Дипломная (вкр): Разработка микропроцессорной системы управления подачей воздуха в термотравильный агрегат

Re_гр=0,10·10^-3

4). Заключение по числу Рейнольдса

Re_ср>Re_гр, поэтому расход по всему диапазону измеряют не учитывая поправки на вязкость.

). Максимальный перепад в сужающем устройстве

Р=Рн=25 кПа

). Промежуточное значение отношения,

 (2.17)

Значение множителя

Соответствующие значения  и

; 

) Уточненное значение модуля m, m₁

 (2.19)

). Потеря давления в сужающем устройстве

 (2.20)

Па

). Диаметр сужающего устройства

 (2.21)

мм

d₂₀=d/Kt» (2.22)

d₂₀=113,2/1=113,2 мм

). Проверка расчета

а) коэффициент расхода

 (2.23)

б)  (2.24)

в) погрешность расчета

 (2.25)

%

%, , т.е. условие по проверке расчета выполняется.

Вывод: выбранная диафрагма с внутренним диаметром 113,2 мм подходит для данного трубопровода диаметром 200 мм по всем параметрам, т.к. создаваемый с помощью СУ перепад давления 25 кПа обеспечивает измерение расхода воздуха 600 м³/ч в заданных условиях работы.

2.3 Расчет и выбор регулирующего органа

Исходные данные

агрегат: термотравильный агрегат.

регулируемая среда - воздух.

объемный расход - Q_max=600м³/ч.

избыточное давление в начале участка Р_и,нач=90кПа.

избыточное давление в конце участка Р_и, кон=56кПа.

плотность: r=1,205 кг/м³.

кинематическая вязкость: n=1,72·10⁵ нс/м².

Трубопровод имеет четыре поворота под углом 90⁰ с радиусом изгиба 0,7 м; на трубопроводе установлена запорная задвижка, одно сужающее устройство.

. Суммарная длина трубопровода:

L=4+2+1+1+20+4· (2p/4) · 0,7=32,39 м (2.26)

2. Средняя скорость потока:

 (2.27)

, м/c

. Потеря давления на прямых участках трубопровода:

DP_пр (2.28)

где l - коэффициент трения, определяется в зависимости от числа Рейнольдса D/n

Число Рейнольдса при Q_max:

 (2.29)

 (2.30)

D/n=200/0,8=250

Тогда l=0,042

DР=

. Потери давления в местах сопротивления трубопровода:

DРм=(x₉₀+x_су+x_в+x_ро)· (2.31)

DРм=(4∙0,66+1·0,66+0+2)∙=0,00012, Мпа

5. Общие потери давления в линии:

DРл=DРпр+DРл (2.32)

DРл=0,00016+0,00012=0,00028, Мпа

. Определяем перепад давления в регулирующем органе:

DР_роmax=DР_сети-DРл (2.33)

DР_сети=0,09-0,056=0,32, Мпа

DР_роmax=0,034-0,00028=0,0337, Мпа

. Уравнение для потока газа:

К_vmax= (2.34)

К_vmax=, м³/ч

. Выбираем регулирующий орган с условной пропускной способностью К_vy:

К_vy³1,2·К_vmax (2.35)

К_vy³42,6703, м³/ч

Вывод: выбираем односедельный регулирующий орган с условным диаметром Dу=150 мм.

2.4 Расчет и выбор исполнительного механизма

Исходные данные:

Перепад давления - DР_ро=0,0337∙10⁶Мпа.

Диаметр трубопровода 200 мм

Исполнительный механизм выбирают в зависимости от величины усилия, необходимого для перестановки регулирующего органа.

М=К∙(m _р+m т) (2.36)

где К=2¸3 - коэффициент, учитывающий затяжку сальников

Момент на валу исполнительного механизма должен быть равен или больше момента, необходимого для вращения заслонки.

Реактивный момент, обусловленный стремлением потока закрыть заслонку:

m_р=0,07·DР_ро∙D_у³ (2.37)

где DР_ро - перепад давления;

D_y - условный диаметр газопровода.

m_р=0,07·0,0337∙10⁶·0,2³=18, Нм

Момент трения в опорах:

m_т=0,785∙ D_у²·P_и∙r_ш·l (2.38)

где r_ш =0,03 - радиус шейки;

l=0,15 - коэффициент трения в опорах

m _т=0,785∙0,2²·0,0337∙10⁶·0,03∙0,15=4, Нм

М=2·(18+4)=44, Нм.

Выбираем исполнительный механизм типа МЭО-4/100 с моментом на валу 40 Нм, временем одного оборота 100 сек., угол поворота вала 240⁰, напряжением питания 220 В.

