Разработка измерительных каналов АСУТП

4-20 mA

В систему  Delta-V

БИЗ

Stahl

4-20 mA

Блок сигнализации и блокировки

4-20 mA

3. Рис 3. Блок-схема канала сигнализации давления газа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Выбор технических средств

Для измерения  расхода выбран датчик Метран-350

Расходомер  Метран-350

Выбран для измерения  расхода природного газа в магистрали.

Диапазон измерений (для  газа): 4,2 – 20853600 м³/ч

Температура измеряемой среды: -40 – 400 ^оС

Диаметр условного прохода: 50 – 2400 мм

Динамический диапазон: 8:1

Давление: до 20 МПа

Предел основной допускаемой  относительной погрешности: 1,1 – 3 %

Выходной сигнал: 4– 20 мА

Напряжение питания: 10,4..42,4 В

Взрывозащищенное исполнение: взрывонепроницаемая оболочка

1 ExdIICT5/T6

Рис. 4 Внешний вид расходомера Метран-350

Для измерения  давления пара выбран интеллектуальный датчик давления

для контроля технологических процессов  HMP 331 фирмы

 bd sensor rus

 

Датчик HMP 331 сочетает в себе новейшие достижения микропроцессорной электроники и технологии аналоговых сенсоров.

Цифровой усилитель выполнен на базе 16 разрядного аналого-цифрового преобразователя. Благодаря АЦП возможна активная компенсация характеристик датчика, таких как нелинейность и температурная погрешность. Цифро-аналоговый преобразователь формирует выходной сигнал на уровне 4…20 мА. Кроме того, возможна ручная подстройка датчика в режиме цифрового управления (HART).

Датчик и электронный усилитель смонтированы в литом алюминиевом вибро- и ударопрочном корпусе. Канал измерения давления выполнен из нержавеющей стали. Механическое присоединение к процессу обеспечено посредством резьбового соединения, которое может быть выполнено в различных вариантах. Электрическое подключение осуществляется при помощи обжимного соединения и PG фитинга.

Поскольку датчик обладает особой конструкцией и выполнен в соответствии с требованиями по классу защиты IP67, гарантируется его устойчивая работа в сложных условиях. HMP 331 пригоден для работы в средах неагрессивных к нержавеющей стали марки 1.4571/1.4435.

Преимущества и особенности датчика давления HMP331

• Индивидуальная настройка диапазона по требованию заказчика
• Штампованный алюминиевый корпус по классу защиты IP 67 для работы в сложных условиях
• Выдерживает высокую перегрузку по давлению
• Различные виды механических присоединений
• Долговременная стабильность калибровочных характеристик (0.1% / год)
• Прочная и надёжная конструкция для тяжелых условий эксплуатации, продолжительный срок службы

 

Технические характеристики

• Погрешность менее 0,2% ВПИ в температурном диапазоне -20…80°С
• Настройка: диапазон перенастройки (1:10), смещение (0…90% ВПИ), демпфирование (0…99,9с)
• Температура окружающей среды -40…+80°C
• Материал мембраны: сталь нержавеющая 316L, hastelloy C276, тантал
• Заполняющая жидкость: силиконовое масло, галокарбон
• Материал штуцера: сталь нержавеющая 316L
• Уплотнение: EPDM (этилен-пропилен-диен-мономер), NBR (нитрилбутадиеновый каучук), FKM (фторкаучук)
• Питание 12…36 В
• Вес около 1 кг

 

 

Рис. 5 Внешний вид датчика давления

 

Барьер искрозащиты INTRINSPAK серии 9001 фирмы R.STAHL

Искробезопасные барьеры INTRINSPAK серии 9001 фирмы R.STAHL

могут применяться для выполнения многочисленных задач в области автоматизации. Широкая палитра вариантов и возможность самых разнообразных комбинаций дает обширную область применения.

Искробезопасные барьеры делают возможным искробезопасный режим эксплуатации измерительных преобразователей HART, датчиков приближения, беспотенциальных контактов, датчиков температуры, давления, электромагнитных клапанов, индикаторов и т.д.

Компактная монтажная ширина делает возможным компактный и гибкий монтаж в распределительном шкафу. Монтаж выполняется чрезвычайно легко благодаря возможности монтажа на монтажной рейке и одновременного контакта выравниваний потенциалов.

