Реферат: Реализация схемы автоматизации технического процесса

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:

Структурную схему автоматизации.

Функциональную схему автоматизации.

Спецификацию оборудования.

Исходные данные:

Вариант – последняя цифра шифра

Технологический параметр и условие

Величина параметра

Регулирующий орган

Техническая характеристика рег. органа

Дополнительные требования к цепи приборов

Температура

Среда щелочная

300 С

Поворотная заслонка

Момент равен 80 Нм

Приборы пневматические

Датчик – преобразователь температуры.

Преобразователи температуры с пневматическим выходным сигналом 13ТД73

1. Назначение

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

2. Технические характеристики

1. Верхние пределы измерения:

+100…+400;

2. Длина соединительного капилляра, м

3. Длина погружения термобаллона, мм

200

4. Классы точности

0,6

5. Давление питания, кгс/см 2

1,4±0,14

6. Рабочий диапазон выходных
пневматических сигналов, кгс/см 2

0,2…1

7. Температура окружающей среды, °С

–50…+80

8. Относительная влажность, %, не более

9. Давление измеряемой среды,
кгс/см 2, до

64 без защитной гильзы
250 с защитной гильзой

10. Изготавливаются по

ТУ 25–7310.032–86

11. Габаритные размеры, мм

182х140х97

Регулятор.

Приборы контроля пневматические с электрическим приводом диаграммы ПВ10.1

1. Назначение

Приборы контроля работают совместно с пневматическими датчиками и другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы в пределах 20…100 кПа. ПВ10.1Э – прибор для непрерывной записи и показания величины регулируемого параметра, указания положения контрольной точки и величины давления на исполнительном механизме.

2. Технические характеристики

Параметры

Значение

Диапазон аналоговых давлений, подаваемых на вход.

20…100 кПа

Питание прибора осуществляется осушенным и очищенным от пыли и масла воздухом давлением.

40 кПа ± 14 кПа

Класс загрязненности сжатого воздуха питания.

0 и 1

Предел допускаемой основной погрешности по всем шкалам и диаграмме.

не превышает ± 1,0% от номинального диапазона входного сигнала

Нижний предел измерения приборов с расходной шкалой.

30% верхнего предела измерения

Изменение показаний прибора, вызываемое отклонением давления питания в пределах.

± 14 кПа от номинального, не превышает 0,5 абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности.

Погрешность хода диаграммы.

не превышает ± 5 мин. за 24 часа

Длина шкал приборов и ширина поля записи диаграммы.

100 мм

Шкалы приборов.

0–100 линейные

Скорость движения диаграммы.

--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

110

314

1,1

8,5

127

10-2

Рном= 77 (Вт) – номинальная мощность двигателя;

Uня = 110 (В) – номинальное напряжение якоря;

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

ωня = 314 (c-1) – номинальная скорость якоря;

Jя= 127×10-6 (кг×м2) – момент инерции якоря;

rя = 8,5 (Ом) – сопротивление якоря;

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

Номинальныйполезный момент двигателя:

КоэффициентпротивоЭДС обмотки якоря:

Моментпотерь на валу двигателя:

Момент с учетом потерь:

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

Предварительная оценка передаточного числа редуктораip:

ip1 £ip£ip2

/>ip1 иip2находятся 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· wнм≤ (1,1… 1,2) · ωня;

ip· wнм= 1058 · 1,4 = 386,4 (с-1);

1,1 · ωня= 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.

продолжение
--PAGE_BREAK--

С) Выполнение условия по перегреву:

Mt≤ Mn;

Mn= 464,2 · 10-3(Н·м).

248,8 (Н·м) ≤ 464,2 (Н·м) – условие выполняется.

Выбранный двигатель удовлетворяет всем условиям.

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;

Расчётчислазубьев:

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:

σн

Удельное давление на зуб

≤ 1,372·108

kД

Динамический коэффициент

1,7

Мнс

Статистический момент на исполнительном валу

35,4 (Н×м)

kε

Коэффициент перекрытия

1,25

Коэффициент смещения (5..10)

kф

продолжение
--PAGE_BREAK--

Коэффициент формы

0,12

3,14

Радиус последней шестерни редуктора

(Z8·m)/ 2

Количество зубьев последней шестерни редуктора

168

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);

продолжение
--PAGE_BREAK--

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

Расчёт полного момента инерции:

3,14

Плотность стали (кг/м3)

7,9 · 103

b= m· ψ

Ширина шестерни (м)

10-2

Диаметр шестерни

30..336

= 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).

Jред = 46,864 · 10-6кг·м2.

Проверка пригодности двигателя с рассчитанным редуктором.

А) Выполнение условия по скорости:

ip· wнм ≤ (1,1… 1,2) · ωня;

ip· wнм = 200 · 1,4 = 280 (с-1);

1,1 · ωня = 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.

Двигатель с редуктором подходят для использования.

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 ω= ωня= 377 (с-1).

3 точка – пуск двигателя, при ω= 0:

/>
продолжение

--PAGE_BREAK--

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

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

и ω= ωня= 377 (с-1).

2 точка – трогание двигателя, при U= UТр, и ω= 0;

Расчёт усилителя мощности.

Максимальноенапряжение усилителя мощности Umax.уми добавочный резистор Rдоб, ограничивающий ток якоря при пуске:

/>Umax.ум= α×Iня×(Rдоб+ rя); – (уравнение якорной цепи для пускового режима).

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

α×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· ω), 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.

ω2= (U2– UТр) · tgφ;