Автоматизация линии отбеливания и отварки ткани в жгуте ЛЖО 2-1

Реферат.doc

Курсовой проект содержит: схема электрическая функциональная – 1 схема электрических соединений – 1 схема внешних соединений – 1 описание математической модели – 1 структурная схема – 1 пояснительная записка – 64 листа.
В курсовом проекте была автоматизирована линия для отварки и беления ткани в жгуте ЛЖО 2–1. Были установлениы датчики нового пакаления с HART протоколом что сушественно сокращяет обем работы людям обслуживающию линию. Разработаны системы регулирования уровня подачи горячей и холодной воды в мойно материальных машинах автоматизирована система подачи пара в запарные варочные аппараты. Разработана система контроля за расходом пара горячей воды холодной воды.
СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВНЕШНИХ ПОДКЛЮЧЕНИЙ НАДЕЖНОСТЬ ДАВЛЕНИЕ БЛОК ПИТАНИЯ.

Принципиальная.cdw

Функциональная.cdw

ХНТУ 6.050502.14.012.
Мойно-материальная машина ММ 200-5 (для пропитки щелочью)
Запарной варочный аппарат ЗВА 2-4
Мойно-материальная машина ММ 200-5 (для промывки горячей водой)
Мойно-материальная машина ММ 200-5 (для промывки холодной водой)
Сапожковый компенсатор СК-2
Укладчик ткани в жгуте УЖ 4-1
Мойно-материальная машина ММ 200-5 (для пропитки кислотой)
Сапожковый компенсатор КСК 2-1
Мойно-материальная машина ММ 200-5 (для пропитки пероксидом кислорода

Схема внешних соединений.cdw

Результаты моделирования контура регулирования _ ХНТУ 06.050202.КП.14.012.М1.cdw

ХНТУ 06.050202.КП.14.012.М1
Результаты моделирования
контура регулирования
Регулирование уровня
По каналу управляющего воздействия
По каналу возмущающего воздействия
Регулирование температуры

Структурка.cdw

ПЗ.doc

Описание технологического процесса.9
2.Функциональная схема автоматизации10
3.Структурная схема17
4.Принципиальная схема 18
5.Схема внешних соединений ..19
Моделирование автоматизированой схемы20
1. Построение переходной характеристики системы регулирования уровня по каналу возмущающего воздействия20
2. Построение переходной характеристики системы регулирования уровня по каналу возмущающего воздействия ..27
3. Построение переходной характеристики системы регулирования температуры по каналу возмущающего воздействия ..29
4.Построение переходной характеристики системы регулирования температуры по каналу возмущающего воздействия ..30
Выбор элементной базы34
1. Выбор промышленного контроллера34
3. Регулирование температуры.45
4. Датчики расхода.50
6 Блоки питания Метран – 602 608.62
7 Исполнительные механизмы64
Список использованной литературы69
Автоматизация технологического процесса – это совокупность методов и средств предназначенная для реализации системы или систем позволяющих осуществлять управление производственным процессом без непосредственного участия человека и не только управление.
Основными целями автоматизации технологического процесса являются:
- повышение эффективности производственного процесса.
- повышение безопасности производственного процесса.
Цели достигаются посредством решения следующих задач автоматизации технологического процесса:
- улучшение качества регулирования
- повышение коэффициента готовности оборудования
- улучшение эргономики труда операторов процесса
Решение задач автоматизации технологического процесса осуществляется при помощи:
- внедрения современных методов автоматизации;
- внедрения современных средств автоматизации.
Как правило в результате автоматизации технологического процесса создаётся АСУ ТП.
В данном курсовом проекте было рассмотрена а так же была спроектирована линия для отварки и беления ткани в жгуте ЛЖО 2-1 по средствам применения новейших технических средств представленных на мировом рынке. Применение новых средств автоматизации позволяет нам производить качественную продукцию.
Так же автоматические средства которые были примененны в данном курсовом проекте позволяют. Избежать аварийных ситуация на
производстве так как человек не всегда успевает среагировать на ситуацию.
Не малую роль автоматизация отыгрывает в экономичной выгоде производства при автоматизации можно уменьшить количество персонала как рабочих на линии так и обслуживающих линию. Автоматика может выполнять одни и те же движения без перерыва тем самым увеличивается работоспособность предприятия.
РО - регулирующий орган
ИМ - исполнительный механизм
ОУ - объект управления
ИУ - исполнительное устройство (ИМ+Р.О.)
ПЛК - программируемый логический контроллер
ЭП - электронный преобразователь
ПЛК – Програмируймый логический контроллер
РАЗДЕЛ 1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.
Линия для беления и отварки ткани в жгуте ЛЖО 2-1 состоит из большого количества валов размещенных по всей длине линии. Применяются асинхронные двигатели благодаря котором производится остановка валов. Для обслуживания линии достаточно 6-7 рабочих. По всей длине линии размещены и подведении к аппаратам водные и паровые магистрали. Детальный обзор состава линии преведен ниже в таблице 1.
Таблица 1. Состав линии.
Наименование машины или узла
Мойно материальная машина ММ 200-5
Запарной варочный аппарат ЗВА 2-4
Кисловачная машина ММ 200-5-1
Сапожковый компенсатор СК-2
Сапожковый компенсатор кисловачный КСК 2-1
Укладчик ткани в жгуте УЖ 4-1
Сборные еденици агрегирования ЛЖО 2-1
Рисунок 1. Мойно-материальная машина ММ 200-5
На рисунке 1. показана схема машины марки ММ 200-5 в ее состав входит;
– тканенаправляющие ролики;
– обрезиненные валы;
– направляющие кольца;
Машина ММ 200-5 предназначена для промывки горячей или холодной водой а также для пропитки растворами щелочи перекиси водорода серной кислоты хлопчатобумажных тканей двумя параллельно натянутыми жгутами.
Используется в составе жгутовых отбельных линий а также индивидуально для отдельных технологических операций.
Мойно-материальная машина ММ 200-5 включает в свой состав отжимные валы с механизмом прижима ванну с перекатными роликами ограждение от брызг узлоловитель выборочные блоки и привод. Остров машины состоит из двух чугунных рам скрепленных в верхней части связью. Верхния часть рам выполнена разьемной для удобства сьема отжиных валов. Отжимные валы изготовлены из стальных труб и обрезинены. Валы установлены в роликоподшипниках.
Механизм прижима валов представляет собой два пневматических цилиндра штоки которых шарнирно соединены с буксами верхнего вала. Ванна машины выполнена сварной из листовой не ржавеющей стали снабжена прокатными роликами гребенкой для разделения жгутов ткани и спускным клапаном огражденный от брызг так же как и ванна выполнено сварным из листовой нержавеющей стали она снабжена кольцами для ввода и вывода жгута ткани.
Приводным является нижний отжимной вал. Привод его во вращение осуществляется от асинхронного электродвигателя переменного тока через клиноременную передачу двухступенчатый цилиндрический редуктор и цепную муфту.
Рисунок 2. Схема аппарата ЗВА 2-4.
На рисунке 2. показан запарной варочный аппарат ЗВА 2-4 в его состав входит:
Направляющий ролик закрытого тканепровода.
Подвесное кольцо служащее для равномерной загрузки жгута по всему объему шахты.
Ребристые барабанчики укладывающие ткань в шахту.
Отбойники предотвращающие накатывание ткани на ребристые Барабанчики.
