могут быть многосвязными — когда наблюдается взаимное влияние каналов регулирования друг на друга, либо несвязные — взаимосвязь между каналами, которых мала. Статические характеристики объекта управления устанавливают связь между установившимися значениями входа и выхода объекта. По виду статических характеристик объекты делятся на линейные и нелинейные. В последних статическая характеристика может быть гладкой, линеаризуемой в окрестности заданной точки, либо носить существенно нелинейный характер. При наличии в объекте нескольких нелинейностей, графическим методом определяется его суммарная нелинейная характеристика. Большинство систем регулирования относиться к классу систем автоматической стабилизации режима работы объекта относительно его рабочей точки (относительно номинального режима работы). В этом случае в процессе работы отклонения переменных, относительно рабочей точки будут малы, что позволяет использовать линейные модели объекта управления. Однако, при смене рабочей точки происходит изменение коэффициента усиления объекта, что будет негативно влиять на динамику замкнутой системы. Для системы автоматической стабилизации не обязательно определение полной статической характеристики объекта. Достаточно знать лишь динамический коэффициент усиления в окрестности рабочей точки. В тоже время на некоторых объектах управления необходимо знание всей статической характеристики процесса. Если она носит нелинейный характер, то с целью стабилизации общего коэффициента усиления системы, в замкнутый контур включают дополнительную нелинейность, обратную статической характеристике объекта. На практике такой подход реализуется путем использования регулирующих клапанов с различными видами расходной характеристики. Реальные объекты занимают в пространстве какой-либо объем, поэтому регулируемая величина зависит не только от времени, но и от текущих координат точки измерения. Поэтому полное описание объекта управления будет состоять из системы дифференциальных уравнений с частными производными. При использовании точечного метода измерения одним датчиком, система дифференциальных уравнений с частными производными переходит в систему уравнений с обычными производными. Это существенно упрощает построение математической модели объекта, позволяя определить его передаточную функцию. Однако при наличии множества датчиков, распределенных, например, по длине объекта, может возникнуть необходимость использования множества управляющих сигналов (распределенное управление). Объекты могут быть как стационарные и, так и нестационарные. В нестационарных объектах параметры изменяются с течением времени (дрейфуют). Примерами таких объектов могут быть химический реактор с катализатором, активность которого падает с течением времени, или аэрокосмический аппарат, масса которого по мере выгорания топлива уменьшается. Такие явления должны учитываться при проектирование соответствующих систем управления.

Объект управления

Известно, что лишь при наличии достаточно точной математической модели объекта можно спроектировать высококачественную систему управления этим объектом. Причем, согласно принципу Эшби, сложность управляющего устройства должна быть не ниже сложности объекта управления. Поэтому основной целью построения математической модели объекта управления является определение структуры объекта, его статических и динамических характеристик. Особенно важно определение структуры для многомерных и многосвязных объектов управления. В тоже время для локальных объектов управления определение структуры может быть сведено к определению порядка дифференциального уравнения, описывающего объект. Кроме того, оцениваются входные сигналы и возмущения, действующие на объект (их статистические характеристики, точки приложения, максимальные амплитуды). Значение этих характеристик позволяет выбрать структуру регулятора и рассчитать параметры его настройки, ориентируясь также на критерий качества работы этой системы.

Наряду с динамической частью W (p) в структуре объекта могут содержаться различные запаздывания в сигналах управления, измерения и состояния (рецикла) (Рис. 1.2).

Cистема управления с обратной связью

В промышленных объектах под рециклом понимается возврат части продукта с выхода объекта на его вход с целью повторной переработки. Большинство промышленных объектов управления имеют запаздывания. Наличие запаздывания объясняется конечной скоростью распространения потоков информации в технологических объектах (транспортное запаздывание). Наряду с этим при понижении порядка модели объекта вводят дополнительное динамическое запаздывание. Для этого выделяют одну наибольшую постоянную времени, а все остальные малые постоянные времени заменяют звеном динамического запаздывания.

2.2 Классификация разрабатываемой системы управления

Существует много различных подходов к классификации систем.

Например, классификация может основываться на взаимодействии с внешней средой:

· изолированная система. Границы такой системы закрыты для экспорта и импорта вещества и энергии (или информации);

· закрытая система. Границы ее препятствуют экспорту и импорту вещества, но открыты для энергии (или информации);

· открытая система. Такая система обменивается и веществом, и энергией (информацией) с внешней средой. Все управленческие системы являются открытыми, хотя при анализе мы иногда рассматриваем их как закрытые, игнорируя всякое взаимодействие с внешней средой;

По возможности адаптации к изменению параметров окружающей среды системы делятся на:

· системы с адаптацией;

· системы с отсутствием адаптации;

Адаптивная система может «адаптироваться» к изменениям среды таким образом, что создается впечатление, что отсутствуют изменения среды. Конечно, это относится к тем изменениям, которые происходят во внешней среде и не касаются внутренних проблем фирмы.

По способности возвращаться в исходное состояние системы делятся на:

· устойчивые системы;

· неустойчивые системы;

Экономисты часто говорят об экономических системах, находящихся в состоянии равновесия. В таких системах при действии на них возмущающих факторов со стороны внешней или внутренней среды, система возвращается к заданным значениям параметров, определяющим ее эффективность работы. Причем эти параметры должны находиться в определенных диапазонах значений. В настоящее время в качестве таких параметров чаще всего рассматривают показатели эффективности, определяемые при использовании сбалансированной системы показателей.

По наличию обратной связи системы делятся на:

· замкнутые;

· разомкнутые;

· комбинированные;

На рисунке 1−2 представлена система управления с обратной связью. В системах управления любой физической природы обратная связь служит для обеспечения сравнения некоторого параметра на выходе системы с его заданным значением. В некоторых системах обратная связь имеет устройство обратной связи (УОС). Назначение УОС — преобразовывать значения выходного параметра (А) в величину такой физической природы (А`), которую можно сравнивать с заданным значением (D).

Регулирование является частным случаем управления, при котором желаемой течение процесса обеспечивается путем стабилизации одного или нескольких параметров (переменных) относительно их заданных значений. Системы с такими алгоритмами работы принято называть системами регулирования или контроля. Применительно к социально — экономическим системам чаще используется термин «система контроля». Как показано на рисунке 2.1, сигнал рассогласования Е определяется как разность D — A`. Само устройство, где определяется эта разность принято называть «сравнивающим устройством». Обратите внимание, что для получения разности обратная связь должна быть отрицательной. В системах могут присутствовать местные обратные связи, охватывающие отдельные элементы, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, но главная обратная связь, обеспечивающая сравнение выхода с входом системы всегда выполняется отрицательной. Если A выходит за границы допустимого, т. е. фактическое выполнение выше или ниже заданного значения, то это рассогласование должно быть устранено с помощью субъекта управления (СУ), который вырабатывает корректирующее воздействие Z, которое поступает на объект управления (ОУ). Мы более подробно рассмотрим эти вопросы позже, когда будем рассматривать вопросы управления процессами с помощью цикла Деминга — Шухарта.

