Практикум по системам управления химико-технологическими процессами

60

Решение

Измерение методом переменного перепада давления нецелесообразно из-за малого диаметра трубопровода. Используем ротаметр для местного измерения без дистанционной передачи показаний. Для выбора пределов измерения прежде всего необходимо найти поправочный коэффициент, т. к. измеряем расход не воздуха, а газа изобутана:

k ρгр ρ 1,205/2,491 0,69,

где ρгр – плотность воздуха при Т = 20 ¼С и давлении 0,1013 МПа; ρгр = 1,205 кг/м3;

ρ– плотность изобутана при тех же условиях;

ρ= 2,491 кг/м3.

F = Fmax k = 2,1 0,69 = 1,44 м3/ч.

Таким образом, заданное значение расхода 2,1 м3/ч будет соответствовать показанию 1,44 м3/ч на ротаметре, отградуированном по воздуху. Выбираем ротаметр РМ-1,6ГУЗ с пределами измерения по воздуху до 1,6 м3/ч.

Для измерения пульсирующих потоков жидкостей с амплитудой пульсации, меняющейся от нуля до максимального значения расхода, при температурах среды от 5 до 100 ¼С можно использовать шариковые расходомеры, относимые к тахометрическим. Расходомеры этого типа состоят из преобразователя расхода, врезаемого в трубопровод диаметром до 150 мм, и нормирующего преобразователя с выходным сигналом 0–5 мА, который может передаваться на расстояние до 5 км.

Рассмотренные выше расходомеры предусматривают наличие контакта чувствительных элементов с контактируемой средой и деформацию потока с потерей давления. Бесконтактные расходомеры лишены этих недостатков.

Электромагнитные (индукционные) расходомеры применяют для измерения расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей и пульп. Но среда должна быть электропроводной. К ним относятся жидкости с удельной электропроводностью ≥ 10-5 См/м. К непроводящим жидкостям (удельная электропроводность < 10-5 См/м) относятся масла, бензин и другие нефтепродукты. Соответственно расходомер представляет собой комплект, состоящий из первичного преобразователя расхода и измерительного устройства (блока) или передающего преобразователя (рис. 5.6).

62

расход F = Fmax È k = 300 È 1,34 = 402 м3/ч.

Выбираем расходомеры: DK6-100 (6,46 кгс/м2), DK25-200 (25 кгс/м2), DK40-100 (40 кгс/м2), DK100-100 (100 кгс/м2).

5.4. Измерение уровня

Наибольшее распространение в химической технологии получили буйковые уровнемеры, которые можно использовать для измерения температуры до 400 ¼С не только обычных, но и криогенных жидкостей при давлении до 32 МПа. Они способны контролировать уровень, изменяющийся до 16 м, и имеют выходной унифицированный (электрический или пневматический сигнал) сигнал для дистанционной передачи. Функциональная схема измерения уровня жидкости при помощи буйкового уровнемера представлена на рис. 5.7.

1-1 – буйковый уровнемер, тип УБ-П; 1-2 – вторичный пневматический измерительный прибор, тип ПКР 1.

Наиболее перспективными являются акустические и ультразвуковые уровнемеры, состоящие из преобразователя (ПЭП) и электронного блока. Данный способ измерения предназначен для бесконтактного измерения уровня различных жидких и сыпучих веществ с широким спектром свойств, в том числе в агрессивных и взрывоопасных средах, а также в качестве восьмиканального сигнализатора уровня.

63

Функциональная схема измерения уровня жидкости при помощи акустического уровнемера представлена на рис. 5.8.

1.Расскажите о контактных и бесконтактных способах измерения температуры.

2.Способы изображения приборов для измерения температуры на ФСА.

3.Способы изображения приборов для измерения давления на

ФСА.

4.Способы изображения приборов для измерения количества

ирасхода вещества на ФСА.

5.Способы изображения приборов для измерения уровня на

ФСА.

64

ТЕМА 6. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Функциональная схема автоматизации (ФСА) является важнейшим техническим документом, определяющим функциональную структуру, состав и расположение технических средств, проектируемой системы автоматизации.

ФСА выполняется на основе технических требований к системе

иоформляется в соответствии с действующими стандартами, приведенными в [1].

При разработке ФСА решаются вопросы выбора современных технических средств автоматизации (датчиков, исполнительных устройств, программируемых логических контроллеров (ПЛК), управляющих компьютеров) для реализации заданных функций системы

ивопросы их размещения на технологическом оборудовании, щитах, пультах, шкафах и т. д. При решении этих задач следует использовать результаты обзора технических средств автоматизации. Путем анализа стоимостных, метрологических и эксплуатационных харак-

теристик технических средств, делают окончательный выбор и оформляют спецификацию технических средств системы автоматизации.

6.1. Способы выполнения ФСА и спецификация средств автоматизации

Применяют два способа выполнения ФСА: упрощенный и развернутый.

Упрощенный способ выполнения ФСА дает общее представление о функциональных группах (узлах). При его использовании на

и т. п.). Приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложенные функции (контроль, регулирование, сигнализацию и т. п.), выполненные отдельными блоками, показывают одним условным графическим обозначением без указания места установки (на технологическом оборудовании, стойках, пультах, щитах). Элементы схемы обозначают цифрами по порядку слева направо, сверху вниз. На рис. 6.1 представлен пример упрощенного изображения ФСА.

65

Рис. 6.1. Упрощенная функциональная схема программной САР давления в аппарате ТА-1: 1 – исполнительный механизм; 2 – функциональный узел,

обеспечивающий показание, регистрацию и регулирование давления; 3 – программный задатчик

Упрощенный способ прост, но малоинформативен. Его применяют на начальной стадии разработки системы автоматизации.

Развернутый способ выполнения ФСА дает полное представление о структуре системы, технических средствах автоматизации и их местоположении. При его использовании каждый прибор или блок, входящий в данный комплект (узел, группу), изображают отдельным графическим обозначением. Многофункциональные приборы изображают несколькими окружностями (по числу функций), расположенными слитно. Например, измерительный прибор, показывающий и интегрирующий расход, установленный по месту отбора сигнала (показывающий дифманометр с интегратором), изображается следующим образом:

FI FQ

Щиты, пульты, компьютеры и другие комплектные средства автоматизации показывают прямоугольниками, размещая их в нижней части чертежа (на верхней части чертежа ФСА изображают технологическую схему). Внутри прямоугольников размещают обозначения приборов и блоков, установленных на них.

Для первичных приборов, установленных у технологического оборудования, предусматривают отдельный прямоугольник §Приборы местные-.

66

Прямоугольники располагаются сверху вниз в следующей последовательности:

приборы местные;

шкафы (щиты) приборов местного управления;

щит измерительных (вторичных) приборов;

щит (пульт) блоков преобразователей;

щит (пульт) сигнализации или графопостроитель;

управляющий компьютер (контроллер) и т. д.

На рис. 6.2 представлен пример развернутого изображения ФСА.

Рис. 6.2. Развернутая функциональная схема программной САР давления в аппарате ТА-1: 1-1 – измерительный преобразователь давления; 1-2 – вторичный показывающий и регистрирующий прибор; 1-3 – регулятор; 1-4 – усилитель; 1-5 – исполнительный механизм; 1-6 – программный задатчик давления

Связи между приборами изображают вертикальными и горизонтальными линиями. Для сложенных ФСА используют адресный метод изображения связей между приборами: соединительные линии разрывают и на их концах записывают адрес – одну и ту же арабскую цифру. На линиях связи первичных преобразователей с отборными устройствами (точками отбора) указывают предельные значения измеряемых величин.

67

На развернутых ФСА используют при необходимости обозначения дополнительных функциональных признаков приборов, сигналов

иопераций с сигналами.

Впроектах автоматизации представляют ФСА, выполненные развернутым способом.

Перечень технических средств автоматизации представляется на ФСА в виде таблицы, размещаемой на свободном поле чертежа, либо в пояснительной записке проекта.

к системе автоматизации составляется перечень всех отечественных и зарубежных технических средств автоматизации с краткой их технической характеристикой, используя справочники, каталоги отечественных и зарубежных производителей и периодические журналы.

На втором этапе путем детального анализа стоимостных, метрологических и эксплуатационных характеристик отобранных на первом этапе средств автоматизации выбирают те технические средства, которые будут использованы в разрабатываемой системе автоматизации. Результаты выбора технических средств автоматизации представляются в виде табл. 6.1.

Таблица 6.1

Спецификация технических средств системы автоматизации

68

Понятие §узел- в табл. 6.1 означает функциональную группу приборов и средств автоматизации – совокупность элементов, выполняющую определенные функции в системе автоматизации, а понятие §элемент- – конструктивно обособленную часть узла или системы.

6.2. ФСА объекта на базе программируемых контроллеров и персональных компьютеров

На схеме в верхней части листа изображают технологическую схему объекта с встроенными датчиками и исполнительными механизмами, а в нижней части – прямоугольники: а) §Приборы по месту- (пусковая аппаратура, измерительные преобразователи, усилители мощности и т. д.); б) §Контроллер ПЛК-; в) §Компьютер оператора-. При этом в прямоугольниках §Контроллер ПЛК- и §Компьютер операторавыделяют субпрямоугольники выполняемых ими функций, связи между элементами схемы изображают непрерывными линиями, а процесс обработки сигналов программным способом – пунктирными горизонтальными линиями.

Далее рассматривается пример разработки ФСА для технологического участка (звена) §Насос – Технологический аппарат (ТА)-, обеспечивающей решение следующих задач автоматизации:

1. Индикацию и регистрацию давления хладоносителя (воды)

в технологическом аппарате.

2.Автоматическое регулирование – стабилизацию в ТА давления хладоносителя на заданном уровне Р = РЗАД = const.

3.Автоматическую защиту ТА от чрезмерного повышения давления хладоносителя путем открытия клапана аварийного давления при Р = РАВ.

4.Предупредительную и аварийную сигнализацию по заданным

Р = РПР и Р = РАВ.

5.Сигнализацию состояния насоса Включен/Выключен.

6.Дистанционное управление насосом по командам оператора Включить/Выключить.

ФСА участка §Насос – ТА-, решающая вышеуказанные задачи

автоматизации, показана на рис. 6.3. Спецификация приведена в табл. 6.2.

69

Таблица 6.2

Спецификация технических средств системы автоматизации (пример для участка §Насос – Технологический аппарат-)