Качающиеся лопасти раскладывающие жгуты равномерно по сечению шахты (амплитуда колебаний регулируется).
Шахта из листовой нержавеющей стали с теплоизоляцией разделенная на 2 секции для раздельной проводки жгута.
Выборочный блок связанный c узлоуловителем.
Запарной варочный аппарат включает шахту укладчик механизм поперечного смещения жгута привод площадку обслуживания. Шахта аппарата выполнена из листовой нержавеющей стали и снабжена люками. Она разделена вертикальными перегородками на две части. Укладчик имеет два ребристых баранчика два отбойника и две пары лопастей для раскладки жгута по сечению шахты. Привод укладчика осуществляется от индивидуального асинхронного электродвигателя переменного тока через клиноременную и зубчатую передачи. Лопасти укладчика приводятся в качательное движение кривошипно-шатунным механизмом. Таким же образом приводятся в движение механизм поперечной укладки жгута.
Привод мойно-материальных машин и кисловочных машин запарных варочных аппаратов моторезированых блоков и укладчиков жгута осуществляются от асинхронных трехфазных электродвигателей.
Согласование работы машин в линии производится путем остановки опережающих машин по скорости в зависимости от запаса ткани в сапожковых компенсаторах. Предусмотрен реверс привода машин для ускорения ликвидации возможных намотов жгута на валы и барабанчики. Уменьшение выбега машины обеспечивается благодаря динамическому торможению приводных электродвигателей. Для правильного ведения технологического процесса предусмотрены автоматические поддержания уровня рабочих растворов и температур в ваннах мойно-материальной машины: температуры во входной части аппарата ЭВА-2-4; контроль температуры в ванных машин и средней части аппарата ЭВА 2-4; контроль расхода воды и пара и блокировки подачи пара в аппарат ЭВА 2-4 и воды в машину ММ 200-5 с остановом секций.
Сапожковый компенсатор – имеют конструкцию подобную ЗВА 2-4 но заправка осуществляется не жгутом а мелкими складками. Основным недостатком является образование заломов на ткани из-за длительного пребывания в сапожке.
2.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ
Функциональная схема автоматизации представлена на чертеже
ХНТУ 6.050202.КП.14.012.Э2.
Технологические коммуникации и трубопроводы жидкостей кислот щелочей и пара изображены условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.784-96.
На данной схеме показана что аналоговый сигнал с выходов датчиков поступает на аналоговые входы контроллера. Сигналы которые поступили на контроллер подаются на промышленный компьютер к операторам позволяет выполнять следующие функции: контроль управление запоминание регулирование вывод на монитор операторам.
Следующий этап контроллер подает дискретные выходные сигналы на исполнительные механизмы размещенных на трубопроводах.
Линия ЛЖО-2-1 предназначена для отварки и беления в жгуте по двухфазному запорному щелочно-перекисному способу хлопчатобумажных тканей.
Проводка ткани в этих линиях осуществляется двумя параллельными жгутами. Линия ЛЖО-2 работает эффективно благодаря тому что в ней ванны и шатры кисловочной машины для промывки холодной водой сапожкового кисловочного компенсатора и трубопроводы подачи агрессивных сред выполнены из титана.
Линия состоит из двух секций: в первой осуществляется щелочная отварка промывка и пропитка ткани раствором кислоты во второй – беление и заключительная промывка ткани.
Перед поступлением на линию ткань очищают и опаливают. Когда подготовленная ткань поступает на автоматическую линию попадает в мойно материальную машину ММ 200-5 в котором пропитывается раствором
гидро-оксида натрия а так же отжимается ткань до влажности 100-110%. После пропитки и отжима ткань поступает в запарной варочный аппарат ЗВА 2-4 в этом аппарате ткань поддается воздействию паровой среды (запаривается) в течении 40-60 мин при температуре 95-98С. Во время работы аппарата происходит образование конденсата который отводится по специально преднозначеному трубопроводу. После запарки в первом запарном варочном аппарате ЗВА 2-4 ткань попадается во второй варочный аппарат ЗВА 2-4 в котором ткань вторично запаривается в течении 40-60 мин при такой же самой температуре 95-98С. После вторично запарки ткань попадает в мойно материальную машину ММ 200-5 где промывается горячей водой оптимальная температура которой составляет 40-60С затем попадает в сапожковый компенсатор. После выравнивания ткани в сапожковом компенсаторе ткань попадает в мойно материальную машину ММ 200-5 в этом аппарате ткань промывается под холодной водой 10-15С после промывания продвигается к следующему сапожковому компенсатору. После выравнивания ткань попадает на укладчик ткани в жгуты в этом аппарате ткань улаживается для меньшей вероятности повреждения ткани и для транспортировки на дальнейшую обработку.
После отварки и укладки ткани в жгут ткань поступает в мойно материальную машину ММ 200-5 в котором пропитывается серной кислотой. Затем попадает в сапожковый кисловочный компенсатор КСК 2-1 аппарат окончательной пропитки ткани серной кислотой после поступления в аппарат ткань вылеживается в течении 3 мин. Окончательно пропитавшись ткань поступает в мойно материальную машину ММ 200-5 где промывается холодной водой. После промывки попадает в сапожковом компенсаторе. Повторно идет промывка холодной водой в мойно материальной машине ММ 200-5 в которой окончательно ткань отмывается от серной кислоты после чего ткань поступает в сапожковый компенсатор. После уборки неровностей ткани пропитывается пероксидом кислорода мойно
материальной машиной ММ 200-5 для закрепления результата ткань попадает в запарной варочный аппарат ЗВА 2-4. В этом аппарате ткань запаривается в течении 40-60 мин при температуре 95-98С. После окончательной запарки ткань промывается горячей водой мойно материальной машине ММ 200-5 температура которой 40-60С. После промывки гарячей водой ткань выравнивается в сапожковом компенсаторе. Ровная ткань промывается холодной водой в мойно материальной машине ММ 200-5 после чего проходит далее на укладчик ткани в жгут. Полностью готовая ткань проходит дальше для дальнейшей обработки до готовой продукции.
В таблице 2. Приведены главные характеристики линии ЛЖО 2-1.
Таблица 2. Главные характеристики линии ЛЖО 2-1
Ширина обрабатываемой ткани мм
Число обрабатываемых жгутов
Минимальная длина заправленной ткани ( в один жгут ) м
Установленная мощность токоприемников переменного
Избыточное давление МПа подведенного к линии
Количество воздуха подлежащего удалению от линии
Количество обслуживающего персонала
Производительность мч не более
Продолжение таблицы 2. Характеристики линии ЛЖО 2-1
Удельный расход на 1000м ткани
Габаритные размерымм
Высота( над уровнем пола )
3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
Структурная схема технологического процесса представлена на чертеже ХНТУ 6.050202.КП.14.012.Э1.
При разработке схемы приняты решения:
-на нижнем уровне показан объект управления с взаимосвязями. датчики интелектуальные с цифровой передачей данных по HART-протоколу исполнительные механизмы от контроллера.
-средний уровень представлен универсальным контроллером Simatic S7-300C состоящего из процессорного модуля модулей аналогового вывода.
-верхний уровень представляет собой станцию управления инженера-технолога реализованную на базе персональной ЭВМ снабжонную пультом управления и видеотерминалом.
4. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ
Электрическая принципиальная схема автоматизации ЛМО-140 представлена на чертеже ХНТУ 6.05.0202.КП.14.012.Э3.
