Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

1. Опис установки

Паровий котел - пристрій, призначений для отримання пари (як правило, водяного) з тиском вище однієї атмосфери за рахунок теплоти, одержуваної при згорянні палива або при нагріванні спеціальних пристроїв (тени), а також теплоти відхідних газів і теплоти конденсату (котли конденсатного типу).

Паровий котел являє собою ємність, в якій вода нагрівається і перетворюється в пару. Серце агрегату - це теплообмінник. У ньому вода перед подачею в котельну установку підігрівається газами, що виходять з неї.

Принцип роботи парового котла простий. В його основу покладено теплообмін димових газів, пари і води. За способом пересування теплообмінюючих середовищ котли поділяють на такі типи:

- газотрубні;

- водотрубні;

- комбіновані;

Газотрубні. У сучасній теплоенергетиці застосування газотрубних котлів обмежується тепловою потужністю біля 360 кВт і робочим тиском близько 1 МПа. Справа в тому, що при проектуванні посудини високого тиску, яким є котел, товщина стінки визначається заданими значеннями діаметра, робочого тиску і температури. При перевищенні же зазначених граничних параметрів необхідна товщина стінки виявляється неприйнятно великий. Крім того, необхідно враховувати вимоги безпеки, оскільки вибух великого парового котла, що супроводжується миттєвим викидом великих обсягів пара, може призвести до катастрофи. При сучасному рівні техніки і існуючих вимогах до безпеки газотрубних котлів можна вважати застарілими, хоча поки ще знаходяться в експлуатації багато тисяч таких котлів тепловою потужністю до 700 кВт, що обслуговують промислові підприємства та житлові будівлі.

Водотрубні котли були розроблені у зв'язку з безперервно зростаючими вимогами підвищення паропродуктивності і тиску пари. Справа в тому, що, коли пара й вода підвищеного тиску перебувають в трубі не дуже великого діаметру, вимоги до товщини стінки виявляються помірними і легко здійсненними. Водотрубні парові котли по конструкції значно складніше газотрубних. Однак вони швидко розігріваються, практично безпечні щодо вибуху, легко регулюються відповідно до змін навантаження, прості в транспортуванні, легко переналагоджуються в проектних рішеннях і допускають значну перевантаження. Недоліком водотрубних котлів є те, що в його конструкції багато агрегатів і вузлів, з'єднання яких не повинні допускати підтікання при високих тисках і температурах. Крім того, до агрегатів такого котла, що працює під тиском, утруднений доступ при ремонті.

Водотрубний котел складається з пучків труб, приєднаних своїми кінцями до барабана (або барабанам) помірного діаметру, причому вся система монтується над топкової камерою і полягає в зовнішній кожух. Направляючі перегородки змушують топкові гази кілька разів проходити через трубні пучки, завдяки чому забезпечується більш повна тепловіддача. Барабани (різної конструкції) служать резервуарами води і пари; їх діаметр вибирається мінімальним, щоб уникнути труднощів, характерних для газотрубних котлів.

Комбінований паровий котел може працювати на різних видах палива, і тому такий тип котла дуже поширений у нас час.

Котельні парові агрегати в залежності від принципу руху в них пари і води класифікують на котли з примусовою і природною циркуляцією. В установках з примусовою циркуляцією рух теплоносіїв здійснюється за допомогою спеціальних насосів. У парових котлах другого типу циркуляція відбувається за принципом перепаду густин води і пари.

1.1 Опис технологічного процесу

Принцип технологічного процесу заключається в тому, що коли натиснути кнопку «ПУСК», автоматично відкривається клапан, який заповнює ємність котла водою до верхнього, потім клапан закривається. Після того як клапан закрився, вмикаються тенти, які в свою чергу нагрівають воду до певної температури. Коли вода досягла температури 90?С а пар 26?С, запускається насос, який подає воду і пар. Система працює в трьох режимах:

Режим 1 «РОБОЧИЙ». Система працює з 5.00 до 8.00 години,при цьому температура пари становить 28-30?С.

Режим 2 «ЧЕРГОВИЙ». Система працює з 8.00 до 16.00 години,при цьому температура пари становить 23-26?С.

Режим 3 «НІЧНИЙ». Система працює з 23.00 до 5.00 години,при цьому температура пари становить 14-16?С.

1.2 Типи датчиків та виконавчих механізмів які використовуються в мікропроцесорній системі керування

Автоматичні системи керування сучасним виробництвом - це комплекс складного багаторівневого устаткування, орієнтований на забезпечення максимальної продуктивності й високої якості продукції.

