3.2 Выбор средств автоматизации

Автоматизация производства базируется на многочисленных и разнообразных технических средствах.

По функциональному признаку технические средства подразделяются на следующие группы:

1) средства получения информации о состоянии объекта управления. Устройства этой группы предназначены для преобразования измеряемой физической величины в удобный для восприятия, передачи и обработки сигнал;

2) средства приема, преобразования и передачи информации. Технические средства этой группы используются для приема преобразования и передачи сигналов, содержащих измерительную информацию и несущих команды управления;

3) средства обработки информации, формирования команд управления, представления информации оператором;

4) средства использования командной информации для воздействия на объект управления.

Рассмотрим более конкретно выбор комплекса технических средств.

В данной работе будут использоваться электрические устройства, обладающие высокой точностью, быстродействием и обеспечивающие большую дальность и емкость каналов передачи информации.

3.2.1 Приборы для измерения температуры

В устройствах для измерения температуры обычно используют изменение какого-либо физического свойства тела, однозначно зависящего от его температуры и легко поддающаяся измерению. К числу свойств, положенных в основу работы приборов для измерения температуры, относятся объемное расширение тел, изменение давления вещества в замкнутом объеме, возникновения термоэлектродвижущей силы, изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников, интенсивность излучения нагретых тел и другие.

Измерение температуры осуществляется посредством термоэлектрических преобразователей ТХА МЕТРАН-201 и ТХА МЕТРАН- 251 (для взрывоопасной зоны). Термопреобразователи ТХА МЕТРАН-201 и МЕТРАН-251 предназначены для преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в электрический сигнал. Термопреобразователь обеспечивает измерение температуры нейтральных и агрессивных сред, не разрушающих материал защитной арматуры.

Технические характеристики:

- диапазон преобразуемых температур:

для ТХА МЕТРАН-201 -40…800ºС;

для ТХА МЕТРАН-251 0…800ºС;

- класс допуска: 2;

- предельное рабочее избыточное давление: 1; 6,3 Мпа;

- показатель тепловой инерции: 40; 20; 10 с;

- масса, не более: от 0,5 до 1,5 кг.

2. Приборы для измерения уровня

Датчики давления серии МЕТРАН-100ДД предназначен для измерения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал.

МЕТРАН-100-ДД используется в качестве уровнемера для измерения уровня (по разности давления) в закрытых сосудах работающих под давлением больше или меньше атмосферного.  

Технические характеристики:

- измеряемые среды: жидкости, пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси; пищевые продукты;

- диапазоны измеряемых давлений: 0…0,04 кПа, 0…100 МПа;

- Ряд верхних пределов измерения (модель 1420): 10; 6,3; 4,0; 2,5; 1,6; 1,0; 0,63;

- основная погрешность измерений, % от диапазона: до ± 0,1;

- диапазон перенастроек пределов измерений: до 25:1;

- исполнения: обыкновенное; взрывозащищенное (Ех, Вн); для эксплуатации на АС;

- межповерочный интервал, лет: 3;

- гарантийный срок эксплуатации, лет: 3;

- выходной сигнал: 4…20, 0…5, 0…20 мА;

- напряжение питания: постоянный 12…42 В;

- средняя наработка на отказ: 150000 ч;

- степень защиты от пыли и воды: IP65.

3.2.3 Приборы для измерения давления

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на: жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В данном проекте используются датчики серии МЕТРАН-100.

МЕТРАН-100ДИ (измерения избыточного давления), Датчики серии МЕТРАН-100ДИ предназначены для измерения избыточного давления и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал.

Технические характеристики:

- измеряемые среды: жидкости, пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси; пищевые продукты;

- диапазоны измеряемых давлений: 0…0,04 кПа, 0…100 МПа;

- основная погрешность измерений, % от диапазона: до ± 0,1;

- диапазон перенастроек пределов измерений: до 25:1;

- исполнения:

обыкновенное;

взрывозащищенное (Ех, Вн);

для эксплуатации на АС;

- межповерочный интервал, лет: 3;

- гарантийный срок эксплуатации, лет: 3;

- выходной сигнал: 4…20, 0…5, 0…20 мА;

- напряжение питания: постоянный 12…42 В;

- средняя наработка на отказ: 150000 ч;

- степень защиты от пыли и воды: IP65;

МЕТРАН-100ДВ (измерения разряжения), Датчики серии МЕТРАН-100ДВ предназначены для измерения разряжения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал.  