Контроль (регулирование) имеет место везде, где фактическое значение сравнивается с заданным, при условии, что цель состоит в уменьшении разности между этими двумя величинами. Так, если D обозначает предполагаемые затраты по продукту или процессу, то она называется нормативом затрат и E есть отклонение. Если D связана с ожидаемыми затратами отделения или всей компании, то ее можно рассматривать как бюджет, а формула E = D — A представляет процесс контроля за исполнением бюджета. В общем случае Dможет соответствовать стратегии развитии компании, обеспечивающий ее переход из состояния, соответствующего миссии компании, в новое состояние, соответствующее ее видению. Количественное выражение этой стратегии может быть реализовано через сбалансированную систему показателей. Причем необходимо будет контролировать, чтобы показатели эффективности реализации стратегии лежали в заданных пределах. В этом случае на входе в систему необходимо будет рассматривать не одну переменную, а несколько (вектор переменных). Переменные Е, D, А, А`, Z будут соответствующими векторами. Система из одноконтурной превратится в многоконтурную. Существует много различных систем управления, и в основе всех их лежит общность подхода, которую не всегда можно сразу распознать. Специалист по системному анализу, описывая эту общность, пользуется большим количеством терминов, которые в основном взяты из технической кибернетики и могут быть не всегда понятны, поэтому наша задача состоит в пояснении этих терминов.

Система с замкнутым контуром и отрицательной обратной связью

Для оценки эффективности систем управления формируются различные критерии эффективности, которые позволяют судить о степени достижимости цели. Эти критерии мы рассмотрим в следующих разделах.

Существуют системы с открытым контуром управления, в которых обратная связь отсутствует. Например, если в некоторой системе фактическая температура отклоняется от 70°, то устройство управления включает или выключает печь. Если бы вход видоизменялся в результате непосредственного восприятия реальных возмущающих воздействий вне помещения, то система была бы открытой. Системы с открытым контуром могут быть более эффективными в определенных хозяйственных ситуациях, так как в отличие от систем, в которых регулирование осуществляется на основе значений ошибки, они теоретически могут осуществлять более совершенный контроль.

В комбинированных системах имеется обратная связь, но в них присутствует также канал, с помощью которого парируют вредное влияние одного из возмущающих воздействий.

По наличию или отсутствию в контуре управления лица принимающего решения (ЛПР), системы делятся на:

· автоматизированные, в которых присутствует ЛПР;

· автоматические, в которых отсутствует ЛПР и процесс управления происходит в автоматическом режиме.

В качестве ЛПР в системах, предназначенных для управления сложными экономическими объектами, можно рассматривать административно-управленческий аппарат предприятия.

3. Разработка КТС системы управления технологическим объектом

3.1 Архитектура системы управления

Требования к архитектуре

Архитектура автоматизированной системы — это наиболее абстрактное ее представление, которое включает в себя идеализированные модели компонентов системы, а также модели взаимодействий между компонентами. Элементы архитектуры находятся во взаимосвязи, образуя единую автоматизированную систему и обеспечивая решение поставленной задачи автоматизации на архитектурном уровне. В то же время архитектура оставляет достаточно свободы для выбора конкретных технических решений. Поэтому правильно спроектированная архитектура допускает множество технических реализаций путем выбора различных компонентов архитектуры и методов взаимодействия между ними.

При построении архитектуры должны быть заложены следующие свойства будущей автоматизированной системы:

o слабая связанность элементов архитектуры между собой (т.е. декомпозицию системы на части следует производить так, чтобы поток информации через связи был минимален и через них не замыкались контуры автоматического регулирования);

o тестируемость (возможность установления факта правильного функционирования);

o диагностируемость (возможность нахождения неисправной части системы);

o ремонтопригодность (возможность восстановления работоспособности за минимальное время при экономически оправданной стоимости ремонта);

o надежность (например, путем резервирования);

o простота обслуживания и эксплуатации (минимальные требования к квалификации и дополнительному обучению эксплуатирующего персонала);

o безопасность (соответствие требованиям промышленной безопасности и технике безопасности);

o защищенность системы от вандалов и неквалифицированных пользователей;

o экономичность (экономическая эффективность в процессе функционирования);

o модифицируемость (возможность перенастройки для работы с другими технологическими процессами);

o функциональная расширяемость (возможность ввода в систему дополнительных функциональных возможностей, не предусмотренных в техническом задании);

o наращиваемость (возможность увеличения размера автоматизированной системы при увеличении размера объекта автоматизации)

o открытость

o возможность переконфигурирования системы для работы с новыми технологическими процессами

o максимальная длительность жизненного цикла системы без существенного морального старения, достигаемая путем периодического обновления аппаратных и программных компонентов, а также путем выбора долгоживущих промышленных стандартов. минимальное время на монтаж и пуско-наладку (развертывание) системы.

Архитектура системы может быть различной в зависимости от решаемой задачи автоматизации. Такими задачами могут быть:

o мониторинг (продолжительные измерение и контроль с архивированием полученной информации);

o автоматическое управление (в системе с обратной связью или без нее);

o диспетчерское управление (управление с помощью человека-диспетчера, который взаимодействует с системой через человеко-машинный интерфейс);

o обеспечение безопасности.

Любая из перечисленных задач может выполняться на большом расстоянии между объектом автоматизации и системой. В этом случае говорят о задачах телемеханики (дистанционные измерение, управление, сигнализация). Однако, в связи с тем, что каналы дистанционной связи (интернет, радиоканал, оптико-волоконный канал, проводной канал) органично входят практически в любую систему автоматизации, задачу телемеханики все реже выделяют как самостоятельную.

Построение любой АСУ начинается с декомпозиции (деления на части) системы на подсистемы. Декомпозиция может быть функциональной (алгоритмической) или объектной.

При объектной декомпозиции используются распределенные системы управления, когда каждый объект автоматизации оборудуется локальным технологическим контроллером, решающим задачи в пределах этого объекта. При функциональной декомпозиции систему автоматизации делят на части, группируя сходные функции, и для каждой группы функций используют отдельный контролер. Оба вида декомпозиции могут быть использованы совместно. Выбор способов декомпозиции является творческим процессом и во многом определяет эффективность будущей системы.

Объектная декомпозиция объекта автоматизации используется в современных SCADA-пакетах. Она аналогична объектной декомпозиции, используемой в объектно-ориентированном программировании (ООП), основными признаками которой являются абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархическая организация. Классам ООП соответствуют контроллеры (ПЛК), объектам — контроллеры с заданными свойствами (параметрами), инкапсуляция соответствует сокрытию конкретной реализации (например, с помощью функциональных блоков языка IEC 61 131−3, благодаря инкапсуляции существенно упрощается структура системы с точки зрения системного интегратора и тем самым уменьшается количество возможных ошибок. Модульность обеспечивается модульностью аппаратного обеспечения системы, иерархичность естественным путем вытекает из требований заказчика.

Независимо от метода декомпозиции, основным ее результатом должно быть представление системы в виде набора слабо связанных частей. Слабая связь между частями системы означает отсутствие между ними обратных связей или малость модуля петлевого усиления при наличии таких связей, а также отсутствие интенсивного обмена информацией.