2.5 Описание принципиальной электрической схемы

В дипломном проекте разработана принципиальная электрическая схема контура регулирования расхода воздуха в термотравильном агрегате №3, представленная на демонстрационном листе ДП.220703.15.15.ЭЗ. В состав данного контура входят: датчик измерения расхода Метран-100ДД, микроконтроллер Simatic S7-300, блок ручного управления БРУ-32, пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, исполнительный механизм МЭО-4/100.

Для измерения расхода используется датчик Метран-100ДД. Сигнал с датчика поступает на микропроцессорный контроллер Simatic S7-300.

В микропроцессорном контроллере Simatic S7-300 происходит сравнение текущего значения расхода с заданным значением. Если эти значения равны, то система регулирования в целом останется в «покое» до тех пор, пока не изменится либо задание необходимое для изменения технологического режима, либо отклонение контролируемого параметра в большую или меньшую сторону от поддерживаемого значения. При неравенстве сигнала с датчика и сигнала задания на контроллере формируется управляющее воздействие. Это воздействие передается на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, где усиливается для управления исполнительным механизмом МЭО 4/100. Вращение электродвигателя выходного вала исполнительного механизма в свою очередь перемещает регулирующий орган на трубопроводе с подачей воздуха в сторону уменьшения сигнала рассогласования до тех пор, пока действующее значение расхода не станет равным заданному.

Вывод: в практической части дипломного проекта для микропроцессорной системы управления подачей воздуха в термотравильный агрегат ТТА №3, выбраны типовые элементы: первичный датчик - Метран-100ДД, микропроцессорный контроллер Simatic S7-300, пускатель ПБР - 2М.

По расчетным данным выбраны сужающее устройство - диафрагма камерная, регулирующий орган с условным диаметром Dу=150 мм, исполнительный электрический механизм МЭО 4/100, с моментом на валу 40 Нм, временем одного оборота 100 сек., угол поворота вала 240⁰, напряжением питания 220В. На основе выбранных элементов автоматики разработана принципиальная электрическая схема САУ подачей воздуха на паровой котел в термотрвильный агрегат ТТА №3.

Заключение

Согласно целям и задачам дипломного проекта, в пояснительной записке раскрыты следующие вопросы:

Описан технологический процесс нагрева проволоки, а также рассмотрена функциональная схема автоматизации термотравильного агрегата.

Выбраны типовые элементы для САУ подачей воздуха в термотравильный агрегат: первичный датчик Метран-100ДД, микропроцессорный контроллер - Simatic S7-300, пускатель ПБР-2М.

По расчетным данным выбраны сужающее устройство - диафрагма камерная, регулирующий орган с условным диаметром Dу=150 мм, исполнительный электрический механизм МЭО 4/100, с моментом на валу 40 Нм, временем одного оборота 100 сек., угол поворота вала 240⁰, напряжением питания 220В. На основе выбранных элементов автоматики разработана принципиальная электрическая схема САУ подачей воздуха на паровой котел в термотрвильный агрегат ТТА №3.

В разделе «Охрана труда» рассмотрены опасные и вредные производственные факторы в цехе, а также определены мероприятия по охране труда при работе в электроустановках.

В организационно-экономической части выполнен расчет капитальных и эксплуатационных затрат для САУ подачей воздуха в термотравильный агрегат.

Цели и задачи дипломного проекта достигнуты.

Список используемых источников

1. Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие / А.А. Иванов. - М.: Форум, 2012. - 224 с.

. Шишов, О.В. Технические средства автоматизации и управления: Учебное пособие / О.В. Шишов. - М.: ИНФРА-М, 2012. - 397 с.

. Пантелеев, В.Н. Основы автоматизации производства: Учебник для учреждений начального профессионального образования / В.Н. Пантелеев, В.М.В.М. Прошин. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 208 с.

. Кангин, В.В. Промышленные контроллеры в системах автоматизации технологических процессов: Учебное пособие / В.В. Кангин. - Ст. Оскол: ТНТ, 2013 - 408 с.

. Датчик давления Метран-100ДД. Руководство по эксплуатации. Челябинск 2005 - 53 с.

. Датчик давления Метран-43. Руководство по эксплуатации. Челябинск 2007 - 53 с.

. Ившин, В.П. Современная автоматика в системах управления технологическими процессами./ В.П. Ившин, М.Ю. Перухин.-М.: ИНФРА-М, 2013 - 400 с.

. Модульный программируемый контроллер Simatic S7-300. Руководство по эксплуатации.

. Модульный программируемый контроллер Simatic S7-400. Руководство по эксплуатации.

. Блоки ручного управления. Руководство по эксплуатации.

. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М. Руководство по эксплуатации.

. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-3А. Руководство по эксплуатации.