Разработка автоматизированных систем контроля технологического процесса на современных кирпичных (стр. 5 из 7)
Функциональная схема прибора приведена на рис.6. прибор имеет вход для подключения первичных преобразователей (датчиков), блок обработки данных, состоящего из измерителя физических величин, цифрового фильтра и логического устройства (ЛУ). ЛУ в соответствии с запрограммированными пользователями функциональными параметрами формирует сигналы управления выходным устройством, которое в зависимости от модификации прибора может быть дискретного или аналогового типа.
В качестве датчика я выбираю термопару ТХА (хромель-алюмель) с НСХ ХА (К) с диапазоном измерения -50 .. 1300 ºС и разрешающей способностью 1. Диапазон измерения этой термопары вполне обеспечивает диапазон температур в печи по технологическим требованиям процесса обжига кирпича (900-1100ºС), а также ненамного превышает ее верхний предел.
Термопара (термоэлектрический преобразователь) состоит из двух соединенных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами.
Рис. 7 Термопара.
Соединенные концы, называемые рабочим спаем, опускают в измеряемую среду, а свободные концы (холодный спай) термопары подключают к входу ТРМ. Если температуры рабочего и холодного спаев различны, то термопара вырабатывает термоЭДС, которая и подается на измеритель.
Поскольку термоЭДС зависит от разности температур двух спаев термопары, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру "холодного" спая (ее свободных концов), чтобы скомпенсировать ее в дальнейших вычислениях.
В приборах модификаций ТРМ1Х-Х.ТП.Х, ТРМ1Х-Х.ТПП.Х предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. Датчиком температуры "холодного" спая служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником.
Подключение термопар к прибору должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же самых материалов, что и термопара (см. рис. 4). Допускается также использовать провода из металлов с термоэлектрическими характеристиками, которые в диапазоне температур 0...100°С аналогичны характеристикам материалов электродов термопары. При соединении компенсационных проводов с термопарой и прибором необходимо соблюдать полярность. При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.
Преобразование сигнала, полученного с датчика, в текущее цифровое значение измеряемой величины (температуры, давления, расхода и т.д.) производится в измерителе. Поскольку большинство датчиков температуры имеют нелинейную зависимость выходного сигнала от температуры, в измерителях заложены таблицы коррекции показаний для всех типов датчиков, которые могут быть подключены к прибору. При работе с датчиками, формирующими на выходе унифицированный сигнал тока или напряжения, предусматривается произвольное масштабирование шкалы измерения. Для этого в соответствующих функциональных параметрах устанавливаются нижняя и верхняя границы диапазона отображения, а также положение десятичной точки.
Для улучшения эксплуатационных качеств в блоке обработки входных сигналов введен цифровой фильтр, позволяющий уменьшить влияние случайных помех на измерение контролируемых величин. Работа фильтра описывается двумя параметрами, задаваемыми при программировании (b0-2 и b0-3).
При низком уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами рекомендуется увеличить значение параметра или отключить действие полосы фильтра, установив в параметре b0-2 значение 00. В случае работы в условиях сильных помех для устранения их влияния на работу прибора необходимо уменьшить значение параметра. При этом возможно ухудшение быстродействия прибора из-за повторных измерений.
Глубина фильтра (b0-3) - позволяет добиться более плавного изменения показаний прибора. В этом параметре задается количество последних N измерений, из значений которых прибор вычисляет среднее арифметическое. Полученная величина поступает на вход ЛУ. При значении параметра равном 1 фильтр выключен. Уменьшение значения N приводит к более быстрой реакции прибора на скачкообразные изменения контролируемой величины, но снижает помехозащищенность измерительного тракта. Увеличение значения N приводит к улучшению помехозащищенности, но вместе с этим повышает инерционность прибора.
Логическое устройство работает в режиме П-регулятора. ЛУ сравнивает текущее значение измеряемой величины с заданной установкой "Т" и выдает на выход сигнал 4...20 мА, пропорциональный величине отклонения. Зона пропорциональности при этом задается параметром ∆. Ток 4...20 мА формируется в соответствии с установленной в параметре А1 -1 характеристикой регулятора либо по прямо-пропорциональному (нагреватель) либо обратно пропорциональному (охладитель) закону регулирования.
