56
Область устойчивости по рассчитанным коэффициентам К1 и К2
отображена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Область устойчивости
2.3.2 Расчет линии равного запаса устойчивости
Степень колебательности принимаем М=0.8. Линия равного запаса
устойчивости задается в виде таблицы значений. Результаты расчета
значений К1 и К2 приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Результаты расчета значений К1 и К2.
K1
K2
1,637
0,41249
3,05137
1,67239
4,12967
2,64386
4,89865
3,35731
5,38865
3,84354
5,63225
4,13299
5,66305
4,25508
5,51473
4,23775
5,22012
4,10706
4,8106
3,88697
4,3155
3,59916
3,76171
3,26298
3,17344
2,89539
57
2,57199
2,51104
Линия равного запаса устойчивости (линия равной колебательности)
по рассчитанным коэффициентам К1 и К2 отображена на рисунке 11.
Рисунок 11 - Линия равного запаса устойчивости
Рекомендуемы параметры регулятора: K1 = 5.6737, K2 = 4.2374.
2.3.3 Переходный процесс по задающему воздействию.
Задающее воздействие ступенчатое. ПИ - закон регулирования.
Результаты расчета переходного процесса системы по задающему
воздействию приведены в приложении А. График переходного процесса по
задающему воздействию отображен на рисунке 12.
58
Рисунок 12 - График переходного процесса по задающему
воздействию
2.4 Выводы по второй главе
Во второй главе проведен анализ объекта автоматизации -
центрального теплового пункта производственного цеха ВНИПИ
«Сигнал». Отпуск тепла в отопительные контура производиться
пластинчатыми теплообменниками, а регулирование с помощью
трехходовых клапанов, определяющих поток теплоносителя через
теплообменник.
Разрабатываемая система должна обеспечивать регулирование
температуры в производственном цеха ВНИПИ «Сигнал», путем
формирования управляющих сигналов на регулирующие клапана и
циркуляционные насосы. Также, система должна контролировать
параметры системы теплоснабжения для предотвращения аварийных
событий, таких как замораживание теплоносителя или разрыв контура.
59
Для регулирования отпуска тепла проведен расчет регулятора в
программе AsimLin. Результаты расчета переходного процесса приведены
в приложении А.
60
ГЛАВА 3. Внедрение проекта автоматизированного
центрального теплового пункта производственного цеха
ВНИИ «Сигнал»»
3.1. Выбор аппаратного обеспечения системы
В состав системы входят следующие компоненты:
преобразователь частоты (ПЧ);
панель оператора;
программируемый логический контроллер (ПЛК);
силовая коммутационная и защитная аппаратура;
датчики давления и электроконтактные манометры.
3.1.1 Силовая коммутационная и защитная аппаратура
В качестве силовых коммутационных и защитных элементов
используются:
автоматические выключатели;
контакторы;
выключатели нагрузки;
тепловые реле.
Автоматические выключатели предназначены для проведения
оперативного тока в нормальном режиме и отключения в аварийных
ситуациях (короткое замыкание, перегрузка). Автоматические
выключатели имеют характеристику отключения типа D. Выключатели
нагрузки предназначены для вывода в ремонт электродвигателей и ПЧ.
Контакторы обеспечивают коммутацию силовых цепей электродвигателей
и ПЧ. Контакторы имеют категорию применения AC3. Тепловые реле
обеспечивают защиту двигателей от перегрузки при длительном
превышении потребляемого ими тока.
Система имеет силовые выходы для подключения двух
электродвигателей соответствующей мощности. Система обеспечивает
61
питание двух регулируемых двигателей выходным напряжением
переменного тока 3х(0-380)В с частотой от 0 Гц до 50 Гц.
3.1.2 Размещение комплекса технических средств
Все технические средства располагаются в металлических шкафах.
Конструктивное исполнение станции IP54.
Все элементы индикации, органы управления и регулирования,
контрольные точки (гнезда) аппаратных средств имеют маркировку,
однозначно определяющую их назначение. Все съемные элементы
аппаратных средств: кабели, жгуты, блочные и кабельные части
соединителей имеют маркировку, обеспечивающую их ориентацию при
монтаже, замене и ремонте. Конструкция составных технических средств и
их размещение обеспечивают возможность замены любой из них без
демонтажа других.
Конструктивно все технические средства располагаются в шкафу
управления (ШУ) и силовом шкафу (ШС).
В состав ШУ входят следующие элементы:
программируемый контроллер (ПЛК);
панель оператора;
блок питания 24В постоянного тока;
промежуточные реле;
светосигнальная арматура и элементы управления (кнопки и
переключатели);
контактные группы для подключения кабелей управления;
термостат и нагревательный элемент.
Условия эксплуатации шкафа управления согласно техническим
требованиям должны соответствовать климатическому исполнению
“УХЛ” и категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 с температурой
окружающей среды от -5°С до +35°С. Окружающая среда не
взрывоопасная, с атмосферой типа II по ГОСТ 15150-69.
62
В состав силового шкафа входят следующие элементы:
преобразователь частоты (ПЧ);
автоматические выключатели;
контакторы;
выключатель нагрузки;
тепловые реле;
светосигнальная арматура;
контактные группы для подключения кабелей.
Условия эксплуатации силового шкафа согласно техническим
требованиям должны соответствовать климатическому исполнению
“УХЛ” и категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 с температурой
окружающей среды от -5°С до +35°С. Окружающая среда не
взрывоопасная, с атмосферой типа II по ГОСТ 15150-69.
