Автоматизация технологических установок и агрегатов химической и пищевой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью выполнения курсового проекта по дисциплине «Технические устройства автоматизации» является закрепление и углубление знаний по приборам и средствам автоматизации, и развитие навыков применения этих знаний при решении практических задач автоматизации производственных процессов химической и пищевой промышленности. Конкретными задачами проектирования является приобретение навыков и разработки систем автоматизации технологических установок и агрегатов химической и пищевой промышленности и подготовке к выполнению дипломного проекта.

1. Описание функциональной схемы автоматизации процесса приготовления осадительной ванны и выбор ТУА

Смотреть схему МГУП 1530101 317025 - АТХ.

Из всех процессов приготовления производственных растворов для мокрой части целлофановой машины наиболее сложным является приготовление осадительной ванны заданного состава. В процессе приготовления необходимо добавлять в ванну определенное количество серной кислоты и отводить из нее избыток сульфата натрия и воды.

Процесс формования целлофана из вискозного раствора протекает в первых двух барках целлофановой машины, куда поступает приготовленная осадительная ванна. Основной процесс формования происходит в барке Ia, а барка Iб играет вспомогательную роль: через нее выводится излишек ванны из системы (на кристаллизацию и т. д.). Термометр сопротивления ТР1-В (поз.1а) измеряет температуру в барке 1б, сигнал сопротивления преобразуется в аналоговом преобразователе температуры Т91.20-143 (поз. 1б), а затем сигнал 4…20 мА поступает в электропневматический преобразователь EPTA-S0 (поз. 1в) откуда пневматический сигнал поступает на вторичный (поз.1г) и регулирующий (поз. 1д) блок-системы «Старт», которая в свою очередь регулирует положение пневматического поршневого клапана ВКСР (поз. 1е). Отработанная ванна с излишками воды и сульфата натрия и недостатком кислоты направляется в смеситель II для повышения концентрации серной кислоты, откуда направляется в фильтр-барку IV для очистки от побочных продуктов формования. Расход перед смесителем II измеряет электромагнитный расходомер Эмис-Маг 270 (поз. 3а), который передает сигнал 4…20 мА на регистратор многоканальный регулирующий РМТ-19 (поз. 3б), он в свою очередь отправляет сигнал на регулируемый клапан ВКСР (поз. 3г). Из фильтр-барки часть ванны подается насосом в выпарной аппарат на выпаривание излишка воды, а часть через подогреватель - в напорный чан и затем на целлофановые машины. Емкостной измеритель уровня Nivelco (поз. 2а) передает сигнал 4…20 мА на регистратор многоканальный регулирующий РМТ-19 (поз. 2в), который в свою очередь регулирует клапан ВКСР (поз. 2г). Плотномер DT-301 (поз. 4а) совершив измерение подает сигнал 4…20 мА на регистратор многоканальный регулирующий РМТ-19 (поз. 4в), который регулирует клапан ВКСР (поз. 4г). Концентрацию серной кислоты измеряет кондуктометр-концентратомер анализатор АЖК-3101 (поз. 5а) сигнал 4…20 мА, которого поступает на регистратор многоканальный регулирующий РМТ-19 (поз. 5в) затем регулирующий сигнал поступает на клапан ВКСР (поз. 5г). Упаренный раствор из выпарного аппарата поступает в смесительный бачок III, где смешивается с ванной из смесителя. Уровень в выпарном аппарате VI измеряет емкостной измеритель уровня Nivelco (поз. 7а), далее его сигнал 4…20 мА поступает на регистратор многоканальный регулирующий РМТ-19 (поз. 7б), который в свою очередь регулирует положение клапана ВКСР (поз.7в).

Управление двигателем М1 производится кнопочным постом ПКУ 15-21-121(поз. 6а), а также кнопочным постом ПКУ 15-21-121 (поз. 6б), установленным на щите, которые передают сигнал на магнитный пускатель ПМЛ 2200 (поз. 6в) для запуска двигателя.

