Министерство образования и науки Российской Федерации
Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина
Кафедра автоматизации технологических процессов
В. А. Салащенко
Лабораторная работа
Исследование статических и динамических характеристик уровнемеров
Методическое пособие
к лабораторным работам по курсам :
« Методы и средства измерений, испытаний и контроля »
« Автоматизация производственных процессов »
« Основы техники измерений »
Москва - 2011
Введение
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)
получают результаты измерений в процессе обработки многократных зависимых (прямых или косвенных) наблюдений на различных временных интервалах. На каждом интервале применяется свой метрологический подход к оценке достоверности получаемой инфор-мации. Измерительную информацию и результаты ее автоматизированной обработки в АСУ ТП используют для контроля технологических параметров и состояния оборудова-ния, оперативного управления, определения оперативных и долговременных технико-экономических показателей. От точности измерений зависят качество и эффективность управления технологическим процессом, достоверность определения фактических и расчетных технико-экономических показателей, правильность оценки производственно-хозяйственной деятельности предприятия и, следовательно, потери в производстве.
Специфика метрологического обеспечения АСУ ТП состоит в том, что измерительные каналы формируются на объекте, и поэтому метрологические приемы и методы, используемые при метрологичеком обслуживании средств измерений уровня будут изучены на учебных стендах фирмы «FESTO» Германия. Общий вид стенда представ-лен на рис. 1.
На стенде установлены промышленные интеллектуальные приборы измерения уровня, расхода, температуры, давления информация которых поступает на контроллер фирмы «Siemens» и с помощью программного обеспечения «WinCC» создана SCADA - система регулирования технологических параметров.
Цель лабораторной работы:
- изучить конструкцию, принцип действия промышленных приборов для измерения уровня, расхода, давления, температуры:
- исследовать статические и динамические характеристики приборов для измерения уровня, расхода, давления, температуры:
- провести калибровку и поверку приборов для измерения уровня, расхода, давления, температуры:
- исследовать статические и динамические характеристики объектов регулирования технологических параметров уровня, расхода, давления, температуры:
- исследовать динамические характеристики влияния законов управления (П, ПИ, ПД, ПИД) в системах регулирования уровня, расхода, давления, температуры:
Рис.1 Учебный стенд фирмы «FESTO»
1 – центробежный насос, 2 – турбинный расходомер, 3 – электромагнитный клапан, 4 – манометр электрический, 5 –сигнализатор уровня (геркон), 6 – манометр механический,
7- уровнемер ультразвуковой, 8 – блок управления нагревателем, 9 – контроллер,
10 – пневматический клапан, 11 – сигнализатор уровня емкостной, 12 – сигнализатор уровня емкостной, 13 – бак (резервуар), 14 – нагреватель, 15 – датчик температуры.
На стенде установлены три резервуара, соединенные между собой технологическими трубопроводами, на которых установлены вентили. Направление потока воды по трубопроводам осуществляется с помощью вентилей, Положение вентилей (ЗАКРЫТО) или (ОТКРЫТО) устанавливается в ручном режиме.
Центробежный насос
Центробежный насос предназначен для перекачки воды из резервуара в резервуар по трубопроводам. Общий вид центробежного насоса показан на рис.2. Конструкция центробежного насоса представлена на рис.3.
Рис.2 Общий вид центробежного насоса 1 - центробежный насос
Рис.3 Конструкция центробежного насоса
1 – корпус насоса, 2 – рабочее колесо насоса, 3 – прокладка, 4 – винты,
5 – статор электродвигателя, 6 –подшипник, 7 – керамическая ось, 8 – прокладка,
9 – ротор электродвигателя
Электродвигатель вращает рабочее колесо насоса, производительность насоса меняется при изменении напряжения постоянного тока подаваемого на двигатель в пределах от 0 до 10 В. Аналоговый и цифровой сигнал величины напряжения формируется контроллером и выводится на регистрацию.
Пропорциональный клапан
Пропорциональный клапан предназначен для регулирования расхода воды в трубопроводе по линейному закону. На рис.4 представлен общий вид клапана. На рис.5 представлена принципиальная схема клапана
Рис.4 Пропорциональный клапан.
Входной сигнал постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 10 В преобразуется контроллером в сигнал широтно-импульсной модуляции, который поступает на электромагнит.
Усилие электромагнита уравновешивается усилием возвратной пружины, обеспечивая необходимый зазор между плунжером и седлом клапана, таким образом клапан закрывается и открывается пропорционально напряжению в диапазоне от 0 В до 10 В.
Рис.5 Принципиальная схема пропорционального клапана.
1 –пружина, 2 – седло, 3 – плунжер, 4 – седло, 5 – корпус, 6 – подвижное кольцо
Расход воды через клапан будет пропорционален напряжению управления, при 0 В клапан закрыт – расхода нет, при 10 В клапан открыт – расход максимальный.