Файл: Высшего образования казанский.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра автоматизации

технологических процессов и производств (АТПП)


РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине

Автоматизация способов получения конечного продукта
СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ И РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ
Вариант № 7
ВЫПОЛНИЛ Загриев Д.Ф.
ПРОВЕРИЛ Сафин М.А.


Казань 2023

1. 
   Составить схему контроля, сигнализации, регистрации расхода исходной смеси, температуры легкой фракции и давления в сепараторе.
   
2. 
   Выбрать из справочника приборы.
   
3. 
   Рассчитать среднеквадратическую погрешность контроля.
   
4. 
   Определить абсолютную и относительную погрешность на отметке 1400кг/час; 15 °С; 0,15 МПа.
   
5. 
   Составить схему автоматического регулирования уровня в сепараторе.
   
6. 
   Выбрать из справочника приборы.
   
7. 
   Предусмотреть защиту привода от прекращения подачи исходной смеси.
   
8. 
   Составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
   

Решение

1. 
   Схема контроля, сигнализации, регистрации изображена на функциональной схеме.
   

2. 
   Спецификация на приборы и средства автоматизации в таблице А1 в приложении.
   

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.
   

Верхний предел измерения:

для расходомера
N_вп=1600 1,5=2400кг/ч. N_вп=2600 1,5=3900кг/ч.
для датчика температуры
N_вп=20 1,5=30C^o.

для датчика давления
N_вп=0,3 1,5=0,45МПа.

2. 
   по объемному расходу, скорректированному по п.1. Если в задании дан массовый расход G[кг/ч], необходимо вычислить объемный
   

[ ]
[ ]

Выбор расходомера для легкой фракции.

Выбор расходомера для тяжелой фракции.

Необходим расходомер переменного перепада давления
Далее задаются среднерасходными скоростями перемещения технологических сред.

газы w = 10 ÷ 30 м/с;

жидкости w = 1 ÷ 3 м/с;

вязкие жидкости w = 0.3 ÷ 1м/с.

Ориентировочное значение диаметра трубопровода



Далее из справочника берется ближайшее значение диаметра в сторону увеличения. Если D < 50 мм рекомендуется выбрать расходомер обтекания (ротаметры). В случае D50 мм, то следует выбрать расходомер переменного перепада давления.

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.
3) РАСЧЕТ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЙ ПОГРЕШНОСТИ КОНТРОЛЯ.

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

 _П , %
где ₁– основная погрешность (класс точности) первичного прибора,

%; (датчик)

_i– основные погрешности (классы точности) промежуточных

преобразователей, %;

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

Среднеквадратичная погрешность контроля для расходомера:

Среднеквадратичная погрешность контроля для термопары:
= 0,52 %

Среднеквадратичная погрешность контроля для датчика давления:

3. 
   ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТЕЙ.
   

Абсолютная погрешность измерения параметра определяется по

формуле

П ^{ ПNк Nн} , ед. изм. параметра,

100%

где Nк- верхний предел измерения комплекта приборов;

Nн- нижний предел измерения комплекта приборов.

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

Относительная погрешность измерения параметра определяется по формуле

  ^П 100%,

N

где N– отметка, на которой определяется относительная погрешность;


Расчёт для комплекта измерения расхода:


Измерения расхода состоит из Krohne micro motion с пределами измерения 1366-3220 , с погрешностью 0,5%.
Абсолютная погрешность


Относительная погрешность на отметке 1400 кг/ч

0,94%


Расчёт для комплекта измерения температуры:
Комплект измерения температуры состоит из преобразователя измерительного Rosemount 644с пределами измерения –50 +200 °С, с погрешностью 0,15%.
Абсолютная погрешность



Относительная погрешность на отметке 15С


Расчёт для комплекта измерения давления:
Комплект измерения давления состоит из датчика давления EJX530A с пределами измерения 0,04-2 МПа, с погрешностью 0,04%.
Абсолютная погрешность

0,010 МПа

Относительная погрешность на отметке 0,15 МПа.


