Автоматизация установки получения диамоний-фосфата

Для повышения качества продукта автоматизируем контур регулирования связанный с регулированием температуры на выходе БГС, так как именно этот контур является самым важным в получении готового продукта. Автоматизация других приборов не приведет к значительному повышению производительности, поэтому экономически не выгодна.

Описание элементной базы

Блок преобразования сигнала термопар БПТ-22

Блок БПТ-22, предназначен для преобразования сигналов низкого уровня и термо партипа ТХА(K), ТХК(L), ТВР, ТПП(S), ТПР(B) в унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА,0-20 мА, 4-20 мА. Блок БПТ-22 имеет два идентичных, гальванически не связанных канала преобразования. Блок обеспечивает компенсацию термо Э.Д.С. свободных концов термопары,а также подавление нуля входного сигнала и масштабирование диапазона измерения входного сигнала.

Оба канала БПТ-22 рассчитаны на подключение одинаковых термопар, имеющих
одинаковую настройку. БПТ-22 может использоваться не только для преобразования сигнала
термопар, но также для усиления напряжения низкого уровня (0?100) мВ, полученного от
источника Е.

Преобразователь может быть использован в системах автоматизированного
регулирования и управления технологическими процессами в энергетике, металлургии, в
измерительных системах и измерительно-вычислительных комплексах.

Основные технические характеристики БПТ-22 приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Название параметра и размер	Единица измерения	Норма
1 Количество независимых каналов	шт.	2
2 Схема подключения датчика		Двухпроводная
3 Начальное значение входного сигнала	мВ	0; 2; 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 25; 30; 40.
4 Номинальный диапазон изменения входного сигнала	мВ	1;2;5; 10; 15; 25; 40; 60; 80; 100.
5 Сопротивление нагрузки для выходного сигнала: 0-5мА, не более 0-20мА, не более 4-20мА, не более	Ом	2000 500 500
6 Основная погрешность преобразования входного сигнала, выраженная в процентах от номинального диапазона изменения выходного сигнала не превышает	%	± 0,25 - для блоков с диапазоном изменения входного сигнала ?U? 10 мВ ± [0,25+0,25*(10/?U-1)] - для блоков с диапазоном изменения входного сигнала ?U< 10 мВ
7 Напряжение питания, от неста-билизированого источника постоянного тока	В	24 ±15%
8 Ток потребления, не более	мА	120
9 Габаритные размеры	мм	125x75x26
10 Степень защиты		IP30
11 Масса, не более	кг	0,2



Таблица 2 -
Тип Датчика	ТПР(B), Е	ТПП(S)	ТВР	ТХА(K)	ТХК(L)
Коэффициент преобразования	0	0,0060	0,0126	0,0404	0,0660

По стойкости к климатическому воздействию БПТ-22 отвечает исполнению УХЛ категории размещения 4.2 по ГОСТ 15150 - 69, но для работы при температуре от +1 до +40 °С. При внешнем принудительном охлаждении корпуса допускается работа при температуре до+50 °С.

По стойкости к механическому воздействию БПТ-22 выполнены в вибростойком
исполнении L3, по защите от действия окружающей среды в обычном исполнении по ГОСТ 2997-84.

Блок БПТ-22 может эксплуатироваться только в закрытых взрывобезопасных помещениях.

Средний срок эксплуатации не менее 10 лет.

Средний срок хранения 1 год в условиях по группе 1 ДСТ 20790 - 82.

Граница допустимого значения дополнительной погрешности преобразования при изменении напряжения питания от номинального значения в границах указанных в таблицы 1 не превышает ±0,1% от диапазона изменения соответствующего сигнала.

Граница допустимого значения дополнительной погрешности преобразования при изменении температуры окружающей среды на каждые 10 °С в диапазоне от 1 до 50 °С не превышает ±0,2% от диапазона изменения соответствующего сигнала.

Граница допустимого значения дополнительной погрешности преобразования при действии постоянных магнитных полей или переменных полей сетевой частоты с напряженностью до 400 А/м не превышает ±0,2% от диапазона изменения соответствующего
сигнала.

Величина пульсации выходного тока не превышает половины границы допустимого
значения основной погрешности.

