Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Объём дозы - 350 см ³

Тип усилителя - РУП.1М

Диаметр трассы м

Длина трассы м

МПа

МПа

Проводимость дросселя - прямая

Вид управления - дистанционное

Содержание

Введение

Описание структурной и принципиальной схем

Расчет динамических характеристик канала управления дозатором

Расчет частоты колебаний простейшего генератора прямоугольных импульсов

Согласование параметров генератора и параметров ЧИД

Описание конструктивного решения

Выводы по работе

Список использованных источников

Приложения

Введение

Решение задачи оперативного технического перевооружения промышленности связано с задачами по развитию науки и ускорению научно-технического прогресса, призванных обеспечить разработку и реализацию целевых комплексных программ по решению важнейших научно технических проблем. В связи с этим особое значение и актуальность приобретает разработка нового автоматического оборудования и технических средств автоматизации производственных процессов, что часто имеет место при создании гибких авторизованных производств при отсутствии возможности применения стандартных технических систем. В химической промышленности наиболее часто встречается задача автоматического управления технологическим объектом от ЭВМ, микропроцессора, микроконтроллера или регулятора. В этом случае, исходя из специфических свойств объекта управления или требований регламента, наряду с применением стандартных технических средств часто требуется разработка новых нестандартных устройств или отдельных блоков.

Описание структурной и принципиальной схемы

Регулирующее воздействие в виде управляющего давления МПа подаётся на управляемый генератор импульсов УГИ пневматического аналого- частотного преобразователя ПАЧП, где преобразуется в частоту f. Необходимая длительность импульсов УГИ формируется импульсатором ИМП, усиливается усилителем мощности УМ и по импульсной трассе ИТ передаётся на исполнительное устройство частотно - импульсного дозатора преобразующего импульсы командного давления Р_К - в фиксированные объёмы доз V_0.

Время выдачи каждой дозы, определяемое параметрами, должно быть меньше длительности командных импульсов формируемых ПАЧП.

В качестве ПАЧП может применяться простейший управляемый генератор импульсов.

Рис. 2 Принципиальная схема простейшего генератора импульсов

Простейший генератор пневматических импульсов построен на основе мембранного пневмореле ПIР.I (рис. 2) системы УСЭППА и апериодического звена, состоящего из дросселя R и ёмкости V₀, включённого в обратную связь реле. Работает генератор следующим образом. В пневмокамеру В реле подаётся давление подпора Р_П. В начальный момент времени t_I, под действием давления подпора Р_П в камере В подвижный мембранный блок реле опускается вниз и открывается верхнее сопло, через которое воздух питания давлением Р_о поступает на выход генератора, где сигнал Р_вых становится равным 1. Сигнал Р_вых поступает на вход апериодического звена и в камере Б давление начинает возрастать. В момент t₂, когда Р_Б = Р_ср реле срабатывает, мембранный блок поднимается вверх, сопло в камере А открывается, а в камере Г закрывается. На выходе генератора сигнал равен 0, при этом начинает опорожняться камера Б и емкость V_0.Р_б уменьшается до Р_отп, и реле отпускает.

Расчёт динамических характеристик канала управления дозатором

К динамическим характеристикам канала управления относятся время заполнения t_З приводной и мерной ёмкости дозатора сжатым воздухом до момента начала выдачи дозы, определяемого противодавлением Р_Д в реакторе и время опустошения t_ОП приводной и мерной ёмкости до момента начала заполнения мерной камеры жидкостью из напорной ёмкости под давлением Р_З.

Величины t_З и t_ОП кроме величины объёма заполняемой камеры дозатора определяется так же объёмом трассы, её параметрами и параметрами выходного устройства частотного преобразователя.

Определяем полный объём V:

(1)

где V_D- объём дозы;

V_ТР- объём импульсной трассы.

м ³ (2)

Тогда

м³

Определяем скорость течения воздуха при заполнении и опорожнении приводной ёмкости.

