Разработка автоматической системы контроля за работой установки по очистке воды

2.3. Выбор и  обоснование выбора технических средств автоматизации

№ Позиции на функциональной схеме автоматизации	Наименование  измеряемого параметра	Место установки  прибора	Количество

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

3.1. Классификация датчиков, основные требования к датчикам

 

Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин.

Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преобразователями), или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики - с их помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства.

Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик – это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

Используемые  датчики весьма разнообразны и могут  быть классифицированы по различным признакам:

В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики механических перемещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др.

В настоящее  время существует приблизительно следующее  распределение доли измерений различных  физических величин в промышленности: температура – 50%, расход (массовый и объемный) – 15%, давление – 10%, уровень – 5%, количество (масса, объем) – 5%, время – 4%, электрические и магнитные величины – менее 4%.

По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические и электрические: датчики постоянного тока (ЭДС или напряжения), датчики амплитуды переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.

Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:

- электрические  величины удобно передавать на  расстояние, причем передача осуществляется  с высокой скоростью;

- электрические  величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;

- они точно  преобразуются в цифровой код  и позволяют достигнуть высокой  точности, чувствительности и быстродействия  средств измерений.

Различают три класса датчиков:

- аналоговые  датчики, т. е. датчики, вырабатывающие  аналоговый сигнал, пропорционально  изменению входной величины;

- цифровые датчики,  генерирующие последовательность  импульсов или двоичное слово;

- бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают  сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте.

Требования, предъявляемые к датчикам:

- однозначная  зависимость выходной величины  от входной;

- стабильность  характеристик во времени;

- высокая чувствительность;

- малые размеры  и масса;

- отсутствие  обратного воздействия на контролируемый  процесс и на контролируемый  параметр;

- работа при  различных условиях эксплуатации;

- различные  варианты монтажа.

Контактные датчики — это простейший вид резисторных датчиков, которые преобразуют перемещение первичного элемента в скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи. С помощью контактных датчиков измеряют и контролируют усилия, перемещения, температуру, размеры объектов, контролируют их форму и т. д.

К контактным датчикам относятся путевые и концевые выключатели, контактные термометры и так называемые электродные датчики, используемые в основном для измерения предельных уровней электропроводных жидкостей.

Контактные  датчики могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В зависимости от пределов измерения контактные датчики могут быть одно предельными и многопредельными. Последние используют для измерения величин, изменяющихся в значительных пределах, при этом части резистора R, включенного в электрическую цепь, последовательно закорачиваются.

Недостаток  контактных датчиков — сложность  осуществления непрерывного контроля и ограниченный срок службы контактной системы. Но благодаря предельной простоте этих датчиков их широко применяют в системах автоматики.

Температурные датчики, их виды.

В основе работы любых температурных датчиков, использующихся в системах автоматического управления, лежит принцип преобразования измеряемой температуры в электрическую величину. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений: электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью; электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот; они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений. 

Датчик температуры

Принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников (или полупроводников), течет ток, если места спаев проводников имеют различные температуры. Если взять замкнутый контур, состоящий из разнородных проводников, то на их спаях возникнут термо-ЭДС E(t) и E(t0), зависящие от температур этих спаев t и t0.

 

Датчик CCS 240 для измерения концентрации

Мембранные  амперометрические датчики для  установки в проточную арматуру.

Датчик CCS 240  первоначально предназначен  для  измерения концентрации  и обнаружения диоксида хлора в питьевой  воде  в пределах диапазона 0.01…5 мг  ClO2/ л.  Область применения: •  Контроль состояния питьевой воды

•  Контроль состояния воды в бассейне

•  Контроль  состояния  технической воды Основные преимущества:

•  Минимальные  требования к потоку для установки  в  проточную  арматуру CCA 250:  30 л/ч 

•  Измерения  фактически  не  зависят  от потока свыше 30 л/ч 

•  Не  требуется  калибровка  на  нуле.  То есть нет необходимости устанавливать активный  угольный  фильтр,  как например в открытых датчиках хлора.

•  Измеряемые  переменные  не  зависят от изменений  проводимости среды.

•  Датчик CCS 240  готов  к  началу измерений  сразу  после 10-30  минут поляризации,  в  то  время  как  датчику CCS 240 на это требуется 45-90 минут.

•  Мембрана легко заменяется благодаря подготовленному  наконечнику.

