Автоматическая система регулирования давления пара в деаэраторе

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Институт - Энергетический

Специальность - Автоматизация технологических процессов и производств (в теплоэнергетике)

Кафедра - Автоматизация теплоэнергетических процессов

Курсовая работа

по дисциплине "Проектирование автоматизированных систем"

Автоматическая система регулирования давления пара в деаэраторе

Томск 2012

Содержание

Введение

. Системный анализ объекта автоматизации

. Выбор структуры автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе        

. Проектирование функциональной схемы автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

. Выбор технических средств автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе. Составление заказной спецификации

. Проектирование принципиальной схемы автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

. Проектирование монтажной схемы автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

. Выбор проводов, кабелей и защитных труб

. Конструкторская разработка общего вида щита

. Расчет и выбор регулирующего органа автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

Заключение

Список использованных литературы

Приложение

Введение

Данная курсовая работа предназначена для освоения навыков проектирования систем автоматического регулирования. В ходе работы будут составлены проектные решения, которые позволят эффективно работать системе автоматического регулирования, предназначенной для поддержания параметра в заданном значении.

Название данной курсовой работы "Автоматическая система регулирования давления пара в деаэраторе", следовательно цель выполнения работы заключается в проектировании системы автоматического регулирования, которая будет удовлетворять заданным требованиям. В конкретном случае - это поддержание значения давления пара в деаэраторе.

В процессе проектирования автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе будут решены вопросы и разработаны следующие схемы:

системный анализ объекта;

выбор структуры АСР;

проектирование функциональной схемы АСР;

выбор технических средств АСР;

проектирование электрической принципиальной схемы АСР;

проектирование монтажной схемы щита управления и внешних электрических и трубных проводок;

выбор проводов, кабелей и защитных труб;

проектирование общего вида щита управления;

расчет и выбор регулирующего органа.

1. Системный анализ объекта автоматизации

В качестве объекта регулирования в курсовой работе рассматривается деаэратор, который выполняет роль смешивающего подогревателя и предназначен для деаэрации питательной воды. Принцип деаэрации заключается в том, что с повышением температуры воды при постоянном давлении растворимость газов уменьшается и при температуре кипения становится равной нулю. Деаэрация осуществляется в головке деаэратора, в верхнюю часть которой подается конденсат после подогревателей низкого давления, а в нижнюю часть - греющий пар из отбора турбины. Конденсат, сливаясь с одной дырчатой тарелки на другую, движется вниз и нагревается движущимся кверху греющим паром до температуры кипения. Выделившиеся газы вместе с излишками пара удаляются из верхней части головки (выпар).

Деаэраторы состоят из деаэраторного бака, деаэрационной колонки, гидрозатвора (предохранительное устройство) и охладителя выпара. Деаэраторный бак представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами и патрубками входа и выхода рабочей среды, подключения трубопроводов и арматуры, установленный на опорах, одна из которых неподвижная. На баке установлена деаэрационная колонка, которая представляет собой цилиндрическую обечайку с элиптическим днищем, патрубками для подвода и отвода рабочей среды. Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэратора предусмотрено предохранительное устройство - гидрозатвор, защищающий его от опасного превышения давления и повышения уровня воды в баке. Охладитель выпара предназначен для конденсации максимального количества пара из отводимой от деаэратора парогазовой смеси. Еще одна функция охладителя выпара - утилизация тепла этого пара.

Различают деаэраторы атмосферные  и высокого давления . Атмосферные деаэраторы устанавливают на линиях, которые осуществляют подачу добавочной воды, повышенного давления - на основном потоке образующего конденсата.

Чтобы непрерывно нагревать и удалять кислород из воды в объекте регулирования поддерживается избыточное давление пара Р_д., которое должно быть постоянным, поскольку резкое повышение или понижение давления приводит к нарушению работы насосов деаэратора. Пар на деаэратор подается из отбора турбины, следовательно, чтобы обеспечить необходимое давление, нужно изменять расход теплоносителя. Для этого перед деаэратором ставится дроссельный регулирующий клапан.