Электрической принципиальной схема представлена следующими элементами:
Датчик давления Метран - 150.
Датчик температуры Метран - 281.
Датчик уровня ROSEMAUNT 5400.
Микроконтроллер Simatic S7 – 300C.
Блок питания Метран – 602.
Блок питания Метран – 608.
Датчик расхода Метран - 350.
На схеме изображены датчики работающие с протоколом 4-20мА для реализации правильного подключения неоходим контроллер с аналоговыми входами так же нужны блоки питания для создания токовой петли. Исполнительные механизмы запитываются от сети переменного напряжения 220В и получают дискретный сигнал с выхода контроллера. Контроллер запитуется от сеты 220В. Блоки питания запитуются от сети 220В и преабразуют в сигналы +24 и -24В. Подача напряжения в начале схемы проходит через пакетный выключатель который обеспечивает защиту данной электрической схемы.
На примере одного из контуров управления можно рассмотреть структуру подключения. Из датчика Метран - 150 с позицией 1а видно что контакт 1 входит в блок питания 1 в контакт 13 с блока питания контакт 14 входит в контроллер контакт 4 и выходит с контакта 3 в датчик 1а.
5. СХЕМА ВНЕШНИХ СОЕДИНЕНИЙ
Схема внешних соединений представлена на чертеже
ХНТУ 6.050202.КП.14.012.Э4.
На данной схеме показаны:
Исполнительный механизм EV220B.
На данной схеме все датчики разбиты по контролируемым параметрам такие как давление температура уровень расход. Отображены исполнительные механизмы которые так же расбыти по контролируемым параметрам. Каждый датчик и исполнительный механизм пронумерованы по позициям согласно функциональной схеме.
К каждому датчику и исполнительному механизму показаны расстояния установки от щита управления. Так же показаны тип провода сечение и количество жил. Указаны номера контактов входящих в контроллер.
МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
1.Построение переходной характеристики системы регулирования уровня по каналу управляющего воздействия
Вывод передаточной функции объекта регулирования.Из условия материального баланса объекта регулирования имеем:
Необходимо выразить все члены этого уравнения через регулируемый параметр - уровень и положение клапана.
Продифференцируем уравнение (1):
После преобразования по Лапласу уравнения (1) получим:
Изменение потока связано с изменением уровня h :
или после интегрирования:
Изменение потока Qпр. связано с изменением уровня h и регулирующим воздействием x:
(где Х1 — регулирующее воздействие соответствующее номинальному режиму) или после интегрирования:
Подставим выражения (3) и (4) в уравнение (2):
Преобразуем уравнение (5):
где - постоянная времени объекта;- коэффициент усиления (передачи) объекта.Тогда окончательное уравнение объекта будет:
После преобразования (8) получим:
Рис.2.1.- Переходная характеристика объекта регулирования по управляющему каналу
Система П-релятор с клапаном
Рис.2.2. Система П-регулятор с клапаном
Система с ПИ-регулятором
Система ПИ-регулятора с временем изодрома 100
Система ПИ-регулятора с временем изодрома 150
Система ПИ-регулятора с временем изодрома 200
Рис.2.3. - Переходная характеристика системы управления уровнем с ПИ-регулятором
Проанализировав полученные результаты можно сделать вывод что система регулирования с П-регулятором из-за наличия большой статической не подходит для данной системы. Поэтому предпочтительнее система регулирования уровня с ПИ-регулятором. Наилучшими показателями обладает переходная характеристика системы с временем изодрома Ти=100 сек и коэффициентом усиления kp=197 время регулирования которой составляет tрег =45 сек.
2.Построение переходной характеристики системы регулирования уровня по каналу возмущающего воздействия
Рис.3.4.- Блок схема системы автоматического регулирования уровня по каналу возмущающего воздействия
Система с ПИ регулятором
Система с ПИ-регулятором и временем изодрома 100
Система с ПИ-регулятором и временем изодрома 150
Система с ПИ-регулятором и временем изодрома 200
Рис.2.4. - Переходная характеристика системы регул.уровнем с ПИ-регулятором по возмущающему воздействию
Проанализировав полученные результаты можно сделать вывод что наилучшими показателями обладает переходная характеристика системы с наименьшим временем изодрома Ти=15 сек и коэффициентом усиления kp=197 время регулирования которой составляет tрег=50 сек.
2.Построение переходной характеристики системы регулирования температуры по каналу управляющего воздействия
Тепловой баланс выразится следующим дифференциальным уравнением:
где Т - средняя температура жидкости в реакторе при условии что он обладает идеальной теплоизоляцией; так как в реакторе предполагается хорошее перемешивание то Т=Т0.
Если материал из которого выполнен реактор обладает теплоемкостью См то динамика теплового процесса при условии идеальной
изоляции между стенкой реактора и внешней средой описывается двумя совместными уравнениями: одно уравнение служит для определения температуры Т смеси в реакторе а другое используется для вычисления температуры стенки Тм:
где - поток тепла от жидкости к металлу (материалу стенки).
Обозначим суммарный подводимый поток тепла в реактор через
Поток тепла можно выразить как
где - коэффициент теплопередачи между жидкостью и стенкой;
- поверхность теплообмена.
Тогда систему уравнений (2) после преобразования по Лапласу можно переписать в виде:
Из системы (3) можно получить передаточную функцию реактора по отношению к суммарному подводимому потоку тепла:
где Т1 и Т2 - постоянные времени реактора причем Т1 характеризует инерционность металла стенки а Т2 - инерционность объема жидкости в реакторе;
Рис.2.5.- Блок схема системы автоматического регулирования температуры по каналу управляющего воздействия
Рис.2.6. – Семейство амплитудно-фазовая характеристик разомкнутой системы по отношению к управляющему воздействию
Рис.2.7. – Семейство переходных характеристик системы по отношению к управляющему воздействию
Проанализировав полученные результаты можно сделать вывод что наилучшими показателями обладает переходная характеристика системы с временем изодрома Ти=40 сек и коэффициентом усиления kp=1.003.
4.Построение переходной характеристики системы регулирования температуры по каналу возмущающего воздействия
Рис.2.8.- Блок схема системы автоматического регулирования температуры по каналу возмущающего воздействия
Рис.2.9. –Переходные характеристики по отношению к возм. воздействию
Проанализировав полученные результаты можно сделать вывод что наилучшими показателями обладает переходная характеристика системы с временем изодрома Ти=30 сек и коэффициентом усиления kp=1.003 [4; 6; 7].
Перерегулирование составляет 23% что полностью устраивает заданные значения.
ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
1. Выбор промышленного контроллера
На данный момент в мире существует много производителей промышленных контроллеров. Далее в таблице 3.1. приведен перечень основных производителей.
Таблица 3.1. Основные производители промышленных контроллеров.
Потребляймая мощность
Из таблицы 3.1. видно что самый эфектиыный выбор это Simatic S7-300C так как он может работать в большем температурном диарпазоне так же является самым экономичным. Не последнюю роль занимает Flash память контроллера.
Далее детально рассмотрим выбранный контроллер Simatic S7-300C.
Рисунок 3.1. SIMATIC S7-300С внешний вид
SIMATIC S7-300С – это модульный программируемый контроллер предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.
Модульная конструкция работа с естественным охлаждением возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода широкие коммуникационные возможности множество функций поддерживаемых на уровне операционной системы удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.
Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов функциональных модулей и коммуникационных процессоров. Поддержка функций скоростного счета ПИД-регулирования и позиционирования на уровне операционной системы центрального процессора.
SIMATIC S7-300С отвечают требованиям национальных и международных стандартов и норм включая:
FM класс 1 группы A B C и D (температурная группа T4 до 135ºC)
Сертификат соответствия Госстандарта России №РОСС DE.АЯ46.В61141 от 14.03.2003г. подтверждает соответствие программируемых контроллеров SIMATIC и их компонентов требованиям стандартов ГОСТ Р 50377-92 (стандарт в целом) ГОСТ 29125-91 (п.2.8) ГОСТ 26329-84 (п.п. 1.2; 1.3) ГОСТ Р 51318.22-99 ГОСТ 51318.24-99.
Области применения SIMATIC S7-300C охватывают: автоматизацию машин специального назначения; автоматизацию текстильных и упаковочных машин; автоматизацию машиностроительного оборудования; автоматизацию оборудования для производства технических средств управления и электротехнической аппаратуры; построение систем автоматического регулирования и позиционирования; автоматизированные измерительные установки и другие.
Центральные процессоры S7-300C оснащены набором встроенных входов и выходов а также набором встроенных функций что позволяет применять эти процессоры в качестве готовых блоков управления.
Конструкция. Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров отличающихся производительностью объемом памяти наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов и т.д.
Коммуникационные процессоры (CP) для подключения к сетям PROFIBUS Industrial Ethernet AS-Interface или организации связи через PtP (point to point) интерфейс.
Функциональные модули (FM) способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования позиционирования обработки
сигналов. Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае остановки центрального процессора программируемого контроллера.
Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:
Все модули легко устанавливаются на профильную рейку S7-300С и фиксируются в рабочем положении винтом.
Во все модули (кроме модулей блоков питания) встроены участки внутренней шины контроллера. Соединение этих участков выполняется шинными соединителями устанавливаемыми на тыльной стороне корпуса.
Наличие фронтальных соединителей позволяющих производить замену модулей без демонтажа внешних соединений и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей.
Подключение внешних цепей через фронтальные соединители с контактами под винт или контактами-защелками.
В таблице 3.2. приведены основные характеристки програмирймого контроллера SIMATIC S7-300С.
Таблица 3.2. Основные характеристики SIMATIC S7-300С.
IP 20 в соответствии с IEC 529
Относительная влажность
95% без конденсата (RH уровень сложности 2 в соответствии с IEC 1131-2)
Атмосферное давление
Электромагнитная совместимость
устойчивость к шумам
Регламентируется German EMC Legislation
По EN 50082-2 испытания по IEC 801-2 ENV 50140 IEC 801-4 ENV 50141 IEC 801-5;
По EN 50081-2 испытания по EN 55011 класс A группа 1
Механические воздействия:
IEC 68 часть 2-6: 10 58Гц постоянная амплитуда 0.075мм; 58 150Гц постоянное ускорение 1g.
Длительность вибраций: 10 циклов по каждой из взаимно перпендикулярных осей.
IEC 68 часть 2-27: полусинусоидальные ударные воздействия с ускорением 15g (пиковое значе-
ние) длительностью до 11мс
Функции. Контроллеры SIMATIC S7-300 поддерживают широкий набор функций позволяющих в максимальной степени упростить процесс разработки программы ее отладки снизить затраты на обслуживание контроллера в процессе его эксплуатации:
Высокое быстродействие и поддержка математики с плавающей запятой позволяющие выполнять эффективную обработку данных и обеспечивающие существенное расширение спектра допустимых областей применения контроллеров.
Удобный интерфейс для настройки параметров: для на- стройки параметров всех модулей используется единый набор инструментальных средств с общим интерфейсом.
Человеко-машинный интерфейс. Функции обслуживания человеко-машинного интерфейса встроены в операционную систему контроллера. Эти функции позволяют существенно упростить программирование. Система или устройство человеко-машинного интерфейса запрашивает необходимы данные у контроллера контроллер передает запрашиваемые данные с
заданной периодичностью. Все операции по обмену данными выполняются автоматически под управлением операционной системы контроллера с использованием одинаковых символьных имен и общей базы данных.
Диагностические функции встроенные в операционную систему контроллера. С их помощью осуществляется непрерывный контроль функционирования системы и выявляются все возникающие отказы. Диагностические сообщения с отметками даты и времени накапливаются в кольцевом буфере для последующего анализа.
Парольная защита: обеспечивает эффективную защиту программы от несанкционированного доступа попыток копирования и модификации программы.
Центральные процессоры S7-300 представлены следующим CPU 313C: компактный центральный процессор с 24 дискретными входами 16 дискретными выходами 4 аналоговыми входами для измерения унифицированных сигналов силы тока или напряжения одним аналоговым входом для подключения датчика температуры Pt100 и 2 аналоговыми выходами. Набор встроенных функций включает в свой состав скоростной счет измерение частоты или длительности периода ПИД-регулирование. Может использоваться в качестве автономного блока управления.
На рынке датчиков давления очень много фирм производящих качественные датчики. Далее приведены несколько крупнейших и знаменитых фирм по изготовлению датчиков. В таблице 3.2. указаны фирмы изготовители а так же в таблице указаны диапазоны измерений давления выбранных датчиков.
Табл. 3.3 - Основные производители датчиков давления и диапазоны измеряемых давлений.
Вид датчика давления
Диапазон измеряемых давлений
Датчики давления МЕТРАН 150
Датчики давления САПФИР-22
Датчики давления SUCO
Датчики давления ROSEMOUNT
Датчики давления PS 01-01
После анализа таблицы 3.2. существующих датчиков давления на мировом рынке выбор был остановлен на МЕТРАН 150 так как он полностью удовлетворяет запрошенной информации. Измерительный диапазон полностью покрывает условия работы линии.
МЕТРАН 150. Измеряемые среды: жидкости нефтепродукты пар газ газовые смеси.
Диапазоны измеряемых давлений:
минимальный 0 ..0025 кПа;
максимальный 0 .160 МПа
Выходные сигналы 4 20 мА с HART-протоколом (возможность переключения между 5-й и 7-й версиями HART); 0 5 мА
Основная приведенная погрешность до > 0075%; опция до > 02%
Диапазон температур окружающей среды
Перенастройка диапазонов измерений до 100:1
Высокая стабильность характеристик
Взрывозащищенное исполнение вида
искробезопасная цепь" и "взрывонепроницаемая оболочка
Гарантийный срок эксплуатации - 3 года
Межповерочный интервал - 4 года
Внесены в Госреестр средств измерений под №32854-09 сертификат №34868 ТУ 4212-022-51453097-2006
Рис.3.2.Внешний вид прибора
Интеллектуальные датчики давления серии Метран-150 предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал иили цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин:
- избыточного давления;
- абсолютного давления;
- разности давлений;
- давлении-разрежения;
- гидростатического давления (уровня).
Управление параметрами датчика:
- с помощью клавиатуры и ЖКИ (внешние и внутренние кнопки);
- с помощью HART коммуникатора или с помощью
- удаленно с помощью программы HART-Master HART-модема и компьютера или программных средств АСУТП.
Улучшенный дизайн и компактная конструкция. Поворотный электронный блок и ЖКИ. Высокая перегрузочная способность. Защита от переходных процессов. Внешняя кнопка установки "нуля" или кнопки аналоговой настройки "нуля" и "диапазона". Непрерывная самодиагностика.
Выходные сигналы. Датчики выпускаются с двумя типами выходного сигнала:
- 4 20 мА с протоколом HART (код выходного сигнала А);
- 0 5 мА (код выходного сигнала В).
Датчик имеет программируемую характеристику выходного сигнала в соответствии с функцией преобразования входной величины: линейную или по закону квадратного корня.
По умолчанию датчики выпускаются настроенными на линейно возрастающую характеристику.В процессе эксплуатации в датчике потребителем может быть установлена любая характеристика выходного сигнала.
Датчик имеет электронное демпфирование выходного сигнала характеризующееся временем усреднения результатов измерений. Значение времени демпфирования устанавливается потребителем при настройке.
Датчик поставляется настроенным на значение 05 с.
Время готовности датчика измеряемое как время от включения питания датчика до установления аналогового выходного сигнала не более 2 с при минимальном установленном времени демпфирования.
Нестабильность начального значения выходного сигнала за год эксплуатации не превышает ±γ при изменении температуры окружающей среды (23±20)°С. Определяется в нормальных климатических условиях.
Нестабильность характеристики выходного сигнала за 3 года эксплуатации не превышает ±γ при изменении температуры окружающей среды от -40 до 100°С. Определяется в нормальных климатических условиях при этом допускается корректировка начального значения выходного сигнала.
Эксплуатационные характеристики. Датчики устойчивы к воздействию атмосферного давления от 840 до 1067 кПа (группа Р1 ГОСТ 12997).
Датчики в том числе с установленным ЖКИ (опция М4 М5 МА) устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне от минус 40 до плюс 80°С. Дополнительная погрешность датчиков вызванная изменением температуры окружающего воздуха на каждые 10°С в рабочем диапазоне температур и выраженная в % от диапазона изменения выходного сигнала от (002+003 PmaxPв)
Датчики устойчивы к воздействию относительной влажности окружающего воздуха 100% при температуре 35°С и более низких температурах с конденсацией влаги.
Степень защиты от воздействия пыли и воды IP66 по ГОСТ 14254
Температуры рабочей среды на входе в датчик -40 149°С. Для снижения температуры измеряемой среды в рабочей полости датчика рекомендуется использовать специальные устройства (удлиненные импульсные линии разделительные сосуды и т.д.)
Датчики предназначены для измерения давления сред по отношению к которым материалы контактирующие с измеряемой средой являются коррозионностойкими.
Взрывощещенность. Датчики давления Метран-150 имеют взрыво защищенное исполнение по ГОСТ Р 51330.0 ГОСТ Р 51330.1 ГОСТ Р 51330.10. вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" с уровнем взрывозащиты "особовзрывобезопасный" маркировка по взрывозащите 0E вид взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" с уровнем взрывозащиты взрывобезопасный с маркировкой по взрывозащите 1ExdIIСT6Х или 1ExdIIСT5Х.
Настройка датчика Метран-150 с кодом выходного сигнала А (4 20 мА с HART) осуществляется по цифровому каналу связи с помощью управляющих устройств поддерживающих HART-протокол (HART-коммуникатор HART-модем HART-мультиплексор и др.) конфигурационных программ или с помощью встроенного ЖКИ и клавиатуры (опция М4 М5) расположенных под крышкой электронного преобразователя по символам режимов настройки в соответствии с руководством по эксплуатации.
Электрическое питание датчиков Метран-150 общепромышленного исполнения и взрывозащищенного исполнения вида взрывонепроницаемая оболочка осуществляется от источника постоянного тока напряжением:
- 12 - 42 В (105-424 В) для выходного сигнала 4-20 мА. при этом пределы допускаемого нагрузочного сопротивления (сопротивления приборов и линии связи) зависят от установленного напряжения питания датчиков и не должны выходить за границы рабочей зоны приведенной на рис.4 и 5.
Электрическое питание датчиков Метран-150 взрывозащищенного исполнения вида искробезопасная электрическая цепь осуществляется от искробезопасных цепей барьеров (блоков питания) имеющих вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" с уровнем взрывозащиты искробезопасной электрической цепи "ia" для взрывоопасных смесей подгруппы IIC по ГОСТ Р 51330.11 при этом их максимальное выходное напряжение U0≤24 B (30 В) а максимальный выходной ток I0≤120 мА (200 мА).
Надежность. Средний срок службы датчика:
- 12 лет кроме датчиков эксплуатируемых при измерении агрессивных сред средний срок службы которых зависит от свойств агрессивной среды условий эксплуатации и применяемых материалов;
- 20 лет (с опцией ML).
Средняя наработка датчика на отказ составляет
3. Регулирование температуры.
На рынке датчиков измерения температуры множесто фирм производящих качественные датчики. Далее приведены несколько крупнейших и знаменитых фирм по изготовлению датчиков. В таблице 3.3. указаны фирмы изготовители а так же в таблице указаны диапазоны параметров измерений выбранных датчиков.
Табл. 3.3. Основные производители датчиков температур и диапазоны измеряемых давлений.
Тип датчика температуры
Основные преимущества
Основные области применения
Термометры сопротивления
высокая стабильность основных параметров относительно невысокая стоимость.
Для температур –80 +600 °С
Необходимость во внешней схеме для возбуждения
Широко используются как в относительно недорогих так и в прецизионных системах измерения и контроля температуры
Полупровод никовые термисторы
Дешевизна и доступность.
Высокий температурный коэффициент сопротивления
Диапазон изм.температур:
Необходимость во внешней схеме для возбуждения небольшой температурный диапазон и нелинейность.
Предназначены для применения в недорогих устройствах с низкими требованиями к точности измерений.
Прочность широкий диапазон рабочей температуры (–270 3 000°С) быстрое срабатывание исполнение в нескольких типах корпусов и низкая стоимость
Необходимость компенсации опорного спая невысокая точность.
Широко используются в бюджетных устройствах с «электронной» компенсацией опорного спая с невысокой точностью измерений
После анализа таблицы 3.3. существующих датчиков на мировом рынке выбор был остановлен на МЕТРАН - 281 так как он полностью удовлетворяет запрошенной информации. Измерительный диапазон полностью покрывает условия работы линии.
Интеллектуальные преобразователи температуры серии Метран-281
Рис. 3.4. Внешний вид прибора
Основные характеристики датчика:
-Высокая стабильность метрологических характеристик;
-Выходной сигнал 4-20
-Цифровая передача информации по HART протоколу;
-Использование 2-х-проводных токовых линий для передачи сигналов;
-Дистанционные управление и диагностика;
-Гальваническая развязка входа от выхода;
-Повышенная защита от электромагнитных помех;
-Программируемые уровни аварийных сигналов и насыщения;
-Конструктив электронного преобразователя обеспечивает высокую надежность при длительной эксплуатации;
-Сокращен минимальный поддиапазон измерений;
-Диапазон измеряемых температур -50 1200С;
-Основная приведенная погрешность ±015% в диапазоне 500 850°С
-Межповерочный интервал - 2 года
Интеллектуальные преобразователи температуры (ИПТ) Метран-281 предназначены для точных измерений температуры в составе автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП).
Использование ИПТ допускается в нейтральных а также агрессивных средах по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.