Принцип работы блока

Блок схема преобразователя, приведенная на рисунке 1. Преобразователь состоит из следующих основных функциональных узлов:

Рисунок 1 - Блок-схема преобразователя БПТ-22.

М - мостовая схема;

У - трёх каскадный усилитель;

ОС - цепь отрицательной обратной связи;

В1, В2-источники питания;

ИОН -источник образцового напряжения;

С, Г, Т-стабилизатор, генератор Роера с развязывающим трансформатором;

С помощью мостовой схемы осуществляется компенсация нулевого начального значения входного сигнала. Мостовая схема блоков, предназначенных для работы с термопарами типов ТХА, ТХК, ТВР, ТПП дополнительно осуществляет автоматическую компенсацию термо Е.Д.С. свободных концов термопары с помощью медного чувствительного элемента Rк, включённого в плечо моста и установленного вблизи места подключения свободных концов термопары ТП в клеммной колодке.

Выходной сигнал блока суммированый с выходным напряжением мостовой схемы, поступает на входной каскад усилителя канала, являющийся одновременно активным фильтром. На выходе первого каскада включён дополнительный RC - фильтр, который совместно с первым каскадом обеспечивает необходимое подавление поперечной помехи.

Второй и третий каскад обеспечивают усиление по мощности до унифицированного сигнала постоянного тока. Все каскады усилителя охвачены отрицательной обратной связью по выходному току.

Источники В1 (В2) обеспечивают напряжения необходимые для питания каскадов усилителя, а также источника образцового напряжения ИОН, который формирует образцовое напряжение для питания мостовой схемы.

Для обеспечения помехозащищённости и гальванического разделения каналов друг от друга питание каждого канала усилителя осуществляется от отдельной обмотки развязывающего трансформатора Т, являющегося частью схемы генератора Роера Г. Генератор Роера стабилизирован по питанию стабилизатором С.

Микроконтроллер АТ89С2051

* Совместимость с приборами семейства MCS-51™

* Емкость перепрограммируемой Flash памяти: 2 Кбайт, 1000 циклов стирание/ запись

* Диапазон рабочих напряжений от 2,7 В до 6 В

* Полностью статический прибор - диапазон рабочих частот от 0 Гц до 24 МГц

* Двухуровневая блокировка памяти программ

* СОЗУ емкостью 128 байтов

* 15 программируемых линий ввода/вывода

* Два 16-разрядных таймера/счетчика событий

* Шесть источников сигналов прерывания

* Программируемый последовательный канал UART

* Выходы прямого управления СИД

* Встроенный аналоговый компаратор

* Пассивный (idle) и стоповый (power down) режимы

* Промышленный (-40°С...85°С) и коммерческий (0°С...70°С) диапазоны температур

* 20-выводные корпуса PDIP и SOIC

КМОП микроконтроллер АТ89С2051, оснащенный Flash программируемым и стираемым ПЗУ, совместим по системе команд и по выводам со стандартными приборами семейства MCS-51™. Микроконтроллер содержит 2 Кбайта Flash ПЗУ, 128 байтов ОЗУ, 15 линий ввода/вывода, два 16-разрядных таймера/счетчика событий, полнодуплексный последовательный порт (UART), пять векторных двухуровневых прерываний, встроенный прецизионный аналоговый компаратор, встроенные генератор и схему формирования тактовой последовательности. Программирование Flash памяти программ ведется с использованием напряжения 12 В, ее содержимое может быть защищено от несанкционированных записи/считывания. Имеется возможность очистки Flash памяти за одну операцию, возможность считывания встроенного кода идентификации.

Потребление в активном режиме на частоте 12 МГц не превышает 15 мА и 5,5 мА при напряжении питания 6 В и 3 В, соответственно. При тех же условиях в пассивном режиме, при котором остановлено ЦПУ но система прерываний, ОЗУ, таймер/ счетчик событий и последовательный порт остаются активными, потребление не превышает 5 мА и 1 мА. В стоповом режиме потребление не превышает 100 мкА и 20 мкА при напряжении питания 6 В и 3 В, соответственно.

Расходомер Метран - 335

Принцип измерения расхода - вихревой. Диаметр условного прохода многопара-метрического датчика: 32, 50, 80, 100, 150 мм.