. Выбор структуры автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, то есть необходимо выбрать структуру управления. Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними.

Выбор структуры управления объектом автоматизации оказывает существенное влияние на эффективность его работы, снижение относительной стоимости системы управления, её надёжности и ремонтопригодности.

Структурная схема автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 -Структурная схема автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе: ТОУ -технологический объект управления, ИП - измерительный преобразователь, ИМ - исполнительный механизм, РО- регулирующий орган, ПУ- пусковое устройство, УП-указатель положения, ЗРУ-задатчик ручного управления, ЗРВ- задатчик ручного воздействия, УП- указатель положения.

Система автоматизации состоит из объекта автоматизации - деаэратора и системы управления этим объектом, в которую входят: измерительный преобразователь, задатчик ручного воздействия, регулирующий орган, задатчик ручного управления, пусковое устройство, исполнительный механизм и указатель положения.

В процессе работы системы на объект поступают возмущающие воздействия, которые вызывают отклонения регулируемого параметра- давления пара от требуемого значения (допустимое отклонение давления ±500 Па). Информация о текущих значениях параметра поступает в систему управления и сравнивается с предписанным ему значением, в результате чего система управления вырабатывает управляющее воздействие для компенсации отклонений выходного параметра.

3. Проектирование функциональной схемы автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

Функциональные схемы систем измерения и автоматизации являются основным техническим документом, определяющим функционально- блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычислительной техники).

Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующие задачи:

получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

стабилизация технологических параметров процесса;

контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства предоставления и выдачи информации обслуживающему персоналу, а также вспомогательных устройств

Результатом составления функциональных схем являются:

выбор методов измерения технологических параметров;

выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;

размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах, определение способов предоставления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

Технологическое оборудование и коммуникации при разработке функциональных схем должны изображаться, как правило, упрощённо, без указания отдельных технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения. Однако, изображённая таким образом технологическая схема должна давать ясное представление о принципе её работы и взаимодействии со средствами автоматизации.

На технологических трубопроводах обычно показывают ту регулирующую и запорную арматуру, которая непосредственно участвует в контроле и управлении процессом, а также запорные регулирующие органы, необходимые для определения относительного расположения мест отбора импульсов. Технологические аппараты и трубопроводы вспомогательного назначения показывают только в случаях, когда они механически соединяются или взаимодействуют со средствами автоматизации.

Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости и газа изображают условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.784-70, приведёнными в таблице 3.1

Таблица 3.1- Условные цифровые обозначения трубопроводов для жидкостей и газов по ГОСТ 2.784-70

Таблица 3.2 - Условные обозначения технических средств автоматизации

Основные условные обозначения измеряемых физических величин приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Условные обозначения измеряемых параметров

Всем приборам и средствам автоматизации, изображённым на функциональных схемах, присваиваются позиционные обозначения, сохраняющиеся во всех материалах проекта. Буквенные обозначения присваиваются каждому элементу функциональной группы в порядке алфавита в зависимости от последовательности прохождения сигнала - от устройств получения информации к устройствам воздействия на управляемый процесс.

В ходе изучения последовательности разработки функциональной схемы, а также различного ряда правил и стандартов, с помощью которых она проектируется, в данной курсовой работе была разработана функциональная схема автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе. Далее приведём её краткое описание: регулируемая величина - давление пара оценивается измерительным преобразователем- датчиком давления с позиционным номером 1а, который в свою очередь вырабатывает импульс, формирующий величину регулируемого параметра, поступающую на вход регулирующего устройства - микропроцессорного контроллера - 2б, где сравнивается с заданным значением, вырабатываемым задающим устройством 2а. Если регулируемая величина равна заданному значению, то автоматическая система регулирования находится в состоянии равновесия, но в следствии её отклонения, регулирующее устройство 2а подаёт выработанное управляющее воздействие на устройство ручного управления 2в, которое осуществляет ручное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно. Далее пусковое устройство 2г в общем случае осуществляет пуск, реверс и останов исполнительного механизма 2д. На выходе исполнительного механизма вырабатывается регулирующее воздействие, передаваемое через регулирующий орган на вход объекта. Регулирующее воздействие направлено на уменьшение рассогласования между действительным и заданным значением регулируемой величины. Регулятор будет воздействовать на объект до тех пор, пока регулируемая величина не сравняется с заданным значением. Положение регулирующего органа фиксируется дистанционным указателем положения 3а.