Технические характеристики:

- измеряемые среды: жидкости, пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси; пищевые продукты;

- диапазоны измеряемых давлений: -10…0 кПа;

- основная погрешность измерений, % от диапазона: до ± 0,1;

- диапазон перенастроек пределов измерений: до 25:1;

- исполнения: обыкновенное; взрывозащищенное (Ех, Вн); для эксплуатации на АС;

- межповерочный интервал, лет: 3;

- гарантийный срок эксплуатации, лет: 3;

- выходной сигнал: 4…20, 0…5, 0…20 мА;

- напряжение питания: постоянный 12…42 В;

- средняя наработка на отказ: 150000 ч;

- степень защиты от пыли и воды: IP65;

МЕТРАН-100ДД (измерения разности давлений), Датчики серии МЕТРАН-100ДД предназначены для измерения разности давлений и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал.

Технические характеристики:

- измеряемые среды: жидкости, пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси; пищевые продукты;

- диапазоны измеряемых давлений: 0…0,04 кПа, 0…100 МПа;

- основная погрешность измерений, % от диапазона: до ± 0,1;

- диапазон перенастроек пределов измерений: до 25:1;

- исполнения:

обыкновенное;

взрывозащищенное (Ех, Вн);

для эксплуатации на АС;

- межповерочный интервал, лет: 3;

- гарантийный срок эксплуатации, лет: 3;

- выходной сигнал: 4…20, 0…5, 0…20 мА;

- напряжение питания: постоянный 12…42 В;

- средняя наработка на отказ: 150000 ч;

- степень защиты от пыли и воды: IP65;

3.2.4 Приборы для измерения расхода

Для измерения расхода применяется расходомер МЕТРАН-350-М.

Принцип действия расходомера МЕТРАН-350-М основан на измерения расхода среды методом переменного перепада давления с использованием усредняющих напорных трубок, на которых возникает перепад давлений пропорциональный расходу.

Технические характеристики:

- измеряемые среды: газ, пар, жидкость;

- параметры измеряемой среды:

-40…400ºС итегральный монтаж;

-40…677 ºС удаленный монтаж;

- выходной сигнал: 0…5, 0…20, 4…20 мА;

- напряжение питания: постоянный 10,5…55 В

- избыточное давление в трубопроводе: 25 МПа;

- диаметр трубопровода, мм: 12,5…1820;

- пределы измерений (для жидкости): 0,08…49137,0, м³/ч;

- основная погрешность измерений, % от диапазона: до ± 0,1;

- самодиагностика;

- взрывозащищенное исполнение;

- средний срок службы: 10 лет;

- межповерачный интервал: 2 года;

- средняя наработка на отказ: 150000 ч;

- степень защиты от пыли и воды: IP65.

3.2.5 Прибор для измерения концентрации водорода

В данном дипломном проекте для измерения концентрации водорода применяем газоанализатор ДИСК-М-01.

Газоанализатор предназначен для измерения концентрации анализируемого газа в % объемных долей в анализируемой газовой смеси и преобразования в унифицированный аналоговый сигнал.

Принцип действия газоанализатора основан на зависимости теплопроводности анализируемой газовой смеси от концентрации анализируемого газа.

Технические характеристики:

- анализируемая газовая смесь: водород в азоте;

- температура анализируемой газовой смеси: 5…50ºС

- диапазон измерений: 90…100 %;

- основная погрешность измерений, % от диапазона: до ± 4;

- время установления выходного сигнала на уровне 0,9 не более:15 с;

- выходной сигнал: 0…5 мА, 4…20 мА;

- испытательное избыточное давление газа:

в измерительном канале, не более: 784 кПа;

в канале индикатора расхода газа, не более: 196 кПа;

- напряжение питания: ~ 220 В, 50 Гц;

- средняя наработка на отказ: 15000 ч;

- масса: 8,5 кг.

3.2.6 Прибор для измерения концентрации растворенного кислорода

Для измерения концентрации растворенного кислорода применяется анализатор растворенного кислорода МАРК-403.