Программные модули, реализующие отдельные функции в разных контроллерах, могут взаимодействовать между собой по промышленной сети с помощью технологии СОМ фирмы Microsoft, CORBA консорциума OMG SOAP консорциума W3C. Для разработки заказного программного обеспечения распределенных систем управления используют специальную среду разработки систем реального времени или стандартное программное обеспечение на основе технологии DCOM фирмы Microsoft. В статье приводится пример системы, в которой разные функции управления представлены в виде компонентов, написанных с помощью CORBA, распределенных между разными контроллерами либо сгруппированных в одном из них. В работе предлагается способ построения архитектуры системы на основе «ячеек автоматизации», при котором на разных уровнях иерархии используются одни и те же ячейки с одним и тем же программным обеспечением, что делает систему однородной несмотря на иерархичность и поэтому снижает трудоемкость ее проектирования и обслуживания.

Выбор архитектуры системы управления

АСУ установкой получения материала ВИЗОМАТ является трехуровневой системой.

Нижний уровень АСУ ТП представляет собой различные датчики (сенсоры) и исполнительные механизмы. Два датчика имеют интерфейс HART, для их подключения к ПЛК понадобится преобразователь интерфейса HART в Ethernet. Третий датчик имеет интерфейс «токовая петля», для него будем использовать преобразователь АС2-М.

Средний уровень (уровень контроллеров) состоит из программируемых логических контроллеров (ПЛК). Он как раз принимает полевые данные и выдает команды управления на нижний уровень. Управление в ПЛК осуществляется по заранее разработанному алгоритму, который исполняется циклически (прием данных — обработка — выдача управляющих команд).

Верхний уровень — это уровень визуализации, диспетчеризации (мониторинга) и сбора данных. На этом уровне задействован человек, т. е. оператор (диспетчер). Оператор осуществляет контроль за распределенной системой машин, механизмов и агрегатов, такая система называется SCADA Верхний уровень АСУ ТП обеспечивает сбор, а также архивацию важнейших данных от ПЛК, их визуализацию, представление на экране параметры происходящего процесса. При получении данных система самостоятельно сравнивает их с граничными параметрами (установками) и при выходе за границы уведомляет оператора с помощью тревог. Оператор запускает технологический процесс, имеет возможность остановить его полностью или частично, может изменить режимы работы агрегатов (изменяя уставки) и т. п. При этом система записывает все происходящее, включая действия оператора. Тем самым обеспечивается персональная ответственность управляющего оператора.

Архитектура разрабатываемой АСУ ТП Такая архитектура АСУ ТП называется локальной. При построении АСУТП по данной схеме оператор уже не может непосредственно влиять на технологический процесс, воспринимая информацию непосредственно с датчиков и управляя исполнительными механизмами. Хотя создание параллельного ручного управления в принципе возможно, но в нем нет необходимости, так как надежность системы в большинстве случаев достаточна, а аварийные ситуации могут отрабатываться как управляющим компьютером, так и программируемыми контроллерами.

Такая архитектура АСУТП подразумевает, что каждый аппаратный уровень может принимать на себя часть функций иных уровней. Например, все функции управления технологическим процессом можно возложить на управляющие контроллеры, а компьютер верхнего уровня в этом случае будет только отображать ход процесса. Можно использовать контроллеры лишь как передаточное звено, а всем процессом будет управлять компьютер или даже оператор. На практике чаще всего функции обработки поступающей с датчиков информации и принятия управленческого решения распределены между управляющим компьютером и контроллерами; оператор задает лишь начальные условия технологического процесса и при необходимости корректирует сам процесс. Такая архитектура позволяет легко наращивать системы автоматизированного управления. Нет никаких принципиальных ограничений, запрещающих в случае необходимости одновременно управлять несколькими процессами или объединять несколько процессов в один.

3.2 Выбор оптимальных способов измерения необходимых технологических параметров

Измерение температуры

Температура является важным параметром, определяющим не только протекание технологического процесса, но и свойства вещества. Для измерения температуры в системе единиц СИ принята температурная шкала с единицей температуры Кельвин (К). Начальной точкой этой шкалы является абсолютный нуль (0 К).

Для технологических измерений часто применяют температурную шкалу с единицей температуры градус Цельсия (°С),

Для измерения температуры используют различные первичные преобразователи, отличающиеся способом преобразования температуры в промежуточный сигнал. В промышленности наибольшее применение получили следующие первичные преобразователи: термометры расширения, манометрические термометры, термометры сопротивления, термопары (термоэлектрические пирометры) и пирометры излучения. Все они, за исключением пирометров излучения, в процессе эксплуатации находятся в контакте с измеряемой средой.

Термометры расширения.

Действие термометров расширения основано на изменении объема жидкостей и твердых тел при изменении температуры. Из термометров расширения наиболее широко применяют жидкостные стеклянные термометры. Такой термометр заполняется жидкостью (ртуть, толуол, этиловый спирт и др.), которая с увеличением темпера туры расширяется и поднимается вверх по капилляру.

Таким образом, температура, измеряемая жидкостным термометром, преобразуется в линейное перемещение жидкости. Шкала наносится прямо на поверхность капилляра или прикрепляется к нему снаружи.

При монтаже стеклянный термометр помещают в защитную металлическую оправу, изолирующую его от измеряемой среды.

Манометрические термометры.

Действие манометрических термометров основано на изменении давления газа, пара или жидкости в замкнутом объеме при изменении температуры. Манометрический термометр состоит из термобаллона, гибкого капилляра и манометра.

В зависимости от заполняющего вещества манометрические термометры делятся на газовые, парожидкостные и жидкостные.

Термобаллон манометрического термометра помещают в измеряемую среду. При нагреве термобаллона внутри замкнутого объема увеличивается давление, которое измеряется манометром. Шкала манометра градуируется в единицах температуры. Капилляр (обычно латунная трубка внутренним диаметром, составляющим доли миллиметра) позволяет удалить манометр от места установки термобаллона. Капилляр по всей длине защищен оболочкой из стальной ленты. Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных помещениях. При необходимости передачи результатов измерений манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами.

Наиболее уязвимыми в конструкции манометрических термометров являются места присоединения капилляра к термобаллону и манометру. Поэтому монтировать и обслуживать такие приборы следует осторожно.

Термометры сопротивления.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. У металлических термометров сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно, у полупроводниковых, наоборот, уменьшается.

Металлические термометры сопротивления изготовляют из тонкой медной или платиновой проволоки 1, помещенной в Электроизоляционный корпус 2. Зависимость электрического сопротивления от температуры (для медных термометров от -50 до +180°С, для платиновых — от -200 до +750°С) весьма стабильна и воспроизводима. Это обеспечивает взаимозаменяемость термометров сопротивления.

Для защиты термометров сопротивления от воздействия измеряемой среды применяют защитные чехлы. Приборостроительная промышленность выпускает много модификаций защитных чехлов, рассчитанных на эксплуатацию термометров при различном давлении, различной агрессивности измеряемой среды, обладающих разной инерционностью и глубиной погружения.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) для измерений в промышленности применяют редко, хотя их чувствительность гораздо выше, чем проволочных термометров сопротивления. Это объясняется тем, что градуировочные характеристики термисторов значительно отличаются друг от друга, что затрудняет их взаимозаменяемость.

