Управление, сертификация и инноватика

Методические указания

для выполнения расчетно-графического

контрольного задания

Казань 2011

СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ, СИГНАЛИЗАЦИИ И РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРА.

При выполнении данного пункта руководствуются ГОСТ 21.404-85 [1-5]. Основное обозначение

Æ 10 Прибор расположен на щите или пульте

В верхней половине окружности записываются буквенные обозначения измеряемого параметра и функциональные признаки прибора, а в нижней половине записываются позиции прибора.

TIR

2-2

Пример обозначения измеряемого параметра и функциональных признаков прибора для измерения разности (D) давлений (P), показывающего (I), записывающего (R) и имеющего станцию управления (K) для перехода с ручного режима управления на автоматический и обратно:

PDIRK

3-2

Некоторые условные обозначения измеряемых и регулируемых величин

P – давление;

T – температура;

F – расход;

L – уровень;

Q - анализ состава, концентрация;

Вторая позиция – уточнение измеряемого параметра:

D – разность параметров;

F – соотношение параметров;

Третья позиция - функциональные признаки прибора, далее уточняющие обозначения, например

I – показание;

R – регистрация;

C – регулирование;

A – сигнализация

S – включение, отключение, переключение;

E - чувствительный элемент;

T - дистанционный преобразователь;

Y - преобразование сигнала.

Пример обозначения прибора для звуковой и световой сигнализации превышения уровня:

H

LIA

4-2

HA1 HL1

звуковая световая

сигнализации

Рис. 1. Обозначение прибора со звуковой

и световой сигнализацией

ВЫБОР ПРИБОРОВ ИЗ СПРАВОЧНИКА [1, 3, 6]

Выбор приборов осуществляется исходя из:

1)диапазона измерения – ориентировочно верхний предел измерения определяется N_вп = N_ном × 1, 5. Здесь N_ном - номинальное значение параметра согласно заданию. Далее из справочника берется ближайшее значение верхнего предела в сторону увеличения.

2) системы дистанционной передачи (возможны электрический токовый, по напряжению, дифференциально-трансформаторный или пневматический сигналы дистанционной передачи). Если технологический процесс пожаро-взрывоопасный, рекомендуется выбрать пневматические или безопасного исполнения электрические приборы.

3) заданной погрешности измерений.

Выбор расходомеров имеет некоторые особенности. Вначале необходимо ориентировочно определить диаметр трубопровода D по объемному расходу, скорректированному по п. 1. Если в задании дан массовый расход G [кг/ч], необходимо вычислить объемный

,

где r - плотность среды, определяется по рабочим значениям температуры t и давления P по справочнику теплофизических свойств.

Далее задаются среднерасходными скоростями перемещения технологических сред

газы w = 10 ÷ 30 м/с;

жидкости w = 1 ÷ 3 м/с;

вязкие жидкости w = 0.3 ÷ 1 м/с.

Ориентировочное значение диаметра трубопровода

Далее из справочника берется ближайшее значение диаметра в сторону увеличения. Если D < 50 мм рекомендуется выбрать обтекания (ротаметры), вихревые, электромагнитные и ультразвуковые расходомеры. В случае D ³ 50 мм, то можно выбрать расходомер переменного перепада давления. В любом случае изучить принцип работы!

Если в качестве расходомера выбран ротаметр (расходомер обтекания) и измеряемая среда - вода, то конкретные характеристики ротаметра определяются по верхнему пределу измерения, приведенному в справочнике. Нижние пределы измерения ротаметров в справочнике указаны отдельно, что составляет 10 % или 20 % от верхнего предела измерения.

Если измеряемая среда газ или другая жидкость, кроме воды, то прибор выбирается по условному (среднерасходному) диаметру D.

Расходомер переменного перепада включает в себя сужающее устройство, дифманометр и вторичный прибор.

Сужающее устройство выбирается по условному (среднерасходному) диаметру D. Дифманометр-расходомер рекомендуется выбрать сильфонного типа по характеристикам расхода из ряда по справочнику. Нижний предел расходомера переменного давления определяется как 30 % от верхнего предела измерения.

РАСЧЕТ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЙ

ПОГРЕШНОСТИ КОНТРОЛЯ.

Среднеквадратичная погрешность контроля параметра содержит основные погрешности приборов, входящих в комплект измерения

, %

где d₁ – основная погрешность (класс точности) первичного прибора, %;

d_i – основные погрешности (классы точности) промежуточных преобразователей, %;

d _ВП – основная погрешность (класс точности) вторичного прибора, %.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ И

ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ.

Абсолютная погрешность измерения параметра определяется по формуле

, ед. изм. параметра,

где N _к - верхний предел измерения комплекта приборов;

N _н - нижний предел измерения комплекта приборов.

Внимание! Изучить характеристики – иногда указывают только верхний предел измерения, тогда N _н = 0.

Следует отметить, что диапазон измерения комплекта приборов определяется прибором, имеющим самый узкий диапазон.

