Задание на курсовой проект

Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

Исходные данные

- Данные для расчета ротаметра;

- Функциональная схема автоматизации;

- Данные для расчета сопротивления резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра.

2. Перечень графического материала

- Чертеж поплавка ротаметра;

- Функциональная схема автоматизации;

- Чертеж трубки ротаметра;

- Сборный чертеж поплавка.

3. Перечень вопросов, отраженных в пояснительной записке

- Описание технологического процесса;

- Выбор средств автоматизации;

- Расчет ротаметра;

- Расчет сопротивления резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра.

4. Рекомендуемая литература

- Клюев А.С. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля, справочное пособие. М. «Энергоатомиздат» 1991г.

- Преображенский В.П. Технологические измерения и приборы, 3 изд. перераб. доп., М. «Энергия» 1978г.

- Кулаков М.В. « Технологические измерения и приборы для химических производств», М. «Машиностроение» 1938г.

Руководитель: Должиков В.А.

________________________

^{(подпись)}

Задание принял к исполнению:

________________________

^{(подпись)}

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Разраб.

Плотниковв М

Провер.

Должиков В.А.

Т. Контр.

Н. Контр.

Утверд.

Пояснительная записка

Лит.

Листов

СибГТУ гр. 03-05

Реценз.

Масса

Масштаб

Реферат

В данном курсовом проекте представлен вариант автоматизации процесса мокрой очистки газов. В проекте рассмотрен обоснованный выбор датчиков и приборов различных систем контроля, были рассчитаны сопротивления резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра, а так же расчет шкалы ротаметра.

Курсовой проект содержит пояснительную записку, состоящую из 26 листов текста, 7 таблиц, 6 рисунков и 6 литературных источников; графической части, состоящая из 1 листа А4.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Содержание

Введение..................................................................................................... 6

Описание технологического процесса ................................................... 7

Выбор средств автоматизации ................................................................ 8

Расчет шкалы ротаметра .......................................................................... 14

Расчет геометрических размеров поплавка ............................................ 20

Расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра ............................................................. 21

Заключение ................................................................................................ 25

Список использованных источников ...................................................... 26

Приложение А – заказная спецификация на приборы контроля.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Введение

В качестве объекта управления в данном проекте рассмотрим форсуночную трубу Вентури, в которой жидкость под небольшим давлением подается через распылитель, установленный газовому потоку, движущемуся с большой скоростью.

Автоматизация способствует повышению производительности оборудования, снижению расхода древесины, химикатов, электрической и тепловой энергии, снижению производственных потерь, улучшению качества выпускаемой продукции, улучшению условий труда обслуживающего персонала и т.д.

1 Описание технологического процесса

1.1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Процесс мокрой очистки.

Цель управления данным процессом аналогична цели управления процессом фильтрования газовых систем.

Перепад давления на трубе является движущей силой процесса перемещения газа, поэтому его стабилизация обеспечивает не только качественную дисперсность распыла, но и постоянство расхода газа – второго режимного параметра процесса мокрой очистки, определяющего показатель эффективности.

Для эффективного применения труб Вентури необходимо регулировать давление жидкости перед форсункой и перепад давления газа. Мокрые пылеочистители склонны к забиванию, поэтому о достижении предельного значения перепада давления следует, кроме того, сигнализировать. При критическом значении перепада Р устройство защиты включает резервный пылеочиститель и отключает рабочий. Контролю в данном процессе подлежат расходы жидкости газа.

Изм.

Лист

№ докум.№

Подпись

Дата

Лист

1.2 Выбор средств автоматизации

При выборе наиболее предпочтительного варианта технических средств автоматизации, учитываются основные требования: технические и системные:

К техническим требованиям относятся:

- вид и величина измеряемого параметра;

- характер измеряемой и окружающей среды;

- место установки датчиков и исполнительных механизмов.

К системным требованиям относятся:

- степень функционального развития (многофункциональность, комплектность поставки);

- вид потребляемой энергии, энергетические характеристики (напряжение, потребляемая мощь);

- унификация входных и выходных сигналов;

- метрологические характеристики (класс точности, предел измерения параметра и др.)

Также при выборе технических средств необходимо ориентироваться на их серийность, по возможности стремиться применять однотипные средства государственной системы приборов (ГСП), входящих в состав локальных систем автоматического контроля, регулирования и управления.