Связь ИПТ Метран-281 с АСУ ТП осуществляется:
-по аналоговому каналу - передачей информации об измеряемой температуре в виде постоянного тока 4-20 мА;
-по цифровому каналу - в соответствии с HART-протоколом в стандарте ВеИ-202.
Для передачи сигнала на расстояние используются 2-х-проводные токовые линии.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструктивно ИПТ Метран-281 состоит из первичного преобразователя и электронного преобразователя (ЭП) встроенного в корпус соединительной головки.
В качестве первичного термопреобразователя в Метран-281 используются чувствительные элементы из термопарного кабеля КТМС с номинальной статической характеристикой (НСХ) типа К по ГОСТ 6616.
ЭП преобразует сигнал первичного преобразователя температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА с наложенным на него цифровым сигналом HART в стандарте ВеМ-202.
В зависимости от используемого ЭП преобразователи Метран-280 подразделяются:
- Метран-280-1 - ЭП с гальванической развязкой (код ЭП1);
- Метран-280-2 - ЭП без гальванической развязки (код ЭП2).
Коммуникационный протокол HАRT обеспечивает двухсторонний обмен информацией между Метран-280 и управляющими устройствами:
- ручным портативным HART-коммуникатором Метран-650;
- компьютером оснащенным HART-модемом Метран-681 и программой H-
- любым средством управления HART полевыми устройствами например коммуникатором 375 (см. соответств.раздел каталога "Средства коммуникации").
Управление ИПТ осуществляется дистанционно при этом обеспечивается настройка датчика:
- выбор его основных параметров;
- перенастройка диапазонов измерений;
- запрос информации о самом ИПТ (типе модели серийном номере максимальном и минимальном диапазонах измерений фактическом диапазоне измерений).
В Метран-280 реализована возможность выбора единиц измерения: градусы Цельсия °С; градусы Кельвина К; градусы Фаренгейта F; градусы Ренкина R*; Омы*; милливольты*.
* Только для Метран-280-1.
Многоточечный режим работы ИПТ Метран-280
В многоточечном режиме Метран-281 работает только с цифровым выходом. Аналоговый выход автоматически устанавливается в 4 мА и не зависит от значения входной температуры. Информация о температуре считывается по НАRТ протоколу. К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Их количество определяется длиной и параметрами линии а так же мощностью блока питания датчиков. Каждый датчик в многоточечном режиме имеет свой уникальный адрес от 1 до 15 и обращение к датчику идет по этому адресу. Метран-281 в обычном режиме имеет адрес 0; если ему присваивается адрес от 1 до 15 то датчик автоматически переходит в многоточечный режим и устанавливает выход в 4 мА. Коммуникатор или АСУТП определяет все датчики подключенные к линии и может работать с каждым из них.
Установка многоточечного режима не рекомендуется в случае если требуется искробезопасность.
Основные технические характеристики. Тип и исполнение ПТ НСХ первичного преобразователя температуры диапазон измеряемых температур пределы допускаемой основной погрешности указаны в табл.3.4.
Таблица 3.4. Основные технические характеристики
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности
По аналоговому сигналу %
По цифровому сигналу%
На рынке датчиков расхода очень много фирм производящих качественные датчики. Далее приведены несколько крупнейших и знаменитых фирм по изготовлению датчиков. В таблице 3.5. указаны фирмы изготовители а так же в таблице указаны диапазоны измерений выбранных датчиков.
Табл. 3.5. Основные производители датчиков и диапазоны измеряемых параметров.
После анализа таблицы 3.5. существующих датчиков давления на мировом рынке выбор был остановлен на МЕТРАН 350 так как он полностью удовлетворяет запрошенной информации. Измерительный диапазон полностью покрывает условия работы линии.
Рис.3.6. Внешний вид прибора
Измеряемые среды: жидкость газ пар
Температура измеряемой среды:
-40 400°С интегральный монтаж датчика
-184 677°С удаленный монтаж датчика
Избыточное давление в трубопроводе до 25 МПа
Условный проход Dу 50 2400
Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного техпроцесса
Динамический диапазон 8:1 14:1
Пределы основной относительной погрешности измерений расхода до >08%
Выходной сигнал 4 20 мАHART Foundation Fielbus WirelessHART
Наличие взрывозащищенного исполнения
Межповерочный интервал 4 года
Внесены в Госреестр средств измерений
Расходомеры на базе осредняющей напорной трубки Annubar предназначены для измерения расхода жидкости газа пара в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности а также в системах технологического и коммерческого учета.
Основные преимущества:
- интегральная конструкция расходомера исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах сокращается количество потенциальных мест утечек среды;
- низкие безвозвратные потери давления в трубопроводе сокращают затраты на электроэнергию;
- многопараметрические преобразователи 3051SMV и 3095 в составе расходомеров обеспечивают вычисление мгновенного массового расхода жидкости пара газа или объемного расхода газа приведенного к стандартным условиям;
- установка расходомера экономична и менее трудоемка по сравнению с установкой измерительного комплекса на базе стандартной диафрагмы;
- возможность установки расходомера без остановки техпроцесса благодаря конструкции Flo-Tap.
Устройство и принцеп действия. Принцип действия расходомеров основан на измерении расхода среды (жидкости газа пара) методом переменного перепада давления с использованием осредняющей напорной трубки (далее ОНТ) Annubar.
ОНТ Аnnubar 485 (рис.3.6) представляет собой погружную конструкцию использующую в основе профиль T-образной формы. Такая конструкция применяется для измерения расхода в трубопроводах Dу от 50 до 2400 мм.
Annubar 485 устанавливается фронтальной частью навстречу потоку пересекая его по всему сечению. В центре фронтальной поверхности профиля по всей его длине симметрично относительно центра оси трубопровода располагаютcя щелевидные пазы осредняющие скорость потока измеряемой среды и воспринимающие давление торможения которое передается в "плюсовую" камеру Р1.
Благодаря замене точечных отверстий щелевидными пазами осреднение скорости стало более полным и точным а сама ОНТ меньше засоряется.
Фронтальная часть профиля T-образной формы широкая и плоская поэтому точка отрыва потока более стабильна (значит стабильнее сигнал перепада давления) а зона повышенного давления перед профилем более обширна.
В результате сигнал давления передаваемый камерой р1 на измерительную мембрану датчика на T-образном профиле выше чем на других формах профилей при том же расходе.
По всей длине Annubar 485 с тыльной стороны профиля расположены отверстия воспринимающие давление разрежения которое передается в "минусовую" камеру Р2.
Разность давлений Р1 и Р2 является перепадом давления ΔР = Р1-Р2 пропорциональным расходу.
В конструкции Annubar 485 предусмотрена гильза для установки термопреобразователя ТСП Pt 100 что обеспечивает измерение температуры процесса без дополнительной врезки в трубопровод.
Рисунок 3.7. ОНТ Аnnubar 485
Надежность. Средний срок службы расходомера 10 лет. Средняя наработка на отказ 150 000 ч.
На рынке датчиков уровня очень много фирм производящих качественные датчики. Далее приведены несколько крупнейших и знаменитых фирм по изготовлению датчиков. В таблице 3.8. указаны фирмы изготовители а так же в таблице указаны диапазоны измерений выбранных датчиков.
Табл. 3.8. Основные производители датчиков и диапазоны измеряемых параметров.
Нефтепродукты растворители водные растворы алкогольные и слабоалкогольные напитки пульпы суспензии.
Нефтепродукты щелочи растворители водные растворы алкогольные и слабоалкогольные напитки суспензии.
