Разработка автоматизированного электропривода

 

 

Рис.5.7. Структурная схема  ультразвукового  уровнемера: 1,2-генераторы; 3-пьезоэлектрический преобразователь; 4-усилитель; 5-измеритель времени;6-вторичный прибор

 

После усиления и формирования устройством 1 импульсы подаются на схему измерения 2 времени запаздывания отраженного сигнала, где они преобразуются в прямоугольные импульсы определенной длительности. В ячейке сравнения 3 осуществляется сравнение длительности импульса, подаваемого со схемы 2, с длительностью импульса, подаваемого с элемента обратной связи 5, который преобразует унифицированный токовый сигнал в прямоугольный импульс определенной длительности. Если длительность импульса схемы измерения 2 отличается от длительности импульса элемента обратной связи, то на выходе ячейки сравнения 3 появляется сигнал разбаланса, который усилительно-преобразующим устройством 4 изменяет выходной унифицированный токовый сигнал до тех пор, пока не будет достигнуто равенство длительностей импульсов.

Для уменьшения влияния изменения  температуры газовой среды на показания прибора предусмотрен блок температурной компенсации 8. Контроль за работой электрической схемы осуществляется блоком контроля 7. Исключение влияния различного рода помех на работу промежуточного преобразователя достигается с помощью помехозащитного устройства 6.

Расстояние между первичным  и промежуточным преобразователями- не более 25 м. Диапазоны измерений уровня 0-1; 0-2; 0-3 м. Класс точности 2,5.

3.8 Радиоизотопные  уровнемеры

Радиоизотопные уровнемеры предназначены  для бесконтактного дистанционного измерения уровней жидкостей  и сыпучих материалов. Измерение  уровня такими уровнемерами основано на поглощении ᵞ-лучей при прохождении их через слой вещества. Поглощение ᵞ-излучения веществом осуществляется в соответствии с экспоненциальной зависимостью.

 

Где I – интенсивность ᵞ- излучения после прохождения слоя вещества толщиной x; Io – начальная интенсивность ᵞ- излучения; μ- коэффициент поглощения ᵞ- излучения, зависящий от природы поглощающего вещества и толщины его слоя.

В качестве источников ᵞ- излучения  в радиоизотопных уровнемерах наиболее часто применяют изотопы  Co и Сs.

Возможны три разновидности  схем радиоизотопных уровнемеров (рис. 5.9). Схемы а и б применяются в тех случаях, когда излучатель нельзя поместить в сосуде. Схему, представленную на рис.5.9, а, можно применять в качестве сигнализатора максимального или минимального уровня (при неподвижных излучателе 1 и приемнике излучения 2) или для непрерывного измерения уровня (уровнемеры со следящей системой).

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.9. Схемы радиоизотопных уровнемеров

 

      При небольшой высоте столба жидкости в сосуде(для легких жидкостей до 1 м) можно применять схему, показанную на рис.5.9, в.

Эту схему целесообразно использовать в случаях, когда в сосуд можно  поместить поплавок.

Выпускаемые радиоизотопные уровнемеры со следящей системой позволяют измерять уровень жидких сред до 10м с погрешностью, не превышающей ±10мм.

3.9 Уровнемеры  для сыпучих материалов

При измерении уровня сыпучих материалов в бункерах необходимо учитывать следующие особенности: наличие угла естественного откоса из-за трения и сцепления частиц; слеживаемость материала; налипание частиц на стенки, зависимость массы сыпучего материала в емкости от его влажности и т.п. Для измерения уровня сыпучих материалов применяют поплавковые, мембранные, весовые, электрические и радиоизотопные уровнемеры.

Поплавковые уровнемеры для сыпучих материалов аналогичны по устройству поплавковым уровнемерам для жидкостей (рис.5.2, в).

Сигнализаторы уровня сыпучих материалов (рис.5.10) основаны на применении мембран или маятников, воспринимающих давление контролируемого материала. На различной высоте в стенках бункера устанавливают мембраны или подвешивают на шарнирах маятники с пластинкой или шаром на конце. Под давлением сыпучего материала мембрана прогибается и перемещает пружину, которая         

замыкает контакты, обеспечивая  тем самым  

передачу электрического сигнала. При пони-

жении уровня пружина возвращает мембрану

и контакты в исходное положение. В  маятни-

ковом сигнализаторе под воздействием контро-

лируемого материала маятник отклоняется

от вертикального положения  и оказывает

воздействие на контакты в цепи сигналь-

ной лампы.