Относительная погрешность измерения параметра определяется по формуле

,

где N – отметка, на которой определяется относительная погрешность;

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Комплект измерения температуры состоит из термоэлектрического термометра типа ТХК-0179 с пределами измерения –50 ¸ +600 °С, с погрешностью 0, 6%, нормирующего преобразователя типа НП-5Б1 с диапазоном измерения 0 ¸ 200 °С, основной погрешностью 1, 5% и вторичного прибора типа А-100 с классом точности 0, 5 % и диапазоном измерения 0 ¸ 5 мА.

Среднеквадратическая погрешность контроля

Абсолютная погрешность

Относительная погрешность на отметке 84°С

СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРА

Функциональную схему автоматической системы регулирования (АСР) рекомендуется выполнять также по ГОСТ 21.404-85. Особое внимание следует уделить к местоположению регулирующего клапана, т.е. изменением какого параметра будет поддерживаться на заданном значении регулируемый параметр. Например, уровень в емкости можно регулировать путем изменения расхода как на притоке, так и на стоке. Конкретная схема зависит от технологической безопасности и особенностей процесса, динамических характеристик канала воздействия и др.

Пример выполнения схемы приведен на рис. 2.

Рис. 2.

В качестве прибора для измерения уровня поз. 5-1 может быть использован уровнемер с электрическим выходным сигналом типа Метран-100-ДГ. Вторичный прибор (контроллер) поз. 5-2 марки ДИСК-250 имеет электронный ПИ-регулятор с электрической станцией управления (программирования) для переключения режимов («Ручной»- «Автоматический») и электропневматическим преобразователем. Устройством поз. 5-4 является пневматический регулирующий клапан 32Ч32НЖ. Такие схемы характерны для распределенных систем управления (РСУ). На функциональной схеме необходимо показать функции РСУ. Удобно показать функции РСУ ниже прямоугольников расположения приборов (рис. 3.). При выборе управляющего устройства следует обратить особое внимание на исполнение контроллера. Вариант схемы АСР в случае выбора одноканального контроллера представлен на рис. 3.

Рис. 3.

В качестве прибора поз. 1-1 используется датчик уровня типа КЭР-АИП-HP-01 с токовым выходным сигналом, контроллером поз. 1-2 является одноканальный микропроцессорный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ101, который имеет клавиатуру для программирования режима работы. Устройство поз. 1-3 является исполнительным механизмом типа МЭОФ. При выборе исполнительного механизма обратить внимание на управление, которое может быть позиционным (вперед, назад, стоп), позиционно-импульсным и непрерывным посредством сигнала постоянного тока (напряжения). Выходной сигнал регулятора или контроллера должен соответствовать исполнительному механизму.

В случае использования многоканального прибора, контроллера или централизованной системы автоматического управления (с использованием управляющего компьютера) схема, например, будет выглядеть так как на рис. 4. Обратим внимание, что в данной схеме применен измеритель-регулятор технологический ИРТ 5501М1, имеющий три дискретных входа (один из которых использован для перекрытия подачи теплоносителя при превышении температуры 59 °С - для защиты и блокировки оборудования), а аналоговый вход – для ПИД регулирования уровня.

Рис. 4.

ВЫБОР ТИПА И РАСЧЕТ НАСТРОЕЧНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛЯТОРА

Упрощенный метод выбора и расчета регуляторов основывается на возможности представления динамических характеристик объектов управления тремя параметрами – временем запаздывания t, постоянной времени Т и коэффициентом усиления k _об. В таком случае, задаваясь типовым переходным процессом (апериодический, с 20 % перерегулированием, с минимальной интегральной ошибкой), можно определить тип регулятора (позиционный, непрерывный) и рассчитать настроечные характеристики выбранного регулятора. Согласно методике [3], вначале рассчитывается параметр t /Т, называемый условным запаздыванием. Если этот параметр t /Т < 0.2, выбирается позиционный регулятор, при t /Т> 0.2 регулятор будет непрерывным. Закон регулирования непрерывных регуляторов зависит от свойств объектов регулирования (емкости, запаздывания, самовыравнивания), характера возмущений и показателей качества переходного процесса:

· пропорциональный, П - закон – для одноемкостных объектов и при медленных возмущениях;

· интегральный, И – закон – для объектов с большим самовыравниванием, с малым запаздыванием, при медленных возмущения;

· пропорционально-интегральный, ПИ – закон – для объектов с любыми запаздываниями, емкостями, самовыравниваниями, при медленных возмущениях;

· пропорционально-дифференциальный, ПД – закон – для объектов с большими запаздываниями, при быстрых, но малых возмущениях;

· пропорционально-интегрально-дифференциальный, ПИД – закон – универсальный, для любых объектов и при любых возмущениях.

Формулы для расчета параметров настройки приведены в таблице 1.

Таблица 1

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ

Функциональная схема управления электроприводом согласно ГОСТ 21.404-85 показана на рис. 5.

Рис. 5.

Здесь устройство поз. КМ1 – магнитный пускатель, SB1, SB2 – кнопочные посты управления.

Электрические принципиальные схемы условно изображаются согласно ГОСТ 2.755-87 и составляются на основании функциональной схемы. Условные обозначения некоторых элементов представлены ниже на рис. 6-10.