Взаємодія систем керування з технологічними процесами при виробництві продукції, контроль за параметрами, кількістю і якістю продукту здійснюють різні датчики й аналітичне устаткування. Застосування датчиків дає можливість постійно контролювати хід технологічного процесу й оптимізувати його, що поліпшує якість продукції й підвищує конкурентоспроможність виробництва. Зростання цін на енергоносії й матеріали підвищує вимоги до їхнього обліку й ефективного використання, а отже, і в цьому випадку виникає потреба в приладах обліку.

Датчики температури, оптичні датчики й датчики полум'я

Датчики температури - мабуть, один із найпоширеніших типів датчиків. Температуру необхідно вимірювати скрізь: у сталеплавильній печі, хімічному реакторі або у квартирі, в системі опалення. Використовувані в промисловості датчики температури можна розділити за типом вимірювання на контактні й безконтактні датчики температури. Безконтактні датчики використовують принцип вимірювання потужності інфрачервоного випромінювання, що йде від кожного об'єкта, чи то розплавлений метал, чи шматок льоду. Інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі 3-14 мкм від вимірюваного об'єкта потрапляє на чутливий елемент безконтактного датчика температури й перетвориться в електричний сигнал, що потім підсилюється, нормується, а в нових моделях датчиків і оцифровується для передачі мережею.

Безконтактні датчики температури застосовують там, де утруднений доступ до вимірюваних деталей, а також необхідна мобільність і мала інерційність вимірів. Крім того, безконтактні датчики температури незамінні там, де необхідно вимірювати високі температури - від 1500 до 30000С.

До особливого виду ІЧ-датчиків температури можна віднести ІЧ-камери, які дають змогу одержати картину розподілу температури на поверхні вимірюваного об'єкта. Сучасні технології дають змогу створити недорогі камери без охолоджуваних і рухливих частин. Наприклад, прилад ThermoView Ti30 виробництва Raytek, що відтворює зображення в ІЧ-спектрі з роздільною здатністю 160 х 160 крапок і точністю 2% при температурі в діапазоні від 0 до 2500С. Прилад має власну пам'ять зображень і USB-порт для передачі файлів у комп'ютер.

Цікаві також моделі безконтактних датчиків температури, розроблені для вимірювання температури прозорих об'єктів - скла й пластикової плівки, датчики для роботи в запиленому або задимленому середовищі, датчики для вимірювання температури харчових продуктів у холодильних камерах.

Контактні датчики температури - це, насамперед, термопари й термоопори. Основною перевагою цього типу датчиків є висока точність вимірювання і їхня відносна дешевизна. Найбільше застосування одержали термопари хромель-копель (тип L) і хромель-алюмель (тип J). Ці типи термопар забезпечують високу точність і стабільність вимірів у широкому діапазоні температур.

Вимірювання температури термоопором ґрунтується на тому, що такі матеріали, як напівпровідники й метали змінюють свій електричний опір зі зміною температури. Напівпровідникові термоопори (зазвичай, їх називають термісторами), мають середню точність і стабільність показів, однак такі датчики досить дешеві й застосовуються там, де відсутня необхідність у високій точності вимірів. Термоопори ж із металевим чутливим елементом забезпечують високу точність і стабільність вимірів. Як метали для термоопорів використовують платину, мідь, рідше нікель.

Принцип вимірювання кремнієвими датчиками температури ґрунтується на тому, що кремній як напівпровідник значною мірою змінює свій опір з температурою.

Оскільки кремній також застосовується для виробництва інтегральних мікросхем, то такі датчики температури можуть мати схеми посилення й обробки сигналу, схеми цифрових інтерфейсів, що дає змогу прямо під'єднати датчик до комп'ютера або мікропроцесора.

Датчики тиску, датчики складу газу, датчики швидкості потоку й витрати газу

Прилади для вимірювання тиску застосовують майже у всіх галузях промисловості, особливо в машинобудуванні, хімічній, харчовій промисловості й енергетиці. Датчики тиску можна розділити на наступні кілька груп за типом вимірюваного тиску.

Датчики абсолютного тиску. Точкою відліку для них слугує нульовий тиск, тобто вакуум. Такі датчики застосовують переважно у хімічній, харчовій промисловості, у фармацевтиці - там, де параметри технологічного процесу залежать від абсолютного значення тиску. Вимірюваний абсолютний тиск звичайно не перевищує значення 50-60 бар.

