Файл: Сигнализатор переполнения ливневой канализации.pdf

подобных инцидентов путем недопущения попадания дождевой воды в канализационные системы.
В случае, если дождевая вода собирается, например, с автобанов и дорог, необходимо проводить анализ ее качества, так как такая вода может содержать загрязняющие вещества, к примеру, машинное масло или дорожную соль. Обычно такой анализ проводят в резервуарах, совмещая его с мониторингом уровня.
Питьевая вода является ценным ресурсом, стоимость ее добычи и очистки непрерывно растет, а поэтому не следует расходовать этот ресурс необдуманно. Во многих случаях экономически более выгодным является сбор дождевой воды или повторное использование слабо загрязненной воды хозяйственных стоков. В этих случаях надежный мониторинг уровня гарантирует эффективное использование этих ресурсов.

2.3. Разработка электрических схем сигнализатора переполнения
ливневой канализации
Одной из важных функций автоматизации является: автоматический контроль и управление технологическими процессами.
Основной функцией систем и сооружений водоотведения является повышение надежности работы сооружений путем контроля состояния оборудования и автоматической проверки достоверности информации и стабильности работы сооружений. Всё это способствуют автоматической стабилизации параметров технологических процессов и показателей качества очистки сточных вод, оперативной реакции на возмущающие воздействия (изменение количества отводимой сточной воды, изменение качества очищенной сточной воды). Конечной целью автоматизации является повышение эффективности управленческой деятельности.
Структурная схема системы автоматического контроля уровня переполнения вод представлена на рисунке 2.1
Рисунок 2.1. - Структурная схема
Справа структурной схемы изображен ПЛК-150. Справа от него изображен интерфейс подключения к локальной сети (Ethernet) для получения удаленного доступа к контроллеру. Сигнал передается цифровой. Посредством интерфейса RS-232 происходит согласование с

персональным компьютером.
Поскольку контроллер не требовательный к технической составляющей вычислительной машины, то для корректной работы всей системы в целом достаточно будет даже слабой "машины" типа Pentium 4 или аналогичных моделей.
Сигнал между ПЛК-150 и персональным компьютером передается в цифровом виде.
2.2 Разработка функциональной схемы
Функциональная схема системы автоматического контроля уровня переполнения приведена на рисунке 2.2
Рисунок 2.2 функиональная схема
Параметры передаточной функции объекта управления
Согласно исходным данным имеем:
H= 3 [м]- высота трубы. h0 = 1,0 [м]-заданный уровень.

Qп0 = 12000 [л/час]-номинальный расход. d = 1,4 [м]-диаметр трубы.
Передаточная функция ОУ:
(1)
Рассчитаем численные значения передаточной функции.
Площадь сечения бака:
(2)
Номинальный поступающий расход:
(3)
Коэффициент передачи K:
(4)
Постоянная времени T:
(5)

Таким образом передаточная функция для объекта управления будет иметь вид:
(6)
Структура системы автоматического управления представлена на рисунке 2.3:
Рисунок 2.3 - Структурная схема САУ
Где: Кр.о.- коэффициент передачи регулирующего органа (РО) поступающего расхода Qпо;
Кд- коэффициент передачи датчика уровня h
Wp- передаточная функция автоматического регулятора
Расчет коэффициента усиления регулирующего органа Kр.о:
, где
- изменение поступающего потока;
изменение степени открытия клапана (в процентах).
Зависимость поступающего потока от степени открытия клапана изображено на рисунке 2.4:

Рисунок 2.4 - Зависимость поступающего потока от степени открытия клапана
Оценка коэффициента передачи датчика уровня
Коэффициент передачи датчика уровня определяется как отношение приращения выходного параметра датчика уровня i[мА] к входному параметру
[m].
Максимальная высота уровня жидкости ,которую должен измерять датчик уровня соответствует 1.5 метрам, а изменение токового унифицированного выходного сигнала датчика уровня при изменении уровня в диапазоне 0-1.5 метра соответствует 4-20 [мА].