Руководствуясь этим требованиям, датчики и преобразователи, выбраны, преимущественно, промышленной группы «Метран», так как промышленной группой «Метран» поставляется практически все оборудование нижнего уровня систем автоматизации необходимое для измерения и поддержания основных параметров в заданных пределах. В качестве вторичных показывающих, регистрирующих и регулирующих приборов выбраны приборы ДИСК-250.

1.2.1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Средства измерения расхода

При измерениях, связанных с учетом количества жидкости, газа и пара, и оперативным контролем, регулированием и управлением технологическими процессами, приходится определять количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени или за какой-то промежуток времени. Количества вещества обычно выражают в единицах массы или объема.

В данном проекте нам необходимо измерять и контролировать расход жидкости, а так же газа.

В трубопровод, где протекает исходные газ и жидкость поставим первичный прибор Метран-150 RFA. Расходомер Метран-150 RFA предназначен для измерения объемного расхода среды (вода, пар, газ и другие энергоносители) методом перепада давления с использованием осредняющей напорной трубки Annubar® 485 (далее ОНТ) в качестве первичного измерительного преобразователя и передачи информации длч управления технологическими процессами и использования в учетно-расчетных операциях. Состоит из первичного измерительного преобразователя Анибар и первичной линии связи – импульсной трубки и вспомогательные устройства на них:

Основные преимущества:

- интегральная конструкция расходометра исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах, сокращается количество потенциальных мест утечек среды;

- низкие безвозвратные потери давления в трубопроводе сокращают затраты на электроэнергию;

- установка расходометра экономичны и менее трудоемка по сравнению с установкой измерительного комплекса на базе стандартной диафрагмы.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Характеристики:

- Измеряемые среды: жидкость, газ, пар;

- Условный проход трубопровода Dy 50...2400 мм;

- Пределы основной относительной погрешности измерений объемного расхода 2,5%;

- Динамический диапазон 5:1;

- Температура измеряемой среды:

-40...315^оС – интегральный монтаж датчика,

-40...454^оС – удаленный монтаж датчика;

- Избыточное давление в трубопроводе до 40 МПа;

- Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного техпроцесса;

- Выходной сигнал 4-20 мА/HART;

- Наличие взрывозащищенного исполнения;

- Межповерочный интервал – 2 года.

1.2.2. Средства измерения давления

Для измерения разности давлений применим датчики давления Метран-150.

Метран-150 CD – для измерения разности.

Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Давление подается в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала.

Предназначен для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART выходных измеряемых величин:

- избыточного давления;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

- абсолютного давления;

- разности давлений.

Управление параметрами датчика:

- с помощью HART-коммуникатора;

- удаленно с помощью программы H-Master, HART-модема и компьютера или программных средств и ЖКИ.

- с помощью клавиатуры и ЖКИ.

Основные преимущества:

- Улучшенный диапазон и компактная конструкция.

- Поворотный электронный блок ЖКИ.

- Высокая перегрузочная способность.

- Защита от переходных процессов.

- Внешняя кнопка установки «нуля».

- Непрерывная самодиагностика.

Характеристика:

- Измеряемые среды жидкости, а так же нефтепродукты: пар, газ, газовые смеси;

- Диапазон измеряемых давлений:

Минимальный 0-0,025кПа;

Максимальный 0-60 МПа;

- Выходные сигналы:

- 4-20 мА с HART протоколом

- 0-5 мА;

- Основная приведенная погрешность до 0,075%;

- Диапазон температур окружающей среды от -40 до 80 ^оС;

- Дополнительная температурная погрешность до 0,05% / 10 ^оС;

- Диапазон перенастроек пределов измерений 50:1

Высокая стабильность характеристик;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

- Взрывозащитное исполнение вида «искробезопасная цепь» и «взрывонепроницаемая оболочка»;

- гарантированный срок эксплуатации 3 года.

1.2.3. Средства измерения температуры

Для измерения температуры газа и жидкости, подаваемой в трубу Вентури, применим интеллектуальный преобразователь температуры Метран-280.

Конструктивно ИПТ Метран-280 состоит из первичного преобразователя и электронного преобразователя (ЭП), встроенного в корпус соединительной головки.