Датчики відносного тиску. Покази цих датчиків відлічуються від значення зовнішнього атмосферного тиску. Це найпоширеніший тип датчиків тиску. Датчики відносного тиску вимірюють тиск у системах водопостачання, різних трубопроводах і ємностях.

Датчики диференціального тиску. Датчики мають два входи, і результатом вимірів є різниця тисків між цими входами. Ця різниця може бути як позитивною, так і негативною, однак деякі моделі датчиків диференціального тиску вимірюють тільки однобічні зміни диференціального тиску. Датчики диференціального тиску застосовуються для контролю забруднення фільтрів при фільтрації газів або рідин. Їх використовують як датчики рівня рідини при вимірюванні рівня гідростатичним методом. За допомогою датчиків диференціального тиску вимірюють витрати рідини.

Датчики тиску поділяють за типом використовуваного чутливого елемента. Цей поділ ставить істотні вимоги до галузей застосування датчиків тиску.

Одним з перших типів датчика тиску був датчик із чутливим елементом ємнісного типу.

Такі датчики застосовують, наприклад, у приладах для вимірювання кров'яного тиску. Датчики тиску з ємнісним чутливим елементом мають високу точність вимірів, широкий діапазон і довготермінову стабільність.

Наприклад, датчики тиску серії 3015 виробництва компанії Rosemount мають точність виміру 0,15%, довготермінову стабільність 0,125% протягом п'яти років експлуатації й діапазон 100:1.

Іншим типом датчиків є датчик тиску із чутливим елементом у вигляді мембрани із закріпленими на ній тензодатчиками. Як правило, мембрана виготовляється з нержавіючої сталі або іншого стійкого металу. Тензодатчики звичайно роблять металевими - з манганіну, константану або кремнію.

Недавно стали використовувати датчики тиску з мембраною з кераміки, з п'єзорезистивними датчиками. Датчики з такою мембраною мають більшу довготермінову стабільність показів і високу стійкість до перевантажень за тиском. Розвиток електроніки дає змогу в більшій мірі застосовувати мікропроцесорні технології в системах обробки сигналів датчиків тиску, реалізуючи цифрові інтерфейси виводу інформації з датчиків або їхнє переналаштування за діапазоном. Датчики тиску PF2057 виробництва IFM Electronic мають керамічну фронтальну мембрану, що дає змогу використовувати їх для вимірювання тиску в'язких середовищ і суспензій, а також у харчовій промисловості. Крім струмового виходу 4-20 мА датчик має граничний транзисторний вихід, світлодіодний дисплей і має змогу переналаштовуватися за діапазоном в 4 рази.

Датчики складу газів застосовують у хімічному виробництві для контролю за ходом технологічного процесу, а також для моніторингу стану атмосфери й забезпечення безпеки у виробничих цехах і житлових приміщеннях.

Датчики, що визначають наявність і концентрацію вибухонебезпечних газів, таких як метан, пропан, водень, ацетилен, зазвичай, використовують каталітичний принцип.

У таких пристроях поверхня чутливого елемента покрита тонким шаром каталізатора, роль якого може виконувати, наприклад, платина, палладій або діоксид олова.

Газ, що потрапляє на шар каталізатора, окисляється киснем повітря й викликає додаткове нагрівання цього шару. Зміна температури призводить до появи електричного сигналу, що підсилюється електронною схемою.

Датчики для визначення концентрацій токсичних газів, таких, наприклад, як аміак або сірководень, використовують електрохімічний принцип вимірювання. Газ надходить у ємність, де під дією електричного струму відбувається хімічна реакція. Вибираючи матеріал електродів і розділової мембрани у вимірювальній ємності, а також силу струму, можна домогтися того, що в реакцію буде вступати тільки певний газ, концентрацію якого необхідно виміряти.

Третім типом датчиків газу можна назвати ІЧ-датчики газу. Принцип вимірювання ґрунтується на поглинанні газами певних довжин хвиль ІЧ-діапазону. Той або інший газ поглинає лише певні довжини хвиль і коефіцієнт поглинання пропорційний концентрації газу. ІЧ-датчики газу мають низку переваг: довготермінова стабільність, відсутність чутливості до інших газів, висока точність. Незважаючи на те, що цей тип датчиків був розроблений давно, його широке застосування стримувалося високою вартістю устаткування. З появою нових приймачів і випромінювачів ІЧ-діапазону вартість таких приладів наближається до вартості звичайних датчиків газу.

