Обоснование выбора приборов и устройств автоматического контроля и регулирования

Содержание

Введение. 2

1 Задание на проектирование. 5

2 Обоснование выбора приборов и устройств автоматического контроля и регулирования 9

3 Характеристики контроллера. 11

Список используемой литературы.. 13


Введение

Нормальныйход различных технологических и производственных процессов может быть обеспечен лишь тогда, когда те или иные величины, которые характеризуют эти процессы, удовлетворяют определенным условиям.

Необходимость поддержания постоянства той или иной величины или изменения ее в соответствии с каким-либо законом возникает в самых разнообразных отраслях техники. Сами по себе объекты, в которых протекают те или иные рабочие процессы, часто не обеспечивают их нормального хода, иначе, сами по себе объекты не могут устранить отклонения режима от заданного, вызывае­мого различными причинами. Поэтому такие объекты снабжаются управляющим или регулирующим органом, воздействием на который можно изменить режимихработы, а значит,нужным образом управлять процессом.

Создание условий, обеспечивающих требуемое протекание процесса, т. е. поддержание необходимого режима, называется управлением.

Управление может быть ручным или автоматическим. При ручном управлении воздействие на управляющий орган осуществляет человек, наблюдающий за ходом процесса или, точнее говоря, за отклонением процесса от требуемого и воздействующий в зависимости от этого отклонения на управляющий орган так, чтобы процесс удовлетворял заданным требованиям.

Уровень автоматизации отечественных производств химических предприятий пока уступает уровню, достигнутому в других отраслях. Это объясняется следующими основными причинами:

1.Слабой механизацией и автоматизацией вспомогательных процессов, наличием трудоёмких операций и аппаратов периодического действия.

2.Недостаточной изученностью процессов с точки зрения возможности их автоматизации.

3.Отсутствием необходимых средств автоматизации, особенно приборов для анализа вещества.

Именно поэтому управление большинством технологических процессов осуществлялось вручную, по данным лабораторных анализов.

При ручном управлении наблюдаются частые отклонения регулируемых параметров на величину, превышающую допустимые пределы, что отрицательно сказывается на качестве продукции.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, построение эффективной автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУ ТП) возможно при системотехническом подходе к решению задачи автоматизации, для чего необходимо: доскональное знание объекта управления (наличие математического описание объекта и алгоритмов управления), соответствие технологии и оборудования современным требованиям, наличие необходимых средств автоматизации (источники информации, средства её передачи, исполнительные органы, управляющие комплексы, и др.).

Выбор принципиальной схемы регулирования и регулирующей аппаратуры зависит от значений допускаемых отклонений параметров технологического процесса, а так же от характера возмущений. Если в объекте имеются незначительные возмущения, можно обойтись простой одноконтурной системой регулирования. При жёстких требованиях к отклонениях регулируемой величины от заданного значения надо компенсировать самые малые и редкие возмущения. В этом случае лучшие результаты даёт применение многоконтурных систем. Что ба исключить неблагоприятные влияния значительной инерционности объектов автоматизации на качество переходных процессов, целесообразно применить каскадные системы регулирования.[1]

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжелый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда и т. д.

В механизированном технологическом процессе человек продолжает принимать непосредственное участие, но его физическая работа сводится лишь к нажатию кнопок, повороту рычагов и т.п. Ограниченные возможности человеческого организма (утомляемость, недостаточная скорость реакции на изменение окружающей обстановки и на большое количество одновременно поступающей информации, субъективность в оценке сложившейся ситуации и т.д.) являются препятствием для дальнейшей интенсификации производства. Наступает новый этап машинного производства -автоматизация, когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве, а функции управления технологическими процессами, механизмами, машинами передаются автоматическим устройствам.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества иснижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат.

Задачи, которые решаются при автоматизации современных химических производств, весьма сложны. От специалистов требуются знания не только устройства различных приборов, но и общих принципов составления систем автоматического управления.


Задание на проектирование

 

Рассмотрим процесс автоматизации конденсатора-холодильника паров этанола – рисунок 1.

Рисунок 1 – Схема автоматизации конденсатора-холодильника паров этанола

Пары этилового спирта конденсируются в кожухотрубчатом теплообменнике 1, охлаждаемом водой из сети. Далее конденсат охлаждается до температуры 10 – 12 °С в холодильнике 2 ледяной водой с начальной температурой 4 – 6 °С, подаваемой из сборника 3 центробежным насосом 4. охлажденный спирт направляется в промежуточный сборник 5 , откуда откачивается центробежным насосом 6.

В качестве параметров, которые необходимо контролировать и регулировать, следует выбрать температуру охлажденного спирта (расходом ледяной воды), расход воды в конденсатор (по расходу пара).

В качестве параметров, которые необходимо регистрировать, следует выбрать расход охлажденного спирта.

Измерению подлежат следующие параметры: расход пара, температура охлажденного спирта, температура воды, давление ледяной воды, уровень в сборнике 5.

В качестве параметров, которые необходимо сигнализировать, следует выбрать уровень в сборнике 5, давление охлаждающей воды.

Автоматическая блокировка должна осуществлять отключение насоса 4 при нижнем уровне в сборнике 3 и отключение подачи пара при отключении насоса 4.

Также схемой должно также осуществляться управление включением и отключением насосов 4 и 6.