Выбор приборов

Расходомер


Рисунок 1 Расходомер Krohne micro motion

Первичные преобразователи Micro Motion серии R предназначены для эксплуатации в самых разнообразных сферах применения и предоставляют возможности по измерению расхода и плотности. Благодаря преимуществам эффекта Кориолиса расходомеры Micro Motion серии R являются идеальной заменой механическим расходомерам.

Особенности и преимущества
Многопараметрическое измерение расхода и плотности

• 
  Характеристики измерения массового расхода жидкости, объемного расхода и плотности
  
• 
  Сокращенное время монтажа и минимальное воздействие окружающей среды
  

Лучшее решение для различных применений

• 
  Самодренируемая конструкция для работы в условиях критических технологических процессов
  
• 
  Компактная конструкция обеспечивает гибкость установки
  
• 
  Широкий спектр возможностей ввода-вывода, в том числе интерфейсы HART, FOUNDATION Fieldbus, 4—20 мА, а также возможности беспроводной связи
  

Исключительная надежность и безопасность

• 
  Отсутствие изнашиваемых подвижных частей, подлежащих замене, способствует сокращению затрат на техническое обслуживание и обеспечивает надежность и долговечность эксплуатации
  

Оптимальное решение для измерения расхода в стандартных условиях применения

• 
  Точные измерения и компактная дренируемая конструкция, благодаря которой повышается производительность рабочих процессов
  
• 
  Низкочастотный высокочувствительный измерительный прибор отличается высокой надежностью и точностью даже в самых сложных технологических условиях
  
• 
  Типоразмерный ряд идеально подходит для дозирования, коммерческого и межцехового учета
  

Лучшие в отрасли возможности позволяют полностью раскрыть потенциал производства

• 
  Широкий выбор преобразователей и возможностей монтажа для максимальной совместимости с существующими системами
  
• 
  Превосходные калибровочные стенды, соответствующие требованиям ISO-IEC 17025, позволяют достигать непревзойденной точности измерений с минимальной неопределенностью в ±0,014%
  
• 
  Лучший в отрасли выбор протоколов обмена данными, включая Smart Wireless
  Использование полностью многопараметрической технологии позволяет осуществлять одновременное измерение технологических параметров расхода
  

Непревзойденные характеристики при измерении параметров двухфазных сред

• 
  Небольшие потери давления, небольшой вес сенсора позволяют снизить затраты на монтаж и ввод в эксплуатацию
  
• 
  Не имеющая аналогов технология MVD цифровой обработкой сигнала позволяет добиться минимального времени отклика для точного измерения параметров при дозировании и измерении параметров производственных процессов
  

Smart Meter Verification: расширенная диагностика всей системы

Комплексное тестирование, которое может быть запущено как на месте установки, так и из помещения операторской, обеспечивает уверенность в исправной работе и высоком уровне рабочих характеристик измерительных приборов

• 
  Проверка соответствия характеристик расходомера тем, которые были у прибора при установке, менее чем за 90 секунд
  
• 
  Значительное снижение затрат достигается за счет снижения трудоемкости и отсутствия необходимости в калибровке приборов сотрудниками специализированных организаций при одновременном уменьшении времени простоя технологического оборудования.
  

Погрешность и повторяемость
Воспроизводимость и точность измерения для жидкостей и суспензий

Эксплуатационные характеристики					Код калибровки А			Базовая
Погрешность при измерении массового расхода					±0,4% от значения расхода			±0,5% от значения расхода
Погрешность при измерении объемного расхода(1)					±0,4% от значения расхода			±0,5% от значения расхода^2)
Повторяемость измерения массового расхода					0,2% от значения расхода			0,25% от значения расхода
Повторяемость при измерении объемного расхода					0,2% от значения расхода			0,25% от значения расхода
Погрешность измерений плотности					±3 kg/м3			±10 kg/м3
Повторяемость измерений плотности					1,5 kg/м3			5 kg/м3
Погрешность измерения температуры					±1 °C ±0,5% от показаний
Повторяемость измерений температуры					±0,2 °C
Модель	Условный проход			Номинальный расход			Максимальный расход
	дюймы	мм	кг/ч			кг/ч
R025	0,25	DN6	1366			3220

---

Yokogawa EJX530A

Рисунок 3 Датчик давления EJX530A.

