Выбор технических устройств автоматизации процесса ректификации

В качестве регулируемого  параметра преподавателем был задан  температура исходной смеси. Контур регулирования будет в себя включать: терм преобразователь сопротивления, преобразователь сигнала, прибор регистрации  и индикации, регулятор, электро-пневмопреобразователь и исполнительный механизм.

Для измерения температуры  регулируемых сред используются взрывозащищенные термометры сопротивления ТСМ-1187.

Рисунок 5.1 – Термометр сопротивления ТСМ-1187

Описание прибора:

Взрывозащищенные термопреобразователи сопротивления ТСМ-1187 предназначены для измерения температуры газообразных и жидких сред во взрывоопасных зонах категорий B-Ia. Термопреобразователи имеют взрывобезопасный уровень взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" и маркировку взрывозащиты "1ExdIICT6".

По метрологическим, эксплуатационным, надежностным и габаритно-установочным параметрам являются аналогами термопреобразователей сопротивления ТСМ 5081 / ТСП 5081, ТМТ-6, ТПТ-6, ТСМ 0595 / ТСП 0595, ТСМ 9418 / ТСП 9418, ТСМ/1-1187 / ТСП/1-1187.

Технические параметры прибора:

Рабочий диапазон температур: ТСМ 1187 -50...+200 °С. Класс допуска: B. Показатель тепловой инерции: не более 20 с. Условное давление рабочей среды, Py: 16 Мпа. Материал защитной арматуры: сталь 12Х18Н10Т. Схема соединений: 2-х или 3-хпроводная. Защищенность от воздействия пыли и воды: IP55. Устойчивость к воздействию вибрации: N3

Для преобразования сигнал термометра сопротивления в унифицированный  сигнал постоянного тока 4-20 мА применяется преобразователь YOKOGAWA Model VJU7. Этот прибор типа универсальный передатчик преобразует входной сигнал (термопары, RTD или мВ сигнала) в изолированных напряжение постоянного тока сигнал или сигнал постоянного тока.

• Универсальный вход позволяет выбрать тип входа (термопара, RTD, мВ сигнала) и измерения колеблется в пределах спецификациям.

• напряжение постоянного тока сигнал, сигнал постоянного тока, коммуникации выход (RS485), или выход тревоги (2 контактов реле) выбирается в качестве выходного-2. 
• Изменение типов ввода / ввода диапазонов / выгорания действия, и я / О мониторинге и т.д. можно сделать с помощью Handy терминал (JHT200 и т.д.).

Блок схема данного  преобразователя представлена на рисунке 5.2:

Рисунок 5.2 – Блок схема VJU7

Токовый сигнал подается на вход контроллера с цифровой индикацией модели YOKOGAWA UT350 – это высокоточный прибор с размером панели по стандарту 1/4DIN и универсальным  входом/выходом.

Рисунок 5.3 – Панель контроллера UT350

Контроллер оснащен большим  дисплеем для отображения показаний  и предоставляет отличную возможность  оперативного  мониторинга с помощью  переключателя автоматического  и ручного режимов. В приборе  реализованы такие функции регулирования, как режим «Нагрев/Охлаждение», включая  ПИД-регулирование с авто настройкой, функция подавления перерегулирования "SUPER" и функция подавления рыскания "SUPER 2". Кроме того, стандартно встроены возможности ретрансляции переменных и питание контура 15 В пост. тока. По заказу возможно добавление функции связи и функции питания контура 24 В пост. тока. Таким образом, контроллер UT350 обладает более широким набором функций и возможностей по сравнению с обычными контроллерами аналогичного размера.

Основные возможности 

• Увеличенный цифровой дисплей позволяет считывать  отображаемые значения даже с достаточно большого расстояния. Для отображения  переменной процесса используются светодиоды высотой 20 мм.

• Универсальный вход и  выход позволяют свободно устанавливать  и изменять с лицевой панели тип  измерительных входов (термопара (TC), термометр сопротивления (RTD) или вход напряжения пост. тока), диапазон измерений, тип управляющего выхода (токовый 4-20 мА, импульс напряжения или релейный контакт).

• Упрощенная конфигурация параметров с помощью персонального  компьютера (для этого необходима дополнительная программа “Инструмент  задания  параметров LL100”).