Техническая характеристика оборудования, используемого в технологическом процессе автоматизации конденсатора-холодильника паров этанола: производительность – 3 т/ч; температура – 49 °С; температура конденсации – 64 °С.

Расчет диаметров трубопроводов можно определить по расходу продукта:

(1)

где W – скорость, м/с;

F – площадь поперечного сечения трубопровода, м2;

d – внутренний диаметр трубопровода, м.

Из формулы (1) получим:

(2)

При расчетах трубопроводов скорость движения (м/с) ориентированно может быть принята в следующих интервалах:

1) движение жидкости при подаче насосом – 1,5 – 2,5 м/с;

2) движении самотеком – 0,5 – 1,0 м/с;

3) для газов – 5 – 20 м/с;

4) для паров – 20 – 40 м/с;

Определим расход конденсата, подаваемого в холодильник и диаметр трубопровода для его подачи.

Из технической характеристики массовый расход: G = 3 т/ч = 0,83 кг/с.

Тогда объемный расход:

(3)

где кг/м3 – плотность этилового спирта при температуре 64 °С.

м3/с

Зная объемный расход воды из формулы (1) определим диаметр трубопровода:

м

где W = 0,3 м/с, т.к. конденсат подается в холодильник самотеком.

Определим расход и диаметр трубопровода для подачи ледяной воды в холодильник.

По тепловой нагрузке аппарата можно определить расход ледяной воды, для этого можно воспользоваться следующим выражением, полученным из уравнения теплового баланса:

(4)

где 1,08 – постоянный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;

G – расход продукта (жидкости), кг/с;

С – теплоемкость продукта (жидкости), Дж/кгК;

r – удельная теплота парообразования (определяется по таблицам в зависимости от давления), Дж/кг.

Представляя значения в формулу (4) находим расход ледяной воды:

кг/с

Находим объемный расход пара по формуле (3):

м3/с

где кг/м3 – плотность ледяной воды при температуре 4 °С.

Зная объемный расход ледяной воды определим диаметр трубопровода для ее подачи по формуле (2):

м

где W = 2 м/с, т.к. ледяная вода подается насосом.

Определяем объемный расход и диаметр трубопровода для охлажденного конденсата.

Из технологической характеристики: G = 3000 кг/ч = 0,83 кг/с.

Объемный расход выпаренного продукта по формуле (3) составит:

м3/с

где кг/м3 – плотность этилового спирта при температуре 11 °С.

Таким образом, диаметр трубопровода получаем равным, согласно формуле (2):

м

где W = 0,3 м/с, т.к. охлажденный конденсат стекает самотеком.

Определяем объемный расход и диаметр трубопровода для отвода спирта.

Из технологической характеристики: G = 3 т/ч = 0,83 кг/с.

Объемный расход выпаренного продукта по формуле (3) составит:

м3/с

где кг/м3 – плотность этилового спирта при температуре 11 °С.

Таким образом, диаметр трубопровода получаем равным, согласно формуле (2):

м

где W = 2 м/с, т.к. спирт отводится насосом.

 

 


Обоснование выбора приборов и устройств автоматического контроля и регулирования

 

Функциональная схема автоматизации конденсатора-холодильника паров этанола, построенная на основе аналоговых приборов, приведена на листе 1.

Технические средства, задействованные в технологическом процессе:

1. Контроль и регулирование температуры охлажденного спирта осуществляется термометром сопротивления ТСП-0879-01 (поз. 1а). Показание и регистрация значений температуры осуществляется с помощью вторичного прибора КСМ-3 (поз. 1б). Далее сигнал поступает на регулирующее устройство Р 27 (поз. 1в), который управляет вентилем с электромагнитным приводом 15кч888р (поз. 1г).

2. Контроль и регулирование расхода воды в конденсатор по расходу пара осуществляется расходомером 4-РИМ-7 (поз. 2а), сигнал с которого поступает на вторичный регистрирующий и показывающий миллиамперметр КСУ-1 (поз. 2б). Далее сигнал поступает на регулирующее устройство Р 27 (поз. 2в), который управляет вентилем с электромагнитным приводом 15кч888р (поз. 2г).

3. Регистрация расхода охлажденного спирта осуществляется расходомером 4-РИМ-7 (поз. 3а) и вторичного регистрирующего миллиамперметра КСУ-1 (поз. 3б).

4. Измерение температуры воды осуществляется термометром сопротивления ТСП-0879-01 (поз. 4а) и вторичного показывающего прибора КСМ-3 (поз. 4б).

5. Измерение давления ледяной воды осуществляется манометром общего назначения МТП-100 (поз. 5а).

6. Сигнализация уровня в сборнике 5 осуществляется при помощи электронного сигнализатора уровня ЭРСУ-1 (поз. 6а, 6б).

7. Сигнализация давления охлаждающей воды осуществляется датчиком давления МС-Э1 (поз. 7а). Сигнал с которого поступает на вторичный прибор с сигнализацией КСУ-1 (поз. 7б).

8. Отключение насоса 4 при нижнем уровне в сборнике 3 осуществляется электронным сигнализатором уровня ЭРСУ-1 (поз. 8а, 8б).

9. Управление включением и отключением насоса 4 и 6 осуществляется блоком ручного управления БРУ-21 (поз. 9а, 10а) и магнитного пускателя ПМЕ-322 (поз. 9б, 10б). Блокировка подачи пара при отключении насоса 4 осуществляется отсечным вентилем ПФ 96006 (поз. 9в).