Датчик избыточного давления EJX530A – предназначен для измерения избыточного давления различных сред: жидкости, газа и пара.

Допускается полное смещение нуля вниз (подавление нуля) или вверх (поднятие нуля) в пределах диапазона измерения капсулы.

- Диапазон измерения: 0-0,04…0-2 МПа

- Выходной сигнал

- 4…20 мА с функцией цифровой связи по BRAIN или HART протоколу, Foundation Fieldbus.

- Реле сигнализации (опционально)

- Выходной сигнал программно может быть задан линейным, v или произвольно сегментно линеризован.

- Время отклика 90 мсек

- Температура процесса -40...120 °С

- Температура окружающей среды

- 51 °С (без индикатора)

- -30…80 °С (с индикатором)

- Питание 10,5...42 В постоянного тока

- Материал, контактирующий со средой

- стандартно: мембрана – Hastelloy C-276

- остальное – нержавеющая сталь 316L SST

- Конструктивное исполнение

- стандартное: IP67

- искробезопасное: (EExiaIICT5)

- взрывонепроницаемое: (EExdIIСТ4, Т5, Т6)

- Сертификат надежности для систем ПАЗ(RWTUV Systems GmbH) Стандартно: - SIL2, (при использовании 2-х датчиков – SIL3)

- Погрешность: ± 0.04%

- Межпроверочный интервал - 5 лет. 


Rosemount 644


Рисунок 4. Преобразователь измерительный Rosemount 644

Назначение и область применения:

Преобразователи измерительные Rosemount 644(далее - преобразователи) предназначены для преобразования сигналов, поступающих от термопреобразователей сопротивления, термоэлектрических преобразователей, омических устройств и милливольтных устройств постоянного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА, с наложением цифрового сигнала по HART-протоколу или в полностью цифровой сигнал по протоколу Foundation Fieldbus. Преобразователи применяются в системах сбора и обработки информации, управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

Конструктивные особенности Преобразователи Rosemount 644 конструктивновыполнены в корпусе с расположенными на нем клеммами для подключения входного сигнала, а также клеммами для вывода выходного сигнала и подключения напряжения питания. Преобразователи выполнены на основе микропроцессора. Электроника преобразователя обеспечивает аналоговое усиление/преобразование сигнала от первичного преобразователя температуры

---

, дальнейшее аналого-цифровое преобразование результатов измерения в стандартныйунифицированный выходной сигнал 4-20 мА с наложением цифровой сигнала по протоколу HART либо преобразование в цифровые протоколы Foundation Fieldbus или Profibus PA. Цифровая индикация в процессе измерений может осуществляться на встроенном 5-разрядном жидкокристаллическом дисплее. Конфигурацию преобразователя (тип входного сигнала, диапазон измерений, схему подключения и т.д.) можно изменять, используя коммуникаторы 375/475 и при помощи персонального компьютера.

Предельная влажность

Относительная влажность 0-95%

Диапазон измерений, -50 до 200 °С

Время обновления показаний

≤0,5 с (≤1 сек - для преобразователя с двумя входами)

Погрешность (настройки по умолчанию) PT 100

±0,18°C HART (0-100°C)

±0,01°C при заказе с опцией P8

±0,15°C FOUNDATION fieldbus

±0,15°C Profibus-PA

Материал термопары: 316 SST

Пример расчета предела допускаемой основной погрешности при использовании первичного преобразователя с НСХ

предел допускаемой основной погрешности по цифровому сигналу по HART протоколу или FOUNDATION fieldbus: ±0,15°С

предел допускаемой основной погрешности ЦАП составит: ±0,03%

Таблица 3

Температурые пределы.

