Материал: Функциональная схема автоматизации

Для измерения и регистрации на ЭВМ температуры в сборнике 3 используется термопреобразователь сопротивления 9. На выходе термопреобразователя сопротивления формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход модуля аналогового ввода AI SM 331 контроллера Simatic S7-300.

Для измерения расхода сиропа после насоса Н1 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 10а, 10б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вторичный показывающий прибор 10в.

Для измерения расхода сиропа на входе в 2 в трубопроводе установлен расходомер переменного перепада давления 11а, 11б с выходным сигналом 4-20мА, который поступает на вторичный показывающий прибор 11в.

Для измерения температуры сиропа на входе в 3 используется термопреобразователь сопротивления 12а. На выходе термопреобразователя сопротивления формируется унифицированный токовый сигнал (4-20мА) который подается на вход вторичного показывающего прибора 12б.

Управление электродвигателем М1 привода насоса осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 13а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме по сигналу с ЭВМ либо с помощью кнопочной станции 13б. Для реализации сигнализации состояния двигателя (включен/отключен) на ЭВМ слаботочный контакт магнитного пускателя подключается к входу модуля дискретного ввода DI SM 321.

Управление электродвигателем М2 привода мешалки осуществляется сигналом с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 14а. Включение/отключение двигателя может осуществляться в ручном режиме по сигналу с ЭВМ либо с помощью кнопочной станции 14б. Для реализации сигнализации состояния двигателя (включен/отключен) на ЭВМ слаботочный контакт магнитного пускателя подключается к входу модуля дискретного ввода DI SM 321.

Регулирование подачи в смеситель 2 осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи смеси. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 15в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 15а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 15б.

Регулирование подачи ароматизатора в смеситель 2 осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи ароматизатора. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 16в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 16а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 16б.

Регулирование подачи в сборник 3 осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи смеси. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 17в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 17а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 17б.

Регулирование подачи смеси осуществляется регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи смеси на пастеризацию. Этот регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом 18в. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO SM 322 контроллера Simatic S7-300 через магнитный пускатель 18а. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI SM 321. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция 18б.

. Выбор и обоснование средств автоматизации

Выбрать термопреобразователь сопротивления для измерения температуры в сборнике 3:

По справочному пособию /2/ предварительно выберем термопреобразователь сопротивления ТСМУ Метран 274 с диапазоном измеряемых температур -50-180, номинальной статической характеристикой 100М. Проверим далее, обеспечивает ли данный термопреобразователь требуемую по условию точность измерения. По таблице Г.2 приложения Г/2/ определим предельно допустимое отклонение от НСХ термопреобразователя сопротивления НСХ 100М:

Так как пределы не превышают по модулю пределов максимально допустимой погрешности измерений , то выбранный термопреобразователь обеспечивает требуемую точность измерения.

Выбрать преобразователь для измерения избыточного давления пара.

Исходные данные. Давление постоянное. Рабочее значение давления воды 0,2МПа, максимально допустимая погрешность измерений преобразователя ????=±0,005 МПа.

Определяем верхний предел измерения преобразователя 0,2/(3/4)=0,27МПа. Выбираем по справочнику /2/ преобразователь избыточного давления Метран 100-ДИ, модель 1152, применяемый для измерения давления пара. Верхний предел измерения 0,4 МПа. Диапазон измерения выбран таким образом, чтобы максимальное рабочее значение давления составляло примерно 3/4 от диапазона измерения, поскольку давление в трубопроводе постоянное.

Основная погрешность данного преобразователя составляет ±0,1% от диапазона измерения и равна

????p=±0,4∙0,1/100=±0,0004 МПа.

Поскольку ????р не превышает максимально допустимую погрешность измерений ????=±0,005 МПа, то выбранный преобразователь обеспечивает требуемую точность измерений.

Подобрать измерительный преобразователь уровня для измерения уровня в аппарате 1:

Исходные данные. Максимальное рабочее значение уровня 2м. Процесс характеризуется наличием турбулентности и интенсивным пенообразованием. Максимально допустимая погрешность измерений преобразователя

Определяем необходимый верхний предел измерения таким образом, чтобы максимальное значение измеряемого параметра лежало в последней четверти диапазона L_в=2/(3/4)=2,67м. С учетом условий эксплуатации выбираем волноводный уровнемер Метран 3300, модель 3302. Данная модель предназначена для измерения уровня раздела сред в сложных условиях эксплуатации(турбулентность, пенообразование). Диапазон измерения от 0,1 до 3м. Абсолютная погрешность измерения  Эта погрешность не превышает максимально допустимой, заданной в исходных данных.

Расходомер переменного перепада давления Метран. Расходомеры модели Метран-350 (совместное производство с компанией Emerson Process Management) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета жидкостей, пара и газов. Основные преимущества: простая установка в трубопровод через одно отверстие; установка в трубопровод без остановки процесса (специальная конструкция); минимальная вероятность утечек измеряемой среды; более низкие потери давления и меньшие длины прямолинейных участков по сравнению с расходомерами на базе сужающих устройств; существенное снижение стоимости монтажа и обслуживания благодаря интегральной конструкции; легкость взаимодействия с существующими контрольными системами или вычислителями расхода посредством интеллектуального протокола коммуникаций HART и Modbus; простота перенастройки динамического диапазона; высокая надежность, отсутствие движущихся частей.

Измеряемые среды: газ, пар, жидкость. Параметры измеряемой среды: температура -40...400°С - интегральный монтаж, -40...677°С - удаленный монтаж; избыточное давление в трубопроводе 25 МПа; Диаметр трубопровода, D,мм: 50...1820 (с сенсором Annubar 485); 12,5...50 (с сенсором Annubar Diamond II+).

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерений массового (объемного) расхода до ±1%.

В состав расходомера входят: первичный измерительный преобразователь (сенсор) Annubar® Diamond II+ или Annubar® 485; датчик дифференциального давления (3051S для объемных расходомеров Метран-350-SFA, 3051С для объемных расходомеров Метран-350-Р), многопараметрический датчик давления (3095MV для массовых расходомеров Метран-350-MFA, Метран-350-М; 3095FB для объемных расходомеров Метран-350-Р); термопреобразователь сопротивления ТСП 100 (Pt 100) серий 65, 68, 75, 78, 183 и 185 (для массовых расходомеров Метран-350-MFA, Метран-350-М). Датчики дифференциального давления 3051S, 3051С обеспечивают измерение создаваемого на сенсоре перепада давлений, пропорционального объемному расходу при реальных значениях давления и температуры измеряемой среды; преобразование значения объемного расхода в выходной сигнал 4.20 мА и (или) цифровой код по протоколу HART, a также в показания расхода на встроенном жидкокристаллическом индикаторе. Многопараметрические датчики давления 3095MV, 3095FB обеспечивают: измерение статического давления (избыточного или абсолютного); измерение возникающего на сенсоре перепада давлений; измерение температуры измеряемой среды при помощи термопреобразователя сопротивления, размещенного в сенсоре, или отдельного термопреобразователя сопротивления типа ТСП (Pt100); вычисление массового расхода и суммарной массы при реальных значениях давлений и температуры измеряемой среды; вычисление объемного расхода и суммарного объема, приведенного к нормальным условиям; преобразование значения массового расхода в выходной сигнал 4.20 мА и (или) цифровой код по цифровому протоколу HART (3095MV) или Modbus (3095FB), а также в показания расхода, количества, перепада давлений, статического давления, температуры на дополнительном жидкокристаллическом индикаторе.

Принцип действия расходомера Метран-350 основан на измерении расхода и количества среды (жидкости, газа, пара) методом переменного перепада давления с использованием осредняющих напорных трубок (далее сенсор) моделей Annubar Diamond 11+ (4 поколение) и Annubar 485 (5 поколение), на которых возникает перепад давлений, пропорциональный расходу. Сенсор устанавливается перпендикулярно направлению потока, пересекая его по всему сечению. По назначению расходомеры делятся на модели: Метран-350-MFA, Метран-350-М - для измерения массового расхода, накопленной массы жидкостей, пара и газов, а также объемного расхода и накопленного объема газов, приведенного к стандартным условиям по ГОСТ 2939. Дополнительно расходомеры этих моделей измеряют суммарный накопленный объем и массу, абсолютное (избыточное) давление, перепад давлений и температуру рабочей среды; Метран-350-SFA, Метран-350-Р - для измерения объемного расхода жидкостей пара и газов в условиях эксплуатации. Дополнительно расходомеры этих моделей измеряют перепад давлений на сенсоре.

Пределы измерений массового (F_min, F_max) и объемного (Q_min, Q_max) расходов для воды при температуре 20°С и давлении 100 кПа; газа (воздуха) при температуре 20°С и давлении 100 кПа; пара при температуре 100°С и давлении 100 кПа приведены в таблице 4.3. Расходомеры с видом взрывозащиты взрывонепроницаемая оболочка и специальный соответствуют требованиям ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.1 и выполняются с уровнем взрывозащиты - взрывобезопасный с маркировкой по взрывозащите 1ExdllCT6(T5) X.

Рисунок 2 - Расходомер переменного перепада давления Метран-350

В измерительных преобразователях давления измеряемое давление или разряжение уравновешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов (трубчатые пружины, мембраны, сильфоны) деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, преобразуется измерительным преобразователем в унифицированный сигнал.

Измерительный (интеллектуальный) преобразователь давления серии Метран-100 предназначены для измерения давления жидкости, газа, газообразного кислорода, кислородосодержащих газовых смесей и пищевых продуктов. Диапазоны измеряемых давлений: минимальный 0.0,04 кПа, максимальный 0.100 МПа. Основная погрешность измерений до ±0,1 от диапазона измерений. Исполнения по ГОСТ 12997: обыкновенное; взрывозащищенное (Ех, Вн). Преобразователи обеспечивают непрерывное преобразование в унифицированный аналоговый токовый сигнал (0.5 мА, 4.20 мА) и (или) цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485 следующих входных величин: избыточного давления (Метран-100-ДИ); абсолютного давления (Метран-100-ДА); разрежения (Метран-100-ДВ); давления-разрежения (Метран-100-ДИВ); разности давлений (Метран-100-ДД); гидростатического давления (Метран-100-ДГ)

Рисунок 3 - Измерительные (интеллектуальные) преобразователи давления серии Метран-100

Волноводный уровнемер серии Метран-3300.Волноводные уровнемеры серии 3300 - это интеллектуальные приборы, построенные на основе волноводной технологии и обеспечивающие надежные измерения уровня жидкостей и взвесей в сложных условиях эксплуатации. Основные достоинства: точность измерений не зависит от диэлектрической проницаемости, плотности, температуры, давления и рН; различные типы зондов позволяют применять преобразователь в резервуарах с внутренними конструкциями, турбулентностью, пеной и для сред, которые образуют пленку на зонде; надежное измерение уровня сыпучих веществ (гранулы, порошки); простота установки; возможность одновременного измерения уровня внешней поверхности и поверхности раздела двух жидкостей; надежность измерений в условиях высокой турбулентности или вибраций.

Измеряемые среды: жидкие (вода, водные растворы, сжиженный газ, кислоты и др.). Диапазон измерений уровня от 0,1 до 23,5 м. Выходной сигнал: 4.20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола. Погрешность измерений уровня: ±5 мм для зондов <5 м; ±0,1 % от измеряемого расстояния для зондов >5 м. Исполнения: обыкновенное, взрывозащищенное. Маркировка взрывозащиты: искробезопасная цепь 0ExiaIICT4; взрывонепроницаемая оболочка 1Exd[ia]IICT6. Степень защиты от воздействия пыли и воды - IP66 Уровнемеры применяются в следующих отраслях промышленности: пищевая промышленность и производство напитков, фармацевтическая, химическая, контроль питьевой воды.

Принцип действия волноводных уровнемеров основан на технологии рефлектометрии с временным разрешением (TDR - Time Domain Reflectometry). Микроволновые радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду, уровень которой нужно определить. Когда радиоимпульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, из-за разности коэффициентов диэлектрической проницаемости воздуха и жидкости происходит отражение микроволнового сигнала в обратном направлении. Временной интервал между моментом передачи зондирующего импульса и моментом приема эхо-сигнала пропорционален расстоянию до уровня контролируемой среды. Аналогичным образом измеряется расстояние между датчиком и границей раздела двух жидких сред с различными коэффициентами диэлектрической проницаемости. Интенсивность отраженного сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше интенсивность отраженного сигнала. Радарный метод имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами измерения уровня: радиоимпульсы практически невосприимчивы к составу среды, атмосфере резервуара, температуре и давлению. Поскольку радиоимпульсы направляются по зонду, эта технология измерения может с успехом применяться для малых и узких резервуаров, а также для резервуаров с узкими горловинами. Выходной сигнал аналоговый 4.20 мА, цифровой по протоколу HART. Давление процесса от -0,1 до 4,0 МПа. Температура процесса от -40 до 1500С. Диапазон измерения от 0,1 м до 23,5 м (зависит от типа зонда). Погрешность измерения ±5 мм для зондов <5 м; ± 0,1% для зондов > 5 м.