Пределы измерений расхода при рабочих условиях 6...5000 м3/ч. Динамический диапазон по расходу 1:30. Взрывозащищенное исполнение. Связь с внешними устройствами вычислительной техники.

Основные преимущества:

· одновременное измерение 3-х параметров среды (F, Р, Т) одним многопараметрическим датчиком;

· существенное сокращение кабельных линий и врезок в трубопровод, удобство монтажа;

· отсутствие подвижных элементов в проточной части;

· снижение потерь давления по сравнению с измерением расхода методом перепада давлений на диафрагме и турбинными расходомерами;

· возможность эксплуатации многопараметри-ческого датчика Метран-335 в помещениях категории В-1а, В-16, а также на открытом воздухе;

· архивирование данных по часам, суткам и месяцам;

· сохранение архивных данных в течение 5 лет, в т.ч и при отсутствии питания;

· защита от несанкционированного доступа;

· возможность построения сети сбора данных.

Технические характеристики

· Измеряемая среда: природный газ, сжатый воздух, технические газы.

· Параметры измеряемой среды: температура от -20 до 50 °С; избыточное давление в трубопроводе до 1,6 МПа; плотность при нормальных условиях: 0,6…1,3 кг/м3.

· Динамический диапазон по расходу 1:30

· Пределы измерений расхода при рабочих условиях (РУ) и исполнения по давлению приведены в табл.1, 2 соответственно.

Таблица 1

Диаметр условного прохода датчика Dy, мм	Расход газа при РУ, м3/ч
	минимальный, Fmin	номинальный, Fhom	максимальный, Fmax
32*	6	80	160
50	15	265	530
80	30	500	1000
100	80	1250	2500
150	150	2500	5000

Таблица 2

Параметр	Исполнение по давлению
Максимальное рабочее избыточное давление, МПа	0,25	0,6	1,0	1,6
Диапазон рабочих избыточных давлений, МПа	0...0.25	0,2...0,6	0,3...1,0	0,5...1,6

Метрологические характеристики

Таблица 3

Основная допускаемая погрешность измерений	Относительная, %	Абсолютная
Параметр	Расход при РУ	Объем при РУ	Время	Избыточное давление, МПа	Температура, °С
Предел	±2,0	±1,5	±0,01	±(0,001+0,01 Р), где Р - измеренное давление	±0,5

· Выходной сигнал датчика для связи с вычислителем - цифровой код по 4-м параметрам F,V,P,T.

· Длина кабеля связи до 300 м.

· Интерфейсы для связи RS232C, RS485.

· Подключаемые устройства вычислительной техники: ПК, принтер с последовательным интерфейсом (EPSON LX или
аналогичный), Hayes-совместимый модем (US Robotics или аналогичный).

· Возможность организации сети сбора данных с передачей информации по коммутируемым телефонным линиям.
Максимальное количество счетчиков, объединяемых в сеть - 256 шт.

· Программное обеспечение для диспетчеризации и связи с ПК входит в комплект поставки.

· Настройка счетчика производится на заводе-изготовителе или пользователем с ПК.

Устройство и принцип действия

Конструктивно датчик представляет собой моноблок, состоящий из корпуса проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части датчика размещены первичные преобразователи объемного расхода, избыточного давления и температуры.

Электронный блок представляет собой плату цифровой обработки сигналов первичных преобразователей, заключенную в корпус.

Измерение расхода газа реализовано на вихревом принципе действия. На входе в проточную часть датчика установлено тело обтекания. За телом обтекания, по направлению потока газа, симметрично расположены два пьезоэлектрических преобразователя пульсаций давления. При протекании потока газа через проточную часть датчика за телом обтекания образуется вихревая дорожка, частота следования вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и расходу. В свою очередь, вихреобразование приводит к появлению за телом обтекания пульсаций давления среды. Частота пульсаций давления идентична частоте вихреобразования и в данном случае служит мерой расхода.

Пульсации давления воспринимаются пьезоэлектрическими преобразователями, сигналы с которых в форме электрических колебаний поступают на плату цифровой обработки, где происходит вычисление объемного расхода и объема газа при РУ и формирование выходных сигналов по данным параметрам в виде цифрового кода.