При истечении воздуха изменяется его кинетическая энергия. Скорость течения воздуха:

(3)

где - абсолютная температура воздуха, К;

Р₁ - абсолютное давление воздуха на входе;

Р₂ - абсолютное давление воздуха на выходе;

Это уравнение справедливо для случаев докритического истечения газов, при которых отношение давлений превышает критическое. Для воздуха:

= 0,528 (4)

Отсюда

м/c (5)

Для случая заполнения глухих камер

м/с (6)

Определяем вязкость воздуха

, (7)

где t = 20 ^оС - температура окружающей среды

Тогда

Определяем режим течения воздуха

Для случая истечения воздуха:

, где (8)

Для случая заполнения воздухом камеры:

(9)

Определение коэффициента трения воздуха

Для случая истечения воздуха:

(10)

Для случая заполнения глухих камер:

(11)

Определяем коэффициент расхода при заполнении и опустошении ёмкости привода дозатора.

Коэффициент расхода , определяемый трением воздуха о стенки трубопровода и местным сопротивлением в пневматической цепи, рассчитывается по формуле

, (12)

где - коэффициент трения воздуха о стенки трубопровода;

l_i - длина участка пневматической цепи, м;

- диаметр участка пневматической цепи, м;

d-диаметр трассы, м;

_i-коэффициент местного сопротивления участка пневматической цепи.

Для усилителя РУП.1М о=1,5, d_усл=3,5 мм;

Тогда для случая истечения воздуха

А для случая заполнения глухих камер

Определение времени заполнения и опустошения (опорожнения) привода дозатора

Известно, что максимальная скорость передачи пневматического сигнала давления не может превышать скорости звука в воздухе (340м/с).

Время передачи сигнала давления по импульсной трассе складывается из двух величин:

1. Времени чистого запаздывания (время, в течение которого возмущение на входе доходит до выходного сечения импульсной трассы), определяемого по формуле:

, (13)

где: - длина трассы, м

с - скорость звука в воздухе, с=340 м/c.

с

2. Времени переходного процесса (времени нарастания давления на выходе трассы).

При подаче в длинную трассу дискретного пневматического давления (в виде скачкообразного изменения давления) на конце трассы происходит близкое к экспоненциальному изменение давления. Наличие объясняется влиянием на передаваемый сигнал сил трения воздуха о стенки трубопровода, в результате чего происходит изменение формы передаваемого сигнала и уменьшается его амплитуда на величину потерь давления воздуха .

Время переходного процесса при заполнении трассы может быть рассчитано по формуле для заполнения глухих камер

(14)

где V - объём камеры, м ²;

- коэффициент расхода;

S - площадь поперечного сечения трассы, м ²;

Р_D - давление воздуха в камере, в момент отсчёта времени, МПа;

Р_{D max} - максимальное давление в камере, МПа.

м ² (15)

Тогда

Время переходного процесса при опорожнении линии может быть рассчитано по формуле для опорожнения глухих камер

(16)

Определяем время цикла Т_ц работы дозатора

(17)

с

Расчёт частоты колебаний простейшего генератора прямоугольных импульсов

Определение периода колебаний импульсов генератора.

Генератор прямоугольных импульсов преобразует подводимое к нему постоянное давление Р₀ в импульсы заданной продолжительности следующие через равные интервалы с периодом Т.

Величины Т и определяются постоянной времени инерционного звена, т.е. величиной ёмкости , величиной проводимости дросселя и величиной подпора Р_П подаваемого в камеру Б.

Па Па

Па

Па

Где - давление питания

- давление подпора

- давление срабатывания

- давление отпирания

Так как минимальный период колебаний Т_г должен быть равен времени цикла дозирования Т_ц , то из равенства Т_ц = Т_г находим:

(18)

Время нарастания давления в камере B:

с (19)

Время уменьшения давления от P_ср до P_отп :

с (20)

Зная находим период колебаний Т_г, который определяется суммой времен и :

с (21)

Найдём частоту колебаний:

(22)

Согласование параметров генератора с параметрами ЧИД

Для обеспечения выдачи ЧИД полного объёма дозы необходимо, чтобы длительность импульса генератора была несколько больше длительности выдачи дозы .

ф₁>ф₃+0,2 - Импульс генератора необходимо укорачивать.

1,52>0,646+0,2

Определяем количество стандартных пневмоёмкостей N.

(23)

м*с - выбираем из графика при Py=0,05 (n=50 делений шкалы)

м ³

(24)

Принимаем N=3.

Уточняем V_I (по формуле (24))

м ³

Уточняем (по формуле (23))

По определяем управляющий сигнал P_у = 0.068 МПа.

Определяем диапазон частот аналого - частотного преобразователя и строим его рабочую характеристику.