Датчики витрати, рівня рідини, датчики аналізу рідини

Електронні витратоміри можна чітко розділити за принципом дії, причому кожен тип витратомірів має свої особливості й займає відповідну нішу на ринку.

Коріолісові витратоміри використовують фізичний принцип, відкритий французьким математиком Густавом Коріолісом, який показав, що при русі тіла відносно обертової системи відліку на нього діє сила інерції. У коріолісовому витратомірі розташовані вібруючі трубки, через які йде потік рідини. Частота вібрації пропорційна масовій витраті рідини.

Цей тип витратомірів може працювати як з рідинами, так і з газами, і забезпечує дуже високу точність вимірів. Основний недолік цих приладів - висока вартість.

Електромагнітні витратоміри використовують принцип генерації електричного струму при русі провідника в магнітному полі. Із самого принципу ясно, що електромагнітні витратоміри вимірюють витрату тільки провідних рідин.

Однак висока точність, стійкість до жорстких умов експлуатації, відсутність перепаду тисків і низька вартість приладів робить їх незамінними там, де необхідно виміряти витрату води або продуктів на водній основі. Електромагнітними витратомірами неможливо виміряти витрату непровідних рідин, наприклад нафтопродуктів, однак ці прилади є добрими для вимірювання витрати в'язких рідин або навіть пастоподібних речовин, наприклад йогурту або сиру в харчовій промисловості.

Ультразвукові витратоміри використовують ультразвук для вимірювання швидкості потоку рідини або газу. Витрата обчислюється шляхом вимірювання або часу поширення ультразвуку, або зміни частоти ультразвукових коливань (ефект Доплера). Ультразвукові витратоміри дають змогу вимірювати витрату як газів, так і рідин, незалежно від їхньої електропровідності.

Вихрові витратоміри використовують принцип виміру витрати, який ґрунтується на тому, що навколо зануреного в потік рідини тіла з'являються турбулентні завихрення, частота виникнення яких пропорційна швидкості потоку. Вихрові витратоміри мають середню точність вимірів і не працюють при малих потоках рідини. Однак ці прилади широко застосовуються, наприклад, для виміру витрати пари.

Теплові витратоміри вимірюють перенесення тепла потоком газу або рідини від нагрівача до термочутливого елемента. Теплові витратоміри фіксують масову витрату газів або рідин (у кг/год.), як і коріолісові датчики, на відміну від інших, які вимірюють об'ємний потік (у м3/год.). Ці прилади мають невисоку точність вимірів, однак вони можуть працювати при низьких швидкостях потоку рідин або газів, де інші типи витратомірів недієздатні.

Датчики відстані, наявності предметів, датчики положення й орієнтації

Датчики відстані, положення й наявності посідають центральне місце в автоматизованих складальних виробництвах, лініях з розливу й упакування продуктів - тобто там, де необхідно визначити наявність об'єкта або відстань до нього.

Конкретний тип датчиків вибирається залежно від вимог виробництва.

Індуктивні датчики визначають положення тільки металевих об'єктів. Причому, якщо ранні моделі індуктивних датчиків були чутливішими до деталей із заліза й магнітних матеріалів, то зараз випускаються моделі датчиків, що мають однакову чутливість як до чорних, так і до кольорових металів. Зовсім недавно з'явилися й зворотні датчики - чутливі тільки до чорних металів. Наприклад, модель IGC211 виробництва компанії IFM Electronic. Такі датчики застосовують, наприклад, на конвеєрах, де деталі з латуні або дюралю не повинні давати помилкових спрацьовувань.

При необхідності визначати положення неметалевих предметів вибирають ємнісні, ультразвукові або фотоелектричні датчики. Ємнісні датчики реагують на зміни в електростатичному полі. Такі зміни викликає будь-який предмет - тверда речовина або рідина. Однак відстань, на якій працюють ємнісні датчики, невелика й становить максимум 80 мм. Для вимірювання на більших відстанях використовують ультразвукові датчики, що вимірюють час, за який ультразвук проходить відстань від датчика до об'єкта й назад.

