Курсовые работы / скоростью вращения бетономешалки / креманка

МП - микропроцессор, У – усилитель, Н – насос, П – печь,

Т₁ – теплообменник 1, О – обезвоживатель, Т₂ – теплообменник 2,

РК – ректификационная колонна, ДТ₁ – датчик температуры 1,

ДТ₂ – датчик температуры 2

Рисунок 1 - Структурная схема системы автоматического

управления

Технические характеристики системы:

- перерегулирование = 0-25%

- время регулирования t_p = 1,5 мин

- период дискретности T₀ = 60 мин

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И РАСЧЕТ

ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ВЫБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 Выбор микропроцессора

Выбран однокристальный микропроцессор серии КР180ВМ1А. Это шестнадцатиразрядный, имеющий фиксированный набор (систему) команд, совместимую с системой команд электронной вычислительной машины (ЭВМ). Микропроцессор осуществляет обработку как внешних, так и внутренних прерываний и организует обмен информацией между микропроцессором и внешними устройствами. В микропроцессоре используются регистровая, косвенно-регистровая, автоинкрементная, косвенно-индексная виды адресаций.

Технические данные микропроцессора КР1801ВМ1А:

Напряжение питания, В 5

Разрядность обрабатываемых команд 16.

Число выполняемых команд 68.

Максимальный объем памяти, Кбайт 64.

Число уровней прерывания 4.

Быстродействие, тыс. оп./с 500.

Максимальная тактовая частота, МГц 4,7.

Максимальный потребляемый ток, А 0,24.

Напряжение на выходе, В 12.

Передаточная функция микропроцессора равна единице:

2.2 Выбор усилителя

В качестве электронного усилителя принимаем многокаскадный усилитель напряжения, обеспечивающий необходимую мощность двигателя. Используется микросхема операционного усилителя типа КР140УД1.

Технические характеристики усилителя.

Выходное напряжение, В 220.

Выходная мощность, кВт 1,5.

Минимальное входное напряжение, мВ 10.

Передаточная функция усилителя имеет вид:

.

2.3 Выбор насоса

Нефтяные насосы предназначены для перекачки нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводород­ных газов и других жидкостей, сходных с указанными по физи­ческим свойствам и коррозионному воздействию на материал проточной части насосов. Перекачиваемая жидкость не должна содержать более 0,2% твердых взвешенных частиц размером до 0,2 мм.

Привод насосов осуществляется, как правило, от взрывобезопасных электродвигателей исполнения ВЗТ4.

Типы и основные параметры центробежных нефтяных насосов определяются ГОСТ 23447-79.

Технические характеристики насоса:

Модель насоса НК200-70

Обороты, об/мин 2950

Максимальный объем, м³/ч 200

Напор, м 70

Максимальная температура, ⁰С 400

Насос представляет собой апериодическое звено с передаточной функцией:

,

где – коэффициент передачи насоса;

α – угол зацепления (стандартный угол зацепления α =20°);

z – число лопастей (z = 2);

– постоянная времени насоса, с; V=10 – рабочий объем, м³;

Q_Н – расход рабочей жидкости, м³/с.

Передаточная функция с учетом коэффициентов примет вид:

.

2.4 Выбор теплообменников

2.4.1. Теплообменник 1 представляет собой пластинчатый теплообменник серии ТР4-50:

рабочее давление макс. 2,5 МПа,

рабочая температура от -35 до 200⁰С

расход макс., м³ / ч 200

Разборный пластинчатый теплообменник обладает широким диапазоном мощностей: от 5-10 кВт до десятков МВт на единицу.

Можно выполнить пластинчатый теплообменник разборный из стандартных (одноходовых), двухходовых, а также моноблоков. Для изготовления пластин применяется нержавеющая сталь. Стандартная толщина пластин 0.5 и 0.6 мм. По заказу - 0.8 мм и более.