Аналоговый выход представляет собой формирователь токовой петли 4-20 мА на активной нагрузке 200...800 Ом (см. рис. 8). Аналоговый выход имеет гальваническую развязку от схемы прибора. Для работы аналогового выхода используется внешний источник питания 27В±10% постоянного тока.
В качестве ИМ применяется регулирующее устройство РУ 16 (рисунок 9), которое состоит из регулирующего органа 1 (клапан), редуктора 2 и моторно-исполнительного механизма 3.
Моторно-исполнительный механизм, это электродвигатель модели ДСРК-30-01, реверсивный с пристроенным к нему редуктором. Такие двигатели используются в качестве комплектующих изделий в приборах и средствах промышленной автоматики, бытовых приборах для противопожарных и вентиляционных клапанов систем вентиляций зданий и др. двигатель работает от однофазной сети напряжением 220В и частотой 50 Гц. Режим работы – продолжительный. Климатическое исполнение – УХЛ4, с верхним предельным значением температуры окружающего воздуха 60ºС. Технические характеристики:
частота вращения – 0,5 мин-1,
номинальный вращающий момент – 30(300) Нм (кгс*см),
характеристика вращения - ≤92º,
время одного цикла – 2,5 мин,
масса - ≤ 1.2 кг,
потребляемая мощность – 50 Вт.
С помощью редуктора угловое перемещение выходного вала преобразуется в линейное перемещение запорного штока клапана (происходит открытие или закрытие клапана).
Исполнение клапана – коррозионностойкое из стали Х18Н12МЗТЛ с плунжером, обеспечивающим линейную внутреннюю характеристику. Клапан нормально работает при перепаде давлений на них до 5 кГ/см2, температуре окружающей среды от -30 до +50ºС и относительной влажности до 98%.
Регулирующий клапан с моторно-исполнительным механизмом на РУ 16 устанавливают на трубопроводах для агрессивных жидких и газообразных сред при температуре до 160ºС. Предназначены они для регулирования различных параметров технологических процессов. Клапаны устанавливаются на трубопроводах в вертикальном положении, электроприводом вверх.
Таблица 9.
Основные габаритные и присоединительные размеры (в мм.).
| Ду | D | D1 | D2 | D3 | D4 | f1 | f2 | H | H1 | l | L | d | b | h | G,кг |
| 50 | 160 | 125 | 102 | 72 | 88 | 3 | 4 | 570 | 141 | 298 | 230 | 4 отв. п/б М16 | 16 | 25 | 37 |
Рис.9. регулирующий клапан на РУ 16 с моторно-исполнительным механизмом
Последовательность расчета электрических исполнительных устройств.
Расчет производится с учетом следующих основных требований:
а) напряжение UН и номинальный ток IН аппаратуры должны соответствовать напряжению и длительному току;
б) аппаратура управления должна без повреждений включать и отключать пусковой ток электродвигателей: Iпуск = (7…9)Iн; Iоткл. ≥ Iпуск;
в) аппаратура защиты по своей отключающей способности должна соответствовать токам короткого замыкания в начале защищаемого участка: Iоткл. ≥ Iк.з..
Расчет и выбор элементов в автоматических системах регулирования электроприводами по техническим данным регулируемого двигателя осуществляется следующим образом.
Напряжение усилителя мощности, питающего двигатель, Uу.м.=1,05Uн.дв..
Ток усилителя мощности, с учетом динамических режимов в процессе регулирования Iу.м. = (1,15…1,25)Iн.дв., где Uн.дв., Iн.дв. – соответственно номинальные значения напряжения и тока регулируемого двигателя.
По номинальной частоте вращения двигателя выбирается тахогенератор: nн.тг. ≥ nн.дв.; ωн.тп. = π∙nн.тг./30 ≥ ωн.дв. = πnн.дв./30, где nн.тг. – номинальная частота вращения тахогенератора.
Выбор реле.
Промышленностью выпускается большое количество различных типов и серий реле, выбор которых производится в соответствии с техническими данными реле, электрическими режимами работы и условиями их эксплуатации. Тип реле выбирают в зависимости от рода тока, напряжения питания, значения коммутируемых токов и напряжений в выходной цепи, времени срабатывания и отпускания, числа контактов, массы и габаритов. Особое внимание обращается на соответствие номинальных данных обмоток реле и контактов режимам их работы в различных устройствах автоматики [23].