При измерении содержания в воде растворенного кислорода используется амперометрический датчик, по принципу работы совпадающий с полярографической ячейкой закрытого типа.

Технические характеристики:

- измеряемые среды: вода;

- диапазоны измерений концентрации растворенного кислорода:

I диапазон, мгк/дм³: ± (2,7+0,04Y);

II диапазон, мгк/дм³: ± (3+0,04Y);

III диапазон, мгк/дм³: ± (5+0,04Y);

IV диапазон, мг/дм³: ± (0,023+0,04Y);

- пределы допускаемой основной абсолютной погрешности показаний анализатора:

I диапазон, мгк/дм³: ± (2,7+0,04Y);

II диапазон, мгк/дм³: ± (3+0,04Y);

III диапазон, мгк/дм³: ± (5+0,04Y);

IV диапазон, мг/дм³: ± (0,023+0,04Y);

- температура анализируемой воды: 0…70ºС;

- выходной сигнал: 0…5 мА, 4…20 мА;

- напряжение питания: ~ 220 В, 50 Гц;

- средняя наработка на отказ: 20000 ч;

- средний срок службы: 10 лет.

3.2.7 Прибор для измерения электропроводности воды

Для измерения удельной электропроводности воды применяется автоматический цифровой кондуктометр КАЦ-037.

Кондуктометр предназначен для использования в системах мониторинга водно-химического режима на тепловых электростанциях и в тепловых сетях, а также в пищевых, химических и иных производствах.

Кондуктометр комплектуется датчиком удельной электропроводности одного из трех исполнений: ДК-1; ДК-2; ДК-3.

Техническая характеристика:

- измеряемые среды: вода и водные растворы;

- диапазон измерения:

ДК-1: 0,06…100 мкСм/см;

ДК-2: 2,0…3000 мкСм/см;

ДК-3: 50…100000 мкСм/см;

- основная погрешность измерений, % от диапазона: до ± 1,5;

- выходной сигнал: 0…5, 0…20, 4…20 мА;

- температура анализируемой среды: 25ºС;

- температура окружающей среды: 5…50ºС;

- напряжение питания: ~ 220 В, 50 Гц;

- средняя наработка на отказ: 20000 ч;

- средний срок службы: 10 лет.

3.2.8 Блок питания КАРАТ – 22

Для питания датчиков используем блок питания КАРАТ - 22. Предназначенный для питания стабилизированным напряжением постоянного тока 36 В (24 В) датчиков серии МЕТРАН, ТХАУ с унифицированным токовым выходным сигналом и других аналогичных датчиков в искробезопасном исполнении, а так же линейного преобразования входного сигнала в выходной унифицированный сигнал 0 – 5, 0 – 20, 4 – 20 мА.

Блок питания КАРАТ - 22 осуществляет преобразование выходного сигнала датчика в выходные сигналы блока по: пропорциональному каналу – с линейной зависимостью между входным и выходным током, пропорциональной измеряемой разности давлений; корнеизвлекающему каналу – с линеаризацией зависимости между входным и выходным током пропорционально измеряемому расходу.

Техническая характеристика:

- количество гальванически развязанных каналов: 1,2,4,8;

- каналы гальванически развязаны;

- защита от короткого замыкания и перегрузок по каждому каналу;

- степень защиты от пыли и воды: IP30;

- блоки питания имеют унифицированную конструкцию;

- выходное напряжение: 36 В (24 В);

- потребляемая мощность: 60 ВА;

- климатическое исполнение: УХЛЗ или ТВЗ;

- масса, не более: 3,5 кг;

- наработка на отказ: 120000 часов;

- средний срок службы: 12 лет;

- класс стабилизации: 0,2;

- питание: 220 В, 50 ± 1 Гц;

- ток нагрузки: 100 мА;

- предел допускаемой основной погрешности ± 0,1.

Монтаж электрических соединений производится проводом, имеющим сечение не менее 0,2 мм² под винт.

3.2.9 Блок коммутаций реверсивный БКР

Блок коммутации реверсивный (БКР) предназначен для бесконтактного управления асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов типа МЭО, электромагнитными пусковыми устройствами в системах автоматического регулирования.

Функции:

- бесконтактная (симисторной) коммутация механизмов типа МЭО;

- формирование сигналов БОЛЬШЕ, МЕНЬШЕ и ЗАПРЕТ;

- формирование паузы между реверсивными включениями не менее 50мс;

- управление электромагнитным тормозом;

- блокировка включения исполнительного механизма при наличии -сигнала ЗАПРЕТ. Канал, на который распространяется действие сигнала - ЗАПРЕТ, выбирается пользователем.

Общие сведения:

- индикация сигнала управления;

- управляется от регуляторов, формирующих раздельные сигналы управления по трехпроводной линии

Технические характеристики:

- питание нагрузки: ~ 220 В, 50 Гц;

- ток по входам в открытом состоянии, не более: 15 мА;

- действующие значение коммутируемого тока:

при 100 % времени включения – 0,5 А;

при 25 % времени включения – 2 А;

- питание блока от сигнала управления: 12…36 В, 30 мА мах;

- масса, не более: 0,2 кг.

Условия эксплуатации:

- температура: 0…50ºС;

- влажность: 80 % при 35ºС.

3.2.10 Блок питания и реле БПР

Блок питания и реле БПР представляет собой блок из источника стабилизированного питания напряжением 24В и трех независимых электромеханических реле.

Функции:

- коммутация цепей переменного и постоянного тока в системах промышленной автоматики;

- преобразование переменного тока напряжением 220 В в стабилизированное напряжения постоянного тока 24 В для питания нормирующих преобразователей, реле, схем сигнализации и индикации.

Технические характеристики:

- количество реле в блоке: 3;

- напряжение и ток срабатывания реле: 24 В, 25 мА;

- допустимые напряжение и ток коммутации реле при активной нагрузке:

постоянное напряжение: 28 В/8 А;

переменное напряжение: 120 В/5 А;

переменное напряжение: 250 В/2 А;

- тип контактов в каждом реле: 1 группа, переключение;

- входное напряжение: ~ 220 В, 50 Гц;

- выходное напряжение: 24 В ±2 %;

- максимальный ток нагрузки, не более: 0,15 А;

- масса, не более: 0,5 кг.

3.2.11 Магнитный пускатель

Магнитный пускатель ПМЕ 212 предназначен для коммутации электрических однофазных и трехфазных цепей.

Технические характеристики:

- номинальный ток контактов головной цепи: 25 А;

- номинальное напряжение по изоляции: 660 В, 50 Гц;

- напряжение катушки: ~ 220 В, ~ 380 В;

- контактная группа: 3 “з” + 3 “р”;

- степень защиты: IP 00;

- Реверс: нет;

- тепловое реле: РТТ;

- кнопки: нет;

- крепление: винт;

- габаритные размеры: 89х150х116 мм.

3.2.12 Электродвигатели серии А2К

Конструкция этой серии оригинальна, имеет двухскоростное исполнение обмотки якоря.

Электродвигатели серии А2К используются для привода оппозитных компрессоров, питание осуществляется как от генератора, так и от статических преобразователей. Наличие в каждом двигателе пускорегулирующей аппаратуры, расположенной в шкафу управления, сигнализирует и защищает его от недопустимых перегрузок.

Двигатели А2К OREMI рассчитаны для работы во невзрывоопасной среде, не содержащей токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров, в концентрациях, не разрушающих металл и изоляцию.

Двигатели рассчитаны на эксплуатацию в закрытых отапливаемых и вентилируемых помещениях в условиях умеренного (УХЛ 4) или тропического (Т 4) климата.

По желанию заказчика двигатели могут быть изготовлены на напряжение 400, 415, 440, 660 В.

Технические характеристики:

- номинальная мощность, кВ: 160/75;

- номинальное напряжение сети, В: 380;

- напряжение цепи управления, В: 220;

- частота сети, Гц: 50;

- частота вращения, об/мин: 750/375;

- номинальный ток статора, А: 308/240;

- коэффициент полезного действия, %: 91,8/88,5;

- коэффициент мощности: 0,86/0,54;

- М max/М ном: 2,1/2,3;

- М пуск./М ном: 1,1/1,3;

- I пуск./I ном: 5,5/4,5.