Основными регулируемыми величинами осадительной ванны являются концентрация серной кислоты и сульфата натрия. Колебания концентраций компонентов осадительной ванны с процессом формования пленки в целлофановой машине. Причиной колебания концентраций может быть изменение состава вискозы, производительности машины и др.

Изменения параметров отработанной осадительной ванны из-за указанных причин нескачкообразны и сравнительно легко компенсируются системой управления. Однако наблюдаются глубокие скачкообразные возмущения, вызванные изменением производительности целлофанового цеха из-за ввода или остановки целлофановой машины.

К возмущающим воздействиям следует отнести также наблюдаемые на практике изменения концентрации кислоты, подаваемой на укрепление ванны, а также изменение параметров греющего пара. Как уже говорилось, система управления должна работать таким образом чтобы пополнять убыль серной кислоты и удалять избыток воды и сульфата натрия.

Согласно схеме, система управления осуществляет пять регулирующих воздействий:

1) подачу концентрированной кислоты для стабилизации концентрации серной кислоты;

2) пара в выпарной аппарат;

3) осадительной ванный во вторую барку целлофановой машины с целью вывода ее из циркуляции;

4) осадительной ванны для регулирования уровня раствора в выпарном аппарате;

5) упаренной ванны для регулирования уровня раствора в фильтр-барке.

Таблица 1.1 - Технические устройства автоматизации

2. Описание программной пневматической САР температуры, выполненной по сосредоточенной структуре с одним РЗ

Смотреть схему МГУП 1530101 317025 - ПЗ.

Выбранная аппаратура функционирует в двух различных режимах: в режиме ручного дистанционного управления (РДУ) и в режиме автоматического регулирования (А).

Режим РДУ обеспечивается тем, что кнопки отключить (ОТК) и ручное регулирование (р) в станции управления (СтУ) будут находиться в нажатом положении. В этом случае пневмоконтакт 1 займет такое положение, при котором сжатый воздух под давлением 140 кПа из линии питания поступит (через штуцер 6, пневмоконтакт 1 и штекер 3) к отключающему реле регулирующего устройства (РУ), что вызовет отключение этого устройства (запирание выхода) от исполнительного устройства (ИУ); пневмоконтакт 2 займет положение, при котором будет обеспечен проход пневматического сигнала от ручного задатчика (РЗ) к ИУ, а также к измерительному механизму ИМ3 вторичного измерительного прибора (ВИП) и параллельно (через штекер 1) в выходную линию РУ; пневматический контакт 3 займет положение, при котором пневматический сигнал от РЗ будет поступать (через штекер 5) в камеру задания РУ и параллельно к измерительному механизму ИМ2 ВИП. Управление ходом технологического процесса (ТП) в этом режиме будет осуществляться оператором вручную (дистанционно) с помощью РЗ, установленного в СтУ ВИП.

Контроль (показание или показание и запись на ленточной диаграмме) текущего значения регулируемой величины как в режиме РДУ, так и в режиме автоматического регулирования (А) осуществляется датчиком (Д) и измерительным механизмом ИМ1 ВИП. При этом выходной пневматический сигнал датчика, поступающий (через штуцер 7) к ИМ1, параллельно (через штекер 2) подается в измерительную камеру РУ.

Режим А обеспечивается следующим образом. При переводе аппаратуры САР из режима РДУ на режим А должна быть проведена промежуточная операция по доводке сигнала задания до сигнала текущего значения регулируемой величины в момент переключения. Необходимость проведения этой операции обусловливается требованием безударного перевода аппаратуры САР из режима РДУ на режим А. Для этого нажимается кнопка А (кнопка Р при этом автоматически отпускается), что вызывает размыкание пневмоконтакта 2; кнопка ОТК остается нажатой. В таком положении кнопок выходной сигнал РЗ подается только в камеру задания РУ (значение сигнала контролируется измерительным механизмом ИМ2), подача выходного сигнала РЗ к ИМ прекращается, последний остается в состоянии запоминания достигнутого положения.