(7)
Общепромышленные датчики уровня имеют встроенную функцию сглаживания выходного сигнала инерционным фильтром- звеном первого порядка с устанавливаемой постоянной времени Tф в диапазоне от единиц до десятков секунд. Выбираем постоянную времени фильтра Тф=10 с [2].
Тогда передаточная функция датчика уровня равна:
(8)
Структура системы управления примет вид:
Рисунок 2.5 - структура системы управления
Упрощенная структура системы управления с численными значениями:
Рисунок 2.5 - упрощенная структура систему управления

Логарифмические амплитудно-фазовые частотные характеристики неизменяемой части системы
ЛАФЧХ неизменяемой части САУ строятся приближенным методом, состоящим в том, что для звена с передаточной функцией :
(9) в логарифмической сетке координат до частоты 1/Т, где Т=56 с - постоянная времени, ЛАЧХ имеет вид прямой, параллельной частотной оси на уровне 20 lg K=20 lg0.43=-7,3 дб, а для частот ,больших 1/Т,
ЛАЧХ имеет вид прямой линии с наклоном -20дб/дек до сопрягающей частоты 1/Тф, где наклон изменяется дополнительно на -20дб/дек и составляет -40 дб/дек. [2]
Сопрягающие частоты:
(10)
(11)
Таким образом имеем:

Рисунок 2.6 - ЛАФЧХ исходной разомкнутой системы
Произведем выбор регулирующего органа на основании условной пропускной способности Cv.
Вычисление величины Сv производится по международному стандарту DIN EN 60534 согласно следующей формуле:
(12) где Q - расход [м3/ч], ρ - плотность жидкостей [кг/м3], Δp - разность давлений [бар] перед клапаном (Р1[bar]) и за клапаном
(Р2[bar]) по направлению потока.
Тогда для регулирующего органа расхода Qп0 согласно исходным данным:
(13)
Для возможного изменения расхода
Qп в процессе

автоматического управления относительно его номинального значения
Qп0 максимальное значение Qп принимаем в два раза больше номинального, то есть
Диаметр проходного сечения для поступающего расхода вычисляется следующим образом :
(14)
Аналогично для отходящего расхода имеем:
(15)
(16)
Построение ЛАФЧХ разомкнутой САУ исходит из следствия теории линейных систем заключающегося том, что если ЛАЧХ разомкнутой системы(состоящей из минимально - фазовых звеньев) имеет в области существенных частот (секторе, отсекаемом линиями
±20 дб наклон -20 дб/дек, то:
- замкнутая САУ устойчива;
- переходная функция замкнутой САУ близка к монотонной;
- время регулирования
3
р
ср
t


. (17)

Структура разомкнутой исходной системы с ПИ - регулятором :
Рисунок 2.7 - Структура исходной системы с ПИ-регулятором
Желаемый ЛАЧХ (Lж) простейшего вида разомкнутой САУ, которая бы в замкнутом виде удовлетворяла заданным показателям качества, должна иметь в окрестности существенных частот наклон
ЛАЧХ равный -20дб/дек и пересечение с осью частот при:
(18)
В области низкочастотной асимптоты, для создания нулевой
(согласно ТЗ) статической ошибки δст =0 частотные характеристик разомкнутой системы должны соответствовать интегратору по крайне мере 1-го порядка. Тогда естественно сформировать в этой области желаемую ЛАЧХ в виде прямой с наклоном -20 дб/дек. как продолжение Lж из области существенных частот. С целью упрощения реализации САУ высокочастотная асимптота должна соответствовать высокочастотной асимптоте неизменяемой части системы. Таким образом, желаемая ЛАЧХ разомкнутой системы представлена на рисунке 2.8:

Рисунок 2.8 - Желаемые ЛАФЧХ разомкнутой системы
Согласно принятой структуре промышленной
САУ, единственным средством приведения ЛАФЧХ неизменяемой части Lнч к Lж является ПИ- регулятор с передаточной функцией ЛАФЧХ (при
Кр=1)

Рисунок 2.9 - ЛАФЧХ ПИ-регулятора
Для в области низких частот ЛАЧХ ПИ-регулятора соответствуют интегрирующему звену с отрицательным фазовым сдвигом -90град, а для частотные характеристики регулятора соответствуют усилительному звену с нулевым фазовым сдвигом в области существенных частот проектируемой системы при надлежащем выборе величины Ти.
Примем постоянную интегрирования регулятора равной постоянной времени Т объекта управления, т.е Ти = 56, при Кр =1.
Тогда ЛАЧХ разомкнутой САУ примет вид L1=Lнч+Lпи, качественно соответствующий виду Lж на рисунке, но с меньшим коэффициентом усиления. Для совпадения ЛАЧХ проектируемой системы с Lж необходимо увеличить коэффициент усиления разомкнутой системы на
16 дб, т.е в 7 раз. Следовательно, настройки регулятора определены.