Рис. 6. Искробезопасные барьеры INTRINSPAK серии 9001 фирмы R.STAHL

 

 

 

Технические характеристики:

Предел основной погрешности  при передаче сигнала 0,05%

Iкз = 200 мА – ток короткого замыкания в искробезопасных цепях барьера;

Ск = 0,08 мкФ, Сн = 0,25 мкФ – соответственно емкость кабеля и нагрузки;

         Lk =3,5– соответственно внешная индуктивность;

Rk = не более 25 Ом – сопротивление кабелей линии связи не более 25 Ом;

Входной сигнал – 4-20 мА;

Выходной сигнал – 4-20 мА;

Барьеры не требуют  заземления и обеспечивают защиту вторичной  аппаратуры от радио и импульсных помех, приходящих по линии связи  с датчиком. Применение барьеров позволяет  избежать появления паразитных токовых  петель через землю, искажающих основной сигнал.

Барьеры устанавливаются  вне взрывоопасных зон помещений

Барьеры относятся к неразборным  изделиям

Габаритные размеры 115x18x100 мм

Масса барьера – не более 150 г

Питание: (20-30) В;

Мощность, потребляемая активными  барьерами, не более 3 Вт;

Номинальный ток потребления  активных барьеров:

- не более 80 мА при  питании барьеров напряжением

(20-30) В;

- не более 84 мА при  питании (24±2,4) В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Описание способа и места установки

1. Монтаж расходомера метран 350

При установке или демонтаже расходомера метран 350 надо соблюдать правила безопасности. Не снимать крышку прибора во взрывоопасном помещении, когда он находиться под напряжением.

 

Перед установкой метрана 350 на место посмотреть чтобы все уплотнительные детали были на месте, болты под заземление

должны быть на месте, все резьбовые соединения должны быть завинчены. Несколько важных примечаний при монтаже метран 350 на свое место, если длина участков сильно длинные то, придется произвести монтаж так, чтобы 80% основной длины всего участка было расположено до метрана 350 и только 20% после самого прибора. При измерении среды с высокой температурой около 121 градуса Цельсия желательно чтобы для импульсных линий была как можно короче и с хорошей теплоизоляцией, чтобы свести погрешность к минимуму.

 

Рис.7 Пример монтажа Метран-350

 

 

2) Монтаж датчика давления HMP 331 фирмы  bd sensor rus

Соединительные линии должны иметь односторонний уклон (не менее 1:10) от места отбора давления вверх к датчику, если измеряемая среда – газ, и вниз к датчику, если изме- ряемая среда жидкость. Если это невозможно, при измерении давления газа в нижних точках соединительных линий следует устанавливать отстойные сосуды, а при измерении давления жидкости в наивысших точках – газосборники. На рисунках 1-3 приведены рекомендуемые схемы монтажа датчика давления в зависимости от измеряемой среды. При измерении дав- ления пара, для снижения температуры, воздействующей на мембрану, рекомендуется испо- льзовать импульсные трубки. Предварительно импульсная трубка должна быть заполнена водой.

 

Рисунок 8. Варианты монтажа датчика для измерения давления пара.

 

 

 

3)Монтаж барьеров серии 9001 фирмы R.STAHL

 

Компактная монтажная ширина делает возможным компактный и гибкий монтаж в распределительном шкафу. Монтаж выполняется чрезвычайно легко благодаря возможности монтажа на монтажной рейке и одновременного контакта выравниваний потенциалов.

 

Рис.9 Пример монтажа барьеров искрозащиты

 

 

 

 

 

5.Расчет максимальной длины линии связи между измерительным прибором и барьером искробезопасности

 

Кабель и прибор, расположенные  во взрывоопасной зоне, имеют ёмкость  и индуктивность, которые способны накапливать энергию. Эта энергия  в случае возникновения электрической  искры суммируется с энергией, передаваемой через барьер искробезопасности. Таким образом, для каждого барьера нормируются максимально допустимые значения ёмкости С_макс и индуктивности L_макс внешних цепей, которые складываются из ёмкости и индуктивности прибора и соединительного кабеля.