После того как сигнал задания будет доведен (вручную) до сигнала текущего значения регулируемой величины, аппаратура САР может быть переведена из режима РДУ на режим А. Для этого должна быть нажата кнопка ВКЛ (кнопка ОТК при этом автоматически отпускается), что вызывает переключение пневмоконтакта 1 в такое положение, при котором камера отключающего реле РУ сообщится (через штекер 3 и пневмоконтакт 1) с атмосферой и этим будет обеспечено прохождение пневматического сигнала с выхода РУ к ИМ, т.е. будет включен в работу регулятор; текущее значение выходного сигнала РУ контролируется измерительным механизмом ИМЗ, шкала которого отградуирована в процентах открытия РО.

Таким образом, при нажатых кнопках ВКЛ и А аппаратура САР работает в режиме А.

Перевод аппаратуры САР из режима А на режим РДУ (при неаварийной ситуации) сопровождается выполнением второй промежуточной операции, суть которой сводится к установлению выходного сигнала РЗ равным выходному сигналу РУ в момент переключения. Необходимость выполнения этой операции обусловливается также требованием безударного перевода аппаратуры САР из режима А на режим РДУ. Для этого при нажатой кнопке А нажимается кнопка ОТК и вращением рукоятки РЗ производится уравнивание сигналов. После этого нажатием кнопки Р аппаратура САР переводится на режим РДУ (кнопка А при этом автоматически отпускается).

При аварийной ситуации, например при выходе из строя РУ, перевод аппаратуры САР из режима А на режим РДУ осуществляется без выполнения операции выравнивания выходных сигналов РЗ и РУ.

Программная САР отличается от стабилизирующей тем, что в ней заданное значение регулируемой величины в процессе регулирования остается постоянным, как в стабилизирующей, а изменяется по заранее установленной программе, являющейся функцией времени.

Формирование программы изменения сигнала задания часто осуществляется программным задатчиком, выходной сигнал которого изменяется вследствие вращения кулачка с заранее выбранным профилем, воздействующего на пневмопреобразователь. Формирование более сложной программы изменения сигнала задания может быть осуществлено с помощью пневматических вычислительных устройств.

Для облегчения условий наладки, включения в работу и длительной эксплуатации аппаратуры к пневматическим программным САР предъявляются специальные требования по обеспечению возможности поэтапного ввода в работу отдельных блоков и устройств. Эти требования сводятся к тому, что в программной САР должна быть установлена трехрежимная станция управления, с помощью которой отдельные блоки и устройства могли бы последовательно переводиться из режима РДУ на режим автоматической стабилизации (режим А) и далее на режим программного регулирования (режим П).

Учитывая, что вторичные измерительные приборы комплекса ”Старт” оборудованы универсальными станциями управления, позволяющими строить как стабилизирующие, так и программные САР, выполняемые на базе этих станций программные САР отличаются от стабилизирующих лишь тем, что в них кроме ручного (стабилизирующего) задатчика дополнительно устанавливается программный задатчик и осуществляется контроль текущего значения выходного сигнала этого задатчика.

Сравнивая ее с одноконтурной стабилизирующей САР, увидим, что разница между ними состоит лишь в том, что в программной САР дополнительно установлен программный задатчик (ПЗ), а ВИП содержит четвертый измерительный механизм ИМ4, предназначенный для контроля текущего значения выходного сигнала программного задатчика.

Работа аппаратуры в режимах РДУ и А в программной САР не отличается от работы ее в этих режимах в стабилизирующей САР. Перевод аппаратуры из режима А на режим П осуществляется нажатием кнопки П в кнопочном переключателе. Эта операция производится в момент, когда выходной сигнал программного задатчика равен сигналу РЗ. Тогда после нажатия кнопки П автоматически отпускается кнопка А, и пневмоконтакт 3 переключается в положение, при котором камера задания РУ соединяется (через штекер 5, пневмоконтакт 3 и штуцер 8) с выходом ПЗ, что обеспечивает работу аппаратуры САР в режиме программного регулирования.

Переключение аппаратуры из режима П на режим А или РДУ сопровождается выполнением промежуточных операций, во время которых корректируется выходной сигнал РЗ (как в стабилизирующей САР). Эти операции выполняются при выключенном РУ (при нажатой кнопке ОТК).