Передаточная функция теплообменника описывается типовым апериодическим звеном первого порядка:

,

,

где - коэффициент передачи от нагревающего элемента к

нагревателю, Вт/м²·°С,

- коэффициент передачи от котла к рабочей жидкости, Вт/м²·°С,

- толщина стенок нагревателя ,м,

- теплопроводность котла, Вт/м²·°С,

- пластин в нагревательном элементе,

- теплоемкость металла и рабочей жидкости, Дж/кг·°С,

- масса металла и рабочей жидкости, кг,

- расход рабочей жидкости, кг/с

- коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·°С

- поверхность нагрева, м²

Теплообменник 2

Пластинчатые теплообменники ТР2-50

Передаточная функция теплообменника описывается типовым апериодическим звеном первого порядка:

,

,

где - коэффициент передачи от нагревающего элемента к

нагревателю, Вт/м²·°С,

- коэффициент передачи от котла к рабочей жидкости,

Вт/м²·°С,

- толщина стенок нагревателя ,м,

- теплопроводность котла, Вт/м²·°С,

- пластин в нагревательном элементе,

- теплоемкость металла и рабочей

жидкости, Дж/кг·°С,

- масса металла и рабочей жидкости, кг,

- расход рабочей жидкости, кг/с

- коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·°С

- поверхность нагрева, м²

Выбор обезвоживателя

Наиболее простой способ удаления воды из нефти на промыслах - термохимическое обезвоживание при атмосферном давлении. К подогретой до 30-50°С нефти добав­ляется деэмульгатор, а затем нефть поступает в резервуар для отстаивания. При такой обработке нефти возможны большие по­тери легких нефтепродуктов во время отстаивания в негерметичных резервуарах.

Установка УОН предназначена для отделения  тяжелых нефтепродуктов от  воды и последующего удаления ее из рабочей зоны.

Установка УОН  не является самостоятельным объектом, она работает совместно с накопительной емкостью и устанавливается непосредственно на нее. Установка позволяет ускорить процесс обезвоживания с 4-5 суток (80 т Ж/Д цистерна) до 1.5-2 суток.

Совместный комплекс позволяет добиться обводненности конечного продукта в пределах 0,5-1%.

Установки  обезвоживания нефтепродуктов успешно применяются для приведения в пригодное для использования состояние различных тяжелых нефтепродуктов - загрязненных водой мазутов, шламов нефтепродуктов, отходов, остающихся после чистки цистерн и мазутохранилищ.

Другой сферой применения установки обезвоживания нефтепродуктов является переработка накопленных за несколько лет шламов, хранящихся под открытым небом.

 Технические характеристики установки УОН

Напряжение питания	220
Установленная мощность, кВт	12
Пропускная способность, м3/с	До 0,0067
Давление на выходе, МПа	10 - 15
Температура рабочей жидкости, "С	70 - 110
Диаметр входного патрубка, мм	50
Масса не более, кг	300
В состав установка входит насосная станция Тип присоединения установки зависит от типа емкости, на которую устанавливается установка

Обевоживатель представляет собой колебательное звено:

Выбираем двигатель постоянного тока 2ПН180МГ, выполненный со встроенным тахогенератором типа ТС1, так как двигатель отвечает требованиям по мощности и частоте вращения [9]. Двигатели защищенного исполнения с самовентиляцией 2ПН допускают работу с номинальным током якоря при снижении частоты вращения до 0.85*n_ном в течении 1 часа. Кроме того, допускаются кратковременные перегрузки 2*I_ном в течении 60 с.

Технические характеристики двигателя.

Номинальная мощность, кВт 12

Номинальная частота вращения, мин^-1 1500

Номинальное напряжение питания, В 220

Активное сопротивление обмотки якоря, Ом 1,2

Индуктивность якоря, мГн 18

Момент инерции двигателя, кг*м² 0,02

Начальный пусковой ток при номинальном напряжении, А 31,57

КПД, % 85,5

Масса двигателя, не более, кг 219

Определим номинальный момент двигателя по формуле:

.