Мабуть, фотоелектричні датчики найбільш різноманітні за своїми характеристиками і сферою застосування, однак їхній принцип роботи однаковий. Випромінюване датчиком світло розсіюється, відбивається або поглинається об'єктом, і ці зміни сприймає фотоприймач. Завдяки тому, що в останніх моделях фотоелектричних датчиків застосовується мікропроцесорна обробка сигналу, вдалося втілити нові функції приладів, серед яких - автоматичне навчання в процесі роботи. Наприклад, для того щоб переналаштувати датчики контрастних міток серії KT5G виробництва компанії Sick немає необхідності зупиняти технологічну лінію, як це робилося раніше.

Переналаштування приладу відбувається в процесі роботи. З іншого боку, багато функцій датчиків, раніше доступні тільки для дорогих моделей, нині стали функціонувати й у дешевших виробах. Прикладом тому є датчики контрастних міток, вартість яких знизилася в 2-3 рази.

2. Вибір та обґрунтування технічних засобів

датчик паровий котел автоматичний

Для курсового проекту було вибрано датчик температури як термопару. Для її вибору довелося перевірити, чи відповідає фактично вимірювані температури діапазону вимірювальних температур датчика. Робочий діапазон температур і температур застосування визначив типом датчика (типом його чутливого елемента), стійкістю до температур захисного чохла. Датчик типу ДТЗ застосовуються для виміру температур не вище 90 ° С.

Упевнився, що вторинний прилад (модуль, контролер і пр.) може працювати з датчиком обраної градуювання (НСХ).

Вибухозахищене виконання. На вибухопожежонебезпечних дільницях рекомендується застосовувати датчики у вибухозахищеному виконанні з маркуванням Ех, наприклад, при вимірах в сильно-запилених або загазованих приміщеннях.

Правильно вибирав довжину занурюваної частини датчика: рекомендую занурити датчик у вимірюване середовище приблизно на дві третини його робочої довжини.

Перевірив відповідність габаритно-приєднувальних характеристик (конструктиву) датчика вимогам посадкового місця. Компанія ОВЕН випускає термоперетворювачі в різних конструктивах, що відрізняються діаметром і кроком різьблення, довжиною і діаметром занурюваної частини і т.д. Наприклад, для вимірювання температур в герметичних ємностях (трубопроводи, автоклави тощо) рекомендується застосовувати датчики з різьбовим кріпленням (моделі 054, 035, 105).

Вибирав конструктив датчика залежно від способу його використання. Наприклад, для вимірювання температури усередині харчових продуктів (ковбаса, риба тощо.) застосовуються датчики із загостреною занурюваної частиною (моделі 174 і 184).

Моделі 124 і 204 застосовуються для екструдерів і термопластавтоматів. Для вимірювання температури повітря застосовуються датчики моделі 125 або 014.

При необхідності ведення вимірювань з мінімальною інерційністю рекомендується застосовувати датчики з мінімальними габаритами, наприклад, моделі 014, 034 або безкорпусні термопари (моделі 011, 021, 031).

Використовуйте для установки занурювані датчиків монтажні гільзи і бобики, полегшить монтаж-демонтаж датчика.

При виборі термопари звернув увагу, що збільшення діаметра термоелектрода підвищує термін служби датчика.

Враховував клас допуску датчика. При необхідності більш високої точності вимірювань рекомендується вибирати датчик з більш високим класом допуску. При використанні двопровідних ліній звязку рекомендується застосовувати високоопірні датчики, наприклад, градуювання Pt1000.

При необхідності установки в датчик нормуючого перетворювача типу «таблетка »необхідно вибирати датчик з комутаційною голівкою збільшеного типорозміру (інакше нормуючий перетворювач не ввійде в головку).

При роботі з температурами понад 90 ° С застосовуйте датчики з металевими комутаційними головками.

Підключення термоопору рекомендую проводити за провідною схемою, при цьому перетину сполучних проводів повинні бути рівні а опір лінії не повинно перевищувати 15 Ом. При цьому можна використовувати звичайний мідний кабель. А для термопар необхідно застосовувати спеціалізований термокомпенсаційний кабель в залежності від НСХ термопари. Для зменшення похибки вимірювань при великій довжині лінії зв'язку рекомендується використовувати датчики з вбудованим нормуючим перетворювачем.



Рисунок 1 Термоперетворювач (термопара) дТП 015

Датчиком рівня було обрано поплавковий датчик рівня (рис.2). Він один з найдешевших і, разом з тим, надійних пристроїв для виміру рівня рідин. Поплавкові датчики рівня ОВЕН ПДУ можуть використовуватися для контролю рівня самих різних продуктів, наприклад стічних вод, хімічно агресивних рідин або харчових продуктів. Поплавкові датчики рівня стійкі до піні і бульбашок в рідині і можуть працювати з в'язкими рідинами.