• Предусмотрены различные  функции связи. Возможна установка  связи с персональным компьютером, программируемым логическим контроллером и другими контроллерами.

Функциональные характеристики

• Вычисление управляющего воздействия 

Могут быть выбраны следующие  типы вычислений управляющего воздействия: непрерывное ПИД-регулирование, широтноимпульсное ПИД-регулирование, регулирование нагрева/охлаждения (только для типа с регулированием нагрева/охлаждения) или релейное  двухпозиционное регулирование.

Длительность цикла управления: 250 мс

Количество наборов Заданий и параметров ПИД: 4

Целевое задание и параметры ПИД: параметры ПИД комплектуются для каждого Задания, группа параметров ПИД выбирается одновременно с номером Задания. 

Выбор «ПИД-зон»: параметры ПИД выбираются в зависимости от значения PV. Для выбора используются контрольная точка (Задание выбора  параметров ПИД)  или  контрольное отклонение.

Метод контрольной точки: диапазон измерительного входа разделяется максимум на три зоны, не более чем с двумя контрольными точками; для каждой из этих зон выбираются параметры ПИД (от ПИД №1 до ПИД №3).

Контрольная точка: Диапазон входа PV (0%) ≤ Контрольная точка 1 ≤  Контрольная точка 2 ≤ Диапазон измерительного входа (100%).

Гистерезис контрольной  точки: фиксируется как 0,5% полного диапазона измерительного входа.

Автоматическая настройка: предлагается как стандартная функция. При запуске автонастройки константы ПИД устанавливаются автоматически (методика ограниченного цикла). Функция подавления пререгулирования "SUPER": служит для подавления выбросов, возникающих из-за резкого изменения Задания или вследствие внешних воздействий.

Функция подавления рыскания "SUPER 2": функция стабилизирует состояние регулирования, стабильность которого нарушается из-за рыскания или по иным причинам, без необходимости внесения  каких-либо  изменений в константы ПИД, если происходит значительное изменение нагрузки и/или коэффициента усиления, а также при разных характеристиках температурных зон.

• Электропитание и изоляция:

Электропитание: 100ч240 В переменного тока (±10%), 50/60 Гц

Энергопотребление: макс. 20 ВА (макс. 8,0 Вт)

Мощность встроенного  предохранителя: 250 В переменного тока, 1,6А, плавкий предохранитель с задержкой срабатывания.

Для индикации текущих  значений и их регистрации используеться многоканальный электронный регистратор с сенсорным управлением REGIGRAF (Ф1771-АД)

Рисунок 5.4 – Лицевая панель Ф1771-АД

Данный прибор предназначен для применения в различных системах измерения и контроля параметров технологических процессов.

Экранный самописец REGIGRAF может иметь встроенные функции  вычислителя параметров технологических процессов.

Многоканальный электронный  регистратор REGIGRAF как автономно, так  и в составе систем измерения  и управления может применяться  в электроэнергетике, атомной энергетике, нефтяной, газовой, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности, металлургии, а также в других отраслях, где необходимо многоканальное измерение, регистрация и контроль параметров технологических процессов.

REGIGRAF интегрируется в  АСУ ТП, может использоваться  вместо бумажных самописцев (регистраторов).

Прибор предназначен для  сбора, хранения, обработки и визуализации результатов измерений на цветном  ЖК-дисплее; управление электронным  регистратором осуществляется с помощью сенсорного экрана; ЖК-дисплей 10,4’’; разрешение 640х480; 4 / 8 / 16 входных каналов измерения (по заказу), обеспечена гальваническая развязка от цепей питания и корпуса прибора; тип входного сигнала программируется пользователем.

Измеряемые величины (аналоговые входы):

- постоянный ток: 0 – 5 мА, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА, ±5 мА, ±20 мА;

- напряжение постоянного  тока: ±50 мВ, ±100 мВ, ±500 мВ, ±1000 мВ, ±5 В, ±10 В;

- температура от термопреобразователей сопротивления: 50 М, 50 П, 100 П;

- температура от термопар: тип K, тип L;

8 свободно программируемых,  гальванически развязанных цифровых  входов; до 4 аналоговых выходов (по заказу):

- диапазоны: 0 – 5 мА, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА;

- гальваническая развязка  от цепей питания и корпуса прибора.