В качестве первичного термопреобразователя в Метран-280 используется платиновые резистивные чувствительные элементы с НСХ типа Pt100 по ГОСТ 6651. ЭП преобразует сигнал первичного преобразователя температуры в унифицированы выходной сигнал постоянного тока 4-20мА с наложенным на него цифровым сигналом HART в стандарте Bell-202.

Управление ИПТ осуществляется дистанционно, при этом обеспечивается настройка датчика:

- выбор его основных параметров;

- перенастройка диапазонов измерения;

- запрос информации о самом ИПТ.

В Метран-280 реализована возможность выбора единиц измерения: градусы Цельсия (^оС); градусы Кельвина (К); градусы Фаренгейта (F); градусы Ренкина (R); Омы; милливольты.

Таблица 1 – Характеристики.

Первичный преобразователь

К (ТХА)

Диапазон измерений

От -50 до +1200

Входные сигналы (количество каналов)

Диапазон длин первичного преобразователя

60...3150(2500) мм

Возможный протокол обмена данными/выходной сигнал измерительного преобразователя

HART / 4-20mA

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Межповерочный интервал

1 год

Основная погрешность измерительного преобразователя для Pt100

0,4 до 200

^оС

Встроенная защита от скачков напряжения

Нет

Тип монтажа

В головке

Диапазон температур окружающей среды

-40...70

Степень пылевлагозащиты

IP65

Виды исполнений по взрывозащите

Exi, Exd

Гальваническая развязка

Есть

ЖКИ (отображение измеряемой величины)

Нет

Функции диагностики

Стандартная диагностика HART

Связь ИПТ Метран-280 с АСУТП осуществляется:

- по аналоговому каналу – передачей информации об измеряемой температуре в виде постоянного тока 4-20 mA.

- по цифровому каналу – в соответствии с HART-протоколом в стандарте Bell-202.

Для передачи сигнала на расстояние используется двухпроводные токовые линии.

Функциональные особенности:

- функциональная перенастройка диапазона измерений температуры с учетом минимального поддиапазона;

- самодиагностика. Во время диагностики при обнаружении неисправности в первичном преобразователе или ЭП выходной аналоговый сигнал переводится в состояние соответствующее:

- высокому уровню 12мА<I_выхJ23мА или

- низкому уровню 3,50мА<I_вых J3,75мА;

- переход в режим насыщения при выходе температуры первичного преобразователя за пределы диапазона измеряемых температур;

- линеаризацию НСХ чувствительного элемента первичного преобразователя температуры;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

- защиту от случайного изменения установленных параметров;

- выбор величины демпфирования;

- фильтрацию частоты сети переменного тока 50/60Гц;

Время включения – 5 с;

Время обновления показаний – 0,5с.

1.2.4. Вторичные приборы серии Диск-250

Одноканальные приборы серии ДИСК-250 применяются для измерения, регистрации, сигнализации и регулирования параметров техпроцессов (темепературы, давления,, уровня, расхода и т.д.) в газоперерабатывающей промышленности.

Основные достоинства:

- все виды широко применяемых входных сигналов, мВ, мА;

- хорошо видимая издалека круговая шкала;

- светодиодная индикация;

- непрерывная линия регистрации на диаграммном диске;

- универсальность;

- простота эксплуатации и ремонта;

- установки задаются переменными резисторами – оси на лицевой панели прибора.

Для данного проекта мой выбор остановился на модификации ДИСК-250ДД – с выходной функцией корнеизвлечения и блоком питания подключаемых датчиков.

Диск-250ДД-2351 применяем в случае регулирования расхода исходного газа, разности давлений и сигнализации.

Диск-250ДД-2051 применяем в случае, где нам не нужна сигнализация, т.е. при регулировании температуры исходной смеси на выходе в трубу Вентури.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2 Расчетная часть

2.1. Расчет шкалы ротаметра

Исходные данные для расчета ротаметра:

Таблица 2- Исходные данные

Наименование	Обозначение	Значение
1. Конусность трубки ротаметра	К	0,01
2. Длина шкалы ротаметра (шкала имеет 11-ть оцифрованных делений с градацией 1=0,025м)		0,25м
3. Диаметр трубки ротаметра в месте нулевого деления шкалы	D₀	0,0171м
4. Объем поплавка	V	3,075 10^-6м³
5. Диаметр миделя поплавка	d	0,0164м
6. Материал поплавка	Сталь Х18Н9Т	-
7. Вес поплавка	G₀	0,147Н
8. Измеряемая среда	-	Воздух
9. Температура измеряемой среды	t^o	40^о
10. Плотность среды (при t^о = 40^о)	ρ_t	1,57 кг/м³
11. Динамическая вязкость вещества	µ₃₀	22,1 10^-6 Па с

Описание ротаметра

Ротаметр является расходометром постоянного перепада давлений. Так же к ним относятся поплавковые и поршневые расходометры. Наибольшее применение имеют ротаметры и поплавковые расходометры, шкалы которых практически равномерны. Их можно использовать для измерения малых расходов, так как потери давления в них незначительны и не зависят от расхода. Ротаметры и поплавковые расходометры имеют большой диапазон измерения (Q_max /Q_min = 10:1).

1. Определяем диаметр трубки ротаметра D₁₀в месте усиления шкалы для максимального расхода Q_max по формуле:

D₁₀=D₀=l k , (м) (1)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

D₁₀=0,0171+0,25

0,01=0,0196 м.

2. Определяем расстояние от нулевого сечения шкалы D₀ до сечения диаметром (высота нулевой отметки) по следующей формуле:

(2)

3. Определяем безразмерный параметр для оцифрованных отметок шкалы:

(3)

(4)

где l – расстояние между оцифрованными делениями, 0,025;

i – отметка на оцифрованной шкале;

Таблица 3 – Высота поднятия поплавка над оцифрованными сечениями.

i
l_i		0,025	0,05	0,075	0,1	0,125	0,15	0,175	0,2	0,225	0,25
h_i, м	0,07	0,095	0,12	0,145	0,17	0,195	0,22	0,245	0,27	0,295	0,32

(5)

Таблица 4 – Значения безразмерного параметра для оцифрованных отметок шкалы.

а
4,268	5,793	7,317	8,841	10,366	11,89	13,415	14,939	16,463	17,988	19,512

4. Определим вес поплавка в измеряемой среде:

, (6)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5. Определим кинематическую вязкость:

; (7)

6. Определим значение безразмерной величины (8) и значение ее десятичного логарифма (9)

получим:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7. Определим значение безразмерной величины

(10):

Для нахождения этой величины воспользуемся графиком, который изображен на рис 1.

Рисунок 1 – график для определения безразмерной величины

Для нахождения промежуточный значений а_i воспользуемся формулой нелинейной интерпретации:

(11)

Где:

х – расстояние от искомой точки до нижней кривой;

- значение нижней кривой;

- значение верхней кривой;

b – расстояние между верхней и нижней кривой.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица 5 – определение недостающих расчетных данных


х	0,0349	0,0727	0,1159	0,1049	0,1540	0,1322	0,1541	0,1759	0,1185	0,1315	0,1925
	3,27	3,43	3,57	3,64	3,75	3,80	3,87	3,95	3,94	3,98	4,07

8. Определим значение безразмерной величины (12) путем обратного преобразования и занесем в таблицу.

(13)

9. Определим значение величины Q в м³/с:

Так как нам известно, чему равно (примем, что , безразмерная величина).

Составим формулу:

(14)

10. Определим значение величины Q в л/ч:

; (15)

Таблица 6 – Расчетные данные

l_i , м	a_i						Q, л/ч
	4,268	-7,677	3,27	1883,11	2,3075 10^-7	5,04	1814,45
0,025	5,793	3,43	2708,13	7,25	2609,39
0,05	7,317	3,57	3680,09	9,85	3545,92
0,075	8,841	3,64	4414,84	11,82	4253,87
0,1	10,366	3,75	5675,19	15,19	5468,27
0,125	11,89	3,80	6340,92	16,97	6109,73
0,15	13,415	3,87	7483,80	20,03	7210,94
0,175	14,939	3,95	8828,46	23,63	8506,58
0,2	16,463	3,94	8679,91	23,23	8363,44
0,225	17,988	3,98	9582,21	25,65	9232,85
0,25	19,512	4,07	11815,92	31,63	11385,11

11. Построим градуировочный график в виде зависимости Q(л/ч)=ƒ(l_i), который изображен на рисунке 2:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист