Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматическое регулирование. Учебное пособие.pdf
необходимые при вычислении в реальном времени всех параметров
уравнения движения потока, включая плотность, вязкость, скорость,
одомеров и
серии ELITE (СMF). Краткие технические характеристики моделей,
измерений,
число Рейнольдса, бета-отношение, скорость набегающего потока,
коэффициент расхода и коэффициент расширения газа.
Рис. 35. Многопараметрический датчик массового расхода
5.1.2. Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры
Micro Motion. Принцип действия кориолисовых расх
плотномеров
Кориолисовые расходомеры и плотномеры предназначены
для прямого измерения массового расхода, плотности,
температуры, вычисления объемного расхода жидкостей, газов и
взвесей. Все измерения выполняются в реальном времени. Какого-
либо дополнительного оборудования для измерений не требуется.
Выпускается 9 серий датчиков расхода (сенсоров) и 9 моделей
микропроцессорных преобразователей, функциональные
возможности которых отвечают самым различным требованиям.
В текущем году была расширена продуктовая линейка сенсоров
приведенные в настоящем документе, позволяют сравнить
различные модели сенсоров и преобразователей между собой.
Кроме высокой точности и повторяемости результатов
сенсоры кориолисовых расходомеров характеризуются низкой
стоимостью эксплуатации. Сенсоры не накладывают особых
требований по монтажу, не требуют прямолинейных участков или
71
специального оборудования для формирования потока, в них нет
движущихся деталей. Использование сенсоров Micro Motion
позволяет почувствовать все преимущества оборудования, которое
совсем или почти не требует технического обслуживания. Широкий
олы
направлении
основе MVD™ технологии (Multi Variable Digital цифровая
многопараметрическая) и предназначены для установки в опасных
набор преобразователей включает модели, сконструированные на
зонах, требующих обеспечения взрывобезопасности, а также
модели, которые интегрально монтируются на сенсоре.
Преобразователи поддерживают коммуникационные проток
HART®, Modbus®, Foundation™ fieldbus и Profibus. Кориолисовые
расходомеры и плотномеры позволяют увеличить
производительность и эффективность производства, а также
экономическую эффективность предприятия Кориолисовый
расходомер состоит из датчика расхода (сенсора) и
преобразователя (рис. 36 а). Сенсор напрямую измеряет расход,
плотность среды и температуру сенсорных трубок.
Преобразователь конвертирует полученную с сенсора информацию
в стандартные выходные сигналы [11].
.
Рис. 36 а. Принцип действия кориолисовых расходомеров [11]
Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные
половины, протекающие через каждую из сенсорных трубок.
Движение задающей катушки (рис. 36 б) приводит к тому, что
трубки колеблются вверх - вниз в противоположном
друг к другу [11].
72
Рис. 36 б. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]
).
сигналы представляют собой движение одной трубки относительно
Сборки магнитов и катушек-соленоидов, называемые
детекторами, установлены на сенсорных трубках (рис. 36 в
Катушки смонтированы на одной трубке, магниты на другой.
Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле
постоянного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой
катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти
другой. Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы,
поступающие с детекторов, находятся в одной фазе (рис. 36 г) [11].
Рис. 36 в. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]
73
Рис. 36 г. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]
появлению
лько
трубки, а в выходной способствует. Это приводит к изгибу трубки.
При движении измеряемой среды через сенсор проявляется
физическое явление, известное как эффект Кориолиса.
Поступательное движение среды во вращательном движении
сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового
ускорения, которое, в свою очередь, приводит к
кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки,
приданного ей задающей катушкой, т.е. когда трубка движется
вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости,
поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как то
жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на
противоположное. Таким образом, во входной половине трубки
сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению
Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз,
направление изгиба меняется на противоположное [11].
Рис. 36 д. К принципу действия кориолисовых расходомеров
(фазовый сдвиг) [11]
74
Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба
сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу
Как результат изгиба
зователя,
при этом сенсорные трубки колеблются с их собственной частотой.
жидкости.
Детекторы измеряют (рис. 36 д) при движении
противоположных сторон сенсорной трубки.
сенсорных трубок генерируемые детекторами сигналы не
совпадают по фазе, так как сигнал с входного детектора
запаздывает по отношению к сигналу с выходного детектора.
Разница во времени между сигналами (ΔT) измеряется в
микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу
(рис. 36 е). Чем больше 𝛥T, тем больше массовый расход.
Соотношение между массой и собственной частотой колебаний
сенсорной трубки - это основной закон измерения плотности в
кориолисовых расходомерах [11].
Рис. 36 е. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]
В рабочем режиме задающая катушка питается от преобра
Как только масса измеряемой среды увеличивается, собственная
частота колебаний трубок уменьшается; соответственно, при
уменьшении массы измеряемой среды, собственная частота
зависит от их геометрии, материала, конструкции и массы. Масса
колебаний трубок увеличивается. Частота колебаний трубок
состоит из двух частей: массы самих трубок и массы измеряемой
среды в трубках. Для конкретного типоразмера сенсора масса
75
трубок постоянна. Поскольку масса измеряемой среды в трубках
равна произведению плотности среды и внутреннего объема, а
типоразмера, то частота колебаний трубок может быть привязана к
Частота колебаний измеряется выходным детектором в
лотность
увеличение процента использования
20)
объем трубок является также постоянным для конкретного
колебаний.