Датчики рівня ОВЕН ПДУ застосовуються для виміру як поточного, так і граничного (максимального чи мінімального) рівня рідини.

Приклад області застосування поплавкових датчиків - контроль рівня рідини в транспортних засобах. Перш за все, це завдання з контролю обсягу палива в важкій техніці: вантажівках, екскаваторах, тепловозах. Тут датчики рівня працюють в умовах сильної вібрації і хвилювання на поверхні рідини. Для усунення впливу цих факторів поплавковий датчик поміщають в спеціальну демпферну трубу, діаметром трохи більше, ніж діаметр поплавка.

Конструкція датчика дуже проста. Датчик має поплавок, що пересувається по вертикальному штоку. Усередині поплавця знаходиться постійний магніт, а в штоку, що представляє собою порожню трубку, знаходиться геркон. Герконовий контакт спрацьовує при наближенні магніту.

Якщо установка датчика зверху ємності неможлива, то поплавковий датчик рівня можна вмонтувати в стінку ємності. У цьому випадку поплавок з магнітом кріпиться на шарнірі, а герконовий вимикач в корпусі датчика.

Такі датчики спрацьовують, коли рідина досягає поплавця і призначені для сигналізації граничного рівня.

Датчик можуть працювати при температурах до 100° С в хімічно агресивних середовищах. Матеріал - нержавіюча сталь (12X18H10T).

Слід пам'ятати, що датчик рівня поплавкового типу не підходять для вимірювання липких і засихають рідин, рідин з механічними включеннями, а також у разі замерзання рідини.

Рисунок 2 Датчик рівня рідини (поплавковий) ПДУ 1.1

В якості насосу було вибрано фланцевий циркуляційний насос (рис.3), який призначений для застосування в опалювальних системах закритого чи відкритого типу з примусовою циркуляцією теплоносія.

Циркуляційний насос для гарячої або холодної води в лінію роз'єму, відповідний для безпосередньої установки на труби в цивільному і промислового опалення, кондиціонування, охолодження та внутрішніх водних систем.

На відміну від насосів з мокрим ротором, в цих насосах рідина не стикається з мотором. Циркуляційні насоси JL мають всмоктуючий і напірний патрубки на одній осі і мають однаковий умовний прохід. Насоси циркуляційні JL оснащуються стандартними фланцевими електродвигунами з повітряним охолодженням.

Характеристика

- Циркуляційні насоси опалення JL мають унікальний двигун, спеціально розроблений для цієї моделі, а також поліпшену конструкцію, яка відповідає міжнародним стандартам;

- Циркуляційні насоси опалення JL мають компактні розміри і невелику вагу, що дозволяє встановлювати їх безпосередньо на трубопроводі систем опалювання або водопостачання;

- Циркуляційні насоси опалення JL мають запатентоване робоче колесо, яке забезпечує невисоке енергоспоживання з високими гідравлічними характеристиками;

- Вал насосів виготовляється з нержавіючої сталі AISI 304;

- Торцеве ущільнення валу виключає витік рідини;

- Насоси мають герметичний корпус електродвигуна, що дозволяє використовувати їх без захисту від попадання вологи;

- Температура робочого середовища відцентрового одноступінчатого насоса серії JL від -15? C до 120? C, в стандартному виконанні.

Рисунок 3 Фланцевий циркуляційний насос JL

Для увімкнення і вимкнення подачі води у схемі проекту я використав нормально закритий електромагнітний клапан (вентиль) моделі 21H9KB190(рис.4). Він підходить за своїми характеристиками і цілком задовольняє вимоги.

Технічні характеристики:

Приєднувальний розмір ...............G3/4 "(DN20)

Робоча температура ......................-10-90?C

Максимальний тиск на вході ....... 16 bar

Мінімальний перепад тисків .........0,1 bar

Максимальний перепад тисків ......16 bar

Рисунок 4 Електромагнітний клапан (вентиль) 21H9KB190

Для нагрівання води в процесі отриманні пари я застосовую спеціальний нагрівач - ТЕНи трубчасті (рис.5). Для нагрівання води ТЕНи встановлюються в нижній частині ємкості катла. Дана характеристика ТЕНа цілком задовольняє вимоги що до технологічного процесу. Його потужність становить близько 1100Вт. а напруга 230В.