До 8 программируемых математических каналов:

- построитель выражений  – позволяет пользователю производить  произвольное задание вычисляемых  функций; пользователь сам вводит  в прибор необходимое ему математическое  выражение, используя в качестве  аргументов измерительные каналы  прибора и заданные константы,  операторы +, -, *, /, (, ), возведение в степень, функции sin, cos, tg, exp, lg, ln, квадратный корень, а также заданные пользователем функции в табличном виде;

- задание зависимостей  для преобразования одного параметра  в другой в табличном виде  – позволяет пользователю задавать  функции, которые не могут быть  представлены в виде математического  выражения; возможен ввод до 5 таблиц и в сумме до 1024 строк;  таблицы можно импортировать  в прибор из файлов Microsoft Excel;

- вычисление суммы значений, среднего значения, минимума, максимума  и разницы между максимумом  и минимумом за заданный пользователем  интервал времени по выбранному каналу;

- счетчик событий за  заданный интервал времени: срабатывания  уставок, цифровых входов и так далее;

До 4-х уставок на каждом канале;

8 или 16 свободно программируемых  выходных реле, максимальный коммутируемый  ток: 

- 2,0 А при напряжении 250 В переменного тока;

- 2,0 А при напряжении 50 В постоянного тока;

- 0,3 А при напряжении 250 В постоянного тока.

Собственная энергонезависимая память, объем – до 10 млн. измерений;

журнал событий; логическая обработка событий; MMC-порт; для переноса архивной информации из прибора в ПК используется FLASH-накопитель; встроенные интерфейсы: RS-232, RS-485, Ethernet; OPC-сервер; протоколы обмена по интерфейсу: собственный протокол (открытый), Modbus;

Питание (по заказу):

- напряжение 24 В постоянного тока;

- напряжение 220 В переменного тока частотой 50 Гц.

В качестве блока ручного  управления используем генератор сигнала  токовой петли ГСТП-003.

Прибор ГСТП-003 предназначен для применения при производстве пуско-наладочных работ в автоматизированных системах управления, системах контроля и измерения, где в качестве сигнала  управления и передачи данных применяется  унифицированный токовый сигнал 4-20 мА. Прибор позволяет эмулировать  работу аналогового выхода системы  управления, а также имитировать  сигнал измерительного прибора технологического параметра. Технические характеристики прибора ГСТП-003 представлены на рисунке 5.5.

 

Рисунок 5.5 – технические  характеристики ГСТП-003

Для преобразования унифицированного сигнала постоянного тока в унифицированный пневматический сигнал 20-100 кПа используем электо-пневмопреобразователь YOKOGAWA Model PK200.

PK200 в основном используется для приведения в действие диафрагмовых клапанов, воздушных цилиндров или других пневматических устройств. Кроме этого, он используется в качестве простого преобразователя сигнала для гибридных приборов содержащего электронные и пневматические части.

Входные сигналы: 4-20мА или 10-50 мА.

Выходной сигнал: 20-100 кПа.

Давление питания: 140 кПа.

В качестве исполнительного  механизма используем упорную поворотную заслонку с мембранным исполнительным механизмом (МИМ) 25с48нж. Предназначена для установки на трубопроводах с целью непрерывного регулирования расхода рабочей среды.

Применение, в качестве сальниковой  набивки, графитовых колец позволяет  увеличить срок службы узла сальника в несколько раз по сравнению  с уплотнением из асбеста

Исполнительные механизмы  позволяют осуществлять:

- автоматическое, дистанционное  или ручное управление рабочим  органом;

- автоматический или дистанционный останов рабочего органа в любом промежуточном положении;- позиционирование рабочего органа в любом промежуточном положении;

- формирование информационного  сигнала о конечных и промежуточных  положениях рабочего органа.

Рисунок 5.6 – Мембранный исполнительный механизм

 

6 Расчет и выбор регулирующего органа

Исполнительное устройство (ИУ) САР предназначено для непосредственного  воздействия, но объект регулирования. В общем случае ИУ состоит из исполнительного  механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО), где ИМ является приводной частью.