Определим угловую частоту вращения вала электродвигателя:

.

Найдем значение электрической конструктивной постоянной:

.

Найдем значение механической конструктивной постоянной:

.

Определим значения электрической и механической постоянных времени электродвигателя по формулам (9) и (10) соответственно.

.

.

,

где ;

;

,

- отношение температуры на выходе обезвоживателя к температуре на выходе теплообменника 1

Выбор печи

Трубчатые печи предназначены для высокотемпературного нагрева нефти или нефтепродуктов в процессе их переработки. При необходимости могут нагреваться углеводородные газы, вода, инертный газ и другие среды. Печи оснащаются приборами контроля и регулирования процесса нагрева сырья, а также лестницами и площадками обслуживания.

Основные параметры змеевиков радиантных и конвективных трубчатых печей:

- температура стенки труб змеевика до 400 С

- рабочее давление до 16 МПа (160 кгс/см).

- диаметр труб, мм 57 до 426.

- длина труб, м не более 26

Материал змеевиков сталь:20-ГОСТ1050-88, 15Х5М ГОСТ 20072-74,12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 20Х23Н18, ГОСТ 5632-72.

Изготовление змеевиков трубчатых печей в соответствии с РД26-02-80-88.

Печи типа КС - цилиндрические с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем и вертикальными трубными змеевиками в камерах радиации и конвекции, свободного вертикально-факельного сжигания топлива, комбинированные горелки расположены в поду печи.

1-каркас; 2-радиантный змеевик; 3-конвективный змеевик; 4-футеровка; 5-горелка; 6-воздухоподогреватель

Технические характеристики печи:

Тип КС80/7

Теплопроизводительность, МВт (Гкал/ч)2. 3,71

Теплонапряженность Мкал/м²ч 30

Радиантный змеевик 3,2

Поверхность нагрева, м2 80

Рабочая длина радиантных труб, м 7

КПД 0,83

Внутренний диаметр камеры радиации Д, м2 2,8

Внутренний диаметр камеры конвекции Д , м. 15,6

Передаточная функция печи:

- время нагрева, с

кп = 8,33 *102 кал/м2с– теплонапряженность поверхности нагрева, то есть количество тепла, переданное через 1 м2 поверхности нагрева в час

Время нагрева:

где L =7 - Рабочая длина радиантных труб, м

- скорость продукта на входе печи, м/с

Для предварительной оценки скорость продукта на входе принимать:

для жидкостей 1,5÷4 м/с (ВНТП 81-85 Нормы технологического проектирования предприятий по переработке нефти и производству продуктов органического синтеза »)

Тогда передаточная функция трубчатой печи:

Датчик температуры

В качестве датчика температуры возьмем терморезистор. Терморезисторы относятся к параметрическим датчикам температу­ры, поскольку их активное сопротивление зависит от температуры. Терморезисторы называют также термометрами сопротивления или термосопротивлениями. Они применяются для измерения темпера­туры в широком диапазоне от -270 до 1600 °С.

Если терморезистор нагревать проходящим через него электри­ческим током, то его температура будет зависеть от интенсивности теплообмена с окружающей средой. Так как интенсивность тепло­обмена зависит от физических свойств газовой или жидкой среды (например, от теплопроводности, плотности, вязкости), в которой находится терморезистор, от скорости перемещения терморезистора относительно газовой или жидкой среды, то терморезисторы ис­пользуются и в приборах для измерения таких неэлектрических ве­личин, как скорость, расход, плотность и др.

Различают металлические и полупроводниковые терморезисто­ры. Металлические терморезисторы изготовляют из чистых метал­лов: меди, платины, никеля, железа, реже из молибдена и вольфра­ма. Для большинства чистых металлов температурный коэффициент электрического сопротивления составляет примерно (4-6,5) • 10~³ 1/°С, т. е. при увеличении температуры на 1 °С сопротивление ме­таллического терморезистора увеличивается на 0,4-0,65 %. Наи­большее распространение получили медные и платиновые терморе­зисторы

Исходя из технического задания в качестве датчика температуры CO-3M-01

Основные технические характеристики:

Измеряемый диапазон обледенения	0 - 200 ед. (%)
Измеряемый диапазон температуры	-50 / +160 град. С.
Точность измерения температуры	+/- 1 град. С.
Точность хода внутренних часов	+/- 0,2 сек. в сутки
Режим связи с персональным компьютером	последовательный интерфейс RS232
Скорость обмена	1200 бод.- 9600 бод.
Отображаемая информация	2 строки по 16 символов
Время сканирования (рабочий цикл измерения)	50-80 сек.
Время реакции на аварийную ситуацию	2-5 сек
Объем памяти событий	более 2000 событий
Рабочий диапазон температуры эксплуатации прибора	+10 ... +45 град. С.
Показатель тепловой инерции, с 6 Рабочий диапазон температуры эксплуатации первичного датчика	- 55 ...+55 град. С.

роизведем расчет чувствительности датчика, для нахождения его передаточной функции.

Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры:

где C- постоянный коэффициент, зависящий от материала и кон­структивных размеров проводника;

α - температурный коэффициент сопротивления;

е - основание натуральных логарифмов.

Абсолютная температура (К) связана с температурой в градусах Цельсия соотношением

Т(К)= 273 + Т °С. Определим относительное изменение сопротивления проводни­ка при его нагреве. Пусть сначала проводник находился при началь­ной температуре Т₀ и имел сопротивление R₀.При нагреве до температуры Т его сопротивление R_T= Се^αT. Возьмем отношение R_T и R₀:

Известно, что функцию вида е* можно разложить в степен­ной ряд:

Для нашего случая х =α(Т-T₀). Так как величина а для меди сравнительно мала и в диапазоне температур до +160 °С может быть принята постоянной α, то и произведение α(Т-T₀) в этом диапазоне температур меньше единицы. Поэтому не будет бо­льшой ошибкой пренебречь при разложении членами ряда второй степени и выше:

Выразим сопротивление при температуре Т через начальное со­противление при Т₀

Медные терморезисторы выпускаются серийно и обозначаются ТСМ (термосопротивления медные) с соответствующей градуиров­кой: гр. 23 имеет сопротивление 53,00 Ом при О °С; гр. 24 имеет сопротивление 100,00 Ом при О °С. Медные терморезисторы выполня­ются из проволоки диаметром не менее 0,1 мм, покрытой для изо­ляции эмалью.

Для металлического терморезистора чувствительность можно получить дифференцируя (5). Следовательно, S_д=α. Именно температурный коэффициент сопротивления определяет чувствительность:

Приведем таблицу, где показана зависимость сопротивления медного терморезистора от температуры.

Температура, °С	Сопротивление, Ом
-50	41,71
-30	46,23
-10	50,74
0	53,00
20	57,52
40	62,03
60	66,55
80	71,06
100	75,58
120	80,09
140	84,61
160	89,61

Т.к измеряемый диапазон измерения температуры датчика от -50 до 160°С, то можем определить максимальное и минимальное сопротивление.

При T= -50°С R=41,71 Ом;

При T=160°С R=89.61 Ом;

Найдем передаточную функцию датчика:

Уравнение датчика температуры:

Следовательно передаточная функция:

где - температурный коэффициент сопротивления;

R= 89,61 - сопротивление;

T=160 - температура.

Постоянная времени представляет собой время обработки входного сигнала:

Следовательно передаточная функция:

Выбор ректификационной колонны

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, является перегонка (дистилляция и ректификация).

Ректификация — массообменный процесс, который осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относительно друг друга. В большинстве случаев ректификацию осуществляют в противоточных колонных аппаратах с различными контактными элементами (насадки, тарелки).

