Автоматизация технологических процессов и производств

Корректирующие элементы служат для улучшения качества процесса управления. Эти элементы могут устанавливаться как после усилителя, так и после датчика. Кроме этой подробной структурной схемы системы в автоматике применяется упрощенная схема, которая состоит из крупных функциональных блоков. Наиболее крупным блоком является регулятор, который объединил сравнивающее устройство, усилитель, корректирующие элементы.

Все элементы автоматики независимо от их назначения обладают определенной совокупностью характеристик и параметров, которые определяют их эксплуатационные и технологические особенности. Основной характеристикой является статическая характеристика элемента. Она представляет собой зависимость выходной величины Y от входной Х.

Структурная схема составлена на основе схемы проектирования техпроцесса сборки проектируемого модуля и представлена на рисунке 2.1.

 

 

Рисунок 2.1 – Структурная схема технологического процесса

 

2.5 Разработка функциональной схемы автоматизации..

Пример1.

Функциональная схема (температуры сушки).

показана на рис.

Регулирование температуры в сушилке при производстве рыбной муки осуществляется с помощью комплекта приборов позиций:

1-1 (термопара хромель  алюмель), градуировка ХА тип ТХА-0806;

1-2 (измерительный блок), тип И-С-62;

1-3 (регулятор), тип РП2-С3;

1-4 (исполнительный механизм), тип ДР-М,

изменением подачи пара в зарубашечное пространство сушилки.

Описание и техническая характеристика элементов САР температуры сушки рыбной муки.

3.2.1. Регулятор РП2 - С3 электрический.

Электронный регулирующий и корректирующий прибор широко используется в пищевой промышленности при разработке локальных автоматических  систем  регулирования  различных  технологических параметров, измеряемых первичными измерительными преобразователями с естественными выходными электрическими сигналами.

Регулирующий прибор РП2-СЗ предназначен для алгебраического суммирования входных сигналов с сигналом задатчика и формирования требуемого закона регулирования, то есть ПИ закона, работает в комплекте с электрическим   нагревательным   элементом,   управление   которого производится посредством тиристорных усилителей типа У101.

Корректирующие приборы под действием внутренней отрицательной обратной связи формируют изменяющийся по ПИ закону регулирования унифицированный выходной сигнал постоянного тока изменяющийся в пределах 0 - 5 мА.

Выходная мощность регулирующего прибора 7 В*А, выходное напряжение 24В, номинальное сопротивление нагрузки 80 Ом, скорость связи изменяется в диапазоне 0,2-2,5%. Диапазон настройки времени итерирования 2 - 500с. напряжение питания прибора 220В, частота 50 Гц, потребляемая мощность 25-55 В*А в зависимости от модификации прибора. Масса прибора не превышает 12 кг.

Регулирующий и корректирующий прибор типа РП-2 выполнен в виде двух блоков (измерительного и  электронного), смонтированных в одном корпусе.  Электрические соединения между блоками и внешними устройствами осуществляется через клемные колодки, расположенные на задней стенке кожуха. На лицевой панели блоков размещены органы настройки и сигнальные лампы, указывающие направление работы регулятора.

Прибор предназначен для щитового утопленного монтажа на вертикальной плоскости и крепится с помощью специального установочного кронштейна. Для защиты внутренних элементов прибора, при работе в условиях сильно загрязненного воздуха в помещении на задней стенке корпуса предусмотрен специальный штуцер, через который подводится сжатый воздух давлением 0,1-0,2 кПа.

Изготовитель - Чебоксарский завод электрических исполнительных механизмов.

3.2.2. Измерительный блок И-С-62

Блок И-С-62 используется для преобразования приращения ЭДС термопары в пропорциональное изменение напряжения постоянного тока. Блок И-С-62 можно считать безинерционным звеном, коэффициент усиления плавно изменяется в пределах от 0 до 0.7 В / Ом

 Максимальный выходной  сигнал 50 мВ постоянного тока.

Изготовитель - Горийский завод электрических исполнительных механизмов.

Система импульсного фазного устройства

СИФУ представляет собой два блокинг генератора (БГ) и мост с тиристорными усилителями типа У101. Выходной сигнал моста U=220 В.

 

3.2.3. Термопара.

Малоинерционная термопара типа ТП предназначена для измерения температуры пара, воды, воздуха до +5500 при давлении до 100 кгс/см. В качестве термоэлектродов в термопаре используются хромель и алюмель.

Динамические характеристики термопар существенно зависят от диаметра применяемых электродов, вида чехла, характеристик среды, температура которой меняется.

 

3.2.4. Исполнительный механизм.

Механизмы типа ДР-М предназначены для перемещения регулирующего органа в системах двухпозиционного регулирования и ручного дистанционного управления. Особенностью этих исполнительных механизмов является наличие специального ползуна, который в исходном положении подключает обмотки конденсаторного электродвигателя к цепям управления «макс» и «мин». При включении исполнительного механизма ползун осуществляет самоблокировку цепи питания электродвигателя и последний отключится только через пол-оборота. Электродвигатель всегда вращается в одном направлении, а изменение положения регулирующего органа достигается соответствующим сочленением его рычагов с диском исполнительного механизма.

 

3.2.5. Технические характеристики приборов.

Термопара

Тип	ТХА-0806
Градуировка	ХА
Область применения	Пар, газообразные и жидкие химические неагрессивные среды
Пределы измерения	0 - 8000 С
Максимальное условное давление	0,4 мПа
Показатель тепловой инерции	Не>3,5 мин
Материал защитной арматуры	Сталь Х25Т
Длина монтажной части	320 мм
Число рабочих концов	Один
Способ крепления	Со штуцером М27Х2

Регулятор

Тип	РП2 - С3
Тип измерительного блока	И - С - 62
Подключаемый измерительный преобразователь	Термопара стандартной градуировки
Выходное напряжение	24 В
Номинальное сопротивление нагрузки	80 Ом
Диапазон настройки времени интегрирования	2 - 500 с
Напряжение питания прибора	220 И
Частота	50 Гц
Потребляемая мощность	25 В*А
Масса	12 кг

 

Исполнительный механизм

Тип	Крутящий момент ном.	Макс. угол поворота	Uпит.	Потребляемая мощность	Габаритные размеры	Масса
ДР-М	9,8 Н*м	1800	220 В	50 В*А	240 Х 122Х 285 мм.	6 кг.

 

Пример2

Функциональная схема является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса, проектируемого объекта и оснащение его приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема представляет собой чертеж, на котором при помощи условных изображений показывают технологическое оборудование, органы управления, приборы и средства автоматизации, и другие агрегатные комплексы с указанием связи между приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема автоматизации разрабатывается на основе действующих инструкций и технологического регламента, заказной спецификации на приборы и средства автоматизации, контроллера и сигналов ввода/вывода, соблюдая нормы и требования, предъявляемых к проектированию функциональных схем. Проанализировав технологический процесс, устанавливаются параметры контроля, регулирования, сигнализации и блокировки.

Функциональная схема объединяет одинаковые функции системы в модули. Глобально система состоит из трёх модулей: ввод, обработка, вывод.

Для реализации системы детализирую их.

Перечень модулей:

- Входной модуль  контроллера. На вход его поступают сигналы с датчиков с различными электрическими уровнями. Здесь они преобразуются в унифицированные значения тока и напряжения необходимые для подачи на вход следующего модуля. Этот модуль реализуется аппаратно;

- модуль гальванической  развязки сигналов. Является аппаратным модулем. Применяются оптроны. Выполняет две функции: защищает от помех микропроцессорную систему и формирует на выходе сигнал ТТЛ уровня;

- модуль связи  с контроллером робота. Реализован  аппаратно. Предназначается для  коммутации контроллера с контроллером робота;

- модуль ввода  данных - программный модуль выполняет  чтение данных из модулей, запись  в память;

Функциональная схема системы управления показана на чертеже ДП 1.22030165.17.11.29.00.00 Д2. Модули разделяются на программные и аппаратные. Существуют функции, которые выполняются или только программно, или только аппаратно. Проблемы разделения не существует. Существуют функции, которые могут быть выполнены альтернативным путем. Они могут быть выполнены программно, аппаратно либо программно-аппаратно. При выборе реализации функций используют следующие критерии:

- качество исполнения  данной функции (точность, надежность  и т. д.);

- стоимость реализации  функции.