циклах в секунду (Гц). Период колебаний, как известно, обратно
пропорционален частоте. Измерить время цикла легче, чем считать
плотности среды и определена путем измерения периода
количество циклов, поэтому преобразователи вычисляют п
измеряемой жидкости, используя период колебаний трубок в
микросекундах Плотность прямо пропорциональна периоду
колебаний сенсорных трубок [11].
5.2. Будущее протоколов
Существует множество протоколов обмена данными,
предназначенных для систем управления. Из проведенного опроса
становится ясно, что многие „старые добрые” протоколы еще в ходу,
аналоговая связь все еще доминирует. Самое большое изменение по
сравнению с прошлым опросом –
шины FOUNDATION Fieldbus, которая в этом опросе полностью
затмила Profibus PA.
Пройдет еще много времени, прежде чем шины Profibus и
FOUNDATION Fieldbus полностью вытеснят преобразователи (4мА/HART.
76
Библиографический список
та,
Интеллектуальные датчики в системах промышленной
ерухин М.Ю., Современная автоматика в системах
М.:
та,
ры, регуляторы и вычислительные системы.
., 1973; OppeIt
W., Kleines Handbuch technischer Regelvorgange, 5 Aufl., Weinheim,
1. Вайнер М.С. Автоматическое регулирование. Руководство к
лабораторным работам. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-
1983 – 20 с.
2.Шишов О. В.
автоматизации. ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный
университет им. Н. П. Огарева» 2013.
3.Ившин В.П., П
управления технологическими процессами. Учебное пособие.ИНФРА-М, 2013. – 400 с.
4. Ившин В.П., Перухин М.Ю., Дюдина И.А., Фафурин А. В.
Интеллектуальная автоматика в курсовых и дипломных проектах.
(т.1, 2): учебное пособие.- Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-
2010.
5. Иванов А.А., Торохов С.Л. Управление в технических системах:
учебное пособие / А.А. Иванов, С.Л. Торохов. – М.: ФОРУМ, 2012. –
272 с. – (Высшее образование).
6. Автоматические прибо
Справочное пособие / Под ред.Б.Д.Кошарсхого, Машиностроение,
1976.- 488с.
7. Каталог ПГ «Метран», Челябинск, 2008 г.
8.http://www.elmaxprofi.ru/upload/cat_vega/38633-RU.PDF
9. Иващенко Н. Н., Автоматическое регулирование, 3 изд., М., 1973;
Устройства и элементы систем автоматического регулирования и
управления, под ред. В. В. Солодовникова, книга 1, М
1972.
10. Денисенко В.В. компьютерное управление технологическим
процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия-
11. http://metr-k.ru/files/products/micromotion/Micro_Motion_massovye_
Телеком, 2013. – 606 с.
koriolisovye_rashodomery_i_plotnomery.pdf
77
Содержание
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………..3
1. Автоматическая система управления…………………………..4
1.1. Система автоматического регулирования (САР)
технологическими процессами……………………………….…6
1.2. Классификация технологических процессов……………8
1.2.1. Классификация по характеру процесса…………………8
1.2.2. Классификация технологических процессов в
зависимости от поставленных задач……………...…………….9
1.2.3. Классификация потенциально опасных процессов……...10
1.2.4. Функции АСУ потенциально опасными
процессами…………………………………………………..….....11
2. Структура САК и САР. Определения…………………..........13
2.1. Структурная схема САК…………………………………….13
2.2. Структурная схема САР…………………………………….14
2.3. Виды переходных процессов…………………………...……19
2.4. САР непрерывного и прерывного действия…………..……21
2.5. Принципы регулирования…………………………………...25
3. Этапы формирования современной элементной базы САР.28
3.1. 1-й этап. АСУТП - семейство автономных локальных
схем………………………………………………………………..28
3.2. 2-й этап. АСУТП на базе управляющей вычислительной
машины……………………………………………………………30
3.3. 3-й этап. АСУТП на базе контроллеров…………………...32
3.4. 4-й этап. АСУТП с использованием беспроводной
передачи информации……………………………………………41
4. Элементы САР………………………………………………….47
4.1. Объект регулирования……………………………………….47
4.2. Интеллектуальные датчики………………………………….48
4.3. Канал связи…………………………………………………..52
4.4. Программируемые логические контроллеры………………53
4.5. Иcполнительные устройства………………………………..60
4.5.1. Пневматические исполнительные механизмы……...…..60
4.5.2. Электрические исполнительные механизмы…………....61
4.5.3. Гидравлические исполнительные механизмы…………..62
4.5.4. Регулирующие органы (клапаны пневматические,
электромагнитные, заслонки, задвижки)……………………………62
78
5. Перспективы развития современной элементной базы
САР……………………………………………………………………..69
5.1. Беспроводные сети…………………………………………….69
5.1.1. Многопараметрические датчики…………………………...70
5.1.2. Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры
Micro Motion. Принцип действия кориолисовых расходомеров
и плотномеров…….………………………………………………71
5.2. Будущее протоколов…………………………………………..76
79
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Подписано в печать 17.06.2016
Формат 60×84 1/16
Бумага офсетная
Печать ризографическая
4,65 усл. печ. л.
5,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Заказ 141 «С» 142
Офсетная лаборатория Казанского национального
420015, Казань, К. Маркса, 68
Валерий Петрович Ившин
Марат Юрьевич Перухин
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
Ответственный за выпуск В. В. Кузьмин
Издательство Казанского национального исследовательского
исследовательского технологического университета
технологического университета
80