•  При  прочих  постоянных  условиях эксплуатации  циклы  повторной 

калибровки  составляют  от 1  до 4 месяцев. 

•  Противодавление до 1 бар 

 

  

Датчик давления воды и воздуха

 

Электронные датчики давления воды производства компаний Delta. Датчики могут применяться в системах промышленной автоматики, гидравлики, пневматики, компрессорном и холодильном оборудовании, в системах тепло- и водоснабжения в качестве активных измерителей и преобразователей давления в унифицированный аналоговый сигнал, который может быть подан на преобразователь частоты, программируемый контроллер или регулятор процесса.

преобразователь давления WIKA A-10 может быть использован для различных функций в различных областях применения. Легкая установка, включение и обслуживание, в совокупности с превосходным соотношением цена качество делают данную серию наиболее привлекательной в нише соответвующих систем измерения давления воды.

- Диапазоны измерения:  от 0 … 1 бар до 0 … 600 бар 
- Выходные сигналы: 4-20 мА, 0-10 В, 0-5 В и другие 
- Линейность: 0,3 % или 0,6 % 
- Присоединения к процессу: G1/4 DIN 3852-E, 1/4NPT и другие 
- Электрические разъемы: DIN 175301-803 A и C, M12x1, Проводные выводы 2 м

Применение: машиностроение, станкостроение, системы управления и обратной связи, гидравлика/пневматика, насосы/компрессоры.

Датчик расхода воды.

Мехатронный датчик потока в прочном корпусе.

Расход потока: 15 л/мин, 25 л/мин, 50 л/мин, 100 л/мин, 200 л/мин.

Превосходная динамика срабатывания - 10 мс.

Установка точек переключения по выбору

Бинарный переключаемый  выход.

Диапазон давления 25 бар.

Мехатронный датчик потока

Принцип действия датчика потока заключается во взведении подпружиненного поршня. Текущий поток среды поднимает поршень, находящийся в седле клапана в корпусе, против упругости пружины. Положение поршня обнаруживается с помощью индуктивного датчика, на выходе которого подается бинарный сигнал. Сопротивление пружины приводит к надежному возвращению поршня в исходное положение в случае снижения потока. Благодаря этому возможна свободная установка датчика потока и предотвращение противотока.  
Точки переключения настраиваются по отдельности и устанавливаются с помощью регулировочного винта. Прочное механическое исполнение обеспечивает надежное функционирование в сложных условиях эксплуатации. Приборы не нуждаются в техническом обслуживании.

 

Заключение

В данном проекте рассмотрены следующие вопросы; краткое описание технологического процесса и технологического оборудования и его взаимодействие;

Разработана функциональная схема автоматического регулирования. Получена передаточная функция и  структурное преобразование схемы  объекта управления.

Следует отметить, что  данная мембранная  система очистка  воды  выполнена так, что в любой  момент можно предотвратить аварию как вручную, так и автоматически, чему способствует ряд регулирующих, контролирующих и сигнализирующих устройств.

Выполнена разработка схемы  контура регулирования заданным параметром.

На основании проведенных  расчетов можно сказать, что подбор корректирующего устройства произведен, верно, и отвечает показателям качества системы с произведенной коррекцией.

Индустрия мембранной очистки  воды  стремительно движется вперед, и каждый год, месяц, день в мире вырастает  число людей, активно использующих системы очистки воды. Человек всегда стремится создать вокруг себя комфортные условия: удобное кресло, хорошее освещение, благоприятный микроклимат и качественной воды. Надеемся, что наша работа поможет решить вам некоторые проблемы, связанные с выбором системы по очистке воды.

При автоматизированном производстве человек освобождается  от непосредственного участия в  производстве, а функции управления технологическими процессами, механизмами, машинами передаются автоматическим устройствам. Человек лишь анализирует результаты управления, составляет задания  и программы для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и т.д.   

 

Список литературы

1. И.Ю. Топчев «Атлас для проектирования CAP»
2. B.C. Чистяков «Краткий справочник по теплотехническим измерениям»
3. Н.Н.Иващенко «Автоматическое регулирование»
4. В.В. Черенков «Промышленные приборы и средства автоматизации»
5. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебник для техникумов. М.:Химия, 2005.
6. Рогов В.А. Средства автоматизации производственных систем машиностроения. М.:Высш.шк.,2005.
7. Шандров Б.В., Чудаков А.Д. Технические средсва автоматизации. М.: Академия, 2007.