Лекции по «Системы управления химико-технологическими процессами»

Федеральное агентство  по образованию

БИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (филиал)

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального  образования “Алтайский государственный технический университет имени И.И.Ползунова”

 

 

 

 

 

Кафедра МСИА

 

 

 

 

 

Краткий курс лекций по дисциплине

«Системы управления химико-технологическими процессами»

для студентов  специальностей БТ, ТБПиВ, ХТПК, ХТОСА, АПХП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бийск, 2006

 

 

1 Функциональные схемы систем автоматического управления.

 

1.1  Графические изображения КИП и средств автоматизации.

       первичный преобразователь или прибор установленный по месту.                        

прибор установленный на щите или пульте.

Исполнительный механизм.

Регулирующий орган.

Лампа сигнальная.

Звонок электрический.

Двигатель.

 

1.2 Буквенные обозначения основных и контролируемых, регулируемых параметров.

 

T – температура.

Р – давление,

F – расход,

L – уровень,

W – масса,

Q – состав,

М – влажность,

D – плотность,

S – скорость, частота,

R – радиоактивность,

V – вязкость,

Е – любая электрическая величина.

 

1.3 Буквы, применяемые для уточнения контролируемых и регулируемых параметров.

 

F – соотношение, доля, дробь,

Q – интегрирование по времени,

D – разность, перепад,

J – автоматическое переключение, обегание.

 

1.4 Буквенные обозначения функциональных признаков измерительных приборов.

 

I – показания,

R- регистрация,

C- регулирование,

S – включение, выключение, переключение,

А – сигнализация,

 

1.5 Некоторые часто встречающиеся буквенные обозначения.

 

Е – первичное преобразование.

Т – промежуточное преобразование или дистанционная передача,

y- общая функция преобразования,

Н - ручное  управление,

N- пусковая аппаратура.

 

1.6 Основные правила использования буквенных обозначений.

 

а) для буквенных обозначений используются прописные буквы латинского алфавита,

б) буквенные обозначения записываются внутри графического изображения прибора  и только в его верхней  части. Нижняя часть графического изображения используется для цифро-буквенного обозначения в спецификации.

в) На первом месте всегда записывается буква, символизирующая контролируемый или регулируемый параметр,

г) Если данный параметр необходимо уточнить, то уточняющая буква пишется следом за первой, и две эти буквы считаются за одну,

д) буквы, начиная со второй символизируют функциональные признаки измерительного прибора, при чем порядок букв должен быть следующим I R C S A.

е) все приборы и устройства, относящиеся к одной линии  контроля или одному контуру регулирования, обозначаются одной и той же арабской цифрой.

Для буквенных обозначений в спецификации используются строчные или малые буквы русского алфавита, при чем буква а ставится на том устройстве, где сигнал возникает и далее по ходу прохождения сигнала буквы изменяются согласно алфавиту.

При дистанционном или централизованном контроле любой КИП состоит из трех основных частей:

а) первичный преобразователь,

б) промежуточный преобразователь  или канал связи,

в) вторичный прибор.

Первичный преобразователь-это устройство которое преобразует измеряемый параметр в сигнал удобный для обработки.

Промежуточный преобразователь- это  устройство которое обеспечивает связь  выходной величины первичного преобразователя  со входом вторичного прибора. В ряде случаев в измерительной системе промежуточный преобразователь может отсутствовать.

Наиболее предпочтительный вариант, когда промежуточный преобразователь  не используется.

Вторичный прибор- это устройство, которое отображает измеряемый параметр в удобном для пользователя вида.

 

2 Контроль важнейших технологических параметров.

 

2.1 Измерение температуры.

 

Температура- это условная статическая  величина, характеризующая среднюю  кинетическую энергию атомов и молекул.

Температурной шкалой, называют ряд  отметок внутри температурного интервала, ограниченного двумя легко воспроизводимыми температурами. Для упорядочения температурных измерений была принята международная практическая температурная шкала М П Т Ш- 68. За единицу температуры в этой шкале был принят К, но допускается и применение ⁰С.

 

2.1.1 Классификация приборов для измерения температур.

 

1. Термометры расширения:
2. Монометрические термометры:
3. Термоэлектрические термометры:
4. Термопреобразователи сопротивления:
5. Пирометры излучения.

 

2.1.2 Термометры расширения.

 

Данные термометры по виду рабочего тела разделяются на 2 группы:

1. Жидкостные термометры:
2. Твердотельные термометры.

 Принцип действия жидкостных  термометров основан на различии  коэффициентов объемного теплового  расширения жидкости и материала,  из которого сделан сам термометр.  Для твердотельных термометров принцип действия рассчитан на различии коэффициентов линейного теплового расширения рабочей пары. По типу рабочей пары данные термометры делятся на биметаллические и дилатометрические. У биметаллических- Ме+ Ме. У дилатометрических Ме+ Кер.

 

2.1.3 Манометрические термометры.