	Эксплуатационные ограничения	Предельные параметры хранения
С ЖК-дисплеем	От -40 до 85 °С	От -45 до 85 °С
Без ЖК-дисплея	От -40 до 85 °С	От -50 до 120 °С

Промышленный логический контроллер АГАВА ПЛК-50



Рисунок 5 АГАВА ПЛК-50

АГАВА ПЛК-50 – это программируемый логический контроллер с сенсорным дисплеем.

Визуализация и программирование функций ПЛК осуществляется с помощью среды разработки проекта CODESYS v3.5 SP10+.

Проекты могут быть разработаны с использованием любого из языков стандарта IEC 61131-3: SFC: Sequential Function Chart (или Grafcet), FBD: Function Block Diagram, LD: Ladder Diagram, ST: Structured Text и IL: Instruction List, а также языка CFC: Continuous Function Chart.

Конкурентные преимущества линейки контроллеров АГАВА ПЛК-50:

- современная многозадачная операционная система реального времени Linux 4.4 RT, позволяющая управлять объектами в режиме реального времени;

- высокопроизводительный процессор индустриального исполнения Cortex-A8 1000 МГц;

- программирование контроллеров на языках МЭК 61131 в среде CoDeSys V3.5;

---

- наличие полноцветного TFT сенсорного экрана размером 7", 10", либо 15" для визуализации технологического процесса, поддержка встроенной визуализации CoDeSys;

- встроенный источник питания с расширенным рабочим диапазоном от 90 до 265 В.

Области применения контроллеров АГАВА ПЛК-50

Основным потребителем контроллеров могут быть как инжиниринговые компании, разрабатывающие и внедряющие средства автоматизации, так и конечные заказчики. Последним предлагаются готовые решения на базе этой линейки, например, температурные контроллеры, регистраторы, ПИД-регуляторы с функцией регистрации и удаленного доступа и т. п. Более сложные системы поставляются комплектно и в шкафном исполнении.

Области применения АГАВА ПЛК-50 – от самых простых объектов автоматизации, например, насосных станций или индивидуальных теплопунктов в ЖКХ, до сложных распределенных SCADA и управляющих систем в областях газонефтедобычи, теплоэнергетики, в химической промышленности и т. д.
Таблица 4

Основные технические характеристики АГАВА ПЛК-50

Общие сведения
Конструктивное исполнение	Корпус для крепления на щит.
Габаритные размеры, мм
Агава ПЛК-50.07 Агава ПЛК-50.10 Агава ПЛК-50.15	195 × 153,6 × 64 265 × 197 × 53 407 × 263 × 74
Степень защиты корпуса	IP54 – лицевая панель / IP20 – задняя панель
Вес и материал корпуса
Агава ПЛК-50.07 Агава ПЛК-50.10 Агава ПЛК-50.15	1,1 кг, пластик 1,2 кг, пластик 3,5 кг, металл
Напряжение питания	90–265 В переменного или постоянного тока. Частота переменного тока до 63 Гц Номинальное значение: 220 В, 50 Гц
Потребляемая мощность, не более	35 Вт
Аппаратные ресурсы
Микроконтроллер	32-разрядный, Cortex-A8, 1 ГГц, 3D ускоритель, L2-кэш 256 Кб
Объем и тип оперативной памяти	512 Мб DDR3
Объем flash-памяти	4 Гб
Объем SD-карты	до 2 Тб
Часы реального времени	Есть
Сторожевой таймер	Есть
Поддержка многозадачности Codesys	Есть
Поддержка реального времени	Есть
Интерфейсы программирования	Ethernet, USB (RNDIS)
Человеко-машинный интерфейс
Размер диагонали и тип дисплея
Агава ПЛК-50.07 Агава ПЛК-50.10 Агава ПЛК-50.15	7" TFT 10,1" TFT 15,6" TFT
Разрешение дисплея
Агава ПЛК-50.07 Агава ПЛК-50.10 Агава ПЛК-50.15	800 × 480 (WSVGA) 1024 × 600 (WSVGA) 1366 × 768 (WXGA)
Количество цветов	16,2 М
Органы управления	Резистивная сенсорная панель
Индикация	Двуцветные программируемые светодиодные индикаторы – 3 шт.
Звуковая сигнализация	Встроенный пьезоэлектрический зуммер
Линейный аудиовыход	2 канала (стерео), 1 В ампл., RН ≥ 10 кОм, разъем mini-jack 3,5 мм – 1 шт.
Интерфейсы
RS-485	Скорость до 230.4 Кб/с, групповая гальваническая развязка – 3 шт.
Profibus	Скорость до 230.4 Кб/с, групповая гальваническая развязка, совмещен с RS485-3, разъем DB-9 – 1 шт.
RS-232	Cкорость до 921.6 Кб/с, разъем DB-9 (сигналы RX, TX, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD) – 1 шт.
Ethernet	Гальваническая развязка, 10/100 Мб/с – 1 шт.
USB 2.0	1.5, 12, 480 Мб/с, HOST, разъем USB тип А – 1шт. OTG, разъем miniUSB – 1шт.
SD-карта	SD, SDHC, SDXC – 1шт.
Программные ресурсы
Операционная система	Реального времени Linux RT 4.4.12
Система исполнения ПЛК	CODESYS 3.5.10
Характеристики подключаемых устройств хранения данных USB-flash
Версии спецификации USB	2.0 LS, FS, HS
Типы файловых систем	FAT (12, 16, 32), NTFS, ext (2, 3, 4)
Максимальная емкость USB-накопителя	2 Тб
Характеристики подключаемых устройств хранения данных SD-карт
Версии спецификации SD	2.00 часть A2
Типы SD-карт	Полноформатная SD (до 2 Гб), SDHC (до 32 Гб), SDXC (до 2 Тб)
Класс скорости	SD class 2 и выше
Типы файловых систем	FAT (12, 16, 32), NTFS, ext (2, 3, 4)
Максимальная емкость SD-накопителя	2 Тб