Преобразователь избыточного давления тензорезистивного принципа действия размещен перед телом обтекания вблизи места его крепления. Он осуществляет преобразование значения избыточного давления потока в трубопроводе в электрический сигнал, который с выхода мостовой схемы преобразователя поступает на плату цифровой обработки.

Термопреобразователь сопротивления платиновый размещен внутри тела обтекания. Для обеспечения непосредственного контакта ТСП со средой в теле обтекания выполнены отверстия . Электрический сигнал термопреобразователя также подвергается цифровой обработке.

Плата цифровой обработки, содержащая два микропроцессора, производит обработку сигналов преобразователей пульсаций давления, избыточного давления и температуры, в ходе которой обеспечивается фильтрация паразитных составляющих, обусловленных влиянием вибрации, флуктуации давления и температуры потока, и происходит формирование выходных сигналов многопараметрического датчика по расходу, объему при РУ, давлению и температуре в виде цифрового кода, выходные сигналы передаются на вычислитель.

Проточная часть датчика и тело обтекания выполнены из стали 12Х18Н10Т.

Электромагнитный клапан ВН1М-1К

Клапаны газовые ВН1М-1К с электромагнитным приводом предназначены для регулирования и отключения подачи природного газа в системах газоснабжения, горелках газовых и на аналогичном газопотребляющем и газоиспользующем оборудовании.

Устройство клапана:

Клапан состоит из следующих основных узлов и деталей : корпуса с патрубками для подключения приборов и импульсных линий, закрытых заглушками. Электромагнитной катушки с установленной на ней контактной вилкой. В корпусе контактной вилки установлено два диода, необходимых для работы катушки на постоянном токе. Электрического разъема; клапанного узла.

Детали клапанов, соприкасающиеся с рабочей средой, изготовлены из коррозионно-стойких материалов, алюминиевых сплавов, маслобензостойкой резины.

Основные технические характеристики и габаритные размеры

Диаметр условного прохода, мм - 150

Рабочая среда - природный газ по ГОСТ 5542-87 , воздух по ГОСТ 17433-80

Рабочее давление среды, Па - 0...1бар

Время открытия клапана, с, не более - 1

Время закрытия клапана, с, не более - 1

Номинальная рабочая мощность, ВА, не более - 45

Напряжение электрической сети, В, допустимые отклонения, %, частота, Гц 220 , минус 15...+10 , 50 +/-1

Масса, кг, не более - 110

Герметичность затвора класс А по ГОСТ 9544-93

Источник питания постоянного тока БП96-24

· Источники питания постоянного тока серии БП 96 предназначены для преобразования сетевого напряжения 220 В в стабилизированное напряжение 24 В с током нагрузки до 600 мА.

· Источники питания имеют один канал.

· Номинальное выходное напряжение 24 В.

· Отклонение напряжения от номинального значения не превышает 2 %.

· Ток нагрузки для температуры окружающего воздуха до +40 °С не более 600 мА.

· Ток срабатывания электронной защиты (ограничение тока) зависит от температуры и составляет 1,5 0,5 от максимального тока нагрузки.

· Амплитуда пульсации выходного напряжения не более 50 мВ.

· Нестабильность выходного напряжения:

· при изменении напряжения сети от номинального в допускаемых пределах не более 1 %;

· при изменении тока нагрузки от нуля до максимального не более 0,3 В.

· Питание осуществляется от сети переменного тока частотой (501) Гц и номинальным напряжением 220 В с допускаемым отклонением от минус 10 до плюс 10 %.

· По требованию потребителя может быть предусмотрено резервное питание источника постоянным током с напряжением (303) В и с отклонением выходного напряжения от номинального не более 5 %.

· Потребляемая мощность не более 30 ВА.

· Условия эксплуатации:

· температура окружающего воздуха (минус 10…+40) °С;

· относительная влажность окружающего воздуха от 45 до 80 %;

· атмосферное давление от 84 до 107 кПа (от 630 до 800 мм рт.ст.).

· Сопротивление изоляции между выходными цепями и цепью питания не менее 20 МОм при напряжении 0,5 кВ.