Кислоты растворители водные растворы алкогольные и слабоалкогольные напитки пульпы.
Нефтепродукты щелочи кислоты растворители водные растворы алкогольные и слабоалкогольные напитки пульпы суспензии.
После анализа таблицы 3.8. существующих датчиков давления на мировом рынке выбор был остановлен на МЕТРАН 5400 так как он полностью удовлетворяет запрошенной информации. Измерительный среды полностью удовлетварют условия работы линии.
Рис 3.7. Внешний вид прибора
Измеряемые среды: нефтепродукты щелочи кислоты растворители водные растворы алкогольные и слабоалкогольные напитки пульпы суспензии и прочие жидкости.
Температура процесса от -40 до 150°С
Давление процесса от -01 до 1 МПа
Температура окружающего воздуха
-от J40 до 80°С (безопасные зоны);
-от J20 до 70°С J с ЖКИ
Выходные сигналы: 4J20 мА с цифровым на базе протокола HART или FoundationTM Fieldbus
Исполнения: обыкновенное; взрывозащищенное (маркировка взрывозащиты 0ExiaIICT4X 1ExiadIICT4X)
Степень защиты от воздействия пыли и воды IP67
Межповерочный интервал 2 года.
Внесены в Госреестр средств измерений под №30247J05 сертификат №22076
Радарный уровнемер Rosemount 5400 – это превосходное решение для бесконтактных измерений уровня жидкостей обладающих различными свойствами и имеющих широкий диапазон температур и давлений. Благодаря новаторским решениям улучшающим способность слежения за поверхностью продукта и обеспечивающим уникальную способность обработки сигнала уровнемеры 5400 рекомендуются для работы в парогазовых смесях и запыленном пространстве внутри резервуара.
Настройка 5400 необычайно проста что упрощает его адаптивность для широкого круга применений и условий технологического процесса.
Радары серии 5400 предлагают уникальные возможности с помощью которых Вы можете ускорить пуско-наладку одновременно увеличив время безотказной работы и достоверность измерений.
Уровнемер 5400 может быть оснащен целым набором антенн и дополнительных опций для достижения максимальной гибкости измерения и формирования оптимального предложения для потребителя.
Назначение принцеп работы Радарный уровнемер Rosemount серии 5400 представляет собой новейшую разработку интеллектуального прибора предназначенного для бесконтактных измерений уровня жидкостей в резервуарах любого типа. В серии 5400 собраны все передовые технологии позволяющие производить наилучшие измерения даже в самых сложных условиях процесса таких как загрязненная атмосфера резервуара пена турбулентность и наличие веществ с низкой диэлектрической постоянной. Все эти параметры в значительной степени ухудшают условия работы уровнемеров при этом стандартные приборы обладающие недостаточной чувствительностью могут потерять след измеряемой поверхности. В таких случаях важно чтобы датчик обладал высокой чувствительностью и мог обнаруживать очень слабые отраженные сигналы. Уровнемер 5400 объединяет в себе несколько новаторских решений повышающих
способность слежения за поверхностью и способствующих большей надежности измерений и кроме того лучшей производительности по сравнению с другими 2-проводными датчиками. Уровнемер может применяться как для автономной эксплуатации так и для работы в составе различных автоматизированных систем управления. Полное соответствие уровнемера стандарту интерфейса HART позволяет конфигурировать и осуществлять мониторинг измеренных величин при помощи ручного коммуникатора HART или персонального компьютера в зависимости от требований к системе измерений. Уровнемер поддерживает цифровую архитектуру PlantWeb и имеет аналоговый выход 4 20 мA с наложенным цифровым сигналом HART что позволяет встраивать его в системы АСУТП любой сложности. Благодаря высокой чувствительности и уникальной способности обработки сигнала уровнемеры 5400 находят широкое применение в различных технологических процессах.
Принцип измерения. Уровень жидкости измеряется короткими радарными импульсами которые передаются от антенны находящейся в верхней части резервуара по направлению к этой жидкости.
Когда импульс радара достигает поверхности среды часть энергии отражается обратно к датчику. Разница во времени между переданным и отраженным импульсом пропорциональна расстоянию от которого рассчитывается уровень. Используемая технология обработки сигнала обеспечивает высокоэффективное подавление ложных отражений а также помех связанных с волнением поверхности измеряемого продукта и загрязнениями антенны. Таким образом можно с высокой точностью вычислить расстояние до продукта и уровень продукта в резервуаре. Как показано на рисунке 3.8.
Рисунок 3.8. Принцеп измерения
Особенности уровнемеров Метран 5400. Надежные измерения благодаря высокой способности слежения за поверхностью
Различные условия технологического процесса такие как атмосфера в резервуаре пена турбулентность и наличие веществ с низкой диэлектрической постоянной могут таким образом понизить отраженный сигнал что радарный датчик потеряет след поверхности поэтому важно чтобы датчик мог обнаруживать очень слабые сигналы. Уровнемеры серии 5400 объединяют в себе несколько новаторских решений которые повышают способность слежения за поверхностью и производят измерения с большей надежностью и лучшей производительностью по сравнению с другими 2-проводными уровнемерами.
Технология «Двойного Порта» означает что внутри радара есть два порта для излучения и приема микроволн. Это уменьшает шумы и позволяет сократить потери сигнала. Даже если отраженный сигнал слаб датчик будет способен достоверно распознать его. Существующие 2_х_проводные радарные уровнемеры используют только один порт для генерации измерительного сигнала и приема отраженного. Это вносит значительные трудности при отслеживании и обработке отраженных сигналов. Уровнемер с технологией «Двойного Порта» способен принимать отраженный сигнал с меньшей энергией при этом имеет такую же или лучшую способность слежения за измеряемой поверхностью. Таким образом технология «Двойного Порта» _ это огромный шаг вперед и лучшая возможность добиться не только лучшего соотношения сигналшум но и сэкономить дополнительную энергию для последующей обработки сигнала и безотказной работы с максимально достоверными результатами.
Динамическая оптимизация диапазона Уровнемеры 5400 оптимизируют коэффициент усиления сигнала в зависимости от высоты резервуара. Коэффициент усиления увеличивается с расстоянием от антенны до измеряемого продукта и достигает своего максимума у дна резервуара т.е. максимальное усиление сигнала достигается для всех резервуаров вне зависимости от их высоты. Это дает возможность использовать радарные уровнемеры в резервуарах со сложными технологическими условиями (пена пар и т.д.) делая измерения более надежными.
Конструкция Компания Rosemount обладает огромным опытом разработки датчиков для эксплуатации в тяжелых условиях на химических и нефтеперерабатывающих производствах. Весь этот опыт был использован для конструирования цельнометаллического корпуса радара 5400 с отдельными отсеками для электроники и клеммного блока. Отличительной его чертой является эргономично расположенный встроенный индикатор. Корпус имеет степень защиты IP67 и подходит для использования в окружающей среде с относительной влажностью до 100%.
Уровнемер 5400 состоит из датчика соединения с резервуаром и антенны. Соединение с резервуаром и антенна являются единственными деталями которые контактируют с атмосферой резервуара.
Корпус датчика изготовленный из литьевого алюминия состоит из двух отделений. В одном отделении содержится электроника в другом клеммы повышенной влагоустойчивости. Датчик можно снимать не открывая резервуар что улучшает защиту и облегчает обслуживание. В корпусе имеется два входа для кабельных соединений. Серия 5400 поставляется с 12_дюймовым NPT кабельным входом или адаптером М20 в качестве опции. (см. раздел “Информация для оформления заказа”).