В программных САР рекомендуется применять РУ, отрабатывающие ПИ- или ПИД-закон регулирования, поскольку они не допускают остаточного отклонения регулируемой величины при изменении нагрузки регулируемого объекта.

Условия наладки и эксплуатации аппаратуры одноконтурной программной САР могут быть существенно улучшены при установке в ней станции управления с двумя РЗ.

3. Описание электрической схемы дистанционного управления ИМ запорного органа с принудительным уплотнением при закрытии

Смотреть схему МГУП 1530101 317025 - ЭЗ.

Такие схемы широко применяют для дистанционного управления запорными вентилями, требующими принудительного «дожатия» при закрытии. В этой схеме размыкание в цепи питания катушки пускателя КМ2 при закрытии производится не контактами конечного выключателя, а контактами SQ4 (КВМ3) муфты крутящего момента.

При подаче импульса на закрытие пускатель КМ2 получает питание через собственный контакт и параллельно включенные контакты конечного выключателя SQ3 (КВ3) 7-8 и муфты крутящего момента SQ4 (КВM3) 1-2. Перед полным закрытием запорного органа размыкаются контакты SQ3 (КВ3) 7-- 8. Катушка пускателя КМ2 при этом остается включенной через контакты SQ4 (KВM3). При достижении необходимой плотности закрытия запорного органа момент сопротивления на валу становится больше предельного крутящего момента муфты, муфта срабатывает и кратковременно размыкает контакт SQ4 (КВМ3) 1--2. Цепь катушки пускателя КМ2 при этом размыкается и ИМ останавливается.

Контакты конечного выключателя SQ3 (КВ3) 7-8 включены параллельно контактам SO4 (KBМ3) 1--2, чтобы избежать остановки ИМ в промежуточном положении при случайных заеданиях запорного органа.

Отключение электродвигателя при заклинивании запорного органа в промежуточном положении осуществляется тепловым расцепителем автоматического выключателя SA, установленного в силовых цепях электродвигателя. Для предотвращения ошибочной подачи команды на закрытие уже полностью закрытого запорного органа, что может привести к его поломке, в цепь подачи импульса на закрытие включены контакты конечного выключателя SQ2 (КВЗ) 10-12.

Схемы управления запорными органами, в которых для принудительного уплотнения при закрытии вместо муфты предельного момента используется реле максимального тока, строятся аналогично, только вместо контактов SQ4 (КВМ3) муфты устанавливаются размыкающие контакты токового реле. Эти контакты размыкают цепь питания катушки пускателя КМ2 при значении тока, протекающего через электродвигатель, выше номинального.

В схемах автоматического управления для исключения срабатывания реле максимального тока при пуске электродвигателя необходимо вводить дополнительные реле (в том числе реле времени) для того, чтобы шунтировать на время пуска размыкающий контакт реле максимального тока. автоматизация осадительный пневматический поршневой

4. Расчет пневматического поршневого исполнительного механизма

Данные для расчета:

- перестановочное усилие в конце прямого хода штока N_пс.п =265 кгс/смІ;

условный ход штока S_у =19 мм;

давление питания исполнительного механизма p_пит = 6,3 кгс/смІ;

уплотнение поршня бронзовыми кольцами со смазкой ширина кольца 0.3 см, количество колец 3;

движение штока при прямом ходе - вверх.

Расчет

1. Задаемся коэффициентом нагрузки k, учитывающим силу вредного сопротивления, значение которого находим по таблице 4.1, принимаем k = 1,19

Таблица 4.1 - Значения коэффициента нагрузки k

2.Определяем приближенное значение усилия, развиваемого поршнем

N_пор = k*N_пс.п + N_п.к = 1,19 •265 = 315,35 кгс,

где N_п.к - усилие, развиваемое пружиной в конце прямого хода, принимаемое обычно равным 0,4 N_пс.п.

Усилие N_п.к учитывают только при расчете пружинных механизмов.