Термометры сопротивления представляют собой первичные преобразователи с удобным для дистанционной передачи сигналом — электрическим сопротивлением. Для измерения такого сигнала обычно применяют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра сопротивления может быть преобразован в унифицированный. Для этого в измерительную цепь включают промежуточный преобразователь. В этом случае измерительным будет прибор для измерения постоянного тока.

Этот вариант наиболее точно подходит для применения автоматизации химического реактора с мешалкой, поскольку наиболее полно соответствует предъявляемым требованиям, в частности максимальная температура установки до 70 °C.

Термопары.

Принцип действия термопар (термоэлектрических пирометров) основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу (термо-э. д. с.) при нагревании места их соединения — спая. Проводники в этом случае называются термоэлектродами, а все устройство — термопарой.

Величина термо-э. д. с. термопары U зависит от материала термоэлектродов и разности температур горячего спая и холодных спаев. Поэтому при измерении температуры горячего спая температуру холодных спаев стабилизируют или; вводят поправку на ее изменение.

В промышленных условиях стабилизация температуры холодных спаев термопары затруднительна и обычно используют второй способ — автоматическое введение поправки на температуру холодных спаев. Для этого применяют: неуравновешенный мост, включаемый последовательно с термопарой.

В одно плечо такого моста включен медный резистор, расположенный около холодных спаев. При изменении температуры холодных спаев термопары изменяется сопротивление резистора и выходное напряжение неуравновешенного моста. Мост подбирают таким образом, чтобы изменение напряжения было равно по величине и противоположно по знаку изменению э. д. с. термопары вследствие колебаний температуры холодных спаев.

Термопары являются первичными преобразователями температуры в э. д. с. — сигнал, удобный для дистанционной передачи. Поэтому в измерительную цепь за термопарой может быть сразу включен измерительный прибор. Для измерения э. д. с. термопары обычно применяют автоматические потенциометры.

В автоматических потенциометрах, работающих в комплекте с термопарами, медный резистор включается в одно плечо моста. Показания такого потенциометра будут изменяться лишь при изменении температуры горячего спая термопары. Это объясняется тем, что изменение э. д. с. термопары под воздействием температуры холодных спаев будет автоматически компенсироваться дополнительным изменением выходного напряжения моста вследствие изменения сопротивления резистора.

Если э. д. с. термопары преобразуют в унифицированный сигнал промежуточным преобразователем, то компенсация температуры холодных спаев производится неуравновешенным мостом, который входит в состав преобразователя.

Медный резистор размещают в потенциометре или промежуточном преобразователе. Следовательно, там же должны находиться и холодные спаи термопары. В этом случае длина термопары должна быть равна расстоянию от места измерения температуры до места установки прибора. Такое условие практически невыполнимо, так как термоэлектроды термопар (жесткая проволока) неудобны для монтажа. Поэтому для соединения термопары с прибором применяют специальные соединительные провода, подобные по термоэлектрическим свойствам термоэлектродам термопар. Такие провода называются компенсационными. С их помощью холодные спаи термопары переносятся к измерительному прибору или преобразователю.

В промышленности применяют различные термопары, термоэлектроды которых изготовлены как из чистых металлов (платина), так и из сплавов хрома и никеля (хромель), меди и никеля (копель), алюминия и никеля (алюмель), платины и родия (платинородий), вольфрама и рения (вольфрамрений). Материалы термоэлектродов определяют предельное значение измеряемой температуры. Наиболее распространенные термоэлектродные пары образуют стандартные термопары: хромель-копель (предельная температура 600°С), хромель-алюмель (предельная температура 1000°С), платинородий-платина (предельная температура 1600°С) и вольфрамрений с 5% рения — вольфрамрений с 20% рения (предельная температура 2200°С). Промышленные термопары отличаются высокой стабильностью и воспроизводимостью градуировочных характеристик, что позволяет заменять их без какой-либо переналадки остальных элементов измерительной цепи.

Термопары, как и термометры сопротивления, устанавливают в защитных чехлах, на которых указан тип термопары. Для высокотемпературных термопар применяют защитные чехлы из теплостойких материалов: фарфора, оксида алюминия, карбида кремния и т. п.

Пирометры излучения.

Пирометры излучения предназначены для бесконтактного измерения температуры по тепловому излучению нагретых тел. Наиболее распространены радиационные пирометры.

Действие радиационного пирометра основано на измерении всей энергии излучения нагретого тела. Лучи от нагретого тела объективом фокусируются на зачерненной пластинке и нагревают ее. Температура пластинки при этом оказывается пропорциональной энергии излучения, которая, в свою очередь, зависит от измеряемой температуры. Для измерения температуры пластинки обычно применяют батарею последовательно включенных термопар, э. д. с. которой измеряется автоматическим потенциометром.

В комплект пирометра входят телескоп, измерительный прибор и вспомогательное оборудование, предназначенное для защиты телескопа от воздействия измеряемой среды (копоти, пыли, высокой температуры).

Измерение уровня

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня.

Лотовые уровнемеры

Электромеханические преобразователи уровня, в которых чувствительный груз закреплен на конце троса или ленты намотанных на барабан (катушку) расположенный в датчике. Датчик устанавливается на верхней крышке емкости. Электродвигатель вращает катушку с тросом, в результате чего груз движется к нижнему уровню емкости. Как только чувствительный груз достигнет поверхности материала, изменится натяжение троса, что будет отслежено электроникой, направление вращения двигатели изменится на противоположное и трос вновь намотается на барабан. Число оборотов катушки с тросом отлеживается микроэлектроникой и переводится в значение уровня. Значение уровня на выходе лотового датчика уровня формируется в универсальном аналоговом стандарте 4 — 20 мА, Modbus, Profibus.

Установка только вертикально. Обнаруживает вещества с плотностью от 20 гр./литр. Температура процесса до 250єС. Измеряемый уровень до 40 метров. Допуски для использования в местах с опасностью взрыва газа и пыли. Точность измерения 1 см/2,5 см/5 см/10 см в зависимости от модели. Программируемый интервал периода измерения уровня (от 6 минут до 100 часов). Входы управления для останова измерения во время загрузки и ручного старта процесса измерения.

Ультразвуковые уровнемеры

Бесконтактные датчики уровня непрерывного действия. Используют явление отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела сред газ — твердое вещество. Электронный блок ультразвукового уровнемера измеряет время прохождения излученного ультразвукового импульса от датчика до границы раздела сред и обратно. Чем больше уровень материала в емкости или силосе, тем меньше время прохождения импульса от датчика до материала и обратно. Так как скорость распространения звука в воздухе составляет 331 м/сек., а измеряемые уровни не превышают 70 метров, поэтому измерение уровня можно проводить ежесекундно. Благодаря этому ультразвуковые датчики осуществляют именно непрерывное измерение, тогда как, лотовым датчикам требуется намного большее время на разматывание и сматывание троса. Основа электронного блока — микропроцессорное устройство, которое позволяет запрограммировать отключение датчика на время периодического прохождения механизма, например лопасти мешалки. Ультразвуковые датчики изготавливаются в виде моноблока с индикаторным устройством и блоком программирования, либо с отсутствием таковых. В этом случае управление осуществляется через ПК. Выходные сигналы формируются по стандартным протоколам 4 — 20 мА, Modbus, Profibus и др. Примеры применения ультразвуковых датчиков уровня сыпучих веществ.