Индикатор- регулятор технологический микропроцессорный двухканальный

Индикаторы-регуляторы ИТМ-22 (ИТМ-20) представляют собой новый класс современных универсальных двухканальных цифровых индикаторов-регуляторов с дискретными выходами. В своей структуре индикатор-регулятор ИТМ-22 (ИТМ-20) содержит два независимых канала измерения.

Индикатор-регулятор ИТМ-22 (ИТМ-20) позволяет обеспечить высокую точность измерения технологического параметра. Отличительной особенностью индикатора-регулятора ИТМ-22 (ИТМ-20) является наличие трехуровневой гальванической изоляции между входами, выходами и цепью питания.

Индикаторы-регуляторы предназначены как для автономного, так и для комплексного использования в АСУТП в энергетике, металлургии, химической, пищевой и других отраслях промышленности и народном хозяйстве.

Назначение:

* для измерения двух контролируемых входных физических параметров (температура, давление, расход, уровень и т п.), обработки преобразования и отображения их текущих значений на встроенных четырехразрядных цифровых и линейных (и шкальных - только в ИТМ-22) индикаторах,

* индикатор регулятор формирует выходные дискретные сигналы управления внешними исполнительными механизмами, обеспечивая дискретное регулирование входных параметров по 2-х или 3-х позиционному закону в соответствии с заданной пользователем логикой работы и параметрами регулирования,

* индикатор-регулятор формирует сигналы технологической сигнализации. На передней панели имеются индикаторы для сигнализации технологически опасных зон, сигналы превышения (занижения) регулируемых или измеряемых параметров.

* индикатор-регулятор ИТМ-22 (ИТМ-20) может использоваться в системах сигнализаций, блокировок и защит технологического оборудования.

Внутренняя программная память индикатора-регулятора ИТМ-22 (ИТМ-20) содержит большое количество стандартных функций необходимых для управления технологическими процессами и решения большинства инженерных прикладных задач, например, таких как:

* сравнение результата преобразования с уставками минимум и максимум и сигнализацию отклонений, программная калибровка каналов по внешнему образцовому источнику аналогового сигнала, цифровая фильтрация (для ослабления влияния промышленных помех), извлечение квадратного корня,

кусочно-линейная интерполяция входного сигнала по 16-ти точкам,

масштабирование шкал измеряемых параметров, произвольная конфигурация логических связей измерительных каналов и выходных устройств, конфигурирование логики работы выходных дискретных устройств, и многое др.

Пневмоэлектрический преобразователь давления типа PC-28G

Назначение:

Преобразователь PC-28G предназначен для преобразования унифицирован-ного пневматического сигнала 20...100 кПа в унифицированный элек-трический сигнал 4...20 мА (двухпроводная линия).

Типичным применением преобразователей является преобразование сигна-лов пневматических измерительных приборов в электрические сигналы, соот-ветствующие требованиям современных электронных систем управления и контроля.

Заключение

В ходе курсового проекта по дисциплине «Технически средства автоматизации» на тему «Автоматизация установки получения диаммоний фосфата» был описан технологический процесс производства диаммоний фосфата. Разработана функционально-технологическая схема к этой установки. Был произведен выбор блока преобразования сигналов термопар БПТ-22 (с блоком питания БП96-24), расходомером типа Метран-335, электромагнитного клапана типа ВН6М-1К, микроконтроллера АТ89С2051. Что позволило регулировать температуру на выходе БГС в точно заданных пределах, это привело к экономии энергоресурсов, повышению качества продукта, уменьшению бракованного продукта. Что повлияло на уменьшение себестоимости продукта и увеличение прибыли от производства.

Список литературы

1. Л.М. Михайлов. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматизации. - Ленинград: Ленинградский университет., 1989. - 258с.: ил.

2. А.С. Клюев. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - М.: Техпром., 1980. - 421с: ил.

3. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А.. Измерительная техника: Учеб. пособие для тех. вузов. - М.: Высшая школа., 1991. - 384с.: ил.

4. Технологический регламент цеха «Аммофос».

5. Руководство по эксплуатации блока преобразования сигналов термопар БПТ-22.

6. Руководство по эксплуатации расходомера типа Метран-335

7. Руководство по эксплуатации электромагнитного клапана типа ВН6М-1К

8. Руководство по эксплуатации. Блок питания БП96-24

Страницы: 1, 2, 3