Функциональная схема автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе, разрабатываемая в курсовой работе, представлена на листе с шифром ФЮРА.421000.029 C2.

. Выбор технических средств автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе. Составление заказной спецификации

Заказная спецификация - это техническая документация, в которой отражены все необходимые сведения о приборах и средствах автоматизации котлоагрегата.

При разработке системы автоматического регулирования давления пара в деаэраторе предпочтения отдавались техническим средствам автоматизации, серийно выпускаемыми отечественными предприятиями. В частности, унифицированным системам и однотипным техническим средствам, обеспечивающим взаимозаменяемость, простоту сочетания друг с другом и удобство компоновки на щитах.

Выбор первичного преобразователя давления

Преобразователи давления обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного , разряжения, давления-разряжения, разности давлений , гидростатического давления , уровня в стандартный токовый выходной сигнал (0-5 мА, 4-20 мА, 0-20 мА) дистанционной передачи.

Первичный преобразователь давления выбираем по каталогу в интернете [N]. По подходящим нам конфигурациям и самой оптимальной цене, выбираем преобразователь давления типа Метран-150.

Интеллектуальные датчики давления серии Метран-150 предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Диапазоны измеряемых давлений:

минимальный 0-0,025 кПа;

максимальный 0-60 МПа.

Выходные сигналы:

4-20 мА с HART протоколом;

0-5 мА.

Предел допускаемой основной приведённой погрешности - ±0,1 %.

Также альтернативными вариантами могут быть преобразователи давления типа Метран-100, Rosemount 3051, и многие другие. Но стоимость датчиков давления типа Rosemount 3051 превышают стоимость датчика давления типа Метран-150 в 2 раза. Датчик давления Метран-100 имеет предел допускаемой основной приведённой погрешности в ±0,1 %, что больше чем у преобразователя давления типа Метран-150. Следовательно, самый оптимальный вариант выбора первичного преобразователя давления - это Метран -150.

Выбор регулирующего устройства

В настоящее время в качестве регулирующих устройств в автоматических системах регулирования широко используются микропроцессорные контроллеры. В данной курсовой работе в качестве такого устройства представлен контроллер фирмы Siеmens - Simatic S7-200.

Микроконтроллеры Simatic S7-200 предназначены для решения задач управления и регулирования в небольших системах автоматизации. Преимущества такой системы состоит в том, что Simatic S7-200 позволяют создавать как автономные системы управления, так и системы управления, работающие в общей информационной сети. Область применения контроллеров Simatic S7-200 простирается от простейших задач автоматизации, для решения которых в прошлом использовались простые реле и контакторы, до задач комплексной автоматизации. Simatic S7-200 также используется при создании таких систем управления, для которых в прошлом из соображений экономии необходимо было разрабатывать специальные электронные модули.

Технические характеристики контроллера Simatic S7-200 приведены в таблице 5.2.1

Таблица 5.2.1- Технические характеристики контроллера Simatic S7-200

S7-200 включает в свой состав:

2 базовых блока: на основе двух стандартных монтажных стоек UR1/UR2 или на основе одной монтажной стойки UR2-H с двумя независимыми секциями внутренней шины;

2 модуля синхронизации на один центральный процессор для связи базовых блоков контроллера по оптоволоконной линии связи, 2 оптоволоконных кабеля для установки синхронизирующих соединений;

1 центральный процессор CPU 417-4H/ CPU 414-4H на каждый базовый блок контроллера;

модули ввода-вывода S7-400 в каждом базовом блоке контроллера (при необходимости);

стойки расширения UR1/UR2/ER1/ER2 и/или станции распределенного ввода-вывода ET 200M с модулями ввода-вывода.

Выбор блока ручного управления

Блок ручного управления рассчитан на применение в автоматизированных системах управления технологическими процессами и предназначен для переключения цепей управления исполнительными устройствами, индикации управления цепей положения.

По своим функциональным возможностям блоки ручного управления делятся на 3 типа:

). БРУ-22: ручное или дистанционное переключение цепей управления на 2 положения; световая индикация положения цепей; управление исполнительными механизмами.

). БРУ-32: ручное переключение с автоматического режима управ-ления на ручной и обратно; кнопочное управление интегрирующими исполнительными устройствами; световая индикация выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом; определение положения регулирующего органа по сигналу от электрического ИМ.

). БРУ-42: ручное или дистанционное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно; кнопочное управление интегрирующими исполнительными устройствами; световая индикация режимов управления, выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом; определение положения регулирующего органа по сигналу от электрического ИМ.

Входные сигналы стрелочного индикатора блоков: унифицированные токовые 0-5 мА, 4-20 мА, напряжения 0-10 В.

По количеству выполняемых функций БРУ-42 несколько превышает другие блоки управления. Следовательно, для того, чтобы система управления наиболее полно отвечала предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта, следует выбрать блок ручного управления БРУ-42.

Выбор задатчика регулирующего воздействия

Задатчики ручные РЗД рассчитаны на применение в автоматизированных системах управления технологическими процессами и предназначены для выполнения операций:

). РЗД-12- ручная установка сигналов задания для стабилизирующих регуляторов и регуляторов соотношения. Входной сигнал: нет. Выходной сигнал: плавное изменение коэффициента деления потенциометра с сопротивлением 10 или 2,2 кОм.

При выборе задатчиков руководствуемся значением выходного тока. Так как БРУ-42 имеет входное значение тока равное 4-20 мА, следовательно выбираем РЗД-22.

Выбор исполнительного механизма и пускового устройства

Исполнительные механизмы являются приводной частью регулирующего органа (клапан, задвижка, заслонка ) и предназначены для его перемещения. В зависимости от используемой энергии исполнительные механизмы подразделяются на следующие виды: пневматические, гидравлические, электрические.

Наибольшее распространение при автоматизации объектов теплоэнергетики получили электрические исполнительные механизмы. В их состав входит электропривод (электродвигатель и редуктор), блок сигнализации положения и штурвал. Штурвал предназначен для ручного перемещения выходного вала исполнительного механизма. Блок сигнализации состоит из блока концевых выключателей и датчика положения. Концевые выключатели позволяют отключать электродвигатель при достижении крайних положений выходного вала исполнительного механизма. В зависимости от назначения исполнительные механизмы комплектуются различными датчиками положения: индуктивным, реостатным (диапазон 0-120 Ом), токовым (0-5 мА или 4-20 мА, или 0-20 мА). Электрические исполнительные механизмы имеют следующие типы: механизмы электрические однооборотные (МЭО), механизмы электрические однооборотные фланцевые (МЭОФ), механизмы прямоходные постоянной скорости (МЭП), механизмы прямоходные кривошипные переменной скорости (МЭПК). Выбор необходимого типа исполнительного механизма в первую очередь определяется типом запорной арматуры. Так как у нас регулирующим органом является задвижка, то выбираем МЭО.

Диаметр трубопровода 160 мм, для выбора исполнительного механизма рассчитываем максимальное значение крутящего момента: . Исходя из условия, что  выбираем исполнительный механизм МЭО - 800/25 - 0,25 - 92К.

В качестве пускового устройства для трехфазных асинхронных электродвигателей исполнительных механизмов используется устройство типа ПБР-3А.

На основании функциональной схемы и выбранных технических средств автоматизации составляем заказную спецификацию приборов и средств автоматизации [Приложение А].

5. Проектирование принципиальной электрической схемы автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

Принципиальная электрическая схема определяет полный состав приборов, аппаратов и устройств (а также связей между ними), действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. Принципиальные схемы служат основанием для разработки других документов проекта : монтажных таблиц щитов и пультов, схем внешних соединений.

В процессе проектирования системы автоматизации принципиальная схема разрабатывается в следующем порядке:

). На основании функциональной схемы автоматизации составляются чётко сформулированные технические требования, предъявляемые к принципиальной электрической схеме.

). Применительно к этим требованиям устанавливаются условия и последовательность действия схемы.

). В соответствии с заказной спецификацией на принципиальной схеме располагаются необходимые технические средства автоматизации.

). Технические средства и элементарные цепи объединяются в общую схему.

). Производится корректировка схемы в соответствии с возможностями принятой аппаратуры.

). Проверяется в схеме возможность возникновения ложных или обходных цепей или неправильность её работы при повреждениях элементарных цепей или контактов.

). Рассматриваются возможные варианты решения и принимается окончательная схема применительно к имеющейся аппаратуре.

Обозначение устройств на принципиальной электрической схеме (лист с шифром ФЮРА.421000.030 Э3) следующее:

А1 - первичный измерительный преобразователь давления типа Метран-150.

А2 - задатчик регулируемого параметра РЗД-22.

А3 - регулирующее устройство контроллер Siemens Simatic S7 -200.

А4 - усилитель мощности типа ПБР-3А.

А5 -блок ручного управления типа БРУ-42.

А6 - исполнительный механизм типа МЭО - 800/25 - 0,25 - 92К.

А7-дистанционный указатель положения ДУП-М.

Получение информации о значениях параметров технологического процесса происходит при помощи измерительного преобразователя давления A1. С выхода измерительного преобразователя унифицированный токовый сигнал 4-20 мА поступает на вход модуля ввода аналоговых сигналов SM-431 регулирующего устройства A3, куда также поступает сигнал задания 4-20 мА от ручного задатчика А2. Модуль ввода отвечает за преобразование аналоговых унифицированных токовых сигналов в цифровые коды, которые поступают на центральный процессор CPU 414-4H. Далее процессор обрабатывает эти сигналы в соответствии с заданным алгоритмом управления и подаёт цифровой код на модуль вывода дискретных сигналов SM-422, где происходит преобразование этого кода в дискретный управляющий сигнал -24 В, который направляется на блок ручного управления А5, предназначенного для коммутации цепей управления. Затем сигнал в 24 В подаётся на пусковое устройство А4, с помощью которого усиливается и поступает на обмотку управления исполнительного механизма А6, после чего вал механизма начинает вращаться, изменяя положение регулирующего органа. Положение выходного вала исполнительного механизма фиксируется как блоком ручного управления А5, так и дистанционным указателем положения А7.

6. Проектирование монтажной схемы автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

Монтажная схема соединений внешних проводок - это комбинированная схема, на которой показаны электрические и трубные связи между приборами и средствами автоматизации, установленными на технологическом оборудовании, вне щитов и на щитах, а также подключения проводок к приборам и щитам. Обязательными предварительными этапами работы по выполнению схем соединений и подключения являются : проверка наличия на технологических чертежах всех закладных и отборных устройств, необходимых для установки первичных измерительных преобразователей на трубопроводах и оборудовании, а также размещение на чертежах мест установки индивидуальных внещитовых приборов и групповых стоек приборов, местных щитов и щитов, расположенных в щитовых помещениях.

Цель проектирования монтажной схемы внешних проводок состоит в создании проектной документации для монтажа и эксплуатации средств автоматизации.

Схема монтажная внешних электрических и трубных проводок

Чертежи схем внешних проводок представляют собой проектную документацию, на которой показаны с помощью условных графических изображений все линии связей между приборами, средствами автоматизации, источниками питания и щитами всех назначений.

Разработка схем внешних проводок производится параллельно с разработкой монтажных схем, которые выполняют без соблюдения масштаба на основании условных графических изображений и текстовых пояснений.

На схемах сверху поля чертежа размещают таблицу с поясняющими надписями, в которой указаны наименования измеряемых параметров, измеряемой среды, места отбора информационных сигналов, а также позиционное обозначение приборов, в соответствии с функциональной схемой.

Под таблицей с поясняющими подписями располагают условные графические изображения приборов и средств автоматизации, установленных непосредственно на технологическом оборудовании и трубопроводе. Исполнительный механизм типа МЭО - 800/25 - 0,25У - 92К и пусковое устройство ПБР-3А изображены в виде прямоугольников, внутри которых указаны номера зажимов и подключение к ним кабеля или проводов. Маркировку жил наносят вне монтажного символа.о В нижней части чертежа показан щит автоматизации, условно изображённый в виде прямоугольника, от которого электропроводки командных сигналов идут к исполнительным средствам автоматизации.

Схема монтажная внешних электрических и трубных проводок изображена на листе с шифром ФЮРА.421000.030 С4 .

Монтажная схема электрических проводок щита автоматизации

На данной схеме приборы изображены упрощенно в виде прямоугольников. Над прямоугольниками расположены окружности, разделенные горизонтальной чертой. Цифры в верхней части окружности указывают порядковый номер изделия на щите. В нижней части - записаны позиционные обозначения, согласно функциональной схеме.

Также на листе схемы изображены сборки зажимов. Над линиями, приходящими к зажимам, указаны маркировки участков цепей в соответствии с принципиальной схемой питания и с монтажной схемой внешних проводок.

Схема монтажная электрических проводок щита представлена на листе ФЮРА.42100.030 С4 .

. Выбор проводов, кабелей и защитных труб

Выбор труб и пневмокабелей для трубных проводок различного назначения необходимо производить в соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к трубным проводкам, а именно:

трубные проводки должны обеспечивать возможность проверки и испытаний приборов, средств автоматизации и самих трубных проводок во время монтажа, наладки и эксплуатации без останова технологического оборудования;

возможность продувки и промывки приборов, средств автоматизации и импульсных трубных проводок разделительным и жидкостями;

удаление газов из приборов, средств автоматизации и самих трубных проводок, заполняемыми жидкостями и др.

При определении внутреннего диаметра защитной трубы, необходимой для данной конкретной проводки, учитывается диаметр кабеля, проходящего в ней. Для измерения давления следует выбрать бесшовные трубы из стали 20 размером 102 мм. Стальные трубы являются защитой от механических повреждений и в какой - то мере при уплотненном способе соединения защищают проложенные в них провода от непосредственного воздействия окружающей среды - пыли, влаги, агрессивных газов .

Для электропроводок систем автоматизации применяются изолированные провода и кабели с алюминиевыми или медными жилами. Сечение проводов и жил кабелей цепей управления выбираются по допустимым токовым нагрузкам, потере напряжения и механической прочности. Изоляция, оболочки и наружные покровы кабелей должны соответствовать условиям окружающей среды и принятому способу выполнения электропроводки. Для линий питания выбираем кабели с алюминиевыми жилами, тип АКВВГ с сечением жил 2,5 мм², так как они предназначены для больших напряжений. Для информационных линий выбираем кабели с медными жилами, тип КВВГ с сечением жил 1,5 мм².

В некоторых случаях в резерве остается одна или несколько жил. Это допускается из-за ступенчатости стандартного ряда количества жил. Выбор кабелей отражен в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Характеристики проводов и кабелей электропроводки АСР

По рекомендациям, приведенным в нормативных документах, в качестве защиты кабелей выбираем электросварные трубы по

ГОСТ 10704-76, которые следует применять в сухих и влажных помещениях, а также при открытой и скрытой прокладке в жарких, пыльных пожароопасных помещениях.

