Проектирования систем автоматизации технологических процессов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Автоматизация технологических  процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшений условий труда. Эффективная  работа систем автоматизации во многом зависит от качества проектно-сметной  документации – её содержания, состава  и оформления.

Целью курсового проекта является закрепление и усвоение теоретических знаний и практических навыков в применении методов проектирования систем автоматизации технологических процессов.

Для достижения поставленной цели в ходе работы необходимо решить ряд задач:

1) произвести системный анализ объекта автоматизации;

2) освоить методы анализа и синтеза схемной, программной и конструкторской документации проектируемой системы;

3) осуществить выбор технических средств автоматизации и монтажных материалов АСР и составить заказную спецификацию;

4) произвести конструкторскую разработку узла крепления датчика и щита управления;

5) выбрать и рассчитать регулирующий орган АСР.

Итогом выполнения курсовой работы является разработка текстовой  документации и перечня графического материала, включающего в себя функциональную, монтажную и принципиальную электрическую схему АСР, чертеж узла крепления первичного преобразователя и чертеж общего вида щита управления.

 

 

 

1СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

Подогреватель теплофикационной воды предназначен для ее подогрева до требуемой температуры, значение которой задают в зависимости от температуры наружного воздуха. Подогреватель — поверхностный теплообменник 1 (рис. 1.1), по змеевикам которого с помощью сетевого насоса 10 прокачивают воду. Снаружи змеевики обогревают паром. Источником греющего пара обычно служат отборы паровых турбин или резервирующие их РОУ. Основной регулируемой величиной подогревателя служит температура прямой воды, которую необходимо поддерживать на заданном уровне с высокой точностью, диктуемой в основном условиями экономичной работы теплофикационных турбин.

Рисунок 1.1 – Подогреватель сетевой воды

1 — корпус  подогревателя, 2 — регулирующая  заслонка; 3 — регулятор температуры; 4 — термоприемники; 5 — регулирующий клапан на линии обвода; 6 — регулятор уровня конденсата; 7, 8 — регулирующие клапаны; 9 — регулятор давления обратной сетевой воды; 10 — сетевой насос

Другой регулируемой величиной  служит уровень конденсата греющего пара в корпусе подогревателя. Его следует поддерживать вблизи среднего значения по условиям оптимального теплообмена в подогревателе и опасности заброса воды в трубопровод греющего пара.

Вода циркулирует обычно по замкнутому контуру: насос — подогреватель — тепловая сеть — насос. При этом неизбежные потери в тепловой сети восполняют за счет подпиточной воды, которая поступает на всас сетевых насосов под избыточным давлением. Потери воды в сети имеют характер случайных и неконтролируемых возмущений. Поэтому желательно предусматривать автоматическое регулирование расхода подпиточной воды в зависимости от давления обратной сетевой воды.

Регулирование уровня осуществляют регулятором 6. Его входными сигналами служат уровень конденсата в корпусе и положение регулирующего органа. Регулятор воздействует на открытие или закрытие клапана 7 на линии слива конденсата.

Расход подпиточной воды стабилизируют регулятором 9, работающим по принципу регулирования давления "после себя". Он воздействует на клапан 8, установленный на трубопроводе подпитки.

 

 

 

 

 

 

 

2 ВЫБОР  СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ  РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ (АСР)

При разработке проекта автоматизации  в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки  объекта будут управляться, где  будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, то есть  необходимо выбрать структуру  управления. Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может  быть разделена по определенному  признаку, а также пути передачи воздействий между ними.

Выбор структуры управления объектом автоматизации оказывает  существенное влияние на эффективность  его работы, снижение относительной  стоимости системы управления, её надёжности и  ремонтопригодности.

В большинстве  случаев объект автоматизации состоит из нескольких связанных между собой участков управления или локальных контуров управления отдельными параметрами одной установки или агрегата. Система управления, в зависимости от решаемых задач, может состоять из нескольких уровней управления. Поэтому различают одноуровневые и многоуровневые системы управления. В рамках данного курсового проекта применяется одноконтурная система управления, так как в полной мере удовлетворяет требования заказчика.

В данном объекте регулирования  основная регулируемая величина - это  уровень конденсата в подогревателе сетевой воды (ПСВ). Структурная схема автоматической системы регулирования уровня в ПСВ представлена на рисунке 2.1.

 

 

 

Рисунок 2.1 – Структурная  схема АСР уровня конденсата в сетевом подогревателе(СП)

 

Для такой  схемы автоматического регулирования целью является поддержание регулируемой величины (уровня конденсата в сетевом подогревателе) на заданном значении.

От измерительного преобразователя (ИП) уровня поступает импульс, который воздействует на регулирующее устройство (РУ). Также на (РУ) подается сигнал задания. Сигнал рассогласования поступает на блок ручного управления (БРУ), который влияет на пусковое устройство (ПУ). Вследствие этого исполнительный механизм (ИМ) устанавливает положение регулирующего органа (РО) в сторону уменьшения сигнала рассогласования, (УП) – указатель положения. Регулирующее воздействие направлено на уменьшение рассогласования между действительным и заданным значениями регулируемой величины. Регулятор будет действовать на объект до тех пор, пока регулируемая величина не сравняется с заданным значением.