---

Клапан регулирования Noah NL04


Рисунок 6 Клапан регулирования Noah NL04

Прямоходные электроприводы серии NL предназначены для установки на регулирующие клапаны прямоходного принципа действия. Опция NL-NAC с режимом работы ПВ100% позволяет осуществлять непрерывное регулирование рабочего органа клапана, тем самым удовлетворяя потребности наиболее точных процессов регулирования. Стандартное исполнение привода NL включает в себя полный функционал электроприводов NA. Также доступен аналогичный набор опций.

В приводе установлен асинхронный малоинерционный двигатель закрытого типа со встроенной термозащитой для предотвращения повреждений.

Функции:

Диагностика правильности чередования фаз и устранения их рассогласования;

- Управление направлением движения привода без перекидывания установочных

проводов;

- Возможность установки эксплуатационных режимов работы привода - движение

толчками и удержание;

- Остановка направления движения привода в случае пропадания управляющего сигнала;

- Выбор метода остановки привода при достижении конечных положений -

по достижению конечного положения или по превышению момента;

- Проверка наработки привода по ресурсу «открыто-закрыто»;

- Проверка состояния измерительного потенциометра;

- Режим автоматической калибровки рабочего хода привода;

- Выбор исходящих сигналов из представленных типов или установка собственных величин;

- Установка и регулировка «мертвых зон» рабочего хода привода - защита от «эффекта молотка»;

- Установка и регулировка времени прохождения «мертвой зоны» - задержка

- управляющих сигналов на заданное время;

- Выдача сигнала о положении привода после отработки сигнала «неисправность»;

- Установка и регулировка начальной и конечной точки аналогового сигнала;

Характеристики:

- Защита: пылевлагазащита IP67

- Напряжение: 110 / 220 VAC 50/60Гц , 380 / 440 VAC 50/60Гц,   Опция : DC24V

- Моментные выключатели: Откр./Закр. (Кроме : NL04 , NL06

- Моментные выключатели: Откр./Закр.

- Индикатор: Непрерывный индикатор положения

- Ручной дублер: Автопереключаемый механизм

- Самоблокировка: Посредством червячного редуктора

- Нагреватель: 20 Вт

---