По таблице 11.12 [3, с.241], определяем диаметры кабелей, используемых в проекте. Для АКВВГ 4x2,5 d = 10,6 мм; для КВВГ 4х1,5

d = 9,7 мм; для КВВГ 7х1,5 d = 11,3 мм.

Ближайший больший наружный диаметр трубы выбирается в соответствии с ГОСТ 10.704-91.

Тогда для кабелей АКВВГ 4х2,5 : D ≥ 1,4 · 10,6 = 14,84 мм, где ближайший больший внешний диаметр с учетом толщины стенки, равной 2 мм D = 18 мм.

Для кабелей КВВГ 4х1,5: D ≥ 1,4 · 9,7 = 13,58 мм, где ближайший больший диаметр D = 17 мм.

Для кабелей КВВГ 7х1,5: D ≥ 1,4 · 11,3 = 15,82 мм, где ближайший больший диаметр D = 17 мм.

8. Конструкторская разработка общего вида щита автоматизации

Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них средств контроля и управления технологическим процессом, контрольно-измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линии связи между ними (трубная и электрическая коммутация).

При проектировании щитов решаются следующие задачи: выбор типа и размера шкафа, определение монтажных зон щитов, компоновки приборов и аппаратуры, определение мест прокладки электрических и трубных проводок, а также определение марок проводов и труб.

Учитывая конструктивные особенности, различают несколько типов щитов: щиты шкафные одиночные, двух- и трехсекционные с задними дверьми; щиты панельные с каркасом; щиты шкафные с передней и задней дверью [3, с. 146].

Выбираем щит типа: шкафной одиночный с задней дверью исполнение I с шириной 600 мм (ЩШ-ЗД-I-600×600-УХЛ4-IP30 ОСТ 36.13-76) [4, с. 161]. Взаимное расположение приборов и аппаратуры должно соответствовать требованиям РМ4 - 51 - 73 "Щиты и пульты управления. Принципы компоновки" [3, с. 168].

Данный щит состоит из двух функциональных полей. На высоте 600-1900 мм рекомендовано размещать реле, регуляторы, элементы аналоговой и дискретной техники, поэтому на высоте 1650 мм. задатчик РЗД-22 и блок ручного управления БРУ-42. На высоте 1400 мм. размещаем дистанционный указатель положения ДУП-М, что очень удобно для просмотра показаний прибора. На высоте 1400 мм. расположен микропроцессорный контроллер.

На высоте 300…600 мм на внутренней плоскости изображаются горизонтально расположенные блоки и сборки зажимов.

Нижнее поле является декоративным, оно не предназначено для установки приборов и аппаратуры.

Общая конструкция щита автоматизации представлена на чертеже с шифром ФЮРА.421000.030 СБ.

. Выбор и расчёт регулирующего органа автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе

Выполним расчет регулирующего органа для регулирования расхода пара на деаэратор.

Данные для расчета

Среда                                                                             пар

Максимальный расход пара                                        G_max= 45000 кг/ч;

Минимальный расход пара                                          G_max= 12000 кг/ч;

Давление пара в магистрали                                        Р₀ = 3,4 МПа;

Температура пара                                                         Т = 260 ºС;

Внутренний диаметр паропровода                              D = 160 мм.

Паропровод имеет три поворота под углом 90˚ с радиусом изгиба 0,7 м; на паропроводе установлена запорная задвижка; разность высот начального и конечного участков сети ∆h= -7,7 м. Схема паропровода представлена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 - Расчетная схема паропровода

Расчет проводим по методике, изложенной в [5, с.278].

1) По таблицам водяного пара при Р₀ = 3,4 МПа и Т = 260 ºС находим: динамическая вязкость η=1,75∙10^-5 кгс∙с/м²; плотность пара ρ_пар=6,26 кг/м³.