Рисунок 5 ТЕН трубчастий

3. Розробка структурної схеми

Для реалізації керування процесом приготування пари знадобиться портативний комп'ютер, промисловий контролер Mitsubishi б 2, та спеціальний кабель для їх з'єднання RS 232 CAB.

Для управління процесом потрібно щоб на портативному комп'ютері було встановлено відповідне програмне забезпечення. В моєму випадку це середовище для програмування контролера Mitsubishi б «Alpha programming».

Кабель RS 232 CAB мені потрібен для під'єднання контролера до портативного комп'ютера.

Зображення цього підключення можна побачити на структурній схемі.

4. Вибір типу контролера

У даному процесі доцільно застосувати програмований логічний контролер компанії Mitsubishi серії Alpha, Alpha2.

Мікроконтролери сімейства Alpha представляють собою невеликі компактні прилади, що поєднують в одному корпусі входи і виходи, центральний процесор, пам'ять, електроживлення та графічний РК дисплей. Контролери Alpha програмуються майже інтуїтивно, за допомогою безкоштовного програмного забезпечення AL-PCS/WIN.

Одна з найпопулярніших серій контролерів Mitsubishi Electric це контролери ALPHA 2 (XL) . Контролери Альфа володіють чудовими технічними можливостями і невисокою вартістю. Контролери знаходять широке застосування в невеликих задачах автоматизації, де використання комплекту з окремих елементів релейної автоматики не відповідає сучасним вимогам, а застосування потужних багатоканальних ПЛК надлишкове. Створення рішень на базі єдиного логічного модуля дозволяє значно скоротити витрати на створення системи управління, підвищити її гнучкість, спростити монтаж і тиражування, а також мінімізувати займаний простір.

У базовій конфігурації контролери ALPHA 2 забезпечуються процесором, незалежною пам'яттю, вбудованою системою програмування, панеллю управління, каналами дискретного і аналогового введення і каналами дискретного виводу.

Розмір енергонезалежній пам'яті робочої програми контролера становить 200 функціональних блоків, що дозволяє реалізовувати досить складні алгоритми управління.

Для створення робочої програми в розпорядженні користувача знаходиться більше 40 готових функціональних блоків, у тому числі: логічні і арифметичні операції, реле часу, таймери, лічильники прямого і зворотного відліку, тригер Шмідта, ПІД-регулятор, ШІМ модулятор і т.д. Зручне обслуговування.

Для прямого програмування та оперативного обслуговування контролер оснащений панеллю керування, яка включає в себе 8 функціональних клавіш і дисплей з підсвічуванням (12 символів, 4 рядки). Функціональні клавіші забезпечують зручну навігацію по меню і введення даних. На дисплеї контролера можуть відображатися текстові повідомлення, значення змінних і редаговані установки.

Можливості обробки аналогових сигналів . У модифікацій контролерів ALPHA 2, що мають живлення 24В DC, шість / вісім каналів вводу є універсальними і можуть використовуватися або для перетворення аналогових сигналів 0 ... 10 В, або для введення дискретних сигналів 24 В DC. Для прямого підключення до контролера термометрів опору Pt100 або термопар типу К (згідно з ГОСТ Р50431-92 ТХА) пропонуються 2 канальні нормалізатори AL2PT-ADP, AL2TC-ADP.

Віддалене управління і моніторинг. Для завдань віддаленого управління і моніторингу об'єктів, розподілених на значній території, передбачена можливість прямого підключення до ALPHA 2 звичайних модемів, а також модемів працюють у стандарті GSM.

Віддалене керування здійснюється шляхом передачі на контролер команди у вигляді SMS-повідомлення або заданої кількості викликів з певного номера. По отриманню команди, контролер видає керуючий сигнал, наприклад, включає або вимикає виходи. Для підтвердження виконання команди, може висилатися SMS повідомлення.

Функція автоматичної розсилки SMS повідомлень при зміні стану регістрів контролера, дозволяє успішно використовувати ALPHA 2 для моніторингу віддалених об'єктів.

Спрощене програмування для зручності програмування пропонується повністю русифіковане безкоштовне програмне забезпечення AL-PCS/WIN (скачати) з простим і зрозумілим інтерфейсом.

У даному програмному забезпеченні реалізована концепція "три в одному "дозволяє: - програмувати контролер; - проводити налагодження програми в режимі імітації; - здійснювати візуалізацію процесу.