Рисунок 3.9. Конструкция уровнемера.
Уровнемеры серии 5400 оснащаются высокоэффективными коническими антеннами различных форм и размеров. Также в настоящее время разработаны и доступны к заказу стержневые антенны и антенны с
изолирующим окном для процессов содержащих высоко-агрессивные.
Соединение с резервуаром защищает датчик от загрязнений и конденсата и состоит из уплотнения резервуара и.
6. Блоки питания Метран-602 608
Так как датчики были выбраны одним объединением компаний Метран для лучшего взаимодействия были выбраны блоки питания фирмы Метран.
Рис.3.1.1. Внешний вид блоков питания Метран-602 608
Количество каналов - 2 8
Каналы гальванически развязаны
Каждый канал имеет схему электронной защиты от перегрузок и коротких замыканий.
Светодиодная индикация включения блока питания по каждому каналу.
Блоки питания для монтажа на рейке DIN выполнены в Евростандарте DIN 43700.
Блоки питания щитового монтажа конструктивно и функционально заменяют блоки питания БПД-40 2000П Карат-22 ТУ4276-001-2160758-2004.
Блоки питания Метран-602 608 предназначены для преобразования сетевого напряжения 220 В в стабилизированное напряжение 24 или 36 В и питания датчиков с унифицированным выходным сигналом.
Устройство и работа блока питания. Блок питания Метран-602 608 состоит из сетевого трансформатора и двух (четырех или восьми в зависимости от исполнения) независимых каналов каждый из которых имеет стабилизатор схему электронной защиты.
Схема электронной защиты предназначена для защиты блока питания от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке.
Блок питания автоматически выходит на рабочий режим после устранения замыкания в нагрузке. На передней панели блока питания расположены два (четыре или восемь) светодиодных индикатора включения блока питания.
Климатическое исполнение. Блоки имеют исполнение УХЛ категории 3 по ГОСТ 15150 (группа исполнения С3 по ГОСТ 12997) но для работы при температуре окружающей среды от -10 до 50°С и относительной влажности от 45 до 80% во всем диапазоне рабочих температур или Т3 по ГОСТ 15150.
Степень защиты от воздействия пыли и воды по ГОСТ 14254:
- IP30 для щитового монтажа;
- IP20 для монтажа на рейке DIN.
Надежность. Наработка на отказ 120 000 ч. Средний срок службы 12 лет.
7. Исполнительные механизмы
На мировом рынке промышленных клапанов присутствует много фирм производящих качественные клапаны. Далее приведены несколько крупнейших и знаменитых фирм по изготовлению клапанов. В таблице 3.8. указаны фирмы изготовители а так же в таблице указаны диапазоны нормальной работы клапанов.
Рис.3.1.2. Внешний вид прибора
Позиционно управляемые нормально открытый электромагнитные клапаны типа EV220B с электромагнитной катушкой предназначены для использования в промышленности. В зависимости от материала корпуса они могут применятся как для нейтральных так и для агрессивных сред.
Рекомендуется установка катушкой вверх
Диапазон давления бар
Время полного открытия с*
Время полного закрытия с*
Макс. температура окружающей среды
до 100°С (зависит от типа катушки)
Рабочая температура °С
Рисунок 3.1.3. Устройство электромагнитного клапана
Нормально открытый электромагнитный клапан:
– закрывающая пружина регулирующей системы;
– регулирующие отверстие;
– поршень сервопривода;
– главное отверстие;
– выравнивающее отверстие;
Напряжение на катушку не подается (открыто):
Когда нет напряжения на катушке 8 тарелка клапана 3 прижата пружиной регулирующей системы 1 и перекрывает регулирующее отверстие
Давление на поршне сервопривода 5 создается через выравнивающее отверстие 7. Поршень закрывает главное отверстие 6 как только давление создаваемое на диафрагме равно давлению на входе.
Клапан будет открыт пока нет напряжения на катушке.
Напряжение на катушку подается (закрыт):
Когда есть напряжение на катушке 8 якорь 1 и тарелка клапана 3 поднимаются и регулирующее отверстие 4 открывается. Так как отверстие 4 больше выравнивающего отверстия 7 то давление на поршне сервопривода 7 падает и главное отверстие 6 открывается. Клапан будет закрыт пока есть минимально допустимый перепад давления на клапане и есть напряжение на катушке.
Электромагнитные клапаны типа EV220B сертифицированы ГОССТАНДАРТом России в системе сертификации ГОСТ Р. Имеется сертификат соответствия а также санитарно-эпидемиологическое заключение ЦГСЭН.
В данном курсовом проекте была разработана система автоматического контроля линии для отварки и беления ткани в жгуте ЛЖО 2-1. Был соблюден технологический процесс управления технологическими параметрами. Разработаны схемы функциональная описывающая всю техническую линию. Электрическая принципиальная показывающая все электрические соединения датчиков исполнительных механизмов с контроллером. Структурная описывающия связь уровней. Схема внешних соединений на которой показывается расстояние от щита управления до датчиков и исполнительных механизмов. Проведено математическое описание процесса.
Произведен выбор технических средств автоматизации. При котором был выбран контроллер Simatic S7-300C этот контроллер был выбран по ряду причин экономичности Flash памяти по числу подключяймых дополнительных модулей так как предприятия при расширении может докупать дополнительные модули. Так же фирма Simatic держит лидерские позиции на промышленном рынке что означает что мы получаем качественный а главное защещенный продукт.
При разработки линии были выбраны датчики для каждого участка линии. Я в своем выборе опирался на выбор датчиков от фирмы Метран которая предлагает множество разных и качественных датчиков и блоков питания. Эта фирма уже завоевала доверие клиентов своей простотой и экономичностью. Так же эти датчики работают по HART-протоколу. Поддержка коммуникационного цифрового протокола HART обеспечивает вывод данных в цифровом виде и возможность дистанционной настройки прибора при помощи портативного коммуникатора модели либо персонального компьютера с установленным программным обеспечением Radar Configuration Tool (RCT) или AMS и HART-модемом.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Петров Ю.П. Новые главы теории управления и компютерных вичислений. – СПб.: БХВ-Петербург 2004. – 192 с.
Отделка хлопчатобумажных тканей. В 2 ч. Ч. 2.Оборудование для отделки хлопчатобумажных тканей: Справочник под ред. Н.В. Егорова. – М.: Легпромбытиздат 1991. – 240 с.
Отделка хлопчатобумажных тканей. В 2 ч. Ч. 1. Технология и ассортимент хлопчатобумажных тканей: Справочник под ред. Б.Н. Мельникова. – М.: Легкомбытиздат 1991. – 432 с.
Клюев А.С. Глазов Б.В. Дубровский А.Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергия 1990.
Наладка средств измерения и систем технологического контроля: Справочное пособие Под ред. А.С. Клюева и др. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат1990.
Новогородцев А. Расчет электрических цепей в MATLAB А. Новгородцев. – М: Питер 2004. – 250 с.
Проектирование автоматизированных систем. Методические указания по курсовому проектированию. – Спб.: 2009. – 39 с.
Волощенко А.В. Горбунов Д.Б. Проектирование систем автоматического контроля и регулирования А.В. Волощенко Д.Б. Горбунов; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета 2011. – 108с.