2) Определяем гидростатический напор, соответствующий разности уровней верхней и нижней отметок трубопровода:

кгс/м²= -0,00048202 МПа,

МПа,

где  =0,69 - давление в деаэраторе.

Определяем число Рейнольдса при G_max по таблице 6.6 [5, с.270]:

Определяем условие гидравлической гладкости трубопровода по таблице 6.7 [5, с.270]:

,

где =0,1 мм - шероховатость трубопровода.

Так как паропровод в данном случае является гидравлически гладким, то коэффициент трения λ определяется по рисунку 6.21 [5, с.275], в зависимости от  и . При  и  коэффициент трения λ=0,0178.

Суммарная длина паропровода определяется по рисунку 9.1:

м.

Находим среднюю скорость в паропроводе при максимальном расчетном расходе:

м/с.

Определяем потерю давления на прямых участках паропровода:

Па.

Определяем потери давления в местных сопротивлениях трубопровода:

По таблице 6.10 [5, с. 273], определяем:

Тогда:

Па.

Общие потери давления в линии:

.

.

3) Определяем перепад давления в РО при максимальном расчетном расходе пара:

автоматический давление пар деаэратор

МПа.

Очевидно, что при очень малых расходах потери давления в линии является пренебрежимо малой величиной и перепад давления на РО:

МПа.

Таким образом, перепад на РО практически остался неизменным.

) Так как , то находим максимальную пропускную способность РО:

 м³/ч.

5) Выбираем односедельный РО с условной пропускной способностью  м³/ч  м³/ч с  по таблице 6.11.

) Определяем соотношение перепада давления на РО при максимальном расходе:

7) Так как по условию расходная характеристика должна быть линейной, то при n=0 следует выбрать РО с линейной пропускной характеристикой.

) Определяем максимальный расход для выбранного РО:

кг/ч.

) Определяем относительные значения расходов:

.

10) Определяем диапазон перемещения затвора РО с линейной характеристикой при n=0:

Выбранный односедельный РО с линейной пропускной характеристикой обеспечивает заданный максимальный расход. Так как , то допускается использование трубы меньшего диаметра.

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы по дисциплине "Проектирование автоматизированных систем" была спроектирована система автоматического регулирования давления пара в деаэраторе.

Руководствуясь данными, полученными при разработке структурной схемы, было разработана функциональная схема автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе. Параллельно этому процессу велась работа по выбору технических средств автоматизации. Далее была спроектирована принципиальная электрическая схема автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе, которая определяет полный состав приборов, линий связи и устройств, действие которых обеспечивает решение задачи автоматического регулирования данной системы.

На основе принципиальной электрической схемы была разработана монтажная схема автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе, необходимая для монтажа и эксплуатации средств автоматизации и пневматических линий связи.

Также была проведена конструкторская разработка общего вида щита управления, изучив которую, можно визуально наблюдать расположение тех или иных технических средств.

В курсовой работе был проведен расчет регулирующего органа автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе, по результатам которого выбран регулирующий орган с линейной пропускной характеристикой.

Список используемой литературы

1 Г.П. Плетнев Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электрических станций: Учебное пособие для вузов .- М.: Энергоатомиздат, 1986. - 340 с.

А.В. Волошенко, Д.Б. Горбунов Проектирование систем автоматического контроля и регулирования: учебное пособие .- Томск: Изд-во ТПУ, 2007. -109

А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие- М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.

Технические средства автоматизации технологических процессов: Номенклатурный каталог продукции. - Чебоксары: Изд-во ЗЭиМ, 2006. - 61

А.С. Клюев, А.Т. Лебедев, С.А. Клюев, А.Г. Товарнов Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 368 с.

[Электронный ресурс] .- Режим доступа:

http://www.suer.ru/catalog/pribori/datchiki_davlenija, свободный.- Загл. с экрана.