Вопросы качества либо рассчитываются, либо определяются методом эксперимента. Наиболее дешевый способ реализации функции - это программный. Поэтому всё, что можно сделать программным путём, необходимо реализовать в программе.

 

2.6 Разработка принципиальной электрической схемы автоматизации…

2.6.1 Общие требования к принципиальной схеме:

2.6.2 Работа принципиальной схемы:

На основе имеющихся схем должна быть составлена принципиальная электрическая схема автоматизации ……и описание её работы. Чертеж принципиальной электрической схемы автоматизации в дипломной работе должен быть выполнен в соответствии с требованиями Государственного стандарта.

 

Общие требования к принципиальной схеме:

Принципиальные схемы определяют полный состав приборов, агрегатов и устройств, действие которых обеспчивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. Они служат основанием для разработки монтажных таблиц, щитов и пультов схем внеших соединений и других документов проекта системы автоматизации.

Эти схемы широко используются для описания устройств и принципа действия систем автоматизации, а также при производстве наладочных работ и при их эксплуатации.

Принципиальные схемы дают полное представление в связях между всеми элементами управления блокировки, защиты и сигнализации автоматизированных обьектов. Независимо от степени сложности, принципиальная схема представляет собой определенным образом составленное сочетание элементарных электрических цепей и типовых функциональных узлов заданной последовательности. Такая схема раскрывает последовательность выполняемых ее элементами различных операций.

Принципиальные электрические схемы выполняются в соответствии с требованиями государственных стандартов по правилам выполнения условных графических обозначений, маркировки цепей, и буквенно-цифровым обозначением элементов схем.

Элементы и устройства на принципиальных электрических схемах могут выполняться совмещенным или разнесенным способом. При использовании разнесенного способа, отдельные элементы схем, а также элементы различных устройств, изображаются на схеме в разных местах таким образом, что отдельные цепи были изображены наиболее наглядно. В этом случае схема состоит из ряда цепей, расположенных слева на право, или сверху вниз, в порядке последовательности действий отдельных элементов схемы. Отдельные цепи распологаются в горизонтальную строчку так, чтобы они читались с лева на право, а схема читалась сверху вниз.

Основные графические изображения элементов схем устанавливаются группой стандартов: «Устройства коммутационные контактные соединения» по ГОСТ-2.755-87, а также «Воспринимающая часть электрических устройств» по ГОСТ-2.756-76. Размеры условных и графических обозначений на схеме устанавливаются в стандартах ГОСТ-2.747-68, ГОСТ-2.755-74,ГОСТ-2.756-76.

Каждый элемент, входящий в устройство изображенное на принципиальной схеме, должен иметь буквенно-цифровое позиционное обозначение, составленного из буквенного обозначения и порядкового номера, пространственного после буквенного обозначения. Буквенное обозначение- это сокращенное наименование элемента составленное из его начальных или характерных букв. Порядковые номера присваиваются элементам, начиная с единицы в пределах группы элементов, которые на схеме имеют одинаковое буквенное и позиционное обозначение. Цифры порядковых номеров элементов и их буквенное обозначение выполняются единым размером шрифта.

Силовые цепи и цепи главного тока вычерчиваются жирными линиями, а вспомогательные линии, состоящие из катушек, реле и контактов, цепей защиты и сигнализации изображаются тонкими линиями. 

 

2.6.2 Работа принципиальной схемы:

Принципиальная  электрическая  схема  состоит  из  трех  блоков; измерительный  блок  И-С-62,  регулятора  типа  РП-2-СЗ  и  системы импульсного фазного устройства (СИФУ). (рисунок)