Рисунок 2.10 - Синтез САУ. Определение настроек регулятора
Такие же параметры настройки регулятора получаются, если из
Lж графически вычесть Lнч и по виду ЛАЧХ получившегося последовательного корректора (ПИ регулятора) восстановить его передаточную функцию. при Ти=Т=56 с, передаточная функция разомкнутой системы имеет вид
, в составе которой имеет место интегрирующее звено. При построении ЛАЧХ, соответствующей Wp(p) коэффициент передачи Kp0,32/7850 должен численно соответствовать частоте пересечения ЛАЧХ с осью ω на частоте с-1, откуда с-1 или Kp=6,98.
При расчетных настройках регулятора САУ устойчива, имеет переходную функцию близкую к монотонной, время регулирования tр=56 с, статическая ошибка δст=0.

Датчиковая аппаратура
Измеритель 2ТРМ0 предназначен для измерения температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров
(веса, давления, влажности и т. п.).
Рисунок 2.11 - Измеритель 2ТРМ0
Класс точности 0,5 (термопары)/0,25 (другие типы сигналов).
Регулятор выпускается в корпусах 5 типов: настенном Н, монтаж на
Дин-рейку Д и щитовых Щ1, Щ11, Щ2.
Рисунок 2.12 - Функциональная схема прибора ОВЕН 2 ТРМ 0.

Рисунок 2.13 - Габаритный чертёж измерительного прибора
Схема подключения прибора:
На рисунке приведена схема клеммной колодки прибора. На рисунках приведены схемы подключения прибора.
Рисунок 2.14 - Схема подключения прибора
Многоканальный блок питания БП14 предназначен для питания стабилизированным напряжением 24 В или 36 В датчиков с унифицированным выходным токовым сигналом.
Блок питания БП14 выпускается в корпусе с креплением на DIN- рейку типа Д4.
Основные функции:
- Преобразование переменного (постоянного напряжения в постоянное стабилизированное в двух или четырех независимых каналах;
- Ограничение пускового тока;
- Защита от перенапряжения импульсных помех на входе;
- Защита от перегрузки , короткого замыкания и перегрева;

- Индикация о наличии напряжения на выходе каждого канала.
Частота входного переменного напряжения 47...63 Гц. Порог срабатывания защиты по току (1,2...1,8) Imax. Суммарная выходная мощность 14 Вт. Количество выходных каналов 2 или 4. Номинальное выходное напряжение канала 24 или 36 В.
Нестабильность выходного напряжения при изменении напряжения питания ±0,2 %.Нестабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 0,1 Imax до Imax ±0,2 %.Рабочий диапазон температур -20...+50 °C.Коэффициент температурной нестабильности выходного напряжения в рабочем диапазоне температур ±0,025 % / °C.Электрическая прочность изоляции- вход - выход (действующее значение)2 к.
САУ-М6 является функциональным аналогом приборов ESP-50 и
РОС 301.
Рисунок 2.15 -Сигнализатор уровня

Рисунок 2.16 - Схема подключения САУ-М6
Сигнализатор уровня жидкости трехканальный ОВЕН САУ-М6 - предназначен для автоматизации технологических процессов, связанных с контролем и регулированием уровня жидкости.

Рисунок 2.17 - Функциональная схема САУ-М6
САУ-М6 является функциональным аналогом приборов ESP-50 и
РОС 301.
Прибор выпускается в корпусе настенного крепления типа Н.
Функциональные возможности сигнализатора уровня
Три независимых канала контроля уровня жидкости в резервуаре
Возможность инверсии режима работы любого канала
Подключение различных датчиков уровня
- кондуктометрических, поплавковых
Работа с различными по электропроводности жидкостями : дистиллированной, водопроводной, загрязненной водой, молоком и пищевыми продуктами (слабокислотными, щелочными и пр.)
Защита кондуметрических датчиков от осаждения солей на электродах благодаря питанию их переменным напряжением

Рисунок 2.18 - Габаритный чертёж
Технические характеристики прибора номинальное напряжение питания прибора 220 В частотой 50 Гц. Допустимые отклонения напряжения питания от номинального значения -15...+10 %.
Потребляемая мощность, не более 6 ВА. Количество каналов контроля уровня - 3. Количество встроенных выходных реле - 3. Максимально допустимый ток, коммутируемый контактами встроенного реле 4 А при 220 В 50 Гц (cos > 0,4).
Модуль дискретных входов и выходов для распределенных систем в сети RS-485 (протоколы ОВЕН, Modbus, DCON).
Модуль может использоваться совместно с программируемыми контроллерами ОВЕН ПЛК или др.МДВВ работает в сети RS-485 при наличии в ней "мастера", при этом сам МДВВ не является "мастером" сети. дискретных входа для подключения контактных датчиков и транзисторных ключей n-p-n типа. Возможность использования любого дискретного входа(максимальная частота сигнала - 1 кГц)
Возможность генерации шим-сигнала любым из выходов
Автоматический перевод исполнительного механизма в