3.2.13 Электрический исполнительный механизм

Тип прибора: МЭО-87

Принцип работы:

- преобразование электрического командного сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройство во вращательное перемещение выходного вала;

Назначение:

- механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств;

Установка:

- МЭО - выносные механизмы, устанавливаемые на специальных площадках вблизи арматуры и связанные с ней посредством рычагов и тяги;

Потребляемая мощность, Вт: 260 не более;

Масса, кг.: 27,5 не более;

Электрическое питание механизмов: 220/380В, частотой 50 Гц.

Условия эксплуатации:

- температура окружающей среды - от -30° до + 50° С;

- относительная влажность до 95% при 35° С и более низких температурах без конденсации влаги.

Технические условия: ТУ 25-7504.014-86.

3.2.14 ПИД-регулятор МЕТАКОН-514

В состав серии входят одно-, двух- и трёхканальные ПИД-регуляторы для управления реверсивными исполнительными механизмами типа МЭО (ПДД управление) с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного сигнала и аварийной сигнализацией по двум независимым уровням.

Регуляторы МЕТАКОН-514/524/534 применяются совместно с реверсивными исполнительными механизмами интегрирующего типа (трёхходовые клапаны и задвижки и т.п.).

Высокая точность управления технологическими процессами обеспечивается применением ПИД-алгоритма регулирования.

Регуляторы выполнены на микропроцессорной основе, обладают высокой точностью измерения и регулирования, надёжны и просты в эксплуатации.

Наличие интерфейса RS-485 позволяет создавать на базе регуляторов МЕТАКОН автоматизированные системы сбора данных и управления технологическими процессами.

Области применения:

1) химическая, нефтехимическая промышленность;

2) термическая обработка материалов, металлургия;

3) производство полупроводниковых материалов, синтетических волокон, пластмасс, био- и медпрепаратов;

4) лабораторные и научные исследования.

Регуляторы выполнены на микропроцессорной основе, обладают высокой точностью измерения и регулирования, надёжны и просты в эксплуатации.

Функции:

1) измерение технологических параметров (до трех каналов);

2) ПИД-алгоритмуправления реверсивными исполнительными механизмами (ПДД-регулятор) ШИМ выходным сигналом управления;

3) автоматическая настройка параметров ПИД-регулятора;

4) масштабирование линейных сигналов;

5) сигнализация по двум независимым уровням в каждом канале;

6) работа в распределённых системах сбора данных и управления.

Общие сведения:

1) высокая помехоустойчивость прибора (не ниже третьей степени жёсткости);

2) модификации с транзисторными и релейными выходами;

3) ручное и автоматическое управление;

4) ограничение сигнала управления;

5) программный выбор типа НСХ термопреобразователя;

6) масштабирование линейных сигналов;

7) линеаризация НСХ термопреобразователей;

8) четырех проводная схема подключения термосопротивлений;

9) контроль обрыва входных линий и аварийных ситуаций;

10) аппаратно-программная поддержка интерфейса RS-485;

11) цифровая фильтрация входных сигналов;

12) контрастная цифровая индикация (антиблик);

13) защита паролем;

Технические характеристики:

- количество каналов: 1, 2, 3;

- модификации по типу входных сигналов:

0…50 мВ, термопары (ТХА(К), ТХК(L), ТПП(S), ТПР(B), ТВР(А-1), ТЖК(J), ТНН(N)), специальные градуировки (ПМТ-2, Р-3);

термосопротивления 50М, 50П, Pt50;

термосопротивления 100М, 100П, Pt100;

ток 0…5мА;

ток 0(4)…20мА;

напряжение 0…1В;

напряжение 0…10В;

- основная погрешность измерения: 0,1 %;

- период опроса входного сигнала: 0,25 с;

- выходные сигналы:

транзисторы с открытым коллектором 24В/150 мА мах (оптоизоляция, все эмиттеры соединены);

электромеханические реле (250В АС/3А);

- алгоритмы управления:

ПИД-регулирование;

автонастройка параметров регулирования;

два независимых компаратора;

- скорость обмена по RS-485: 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бод;

- питание: 220 В +10/-15%, 50±0,5 Гц, 17 ВА;

- монтаж: щитовой, монтажное окно 92х92 мм;

- габариты: 96 х 96 х 162 мм;

- корпус: КА-Щ1;

- условия эксплуатации: закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;- температура: 0...50 °С;