 

 

Принцип действия основан  на преобразовании величины температуры  в величину давления в замкнутом  пространстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1

 

По виду рабочего тела Монометрические  термометры подразделяются на:

1. Газовые:
2. Жидкостные:
3. Конденсационные.

Градуировка манометрических термометров  осуществляется в условиях завода изготовителя при температуре капилляра и  манометрической части 20⁰С.

Для уменьшения температурной погрешности  объем термометра должен составлять не менее 80% от объема всего пермометра.

 

2.1.4 Термоэлектрические преобразователи ( термопары ).

 

Термопара - это система состоящая из двух или нескольких разнородных проводников в которой возникает термо эдс (Е_tt0).

Наиболее часто для температурных  измерений используются термо пары типов ТХК, ТХА, ППР.

ТХК- термопара хромель- копелевая;

ТХА- термопара хромель- алюмелевая;

ППР- термопара платина- платино-родиевый.

Градуировочной характеристикой  термопары называется зависимость между измеряемой температурой в градусах и термо эдс температуры в мВ. Градуировочные характеристики представлены в виде таблиц для температуры холодного спая 0⁰С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2

 

2.2 Вторичные измерительные приборы для термоэлектрических преобразователей.

 

2.2.1 Милливольтметр

 

Милливольтметр- прибор магнитоэлектрической системы конструктивно представляет собой подвижную рамку, расположенную между полюсами магнита.

Особенности приборов магнитоэлектрической системы;

1. наличие постоянного магнита;
2. наличие одной или нескольких подвижных рамок;
3. наличие спиральных пружин, которые являются тоководами и которые создают при закручивании компенсирующий момент. При протекании тока по рамке ( при подключении Е_tt0) возникает вращающий момент М_вр= Рамка поворачивается, спиральные пружины закручивается и создается компенсирующий момент. М_к= к₂Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3

 

Условия равновесия рамки:

  коэффициент, характеризующий геометрические размеры рамки:

коэффициент, характеризующий геометрические размеры пружины:

B-магнитная индукция:

I-сила тока:

угол отклонения рамки или  стрелочного указателя.

      

 

2.2.2 Ручной потенциометр:

 

Принцип действия основан на уравновешивании  ЭДС термопары напряжением внешнего источника.

Основной принцип включения  термопары в цепь потенциометра  состоит в том, чтобы токи I₁ от внешнего источника и ток I₂ от термопары протекали по участку АС в одном направлении, тогда на основании 2-го закона Кирхгоффа для тока I₁ можно записать: I₂₌

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4

 

Принцип действия уравновешивания  или компенсации.

Ток I₂- протекающий через нулевой прибор будет равен нулю, когда E_tt0 =

Принято считать, что при I₂=0 произошло уравновешивание термоЭДС термопары падением напряжения на участке АС. В этот момент нулевой прибор показывает нулевое значение, а численное значение изменения температуры наблюдается на отградуированной шкале потенциометра. 

Достоинства: простое устройство высокая надежность.

Недостаток: необходимость присутствия  человека.

 

2.2.3 Автоматический потенциометр

 

Основы теории мостовых схем

 

Графически мостовая схема представляет собой повернутый квадрат, в каждой стороне которого находится по сопротивлению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5

 

Сторона квадрата вместе с сопротивлением, называется плечом мостовой схемы.

Диагональ АВ, называется питающей, диагональ  СД называется измерительной.

Мостовая схема называется уравновешенной или сбалансированной, если при подачи питающего напряжения на одну диагональ (АВ), напряжение на другой диагонали ( СД)=0

Аналитическое выражение для условия  равновесия имеет вид: R₁

Если условия равновесия не выполняется, то в измерительной диагонали СД появляется напряжение небаланса (U_СД ). Принцип действия автоматического потенциометра основан на уравновешивании ЭДС термопары напряжением небаланса. Основой измерительной части автоматического потенциометра является мостовая схема. Термопара дифференциально включается в измерительную диагональ в результате чего на вход электронного усилителя подается разность (E_tt0-U_СД).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6

 

На усилителе эта величина усиливается  до пределов способных управлять работой реверсивного двигателя. В зависимости от знака подаваемой на двигатель величины, вал двигателя вращается в ту или иную сторону, при этом через передаточный механизм перемещается стрелочный указатель и перо самописца и подвижный контакт С на сопротивлении реохорда. При перемещении подвижного контакта С изменяется напряжение небаланса U_СД и наступает уравновешивание, т.е. E_tt0=U_СД. При этом реверсивный двигатель останавливается, стрелочный указатель показывает численное значение температуры, перо самописца рисует график ее изменения. На этом заканчивается один цикл работы прибора.

 

Назначение элементов  автоматического потенциометра.

 

ИПСН- источник постоянного стабилизированного напряжения:

R_р- сопротивление реохорда:

R_Н- сопротивление, определяющее нижние пределы измерения:

R_в- сопротивление, определяющее верхние пределы измерения:

R_К- сопротивление, определяющее компенсацию температурной погрешности при отклонении холодного пая термопары от нуля ⁰С: