Реализация схемы автоматизации технического процесса

Реализация схемы автоматизации технического процесса

18

Задание 1

Выбрать по справочной литературе необходимые приборы для реализации информационной цепи (датчик - преобразователь - контрольно-измерительный прибор) и управляющей цепи (регулятор - преобразователь, если необходим, - исполнительный механизм - регулирующий орган).

Дать краткое описание приборов и их параметров.

Приборы в цепи должны иметь согласованные параметры входные - и выходные сигналы, соответствовать уровню технологического параметра (информационная цепь) и мощности, требуемой для перемещения регулирующего органа в цепи управления.

Если мощность выходного сигнала датчика или его преобразователя позволяет, то этот сигнал можно одновременно подать на вход контрольно-измерительного прибора (КИП) и регулятора. В обратном случае для подачи на вход регулятора информации о текущей величине регулируемого параметра необходимо установить отдельный датчик (например, двойную термопару). Обратить внимание на класс точности используемых в информационной цепи приборов и диапазон шкалы контрольно-измерительного прибора. Номинальная величина технологического параметра должна находиться в последней трети диапазона шкалы контрольно-измерительного прибора.

Составить:

1. Структурную схему автоматизации.

2. Функциональную схему автоматизации.

3. Спецификацию оборудования.

Исходные данные:

Датчик - преобразователь температуры.

Предназначен для преобразования в унифицированный пневматический сигнал температуры жидких и газообразных агрессивных сред, в т.ч. в условиях АЭС.

2. Технические характеристики

Регулятор.

2. Технические характеристики

Исполнительный механизм.

2. Технические характеристики

Регулирующий орган.

2. Технические характеристики

Аппаратура воздухоподготовки.

2. Технические характеристики

Дано:

щнм = 0,37 (с-1) - Наибольшая скорость вращения исполнительного вала;

енм = 1,48 (с-2) - Амплитуда ускорения исполнительного вала;

Mнс = 61 (Нм) - Статистический момент на исполнительном валу;

Jн = 36,2 (кгм2) - Момент инерции нагрузки;

з = 0,97 - КПД одной ступени редуктора;

б = 4 - Допустимый коэффициент перегрузки ДПТ.

Требуемая мощность на валу:

Ртреб = (2Jн енм + Мнс) щнм = (2 36,2 1,48 + 61) 0,37 = 62.2162 (Вт).

Типоразмер ДПТ с номинальной мощностью:

Рном ? Ртреб = 175 (Вт) - двигатель типа СЛ - 521.

Технические данные двигателя постоянного тока серии СЛ типа 569

Рном = 77 (Вт) - номинальная мощность двигателя;

Uня = 110 (В) - номинальное напряжение якоря;

Iня = 1,1 (А) - номинальный ток якоря;

щня = 314 (c-1) - номинальная скорость якоря;

Jя = 12710-6 (кгм2) - момент инерции якоря;

rя = 8,5 (Ом) - сопротивление якоря;

d = 10-2 (м) - диаметр вала двигателя.

Номинальный полезный момент двигателя:

Коэффициент противоЭДС обмотки якоря:

Момент потерь на валу двигателя:

Момент с учетом потерь:

М = С Iня = 320 10-3 1,1 = 352,55 10-3 (Н м).

Предварительная оценка передаточного числа редуктора ip:

ip1 ip ip2

ip1 и ip2 находятся из уравнения:

1,7 · 10-3 · ip2 - 1,9 · ip + 118,1 = 0.

ip1 58;

ip2 1058.

Диапазон передаточного числа редуктора:

58 ip 1058

Проверка рассчитанного передаточного числа редуктора по ipmax = 1058.

А) Выполнение условия по скорости:

ip · нм ? (1,1.. 1,2) · щня;

ip · нм = 1058 · 1,4 = 386,4 (с-1);

1,1 · щня = 1,1 · 377 = 414,7 (с-1).

386,4 (с-1) ? 414,7 (с-1) - условие выполняется.

В) Выполнение условия по моменту:

MНОМ ? (3..4) · Mn;

MНОМ = 0,29 + 0,13 + 0,08 = 0,5 (Н·м);

3 · Mn = 3 · 464,2 · 10-3 = 1,4 (Н·м).

0,5 (Н·м) ? 1,4 (Н·м) - условие выполняется.

С) Выполнение условия по перегреву:

Mt ? Mn;

Mn = 464,2 · 10-3 (Н·м).

248,8 (Н·м) ? 464,2 (Н·м) - условие выполняется.

Расчёт редуктора с цилиндрическими колёсами для ip = 200:

ip = i1 · i2 ·…· in = 200;

где:

Zn - число зубьев n-ой шестерни.

Соотношение передаточных чисел ступеней редуктора:

Из расчёта, что:

in = 11,2;

ИТОГ - 4 ступени.

i1 = 1,88;

i2 = 2,39;

i3 = 3,98;

i4 = 11,2.

ip = 1,88 · 2,39 · 3,98 · 11,2 = 200,29 200;

Расчёт числа зубьев:

Число зубьев ведущих шестерен:

Z1 = Z3 = Z5 = Z7 ? 15 = 15.

Число зубьев ведомых шестерен:

Z2 = Z1 · i1 = 15 · 1,88 = 28;

Z4 = Z3 · i2 = 15 · 2,39 = 36;

Z6 = Z5 · i3 = 15 · 3,98 = 60;

Z8 = Z7 · i4 = 15 · 11,2 = 168.

Расчёт диаметра колёс:

Модуль зуба выбирается из стандартного ряда при условии обеспечения прочности зуба по удельному давлению на зуб:

Для стальных цилиндрических прямозубых колёс с эвольвентным профилем:

m ? 1,3 = 2,0.

Диаметр ведущих шестерен:

D1 = D3 = D5 = D7 = m · Z1 = 2,0 · 15 = 30 (мм).

Диаметр ведомых шестерен:

D2 = m · Z2 = 2 · 28 = 56 (мм);

D4 = m · Z4 = 2 · 36 = 72 (мм);

D6 = m · Z6 = 2 · 60 = 120 (мм);

D8 = m · Z8 = 2 · 168 = 336 (мм).

Проверка:

A) Меньшего диаметра из колёс, относительно диаметра вала:

D1 ? 2d.

30 (мм) ? 20 (мм) - условие выполняется.

B) Передаточного числа пар и всего редуктора:

ip = 1,86 · 2,4 · 4,0 · 11,2 = 199,99 200;

Передаточное число соответствует заданному.

Расчёт приведённого к валу двигателя момента инерции редуктора:

Расчёт момента инерции для шестерен по формуле для сплошного цилиндрического колеса:

J1 = J3 = J5 = J7 = KJ · D14 = 7,752 · (3 · 10-2)4 = 6,279 · 10-6 (кг·м2);

J2 = KJ · D24 = 7,752 · (5,6 · 10-2)4 = 76,237 · 10-6 (кг·м2);

J4 = KJ · D44 = 7,752 · (7,2 · 10-2)4 = 208,326 · 10-6 (кг·м2);

J6 = KJ · D64 = 7,752 · (1,2 · 10-1)4 = 1,6 · 10-3 (кг·м2);

J8 = KJ · D84 = 7,752 · (3,36 · 10-1)4 = 98,8 · 10-3 (кг·м2);

Расчёт полного момента инерции:

= 6,279 · 10-6 + 23,851 · 10-6 + 10,769 · 10-6 + 3,495 · 10-6 + 2,47 · 10-6 =

= 46,864 · 10-6 (кг·м2).

Проверка пригодности двигателя с рассчитанным редуктором.

А) Выполнение условия по скорости:

ip · нм ? (1,1.. 1,2) · щня;

ip · нм = 200 · 1,4 = 280 (с-1);

1,1 · щня = 1,1 · 377 = 414,7 (с-1).

280 (с-1) ? 414,7 (с-1) - условие выполняется.

В) Выполнение условия по моменту:

MНОМ.ред ? (3..4) · Mn;

= 288,387 · 10-3 + 182,474 · 10-3 + 81,167 · 10-3 = 0,552 (Н·м);

3 · Mn = 3 · 464,2 · 10-3 = 1,393 (Н·м).

0,552 (Н·м) ? 1,393 (Н·м) - условие выполняется.

С) Выполнение условия по перегреву:

Mt.ред ? Mn;

Mn = 464,2 · 10-3 (Н·м).

276,3 (Н·м) ? 464,2 (Н·м) - условие выполняется.

Построение семейств механических и регулировочных характеристик двигателя.

Механическая характеристика строится по уравнению механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением:

1 точка - скорость холостого хода, при M = 0:

2 точка - рабочая точка, при М = Mn = 464,2 · 10-3 (Н·м),

и щ = щня = 377 (с-1).

3 точка - пуск двигателя, при щ = 0:

Регулировочная характеристика строится также, по уравнению механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением:

1 точка - рабочая точка, при U = Uня = 110 (В),

и щ = щня = 377 (с-1).

2 точка - трогание двигателя, при U = UТр, и щ = 0;

Расчёт усилителя мощности.

Максимальное напряжение усилителя мощности Umax.ум и добавочный резистор Rдоб, ограничивающий ток якоря при пуске:

Umax.ум = б Iня (Rдоб + rя); - (уравнение якорной цепи для пускового режима).

Umax.ум = = Iня Rдоб + Uня. - (уравнение якорной цепи для номинального режима).

б Iня (Rдоб + rя) = = Iня Rдоб + Uня;

Umax.ум = = Iня Rдоб + Uня.

Umax.ум = = 2 Rдоб + 110.

Rдоб = 13,5 (Ом) - добавочный резистор;

Umax.ум = = 137,1 (В) - максимальное напряжение усилителя мощности.

Как следует из уравнения механической характеристики, скорость двигателя, а, следовательно, и его мощность (P = M · щ), при постоянном моменте нагрузки, можно регулировать изменением напряжения на якоре двигателя. Напряжение на якоре изменяется либо с помощью реостата, либо с помощью усилительно - преобразовательного устройства, при этом поток возбуждения остаётся постоянным.

Из уравнений для ДПТ и воспользовавшись графиками характеристик можно рассчитать напряжение на выходе усилительно - преобразовательного устройства в зависимости от требуемой мощности; и мощность в зависимости от напряжения.

щ2 = (U2 - UТр) · tgц;

В итоге:

Используя паспортные данные, получается расчёт усилителя для данного двигателя:

U2 = P2 · 0,6 + 6,13;

P2 = U2 · 1,68 - 10,33.

Пример:P2 = 200 Вт;

U2 = 200 · 0,6 + 6,13 = 126 В;

щ2 = P2 / Мn = 200 / 0,4642 = 431 с-1.

U3 = 60 В;

P3 = 60 · 1,68 - 10,33 = 90 Вт;

щ2 = P2 / Мn = 90 / 0,4642 = 195 с-1.

Параметры нагрузки для AD