1. Параметры кабеля:
2. В курсовом проекте использовался кабель фирмы НПП «Герда»
3. Информация для заказа
4.   Номер :  ГЕРДА-К – В – К – НГ – 1 x2x – 1
5. Расшифровка
6. В – ПВХ пластикат.
7. К – Проволочная броня.
8. НГ– Показатель пожарной безопасности (оболочка из поливинилхлоридной           композиции пониженной горючести)
9. 1x2x – Число витых пар (1)
10. 1 – Сечение жилы 1мм²

 

HMP 331

Исходные данные:

С₁= 13.5 нФ – собственная емкость датчика,

L₁= 0.6 мГн – собственная индуктивность датчика ,

V₀= 24 В – напряжение источника питания,

V_min= 10.5 В – минимальное напряжение питания датчика

Imax=120 мА – максимальный ток для БИЗ

Параметры кабеля КПпЭП 1х2х0.64:

C_к= 30 пФ/м – погонная емкость,

L_к= 0.6 мкГн/м – погонная индуктивность,

R_k= 0.11 Ом/м – погонное сопротивление.

Безопасные параметры  внешней цепи (для ExibllC):

С_max= 70 нФ,

L_max= 3.0 мГн.

Полное сопротивление  линии связи:

Максимально допустимое падение  напряжения на при токе 20 мА будет составлять , следовательно:

Отсюда находим максимальную длину линии связи:

Проверим условие безопасности по емкости и индуктивности для  условий ExibIIC:

- условие не выполняется;

- условие выполняется.

Максимальная длина связи  данного измерительного канала составляет 522 метра(основное ограничение по сопротивлению  линии связи).

 

Расходомер Метран 350

Исходные данные:

С₁= 18 нФ – собственная емкость датчика,

L₁= 1 мГн – собственная индуктивность датчика ,

V₀= 24 В – напряжение источника питания,

V_min= 9 В – минимальное напряжение питания датчика

Imax=120 мА – максимальный ток для БИЗ

Параметры кабеля КПпЭП 1х2х0.64:

C_к= 30 пФ/м – погонная емкость,

L_к= 0.6 мкГн/м – погонная индуктивность,

R_k= 0.11 Ом/м – погонное сопротивление.

Безопасные параметры  внешней цепи (для ExibllC):

С_max= 70 нФ,

L_max= 3.0 мГн.

Полное сопротивление  линии связи:

Максимально допустимое падение  напряжения на при токе 20 мА будет составлять , следовательно:

Отсюда находим максимальную длину линии связи:

Проверим условие безопасности по емкости и индуктивности для  условий ExibIIC:

- условие  выполняется;

- условие выполняется.

Максимальная длина связи  данного измерительного канала составляет 863 метра(основное ограничение по сопротивлению  линии связи).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Метрологический расчет измерительных каналов

 

HMP 331

Погрешность данной измерительной  системы складывается из погрешностей, вносимых чувствительным элементом, нормирующим  преобразователем, барьером искрозащиты. Погрешности нормирующего преобразователя и чувствительного элемента приведены в каталоге производителя, предел допускаемой погрешности измерительного канала рассчитан по формуле:

 

 

Расчет погрешности  канала измерения уровня

_{Погрешность данной измерительной  системы складывается из погрешностей, вносимых чувствительным элементом, электронным преобразователем, барьером искрозащиты, линией связи, платой ввода вывода контроллера DeltaV. Так как погрешность линии связи очень мала, следовательно, её при расчетах не учитывают. В свою очередь погрешности электронного преобразователя и чувствительного элемента определены фирмой производителем прибора, тогда предел допускаемой погрешности измерительного канала определяется как:}

_{где – погрешность датчика температуры,}

 _{– погрешность  барьера искробезопасность,}

 _{– погрешность  платы ввода вывода}

_{Данная  погрешность позволит обеспечить требуемую  точность измерения  канала.}

7. Заключение

 

В результате проделанной  курсовой работы разработаны два  измерительных канала АСУ ТП. В  качестве объекта автоматизации  рассматривался дисковый фильтр. Основными  регулируемыми параметрами выбраны  давление и расход природного газа.  По каждому из параметров разработаны  блок-схемы измерительных каналов, выбраны необходимые средства измерения, оформлены опросные листы и заказная спецификация. Описаны способы и  места установки технических  средств, а так же произведён метрологический  расчёт и расчёт максимальной длины  линии связи между измерительным  прибором и барьером искробезопасности. Выполнены чертежи закладных конструкций и план расположения оборудования и внешних проводок, а так же составлена спецификация оборудования, изделий и материалов.