Курсовая работа: Автоматизация установки барабанной-гранулятор сушилки

Описание элементной базы

Блок преобразования сигнала термопар БПТ-22

1.1  Блок БПТ-22, предназначен для преобразования сигналов низкого уровня и термопар типа 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 входног осигнала.

1.2  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.

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

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

Таблица 1

2.2 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.

2.3 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.

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

2.5 Средний срок эксплуатации не менее 10 лет.

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

2.7 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.

2.8 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.

2.9 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.

2.10 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;

4.3  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.

4.4  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.

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

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

4.7  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 многопара­метрического 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 многопараметри­ческого 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

Таблица 2

Метрологические характеристики

Таблица 3

·  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.

Расчетная часть

Анализ основных показателей надежности

 Расчет надежности блоков питания в функционально-технологической схеме

Определяем опасность отказов блоков питания БП96-24. Исходя из данных работы этих установок за год, в течении года за 8760 часов из восьми приборов отказало два.

Решение

1.Определяем среднее число исправно работающих блоков питания по формуле (3.1):

NСР = ,                                                                      (3.1)

где NН – число исправно работающих элементов в начале времени Dt; NН = 8

NК – число исправно работающих элементов в конце Dt; NК = 6

NСР = (8+6)/2 = 7

2. Определяем опасность отказов по формуле (3.2):

l(t) = ,                                                                (3.2)

где DN – число элементов, отказывающих за время Dt; DN = 2

Dt – время работы Dt = 1 год = 8640 часов в год 1/ч

l(t) = 2/(7*8640) = 0,3*10-6 1/ч

3. Определяем среднее время исправной работы блоков питания по формуле (3.3):

                       tСР = ,                                              (3.3)

tСР = 106/0,3 = 3333333 часов

1.Определяем вероятную надежность блоков питания

Р(t) = е -2Dt ,                                                                  (3.4)

Р(t) = е -0,3*10(-6)*8640 = 1/е0,0026 = 0,9965

Вероятность исправной работы может иметь значение 0 £ Р(t) £ 1

2.Определяем вероятность отказов (ненадежность)

Q = 1- Р(t),                                                         (3.5)

Q = 1- 0,9965 = 0,0035

6. Определяем коэффициент готовности системы автоматики уровнемеров по формуле (3.6):

kГ = ,                                                        (3.6)

где tИ – время исправной работы, час;

tП – время простоя

За год (8640 часов) БПТ-22 простаивает примерно 720 часов, тогда

tИ = 8640-720 = 7920 часов

kГ = 7920/(7920+720) = 0,92

7.Определяем коэффициент вынужденного простоя

kП = ,                                                        (3.7)

kП = 720/(720+7920) = 0,08

Проверка, должно выполняется условие kГ + kП = 1

0,92 + 0,08 = 1® Условие выполняется

3.1.2. Расчет надежности работы элементов взрывозащищенной части блока питания БП96-24 за 1 год.

Рис 4 – Расчетная схема блока питания

Ст1 – стабилизированный источник питания, содержащий в своем составе трансформатор

Б3 – барьер искрозащиты, основан на стабилитронах

Ф1 и Ф2 – фильтры

Т1 – операционный триггер.

Исходные данные: опасность отказов

1.l СТ1 = (0,02¸64)*10-6 принимаем l =1*10-6 ч-1

2.lБ3 = (0,08¸0,3)*10-6 ч-1. Принимаем l = 0,1*10-6 ч-1

3.lФ1 = (0,14¸3)*10-6 ч-1. Принимаем l = 0,2*10-6 ч-1

4.lФ2 = (0,14¸3)*10-6 ч-1. Принимаем l = 1,5*10-6 ч-1

5.l Т1 = (0,03¸0,2)*10-6 ч-1. Принимаем l = 0,17*10-6 ч-1

Решение

Вероятность безотказной работы определяем по формуле (3.4):

Р(t) = е -2Dt

Р1(t) = е -10(-6)*8640 = 0,9913

Р2(t) = е -0,1*10(-6)*8640 = 0,9992

Р3(t) = е -0,2*10(-6)*8640 = 0,9983

Р4(t) = е -1,5*10(-6)*8640 = 0,9871

Р5(t) = е -0,17*10(-6)*8640 = 0,9985

При последовательной работе систем автоматики надежность системы определяется произведение по формуле (3.8):

Р(t) = ,                                                              (3.8)

Р1,2,3(t) = Р1(t)* Р2(t)* Р3(t) = 0,9913*0,9992*0,9983 = 0,9898

При параллельной работе элементов системы автоматики надежность системы определяется по формуле (3.9)

Р(t) = 1-,                                                              (3.9)

Р4,5(t) = 1-(1- Р4(t))(1- Р5(t)) = 1-(1-0,9871)(1-0,99850 = 1-(0,0129*0,0015) = 0,9999

Определяем общую надежность системы

               РОБЩ(t) = Р1,2,3(t)* Р4,5(t),                                        (3.10)

РОБЩ(t) = 0,9898*0,9999 = 0,9897

Вывод: общая вероятность надежности элементов взрывозащищенной части функциональной схемы блока питания БП96-24 равна 0,9897.

Заключение

В ходе курсового проекта по дисциплине «Технически средства автоматизации» на тему «Автоматизация установки барабанной-гранулятор сушилки» был описан технологический процесс производства монофосфата аннония. 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