Установка вертикально сверху или под небольшим углом в зависимости от профиля измеряемой поверхности. Диапазон измерения уровня до 60 метров. Точность измерения 0,25%. Температура процесса до 150єС. Взрывобезопасное исполнение. Автоматическая температурная компенсация.

Акустические уровнемеры

Акустические уровнемеры — разновидность ультразвуковых датчиков непрерывного измерения уровня. Акустический датчик уровня излучает очень мощные акустические волны, которые отражаются от поверхности измеряемого вещества. Отраженный сигнал обрабатывается при помощи специально разработанного программного обеспечения (Nivowave ПО), для того чтобы отфильтровать полезный сигнал и подавить ложное эхо.

Метод обработки принятого эхо-сигнала позволяет снизить до минимума потери сигнала. Благодаря применению очень мощного импульса, затухания имеют гораздо меньшее влияние по сравнению с обычными ультразвуковыми приборами. Излучаются более мощные сигналы, соответственно, принимаются тоже более мощные отраженные сигналы. Приемная электроника позволяет распознать и обработать очень слабые эхо-сигналы, также в комбинации с сильными шумовыми помехами.

Микроволновые радарные уровнемеры

Универсальные приборы непрерывного измерения уровня, по принципу работы аналогичны ультразвуковым уровнемерам, так же используют принцип отражения волн от границы раздела сред. Отличие заключается в том, что ультразвуковые датчики уровня работают в диапазоне излучения 5… 50 кГц, а микроволновые радарные датчики используют частоты 6… 95 ГГц. Радарный датчик уровня построен по принципу радиолокатора, что позволяет минимизировать влияние паразитных помех и помех, связанных с неровностью измеряемой поверхности. Так же как и ультразвуковые уровнемеры не имеют контакта с измеряемым объектом, но в отличие от ультразвуковых датчиков, обладают намного меньшей чувствительностью к влиянию температуры и давления в рабочей емкости, а так же их изменению. Радарные уровнемеры обладают большей устойчивостью к таким негативным для других приборов явлениям, как запыленность, пенообразование, испарения с измеряемой поверхности. Важной характеристикой влияющей на уровень измерения и точность, является размер и тип применяемой антенны. Различают рупорные, стержневые, трубчатые, параболические и планарные антенны. Чем больше размер антенны, тем более мощный и узконаправленный сигнал она формирует, соответственно обеспечивается максимальная дальность и максимальная разрешающая способность микроволнового радарного уровнемера.

Точность измерения уровня ±1 мм., что позволяет использовать микроволновые радарные уровнемеры для целей коммерческого учета. Температура процесса до +250єС. Диапазон измерения уровня до 50 метров. Диэлектрическая постоянная измеряемого вещества должна быть более 1,6. Клейкие вещества могут вызывать отказы.

Радиоизотопные уровнемеры

Такие уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях. Их действие основано на поглощении у-лучей при прохождении через слой вещества. В радиоизотопном уровнемере источник и приемник излучения подвешены на стальных лентах, на которых они могут перемещаться в трубах по всей высоте бака. Ленты намотаны на барабан, приводимый в движение реверсивным электродвигателем. Если измерительная система (источник и приемник у-лучей) расположена выше уровня измеряемой среды, поглощение излучения слабое и от приемника по кабелю на блок управления будет приходить сильный сигнал. По этому сигналу электродвигатель получит команду на спуск измерительной системы. При снижении ее ниже уровня среды поглощение Y-лучей резко увеличится, сигнал па выходе приемника уменьшится, и электродвигатель начнет поднимать измерительную систему. Таким образом, положение измерительной системы будет отслеживать уровень в емкости (точнее, она будет находиться в непрерывном колебании около измеряемого уровня). Это положение в виде угла поворота ролика преобразуется измерительным устройством в унифицированный сигнал — напряжение постоянного тока U.

Емкостные уровнемеры

Используют тот же принцип работы, что и емкостные сигнализаторы предельного уровня. Активный зонд прибора (трос, стержень, кабель) и проводящая стена емкости (или заземленный второй зонд, или специальная труба, одетая на зонд, если стена емкости сделана из не проводящих материалов) создают пластины конденсатора. Изолятором в этом конденсаторе является либо воздух, либо другой материал в емкости, которые будут являться диэлектриками между платинами простого конденсатора. Когда емкость пустая, тогда начальная емкость конденсатора будет равна С0, при этом диэлектрический коэффициент «е» для воздуха равен 1. Когда воздух будет вытеснен продуктом с диэлектрической константой выше чем у воздуха, емкость конденсатора изменится, то есть емкость будет меняться с увеличением измеряемого продукта в емкости. Это изменение емкости будет преобразовано прибором в выходной сигнал пропорционально изменению уровня. Показание уровнемера прямо пропорционально изменению уровня продукта и уровня емкости конденсатора. Емкость также зависит от расстояния между пластинами и выполнением условия о параллельности активного зонта и стены емкости или второго зонда. Применение второго зонда необходимо при измерении уровня в емкостях необычной формы, сферических, емкостей с отсутствующими строго вертикальными стенами, даже если стена изготовлена из проводящего материала, со стенками, изготовленными из слабо проводящих или не проводящих материалов.

Диапазон измерения уровня в зависимости от типа применяемого зонда до 30 метров. Точность измерения зависит от измеряемого уровня и как правило не хуже ±0,3%. Температура измеряемого продукта до +200єС. Регулируемое время задержки. Выходные сигналы стандартных протоколов 4 — 20 мА, HART и др.

Измерение скорости движения шнека

Частоту вращения обычно измеряют центробежными тахометрами или с помощью стробоскопического эффекта.

Тахометр

Центробежный тахометр достаточно точен, удобен в обращении и позволяет измерять частоту вращения в широких пределах (от единиц до десятков тысяч оборотов в минуту). Он снабжен сменными наконечниками, позволяющими присоединять валик тахометра к валу механизма, частоту вращения которого измеряют. Например, для валов с коническими углублениями применяют конусообразные наконечники: резиновые при измерении 'больших частот вращения и металлические граненые при измерении средних и малых частот. При измерении наконечник тахометра прикладывают к валу проверяемого механизма так, чтобы валик тахометра и вал механизма были соосны, и нажимают на тахометр с таким усилием, чтобы обеспечить надежное сцепление наконечника с валом, исключающее его проскальзывание.

При пользовании цилиндрическим наконечником, предназначенным для соприкосновения не с торцом, а с наружной поверхностью вала проверяемого механизма (по образующим), для определения частоты п вращения вала, имеющего диаметр Ј), следует пересчитать показания тахометра, имеющего диаметр наконечника DT по формуле.

Стробоскопический метод

Стробоскопический метод измерения частоты вращения заключается в том, что на вращающуюся часть механизма наносят метки, после чего их периодически освещают с определенной частотой. Если метка кажется неподвижной, частота вращения равна или кратна частоте следования импульсов света. Если метка вращается (в направлении вращения проверяемой части механизма или в противоположном направлении) со скор остью частота вращения соответственно больше или меньше частоты следования импульсов света.