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АСР

 

Функциональная схема  АСР (ФС) является основным документом при проектировании системы автоматизации, который определяет функциональную структуру и объем автоматизации  объекта, а также отображает функции  системы автоматизации и их взаимосвязь  с автоматизируемым объектом. Под  объектом автоматизации понимают совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с регулирующими органами.

          При проектировании функциональной схемы должны решаться следующие задачи:

• изучить технологическую схему автоматизируемого объекта;
• составить перечень контролируемых параметров технологического процесса и технологического оборудования;
• на технологической схеме объекта автоматизации определить местоположение точек отбора измерительной информации;
• определить предельные рабочие значения контролируемых параметров;
• выбрать структуру измерительных каналов;
• выбрать методы и технические средства получения, преобразования, передачи и представления измерительной информации;
• решить вопросы размещения технических средств автоматизации (ТСА) на технологическом оборудовании, трубопроводах, по месту и на щитах;
• согласовать параметры измерительных каналов и информационно-вычислительного комплекса (ИВК).

 

 

 

         В данной АСР регулируемой величиной является уровень в подогревателе сетевой воды. Следовательно, измерительное устройство уровня  устанавливается в корпус ПСВ, измеряемая величина конденсата  600 мм. 

Процесс проектирования функциональной схемы системы завершается составлением чертежа, который включает в себя:

- технологическую схему  объекта автоматизации;

- первичные и другие  средства автоматизации;

- щит автоматизации;

- линии связи между  техническими средствами автоматизации;

- основную надпись.

Технологическое оборудование на функциональной схеме изображено в соответствии с ГОСТ 21.403-80 в виде упрощённых контуров.

На технологических  трубопроводах показаны только те вентили, задвижки, заслонки, клапаны и другая регулирующая и запорная арматура, которая непосредственно участвует  в работе системы автоматизации. Датчики, преобразователи, приборы  и вспомогательную арматуру изображают на схемах автоматизации в соответствии с ГОСТ 21.404-85.

Техническим средствам  автоматизации, изображенным на функциональной схеме, присвоены позиционные обозначения.

В соответствии с требованиями технологического процесса к объему и уровню автоматизации, и с учетом выбранной структуры управления и технических средств,  в курсовой работе разработана функциональная схема АСР уровня конденсата в ПСВ и представленная на листе

ФЮРА.421000.014 C2.

 

 

 

4 СОСТАВЛЕНИЕ  ЗАКАЗНОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ ПРИБОРОВ  И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

 

Спецификация представляет собой техническую документацию, в которой отражены перечень все  необходимые сведения о приборах и средствах автоматизации паровой  турбины, предназначена для составления заказа на ее основе средств измерения и автоматизации.

4.1 Выбор измерительных  устройств уровня

 

Выбор оборудования осуществляется с учетом параметров измеряемой среды и технологических особенностей процесса измерения. Комплекс технических средств САР базируется на серийно выпускаемых средствах автоматизации

Для измерения уровня в  подогревателе сетевой воды целесообразно  использовать метод гидростатического  давления, т.к. измеряемая среда считается  не пригодной для использования  других методов.          

Преобразователи давления обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра – гидростатического давления (ДГ), уровня в стандартный  токовый выходной сигнал (0…5 мА, 4…20 мА, 0…20 мА) дистанционной передачи.

Рассмотрим следующие  варианты датчиков:

1) преобразователи давления  серии «Метран»;

2) преобразователи серии  «Сапфир».

Оба вида преобразователей подходят, они имеют сравнительно близкие характеристики, однако, датчики  давления серии «Метран» значительно дешевле, практически в два раза, поэтому воспользуемся преобразователями концерна «Метран». Этим фактором будем руководствоваться и в дальнейшем.

 

         По каталогу в интернете [6], по самой оптимальной цене и конфигурациям, выбираем преобразователь гиростатического давления типа Метран-150-ДГ.

          Интеллектуальные датчики серии Метран-150 предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал. Непрерывная самодиагностика. Измеряемые среды: жидкости, в т.ч. нефтепродукты; пар, газ, газовые смеси.

          Диапазоны измеряемых давлений:

          - минимальный 0-0,025 кПа;

          - максимальный 0-60 МПа.

          Выходные сигналы:

          - 4-20 мА с HART протоколом;

          - 0-5 мА.

          Альтернативными вариантами могут  быть еще преобразователи типа Метран-100-ДГ, но  датчик давления типа Метран-100 в настоящий момент снимается с серийного производства т.к. Метран-150 по всем параметрам превосходит данный датчик

Основные технические  параметры и характеристики преобразователя Метран 150-ДГ  в таблице 4.1.1.

 

Таблица 4.1.1 – Основные технические параметры и характеристики преобразователя

Тип преобразователя	Модель	Ряд верхних пределов измерений	Предел допускаемой основной погрешности, %
Метран-150-ДГ	CDR-1	10; 16 МПа	0,1; 0,5

4.2 Выбор устройств оперативного  управления

В качестве устройств оперативного управления в АСР применяются  блоки ручного управления (БРУ), пусковые устройства (ПУ) и пр.

БРУ используются для коммутации цепей управления. ПУ – для управления  исполнительный механизм.

Основные характеристики устройств оперативного управления представлены в таблице 4.2.1.  [5].

Основные характеристики устройств оперативного управления

 

БРУ-32 основные характеристики:

- ручное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно;

-  кнопочное управление интегрирующими исполнительными устройствами; -  световая индикация выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом; определение положения регулирующего органа по сигналу от электрического ИМ.