3. Задаемся давлением в выхлопной полости механизма (только при расчете механизмов двустороннего действия), значение которого при отсутствии подпора на выхлопе рекомендуется принимать p_в = 0,2 ч 0,6 кгс/смІ, причем большее значение соответствует большим значениям p_пит. Примем значение p = 0,5 кгс/см².

4. Определяем предварительное значение диаметра поршня

D = 1,15 ?N_пор/p_пит - p = 1,15*? 315,35/ 6,3 - 0,5 = 7,6 см.

Полученное значение D округляем до ближайшей, большей величины по ГОСТ 6540-68, принимаем D = 100 мм.

5. Вычисляем диаметр штока по соотношению d = (0,25 ч 0,4) D = 0,25•100 = 25 мм.

Полученное значение d округляют до ближайшей, большей величины по ГОСТ 6540-68, причем большее значение принимают для меньших значений D. При этом следует иметь в виду, что для пружинных механизмов S_у ? 1,5D, а для беспружинных S_у ? 12D. При S_у > 10D необходимо произвести расчет штока на устойчивость, принимая его за стержень, жестко закрепленный одним концом.

6 Определяем сумму сил вредного сопротивления N_т.м

Место потерь на трение- уплотнение поршня и штока круглыми бронзовыми кольцами.

Поршень:

N_т.м = рµс2bnD = 3,14? 0,15? 7? 0,3• 3• 10 = 29,7 кгс.

Шток:

N_т.м = рµс2bnd = 3,14? 0,15? 7 ?0,3• 3• 2,5 = 7,4 кгс,

Nт.м = 29,7 + 7,4 = 37,1 кгс,

где µ - коэффициент трения, для резины µ= (0,10 ч 0,20), принимаем µ= 0,15;

с₂ - радиальное давление кольца, ориентировочно с₂ = 7 кгс/смІ;

b - ширина кольца, в см;

n - число колец.

7. Находим эффективную площадь поршня

Для бесштоковой области:

F_Э =0,785DІ =0,785 •10І = 78,5 смІ.

Для штоковой полости:

F_Э =0,785(DІ - dІ) = 0,785 (10І - 2,5І) = 73,5 смІ.

8. Находим усилие противодавления на выхлопе

N_В =p_вF_Э = 0,5• 73,5 = 36,8 кгс.

9. Определяем уточнённое значение усилия, развиваемого поршнем

N_пор = N_пс.п + N_т.м + N_в = 265 + 37,1 + 36,8 = 338,9 кгс.

Уточнённая величина нагрузки на поршне без учёта усилия противодавления

(N_пор - N_в) = 338,9 - 36,8 = 302,1 кгс.

(N_пор - N_в) отличается от предварительного значения N_пор на 10,9 %, следовательно, перерасчёта не требуется.

Если уточнённое значение N_пор без учёта N_в отличается более чем на 15% от значения N_пор, то расчёт необходимо повторить, принимая уточнённое за исходное значение.

Заключение

В ходе курсового проекта по дисциплине «Технические устройства автоматизации» закрепили, а также углубили знания по приборам и средствам автоматизации. Развили навыки применения этих знаний при решении практических задач автоматизации. Особое внимание было уделено техническим устройствам автоматизации для измерения и регулирования температуры в данном технологическом процессе. Построили и привели описание таких схем, как: функциональная схема автоматизации процесса приготовления осадительной ванны, также подобрали технические устройства автоматизации; программная пневматическая САР температуры, выполненной по сосредоточенной структуре с одним РЗ; электрическая схема дистанционного управления ИМ запорного органа с принудительным уплотнением при закрытии. А также произвели расчет пневматического поршневого исполнительного механизма.

Список использованных источников

1. Грищенко А.З. Автоматическое управление в производстве химических волокон. - М.: Химия. - 295 с.

2. Прусенко В.С. Пневматические системы автоматического регулирования технологических процессов. - М.: Машиностроение, 1987. - 360 с.

3. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие / Под ред. А.С. Клюева - М.: Энергоиздат, 1989. - 368 с.

4. Емельянов А.И., Емельянов В.А. Исполнительные устройства промышленных регуляторов. - М.: Машиностроение, 1985. - 225 с.

Размещено на Allbest.ru