3.3 Выбор первичных преобразователей конкретных производителей

Температура

Необходимо измерять температуру битума, текущего по трубопроводу. Значение температуры расплавленного битума должно находиться в диапазоне 157±5єС. Для измерения температуры был выбран термопреобразователь ДТПКХХ4 К (ХА) фирмы ОВЕН.

Термопреобразователи предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т. п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Термопреобразователь ДТПКХХ4 К (ХА) Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в стандартном исполнении с метрической резьбой. Возможно также их изготовление с трубной резьбой по спец. заказу. Термопара представляет собой два разнородных металлических проводника, одним концом соединенных между собой. Соединенные концы проводников называются «холодным» (соединительным) спаем, а свободные концы, подверженные изменению температуры — «рабочим» (измерительным) спаем.

Основные критерии правильного выбора термопреобразователя ДТПКХХ (ХА):

— соответствие измеряемых температур рабочим диапазонам измерений датчиков температуры;

— соответствие прочности корпуса датчика условиям эксплуатации.

Таблица 1 — Технические характеристики датчика температуры:

Уровень

Необходимо контролировать уровень сыпучих материалов, которые поступают из бункера в смеситель. Для этого следует подобрать нужный уровнемер. Свой выбор остановим на сигнализаторе уровня VEGACAL 62. Сигнализатор уровня VEGACAL 62 предназначен для сигнализации предельного уровня в любых отраслях промышленности. Частично изолированный зонд VEGACAL62 может применяться на сыпучих продуктах, а также на непроводящих жидкостях, например нефти.

Сигнализатор уровня VEGACAL 62

Преимущества:

— прочность и эксплуатация без обслуживания;

— высокая функциональная надежность;

— простота монтажа и начальной установки;

— укорачиваемый зонд.

Принцип действия:

Датчик и резервуар образуют два электрода конденсатора. При изменении уровня продукта изменяется электроемкость конденсатора. Это изменение преобразуется электроникой датчика в сигнал переключения.

Таблица 2 — Технические характеристики уровнемера VEGACAL 62

Скорость движения шнека

Сыпучие материалы из бункера в смеситель поступают по шнеку. Скорость движения шнека нужно измерять. Для этого был выбран тахометр ОВЕН ТХ-01.

Тахометр ОВЕН ТХ-01 предназначен для измерения частоты вращения вала, линейной скорости перемещения конвейера, времени наработки агрегатов.

Тахометр ОВЕН ТХ-01

ОВЕН ТХ-01 измеряет мгновенную частоту поступающих импульсов, причем пользователь вправе сам выбрать масштаб отображения значения:

— об/сек;

— об/мин;

— об/ч За счет функции множителя можно перевести частоту в линейную скорость, в удобном пользователю масштабе.

Тахометр имеет яркий шестиразрядный индикатор, на котором может отображаться частота, либо значение таймера наработки. В качестве датчика может выступать элемент типа «сухой контакт» (кнопки, герконы) или же бесконтактный датчик NPN-типа, для питания последних был предусмотрен встроенный источник питания 24 В.

Помимо измерения и отображения ТХ01 формирует управляющие сигналы. При этом могут использоваться один или два выходных элемента. В случае выходного элемента ключевого типа прибор может сигнализировать о достижении предельного времени наработки оборудования, об уменьшении / повышении частоты вращения. При использовании аналогового выхода (4…20 мА или 0…10 В) тахометр может работать как П-регулятор и выдавать управляющий сигнал в зависимости от рассогласования или как регистратор, при этом сигнал изменяется в зависимости от значения частоты.

Основные технические характеристики:

— диапазон значений измерения частоты от 0,5 до 2500 Гц;

— диапазон значений измерения времени от 1с до 9999 суток;

— питание от универсального источника питания 90…264 В переменного тока, либо 24 В постоянного;

— питание от источника постоянного тока 10,5…30в;

— диапазон рабочих температур от −20…−70°с;

3.4 Выбор вспомогательного оборудования

Преобразователь интерфейсов

Преобразователь (конвертор) интерфейсов используется для обеспечения совместимости устройств с разными интерфейсами или изменения физического способа передачи информации.

Преобразователь интерфейса АС2-М.

Тахометр ОВЕН ТХ-01 использует аналоговый выход 4…20 мА, в связи с этим необходимо перевести выходной сигнал в интерфейс RS-485. Для этого был подобран соответствующий преобразователь интерфейса АС2-М.

Преобразователь интерфейсов АС2-М предназначен для взаимного преобразования интерфейсов: «токовая петля» и RS-485. Преобразователь позволяет передавать данные от одного прибора, имеющего интерфейс «токовая петля», в сеть RS-485 по запросу мастера сети. Передача данных по интерфейсу RS-485 происходит по протоколу ОВЕН или по протоколу Modbus (RTU, ASCII). Таким образом, все приборы ОВЕН могут быть объединены в единую сеть по интерфейсу RS-485.

Преобразователь интерфейсов АС2-М

Модем MD-HART

Модем MD-HART предназначен для связи персонального компьютера или системных средств АСУТП с устройствами, поддерживающими HART-протокол.

Устройство и работа:

Модем, с одной стороны, обрабатывает поступающий на HART-вход частотно-модулированный сигнал, а с другой — обеспечивает связь с ПК по интерфейсам RS-232 или RS-485. В обрабатываемом частотно-модулированном HART-сигнале частоте 1200 Гц соответствует логическая единица, а 2200 Гц — логическому нулю. Амплитуда тока HART-сигнала равна примерно 0,5 мА, скорость передачи по HART-каналу составляет 1,2 кбит/с.

Электронная часть модема смонтирована на плате, помещенной в пластмассовый корпус. На лицевой стороне корпуса расположены шесть винтовых клемм, три переключателя режимов работы и разъем DB9. К разъему DB9 подключаются интерфейсные сигналы RS-232, к клеммам — интерфейсные сигналы RS-485, HART сигнал и внешний источник питания. Переключатели определяют выбор интерфейса связи с ПК (RS-232 или RS-485), режим управления передачей (автоматический или по сигналу RTS), подключение согласующей нагрузки на линии RS-485.

Питание модема может осуществляться как от ПК по линии связи RS-232, так и от внешнего источника, поставляемого по дополнительному заказу.

Модем MD-HART

Таким образом, выходные сигналы всех датчиков конвертированы в интерфейс RS-485, используемого в промышленных АСУТП для соединения контроллеров и другого оборудования.

Частотный преобразователь

Для создания необходимой скорости движения шнека, нужно задать двигателю, который его вращает, нужное количество оборотов в минуту. Итак, шаг винтового шнека равен 11 см, т. е. за один оборот происходит перемещение сыпучих материалов на 0,11 м. Из условия следует, что регулирование контроля скорости движения шнека должно осуществляться в диапазоне от 0 до 10 м/мин., Следовательно, двигатель должен вращать шнек со скоростью не более 90 об/мин. Для выполнения этого условия нам понадобится частотный преобразователь. Выбор был сделан в пользу частотного преобразователя EI-7011.

Частотные преобразователи EI-7011 электронного типа часто применяют для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя или синхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление.