Рис.5.10. Схемы контактных сигнализаторов уровня сыпучих тел с маятниковым (а) и мембранным (б) устройством

 

     Весовые уровнемеры (рис.5.11.) используют в тех случаях, когда крапление бункера допускает его перемещение в опорах в пределах от 1 до 3мм. Под одну из опор бункера 2 устанавливают устройство 1, называемое мессдозой, которая представляет собой металлический корпус с поршнем и гибкой мембраной. Пространство под мембраной заполнено жидкостью и соединено с манометром 3. Показания манометра зависят от массы сыпучего материала в бункере.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.11. Весовой уровнемер с динамометрическим  датчиком:1-мессдоза;2-бункер;3-манометр

 

Электрические (кондуктометрические и емкостные) уровнемеры для сыпучих материалов по принципу действия и устройству аналогичны уровнемерам для жидкостей. Кондуктометрические уровнемеры применяют для электропроводных материалов, емкостные- для диэлектриков.

Радиоизотопные  уровнемеры для сыпучих материалов такие же, как и для жидкостей.

На металлургических заводах и  обогатительных фабриках чаще всего  для жидких сред применяют поплавковые, гидростатические и кондуктометрические  уровнемеры; для сыпучих материалов- кондуктометрические, емкостные и радиоизотопные.

 

4. Выбор контролера

 

SIMATIC S7-400 - это  модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения  систем автоматизации средней  и высокой степени сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического  управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному  применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров  различной производительности, наличие  широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

SIMATIC S7-400 является  универсальным контроллером. Он  отвечает самым жестким требованиям  промышленных стандартов, обладает  высокой степенью электромагнитной  совместимости, высокой стойкостью  к ударным и вибрационным нагрузкам.  Установка и замена модулей  контроллера может производиться  без отключения питания ("горячая  замена").

Система автоматизации S7-400 имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким  спектром модулей, устанавливаемых  в монтажных стойках в любом  порядке. Система включает в свой состав:

- модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7-400 к источникам питания 24/ 48/ 60/ 120/ 230В или ~120/ 230В;

- модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности;

- сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов;

- коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу, а также сетевого обмена данными;

- функциональные модули (FM): для решения специальных задач управления, к которым можно отнести счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т.д.

Если алгоритмы  управления становятся более сложными и требуют применения дополнительного  оборудования, контроллер позволяет  легко нарастить свои возможности  установкой дополнительного набора модулей [9].

5 Описание автоматической системы  регулирования

 

Подача шихты  в печь является регулируемым параметром. Устанавливается весоизмерительная  система SIWAREX (поз. 1-1, 1-2), предназначенная для транспортировки и загрузки шихты в печь. Далее сигнал идёт на микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-400. Затем сигнал поступает на ЭВМ iROBO-2000-4195TRGH. Далее на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (поз. 1-3), предназначенный для бесконтактного управления электрическими исполнительными механизмами типа МЭО с асинхронным однофазным конденсаторным электродвигателем типа ДАУ и для работы при температуре окружающего воздуха от +5 до +50 °С и относительной влажности до 80 %. Питание прибора осуществляется однофазной сетью переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц, потребляемая мощность 10 Вт, входное сопротивление пускателя - не менее 750 Ом.  Затем сигнал поступает на МЭО-250/25-0,25-95 (поз. 1-4), с потребляемой мощностью 430 Вт и типом двигателя ФЦ-0620.

Давление  газа является контролируемым параметром. Осуществляется с помощью датчика  давления Метран-150 (поз.2-1,2-2), предназначенного для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин. Диапазоны измеряемых давлений: минимальный 0 - 0,025 кПа; максимальный 0 - I68 МПа. Далее сигнал поступает на вторичный прибор – видеографический многоканальный регистратор Метран-910 (поз.2-3), предназначенный для сбора, визуализации, регистрации и регулирования различных параметров технологических процессов. Легко интегрируется в системе АСУТП. Чрезвычайно удобен и при автономном применении, обладая развитой системой экранных меню управления и работы с архивом, большой внутренней памятью, интерфейсом к внешней flash-памяти. Далее сигнал от прибора Метран-910 идёт на микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-400. Затем – на ЭВМ iROBO-2000-4195TRGH.