Процесс ректификации можно применять в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других смежных отраслях промышленности. Ректификационные колонныработают в линиях для перегонки нефти, получения высококачественного спирта из различного сырья и для ректификации и перегонки других смесей

Определяющим фактором динамического режима колонны в целом является динамическая характеристика простейшего элемента колонны – тарелки, характеризующаяся основными инерционностями.

Передаточная функция ректификационной колонны в общем случае имеет вид:

_,

_{где k – передаточный коэффициент уровень/расход, мс/кг}

n – число тарелок участка колонны

τ – постоянная времени перелива

Согласно методике Френсиса, постоянная времени перелива:

где F – площадь поперечного сечения тарелки, м²

- средний уровень жидкости на тарелке, м

L – расход жидкости, м³/с

Технические характеристики однопоточной колонны типа ТКП

Диаметр колонны, мм 1600

Свободное сечение колонны, м2 2,01

Рабочее сечение тарелки, м2 1,47

Периметр слива, м, 1.26

Сечение перелива, м2 0,27

Шаг 75 мм

Относительное свободное сечение тарелки, %13,23

число рядов клапанов на потолок 10

тогда постоянная времени перелива:

Передаточная функция ректификационной колонны:

Датчик температуры

В качестве датчика температуры возьмем терморезистор. Терморезисторы относятся к параметрическим датчикам температу­ры, поскольку их активное сопротивление зависит от температуры ТСП.

В качестве датчика обратной связи выбран термосопротивление, определим его чувствительность.

ТСП 0301-09 предназначены для измерения температуры жидких, газообразных сред и твердых тел.

Технические характеристики по ТУ 4211-061-02566540-2006:

Конструктивное исполнение 09

l, мм 50

Диапазон измеряемых температур, ⁰С -200+400

Номинальная статическая характеристика 100П

Класс допуска В

Показатель тепловой инерции, с 5

Степень защиты от пыли и воды IP55

Материал защитной арматуры 12Х18Н10Т

Устойчивость к вибрации группа исп. N3

Вид климатического исполнения У3

Рассмотрим статическую характеристику термосопротивления, она представляет собой зависимость сопротивления от температуры.,для платинового термосопротивления она имеет вид прямой.

Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры, согласно формуле:

,

где R₁÷R₂ – диапазон изменения сопротивления ТСП 0301-09;

T₁÷T₂ – диапазон изменения температуры ТСП 0301-09;

α – температурный коэффициент сопротивления.

Следовательно температурный коэффициент:

.

Диапазон измеряемых температур для выбранного термосопротивления ТСП 0301-09 составляет от -200 до 400⁰С

Уравнение датчика температуры:

Следовательно передаточная функция:

где - температурный коэффициент сопротивления;

R= 184,326 - сопротивление;

T=400 - температура.

Постоянная времени представляет собой время обработки входного сигнала:

Следовательно передаточная функция:

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

В качестве датчика обратной связи выбран термосопротивление ТСП 0301-09, определим его чувствительность.

Рассмотрим статическую характеристику термосопротивления, она представляет собой зависимость сопротивления от температуры.

Для платинового термосопротивления она имеет вид прямой, как представлено на рисунке.

Рисунок – Статическая характеристика платинового термосопротивления

Диапазон измеряемых температур для выбранного термосопротивления ТСП 0301-09 составляет от -200 до 400⁰С, тогда, согласно статической характеристики, сопротивление изменяется от 15.672 Ом до 184.326 Ом.

Произведем расчет чувствительности датчика обратной связи.

Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры, согласно формуле:

,

где R₁÷R₂ – диапазон изменения сопротивления ТСП 0301-09;

T₁÷T₂ – диапазон изменения температуры ТСП 0301-09;

α – температурный коэффициент сопротивления.

Следовательно температурный коэффициент:

.