Широко используются в технологическом оборудовании, где применяется управляемый электропривод: смесителях, дозаторах, производственных линиях, системах водоснабжения, вентиляции, дымососах, подъемно-транспортном и т. п. оборудовании.

Технические характеристики:

· Диапазон мощностей 0,75 кВт — 315 кВт

· Полная защита двигателя.

· Встроенный ПИД-регулятор

· Управление по вольт-частотной характеристике U/F

· Язык команд пульта управления — русский

· Аналоговые и цифровые входы / выходы для регулирования и дистанционного управления

· Возможность дистанционного управления и мониторинга по RS-232/RS-485 (протокол MODBUS)

· Питание 380 В, 50 Гц.

3.5 Выбор управляющего оборудования

В качестве управляющего оборудования был выбран программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК73.

Выбор контроллера обусловлен большим числом разнородных факторов. Контроллер должен отвечать основным техническим требованиям. К наиболее важным характеристикам относятся параметры процессорного модуля (тип и быстродействие процессора, объем памяти), время выполнения логической команды, число встроенных и наращиваемых входов-выходов, наличие в контроллере необходимого числа модулей ввода-вывода.

Полноценный программируемый контроллер создан для простых задач автоматизации. Представляет собой удобную базу для создания законченных приборов.

Основные функциональные возможности:

1) надежная среда программирования Codesys поставляется бесплатно, cd с дистрибутивом входит в комплект поставки;

2) двухстрочный знакосинтезирующий дисплей;

3) увеличение количества дискретных выходов путем подключения модуля овен мр1;

4) встроенные интерфейсы rs-485, rs-232;

5) встроенные часы реального времени;

6) поддержка протоколов овен, modbus rtu, modbus ascii, gateway;

7) бесплатная библиотека функциональных блоков:

— разработки овен: пид-регулятор с автонастройкой, блок управления 3-х позиционными задвижками и др.;

— стандартные библиотеки codesys.;

8) возможность расширения путем подключения модулей ввода / вывода Таблица 3 — Общие сведения ОВЕН ПЛК73:

Таблица 4 — Элементы человеко-машинного интерфейса

Таблица 5 — Интерфейсы связи

3.6 Выбор исполнительных механизмов системы управления

Винтовой конвейер (шнек)

Транспортировка сыпучих материалов из бункера в смеситель осуществляется при помощи шнека. Т.к. высота смесителя больше высоты бункера, перемещение идет под наклоном. Выбор был сделан в пользу винтового конвейера серии ВК 219.

Винтовые конвейеры (транспортер шнековый) предназначены для транспортировки в горизонтальном или наклонном направлениях сыпучих, пылевидных материалов.

Конвейер винтовой серии ВК 219 представляет стационарное транспортное устройство, рабочим органом которого является винт, сообщающий материалу поступательное движение. Винт расположен в закрытом кожухе, вследствие чего перемещаемый материал изолирован от окружающей среды, что уменьшает потери и предотвращает распространение пыли и запаха.

Таблица 6 — Основные технические характеристики винтовых конвейеров серии «ВК-219»:

Трехфазный асинхронный электродвигатель АИР 80 В2

Многоскоростные асинхронные трехфазные электродвигатели серии 4АМ, АИР имеют высоту оси вращения от 63 до 250 мм и предназначаются для продолжительной работы в режиме S1. Данные устройства работают от сети переменного тока частотой 50 Гц (требуемое напряжение 220, 380, 660 В). Устройства имеют несколько осей вращения (две, три, четыре), которые можно изменять посредством переключения обмотки, и предназначаются для использования в приводах механизмов с регулировкой частоты вращения.

Таблица 7 — Характеристики электродвигателя 4А80В2 У3:

Мешалка

Расплавленный битум и сыпучие материалы поступают в смеситель для дальнейшего перемешивания. Перемешивание осуществляется мешалкой.

Лопастная мешалка более эффективна при процессе перемешивания маловязких сред (до 100 спз). Вязкость расплавленного до 150єС битума составляет до 30 спз, с учетом присутствия в нем сыпучих материалов.

Достоинства:

— простота конструкции и обслуживания

— удовлетворительное смешивание умеренно вязких жидкостей.

Греющий кабель

Для того, что бы битум, текущий по трубопроводу, находился в расплавленном состоянии, его необходимо нагревать. Это достигается путем установки на трубопровод греющего кабеля. Битум необходимо нагревать до температуры не более 157±5°С, исходя и этого был выбран самоограничивающийся греющий кабель Райхем 5VPL2-CT.

Самоограничивающиеся высокотемпературные греющие кабели Райхем 5VPL2-CT предназначены для промышленного электрообогрева трубопроводов и различного оборудования. Греющие кабели Райхем 5VPL2-CT могут применяться для поддержания технологической температуры объектов до 235 °C и могут выдерживать пропарку и температуру до 260 °C в выключенном состоянии.

Самоограничивающиеся греющие кабели Райхем 5VPL2-CT состоят из спирального греющего элемента, изготовленного из сплава с высоким удельным сопротивлением, намотанного вокруг двух параллельных токоведущих жил. Расстояние между точками контакта токоведущих жил с греющим элементом определяет длину зоны обогрева. Параллельная конструкция позволяет нарезать кабель 5VPL2-CT на отрезки нужной длины и производить оконцевание кабеля их непосредственно при монтаже.

Номинальная мощность греющих кабелей 5VPL2-CT: 15 Вт/м при 10 °C.

Тип обогреваемой поверхности:

· Углеродистая сталь

· Нержавеющая сталь

· Окрашенный или неокрашенный металл.

Технические характеристики греющего кабеля Райхем 5VPL2-CT:

· Макс. поддерживаемая или рабочая температура (непрерывная работа): 235 °C при 208 В, 225 °C при 254 В и 277 В, 230 °C при 230В

· Макс. допустимая температура (в выкл. состоянии): 260°C

· Температурный класс: Температурный класс должен быть определен в соответствии с принципами стабилизированного расчета или в соответствии с параметрами ограничителя температуры. Мин. температура для монтажа: -60°C

· Минимальный радиус изгиба: при 20 °C — 20 мм, при -60°C — 20 мм График зависимости мощности обогрева от температуры трубы греющего кабеля Райхем 5VPL2-CT

Номинальные размеры и вес греющего кабеля Райхем 5VPL2-CT:

· Толщина: 7,9 мм

· Ширина: 11,7 мм

· Вес: 200 г./м

4. Составление функциональной схемы автоматизации установки

В схем для измерения температуры расплавленного битума в диапазоне 157±5єС используется Термопреобразователь ДТПКХХ4 К (ХА) фирмы Овен, показывающий. Контроль уровня сыпучих материалов в диапазоне от 0 до 1 м осуществляется при помощи сигнализатора уровня VEGACAL 62. Для измерения скорости движения шнека от 0 до 10 м/мин установлен Тахометр ОВЕН ТХ-01.

5. Составление схемы управления технологическим процессом

Для управления технологическим процессом установкой получения материала Визомат, необходимо наличие трех уровней управления.

Нижний уровень АСУ ТП представляет собой различные датчики (сенсоры) и исполнительные механизмы. На аналоговые входы контроллера подаются команды с датчиков, происходит измерение необходимых показателей технологического процесса.