Применяемые в проекте датчики, преобразователи, исполнительные
механизмы разработаны в последние годы в соответствии с современными
техническими требованиями, имеют сертификаты соответствия и
соответствуют условиям эксплуатации.
3.1.3 Выбор средств измерения температуры
Для измерения температуры необходимо выбрать датчик с пределом
основной допускаемой погрешности не ниже 0,1 и диапазоном измерения
0°С …200°С. Выбор проводился между Rosemount RTD 1067, Метран 276
ТСПУ и ДТС ТСМ.
Характеристики датчиков сведены в таблицу 6.
Таблица 6 - Характеристики датчика Rosemount 1067, Метран-276 и ДТС
Наименование характеристики
Значение
Датчик
Rosemount 1067
Метран-276
ДТС
63
Выходной сигнал
Ω
4-20 мА
Ω
Предел допускаемой основной
погрешности, %
0,2
0,25
0,5
Пределы измерений
-50°С …300°С
0°С …200°С
-50°С …200°С
Исполнение
Взрывозащищенн
ое, 1ExdllCT6 X
Взрывозащищенн
ое, 1ExdllCT5 X
Взрывозащищенно
е, 1ExdllCT5 X
Межповерочный интервал
1 год
1 год
1 год
Класс допуска
В
В
В
Средний срок службы
Не менее 8 лет
Не менее 8 лет
Не менее 5 лет
Условное давление, МПа
32
6,3
16
Показатель тепловой инерции,с
8
8
12
Группа виброустойчивости
(по ГОСТ 12997)
V2
V1
V2
Для измерения температуры выбран датчик Rosemount 1067, так этот
тип приборов является сравнительно недорогим надёжным, наиболее
устойчивым к вибрациям и электрическим помехам, имеющим место при
работе насосов. Также он обладает прочной конструкцией, высокой
точностью.
3.1.4 Выбор средств измерения давления
Для измерения давления необходимо выбрать датчик с пределом
основной допускаемой погрешности не ниже 0,1 и диапазоном измерения
0-10 МПа. Выбор проводился между Rosemount CDS-3151GP, Метран-
150CG и Yokogawa EJX110A.
Для измерения давления необходимо выбрать датчик с пределом
основной допускаемой погрешности не ниже 0,1 и диапазоном измерения
0-10 МПа. Выбор проводился между CDS-3151DP, Метран-150CD и
Yokogawa EJX110A.
64
Характеристики датчиков перепада давления сведены в таблицу 7.
Таблица 7 - Характеристики датчиков CDS-3151DP, Метран-150CD и
Yokogawa EJX110A
Наименование
характеристики
Значение
Датчик
CDS-3151DP
Метран-
150CD
EJX110A
Выходной сигнал, мА
4-20
4-20
4-20
Предел допускаемой
основной погрешности, %
0,04
0,1
0,15
Пределы измерений
0 – 10 МПа
0-1 МПа
-0,5 – 0,5 МПа
Исполнение
ExdsllBT5
ExdsllBT5
ExdsllBT5
Межповерочный интервал
3 года
2 год
3 года
Внешнее магнитное поле
напряженностью 400 А/м
Не более
±1%
Не 12-36более
±1%
Не более ±1%
Напряжение питания, В
12-36
12-36
12-36
Сопротивление изоляции,
МОм
Не менее 20
Не менее 20
Не менее 20
Потребляемая мощность, ВА
0,8
1
1
Срок службы датчика
До 12 лет
До 10 лет
До 12 лет
Для измерения давления были выбраны датчики Rosemount серии
CDS-3151M GP, так как наряду с приемлемой стоимостью обладают рядом
преимуществ:
применимые вещества: жидкость, газ или пар;
безопасность работы: взрывонепроницаемая оболочка (зона класса
1, 2) 1Exd IICT5, искробезопасная цепь (зона класса 0, 1, 2) 0ExiaIICT5;
температурные пределы: средняя температура среды: -40~104°C,
температура хранения: -40~85°C, температура окружающей среды: -
40~85°C;
относительная влажность: 0~100%;
отклонение объема: менее 0,16 см3;
демпфирование: регулируемая постоянная времени 0,2 ~32,0 сек;
65
время включения: три секунды, без предварительного прогрева;
эффект температуры окружающей среды: ±0.25% /55 °C ВГД
(верхняя граница диапазона) для нулевой погрешности;
общая температурная погрешность нуля и шкалы составляет ±
(0,15+0,05 URL /шкала)%/28°С;
эффект вибрации: менее чем ±0.05% ВГД.
3.1.5 Выбор управляющего контроллера
Для реализации системы необходимо провести выбор управляющего
контроллера, позволяющего осуществлять:
регулирование температуры в магистрали отопления
производственного корпуса;
регулирование давления в магистрали отопления
производственного корпуса;
регулирование температуры в магистрали отопления АБК;
регулирование температуры в контуре ГВС;
регулирование давления в магистрали гликоля на приточно-
вытяжные установки ПВ1-ПВ2;
управление работой циркуляционных насосов в магистрали
отопления производственного корпуса по схеме основной/резервный.
Проведем сравнение основных контроллеров, применяемых для
автоматизации систем отопления, таблица 8.
Таблица 8 - Сравнение промышленных контроллеров
Параметр
Danfoss ECL 301
Segnetics
Количество независимых контуров отопления
до 2
до 3
Обработка показаний датчиков давления
-
+
Типы температурных датчиков
Pt1000
любые
Управление насосами подпитки
-
+
Управление дренажным насосом
-
+