Контролерів серії Alpha 2 існує кілька типів. Для даної задачі доцільно використати контролер AL2-14MR-D. Цим процесом буде керувати мікропроцесорний логічний контролер. Для того щоб вибрати модель контролера і його конфігурації я визначив перелік технічних засобів автоматизації, які будуть використовуватися для реалізації алгоритму управління. Я визначив усі вхідні та вихідні сигнали що надходять з сигналізаторів чи відсилаються на виконавчі механізми. Для того щоб правильно вибрати модель контролера і його конфігурації, я створив функціональну схему автоматизації яка наведена на рисунку 11. Розшифрування застосованих позначень наведена в таблиці № 1.

- Конструкція: Модуль, Монтаж на DIN рейку, Пластиковий корпус

- Кількість каналів аналогових входів: 6

- Діапазон вхідного сигналу за напругою: 0... 10 В

- Вхідний опір при вимірі напруги: 142 кОм

- Розрядність АЦП: 9 біт

- Кількість каналів дискретного входу: 8

- Кількість каналів дискретного виводу: 6 (реле)

- Індикатори: рідкокристалічний індикатор, функціональна клавіатура

- Роз'єми: Гвинтові клеми

- Напруга живлення: +24 В

- Споживана потужність: 7.5 Вт

- Ширина: 124 мм Висота: 90 мм Глибина: 55 мм

- Робоча температура: -10 ... + 55 ° С

- Температура зберігання: -30 ... +70 ° С

Даний контролер підходить за наявністю і кількістю:

- аналогових входів (для датчику температури, датчику рівня та двох датчиків тиску);

- дискретних виходів - (для п'яти клапанів, одного насосу і світлового індикатору).

5. Розробка схеми електричного підключення

Підключення кнопок:

Кнопка має два контакти і є вхідним дискретним сигналом, тому я підключаю одну ніжку на вхідний роз'єм контролера, а іншу на мінус живлення. В схемі я використав п'ять кнопок. Кожна з яких відповідає за свій режим роботи. Кнопки:SB1 «ПУСК», SB2 «СТОП», SB3 «РЕЖИМ 1», SB4 «РЕЖИМ 2», SB5 «РЕЖИМ 3».

Рисунок 6 Підключення кнопок

Підключення датчиків:

В схемі я використав датчики рівня, який має дискретний сигнал та датчик температури. Датчик рівня має два контакти і тому один його вивід я підключив до плюса, а другий на вхід контролера. Датчики температури підключив через модуль, який перетворює аналоговий сигнал у дискретний.



Рисунок 7 Підключення датчиків

Підключення насоса:

Для того щоб підключення насос, я використав частотний перетворювач. В данному проекті я використовую перетворювач VC 8200. Він має на вході дві клеми живлення та дві клеми підключення. Клеми підключення підключаються до вихідних розємів контролера, а клеми живлення до блока живлення. Також частотний перетворювач має чотири вихідні клеми, в які підключаються три фази двигуна, та маса.

Рисунок 8 Схема підключення насоса

Підключення нагрівачів:

Для підключення нагрівачів мені знадобилися модулі, які мають чотири входи та два виходи. Перші два входи ідуть на живлення а інші два на вихід контролера.

Рисунок 9 Схема підключення нагрівачів

Підключення клапана:

Клапан має три виводи, тому для його підключення знадобився клемний блок який має два входи, які йдуть на живлення і два на вихід контролера, та три виходи до яких під'єднується клапан.

Рисунок 10 Схема підключення клапана

6. Розробка програми для мікроконтролера

Для запуску робочого циклу програми потрібно натиснути кнопки «ПУСК», після чого відкривається клапан К1 і вода заповнює ємність котла до верхнього рівня LE. Після того як рідина досягла верхнього рівня, клапан закривається, потім вмикаються нагрівачі(тени:Т1,Т2,Т3),які нагрівають воду до 90 оС. Після того як температура води в котлі досягне температури 90оС, а температура води для подачі гарячої води в систему досягне 26оС, вмикається насос М1.

Система працює в трьох режимах:

Режим1. Робочий час з 5.00 до 8.00 години, при цьому температура води в системі становить 28-30 оС.

Режим2. Робочий час з 8.00 до 16.00 години, при цьому температура води в системі становить 23-26 оС.

Режим3. Робочий час з 23.00 до 5.00 години, при цьому температура води в системі становить 14-16 оС.

Для завершення робочого циклу системи потрібно натиснути кнопку «СТОП».

Размещено на Allbest.ru