На среднем уровне происходит реализация локальных управляющих алгоритмов (управление технологическим процессом);

· взаимодействие между технологическими объектами управления;

· информационный обмен с нижним уровнем.

Для реализации перечисленных функций принят универсальный контроллер Овен плк75. Контроллер предназначен для измерения непрерывных сигналов, представленных напряжением постоянного тока, сбора и обработки информации с первичных датчиков, формирования сигналов управления по заданным алгоритмам, приема и передачи информации по последовательным каналам связи в системах измерения, контроля и управления объектами.

Верхний уровень — это уровень визуализации, диспетчеризации (мониторинга) и сбора данных. На этом уровне задействован человек, т. е. оператор (диспетчер). Оператор осуществляет контроль за распределенной системой машин, механизмов и агрегатов, такая система называется SCADA. Верхний уровень АСУ ТП обеспечивает сбор, а также архивацию важнейших данных от ПЛК, их визуализацию, представление на экране параметры происходящего процесса. При получении данных система самостоятельно сравнивает их с граничными параметрами (установками) и при выходе за границы уведомляет оператора с помощью тревог. Оператор запускает технологический процесс, имеет возможность остановить его полностью или частично, может изменить режимы работы агрегатов (изменяя установки) и т. п. При этом система записывает все происходящее, включая действия оператора. Тем самым обеспечивается персональная ответственность управляющего оператора.

6. Разработка принципиальной электрической сети питания электрооборудования системы

В установке по получению материала Визомат используются двигатели АИР 80 В2 в количестве двух штук: первый — вращает шнек, второй — мешалку.

Технические характеристики двигателя:

· Мощность — 2,2 кВт

· Частота вращения — 3000 об/мин

· Ток при 380В — 4.6 А

· КПД — 83%

· Коэффициент мощности — 0,87

· I_п/I_н — 6,5.

Электродвигатель АИР 80 В2

Выбираем кабель марки ВВГ. Он используется для прокладки в сухих и влажных производственных помещениях, на специальных кабельных эстакадах, в блоках, а также для прокладки на открытом воздухе, срок службы не менее 30 лет. Элементы конструкции кабеля дают возможность прокладывать его на вертикальных, наклонных и горизонтальных трассах.

Кабель ВВГ имеет медные жилы, т.к. медь имеет ряд преимуществ по сравнению с алюминием, такие как: высокая проводимость и гибкость. При больших изгибах не придется проверять целостность жил и вероятность пожара при износе будет очень низкой. Рассчитываем ток нагрузки двигателя по номинальной мощности:

(1)

где Iн — ток нагрузки двигателя, А;

Рн — номинальная мощность двигателя, Вт;

Uн — напряжение сети, В;

Cosц — коэффициент мощности двигателя;

з — КПД двигателя.

Т.к. в установке два идентичных двигателя, результат следует удвоить.

По полученному результату Iн = 9,43 А, находим в таблице допустимых длительных токов для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами из правил устройства электроустановок допустимый ток. Для выбора кабеля следует обратиться к ПУЭ раздел 1.3. таблица 8.

Таблица 8 — Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Выбираем ближайшее большее значение, Iдоп =17А.

(2)

.

Условие выполняется, сечение токопроводящей жилы 1 мм². Из расчета следует, что кабель состоит из четырех медных жил с сечением 1 мм² — ВВГ-4Ч1.

Для защиты от перегрузок и короткого замыкания необходим автоматический выключатель. АВВ — именно этой компании принадлежит почетное звание «разработчик автоматического выключателя», т.к.:

* диапазон номинальных токов, на которые рассчитаны автоматы ТМ АВВ, позволяет полностью удовлетворить потребность в данных устройствах: компания предлагает автоматические выключатели с номинальным током от 1 Ампера до 6300 Ампер;

* широкий ассортимент представленных на данный момент разновидностей автоматов обеспечит гарантированную и качественную защиту электросетей любых видов.

Для выбора серии автомата, требуется расчет:

(3)

Выбираем серию автомата, чтобы выполнялось условие (3). У автоматического выключателя S203P K16 по техническим характеристикам номинальный ток 16А.

Проверка выбора автомата:

(4)

Где л — кратность пускового тока двигателя, отношение пускового тока к номинальному.

(5)

Где k — кратность автомата. Выбирается из паспорта автомата.

Подставляем данные в формулы (4) и (5):

Условие проверки выбора автомата сходится, ток отсечки больше пускового тока.

Согласование автомата и кабеля:

(6)

Трехполюсный выключатель автоматический 16А 15kA S203P K16 хар. K 2CDS283001R0467.

Этот автоматический модульный выключатель серии System pro M compact применяется для защиты от коротких замыканий, перегрузок. Благодаря небольшим габаритным размерам можно также применять и в существующих НКУ. Характеристики, особенности: — цилиндрические двухнаправленные клеммы с защитой от неправильного монтажа — RAL 7035 — крепление DIN-рейка 35 мм системой быстрого монтажа — корпус из термопласта, устойчивого к механическим повреждениям — лазерное нанесение маркировки — наличие индикации состояния контактов.

Особенности:

— цилиндрические двухнаправленные клеммы с защитой от неправильного монтажа

— крепление DIN-рейка 35 мм системой быстрого монтажа

— корпус из термопласта, устойчивого к механическим повреждениям

— лазерное нанесение маркировки

— наличие индикации состояния контактов Технические характеристики

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора КМ и трех встроенных в него тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а также защиту цепей управления от коротких замыканий (предохранители FU), а электродвигателя от коротких замыканий (автоматический выключатель QF) и перегрузки (тепловые реле КК). Для пуска АД замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска SB1. Получает питание катушка магнитного пускателя КМ и силовыми контактами в цепи статора АД подключает его к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1. Происходит разбег АД по его естественной характеристике. Для отключения АД нажимается кнопка остановки SB2, контактор КМ теряет питание и отключает АД от сети. Начинается процесс торможения АД выбегом под действием момента нагрузки на его валу

Заключение

Таким образом, была разработана АСУ Установкой получения материала Визомат, включающая в себя несколько этапов:

· ознакомление с составными частями установки, принципом работы;

· определение необходимых технологических параметров, величину которых нужно измерять, контролировать и регулировать;

· выбор датчиков, преобразователей, управляющего устройства и исполнительных механизмов;

· выбор кабелей и УЗО для защиты электроснабжения.

В результате создана АСУ установкой, которая способна свести к минимуму труд человека и повысить эффективность продукции.

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский, А. А. Клюев; Под ред. А. С. Клюева. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 464 с.: ил.

2. Втюрин, В. А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Основы АСУ ТП./ В. А Втюрин.-Санкт-Петербург, ЛТА, 2006.-154 с.

3. Денисенко, В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М.: Горячая линия-Телеком, 2009. — 608 с.: ил.

4. Харазов В. Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами — СПб.: Профессия, 2009. — 592 с. ил., табл., сх.

5. Термопреобразователь http://www.owen.ru/catalog/termoelektricheskie_preobrazovateli_tipa_ dtplhk_i_dtpkha_datchiki_temperaturi_termopari/51 814 574

6. Мешалка http://www.smp-t.ru/lopastnie.html

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3