Расход газа является регулируемым параметром. На расходомер  Rosemount Probar (поз 3-1, 3-2) идет сигнал. Это расходомер  с унифицированным сигналом на базе осредняющей напорной трубки Annubar МетранH350.  Предназначены для измерения расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах технологического и коммерческого учета. Диапазоны измерений массового и объемного расхода 4,2 - 20853600,0 м³/ч. Далее сигнал поступает на вторичный прибор – видеографический многоканальный регистратор Метран-910 (поз.3-3). Затем сигнал идет на микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-400 и потом на ЭВМ iROBO-2000-4195TRGH. Далее идёт на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (поз. 3-4), Затем сигнал поступает на МЭО-200/63-0,25-99 (поз. 3-5), с типом двигателя ФЦ-0620 и потребляемой мощностью 260Вт, который соединён с вентилем 15нж958нж (поз. 3-6) со следующими техническими характеристиками: диаметр условного прохода 100 мм; условное давление 0,5 МПа; материал корпуса и уплотнительных поверхностей – коррозионно стойкая сталь.

Расход воздуха  так же является регулируемой величиной. Его регулирование осуществляется аналогично регулированию газа. На расходомер Rosemount Probar (поз 4-1, 4-2) идет сигнал. Далее сигнал поступает на вторичный прибор – видеографический многоканальный регистратор Метран-910 (поз.4-3). Затем сигнал идет на микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-400 и потом на ЭВМ iROBO-2000-4195TRGH. Далее идёт на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (поз. 4-4). Затем сигнал поступает на МЭО-200/63-0,25-99 (поз. 4-5), который соединён с вентилем 15нж958нж (поз. 4-6).

Вода является контролируемым параметром. Сигнал идет на  расходомер Rosemount Probar (поз. 5-1,5-2), затем идет на вторичный прибор – видеографический многоканальный регистратор Метран-910 (поз.5-3). Потом на микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-400 и после на ЭВМ iROBO – 2000 – 4195TRGH.

Тепература печи – регулируемый параметр. В рабочем пространстве печи устанавливается первичный термоэлектрический преобразователь – термопара ТВР (А-2) (поз. 6-1), Пределы измерения температур от 0 °С  до 1800 °С. Далее сигнал идёт на измерительный преобразователь RS-485 P12U (поз. 6-2), предназначеный для преобразования в стандартный сигнал постоянного тока или напряжения: температуры, сопротивления, постоянного тока и напряжения.Возможно программирование  измерительного преобразователя тока, напряжения, сопротивления с помощью кнопок или с компьютера посредством программатора PD11 или интерфейса RS-485.Далее сигнал поступает на вторичный прибор – видеографический многоканальный регистратор Метран-910 (поз. 6-3). Сигнал от прибора Метран-910 идёт на  микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-400. Затем – на ЭВМ iROBO-2000-4195TRGH. Далее сигнал идёт на тирмисторный преобразователь ПН-ТТЕ 160 (поз. 6-4), предназначеные для регулирования напряжения на активной, активно-индуктивной и индуктивной нагрузках. Преобразователи также предназначены для работы в режиме "включено-выключено" с плавным стартом на заранее установленный уровень напряжения. ПН-ТТ применяется как регулируемый источник электропитания для обеспечения заданной температуры электропечей сопротивления, а также для других потребителей, требующих регулируемое входное напряжение. Преобразователи обеспечивают при включении плавное нарастание выходного напряжения в течении 0,2 или 1,4с. Преобразователи поставляются с местным и дистанционным управлением от внешнего источника постоянного тока. Возможно управление преобразователей от микропроцессорных устройств через унифицированный выходной сигнал (0-5мА, 0…+10В) или «сухие контакты». Потом сигнал идёт на блок питания печи (поз. 10).

Давление  в печи является регулируемым параметром. Осуществляется с помощью датчик давления Метран-150 (поз. 7-1, 7-2), затем  сигнал поступает на вторичный прибор – видеографический многоканальный регистратор Метран-910 (поз. 7-3), потом на микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-400. Далее сигнал поступает на ЭВМ iROBO-2000-4195TRGH.