Выбираем из графика при Py=0,02 (n₂=20 делений шкалы)

Найдем время переходного процесса (по формуле (23)):

с

Время нарастания давления (формула (19)):

с

Время уменьшения давления (формула (20)):

с

Период колебаний (по формуле(21))

с

Найдём частоту колебаний (по формуле(22))

Построим график зависимости

Рис. 3 Рабочая характеристика ПАЧП

Результаты вычислений

N

Исходные данные

Расчетные данные

Тип усил.

VD

dтр

lтр

PD

Pз

З

оп

З

оп

Tц

1

о

см3

мм

м

МПа

МПа

с

с

с

с

с

с

11

РУП.1М

350

4

7

0,04

0,03

0,1879

0,2025

0,646

2,241

3,308

1,52

1,79

3,22

Описание конструктивного решения

После расчета статических и динамических характеристик и параметров технического средства, приведем принципиальную и монтажную схему пневматического аналого-частотного преобразователя и опишем ее работу.

Принципиальная схема приведена в Приложении 1, а монтажная схема - в Приложении 2.

Пневматический аналого-частотный преобразователь работает следующим образом. В элементы 2,3 подается давление подпора P_п, давление питания P_о - в элементы 1,2,4 и сигнал управления Р_у в элемент 1. В начальный момент времени t₁ под действием давления подпора P_п в камере 2-В элемента 2, подвижный мембранный блок реле опускается вниз и открывается верхнее сопло в камере 2-Г, через которое воздух питания давлением Р_о поступает на выход генератора, где сигнал Р_вых становится равным 1. Сигнал Р_вых поступает также на управляемый дроссель 1 в камеру 1-А. При этом в камеру 1-Б подан управляющий сигнал Р_у. Так как дроссель с прямой проводимостью, то при повышении давления Р_у сопротивление R_упр уменьшается. Мембранный блок управляемого дросселя 1 при этом начинает двигаться вверх, и через сопло в камере 1-А начинает заполняться емкость V1 и расти давление в камере 2-Б элемента 2. В момент, когда Р_2-Б = Р_ср реле 2 срабатывает, мембранный блок поднимается вверх, сопло в камере 2-А открывается, а в камере 2-Г закрывается. На выходе генератора 2 сигнал равен 0, при этом начинает опорожняться камера 2-Б и емкость V1 через камеру 2-А, связанную с атмосферой. Р_2-Б уменьшается до Р_отп, и реле отпускает.

При появлении импульса Р_вых на выходе генератора 2, на выходе импульсатора 3 появляется Р_вых. В камере 3-Б реле 3 будет расти давление. Когда Р_3-Б = Р_ср реле 2 срабатывает и мембранный блок перебросится вверх, Р_вых через камеру 3-А сбросится в атмосферу, при этом импульс Р_вых будет укорочен. Когда Р_вых = 0, то давление в камере 3-Б реле 3 начнет падать и при Р_3-Б = Р_отп реле импульсатора отпускает. Давление Р_вых импульсатора 3 поступает на вход усилителя мощности 4 релейного типа. На выходе усилителя 4 формируется сигнал Р_вых, который поступает в камеру мембранного исполнительного механизма 5, отделенную мембраной 6 от другой камеры 7, в которой находится дозируемая жидкость, которая поступает в нее из емкости заполнения 8. Жидкость под действием сигнала Р_вых с момента, когда Р_вых > Р_д вытесняется мембраной 6 через выходной неуправляемый клапан 9 в емкость 10 с давлением Р_д, при этом давление в камере 5 возрастает от Р_д до P_о.

Выводы по работе

В данной курсовой работе мы рассчитали пневматический аналого-частотный преобразователь. Нашли динамические характеристики канала управления дозатором, а так же вычислили частоту колебаний простейшего генератора прямоугольных импульсов. Получили максимальную и минимальную частоту ЧИД

преобразователь дозатор колебание генератор

f_max = 0,302 (1/с) и f_min = 0,1 (1/с)

и определили его максимальную и минимальную производительность

Q_max = k·V_д·f_max = 1·50·10^-6 ·0,302 = 15,1·10^-6 (м³/с)

Q_min = k·V_д·f_min = 1·50·10^-6 ·0,1 = 5·10^-6 (м³/с)

Список использованной литературы

1. Расчет и проектирование элементов автоматики и технических средств автоматизации. Методические указания, 1992.

2. Попов Д.Н. Механика гидро- и пневмо- приводов. 2002.

Размещено на Allbest.ru