Условия аспекты и ступени автоматизации систем тгв. Мухин-автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции. Датчики являются одним из функциональных важнейших элементов всякой системы контроля. Их свойства и характеристики часто во многом определяют р

Технологические параметры, объекты систем автоматического контроля. Понятия датчика и преобразователя. Преобразователи перемещения. Дифференциальные и мостовые схемы подключения датчиков. Датчики физических величин - температуры, давления, механических усилий.Контроль уровней сред. Классификация и схемы уровнемеров. Методы контроля расходов жидких сред. Расходомеры переменного уровня и переменного перепада давления. Ротаметры. Электромагнитные расходомеры. Реализация расходомеров и область применения. Способы контроля плотности суспензий. Маномет-рический, весовой и радиоизотопный плотномеры. Контроль вязкости и состава суспензий. Автоматические гранулометры, анализаторы. Влагомеры продуктов обогащения.

7.1 Общая характеристика систем контроля. Датчики и преобразователи

В основе автоматического управления - непрерывное и точное измерение входных и выходных технологических параметров процесса обогащения.

Следует различать основные выходные параметры процесса (или конкретной машины), характеризующие конечную цель процесса, например, качественно-количественные показатели продуктов переработки, и промежуточные (косвенные) технологические параметры, определяющие условия протекания процесса, режимы работы оборудования. Например, для процесса обогащения угля в отсадочной машине, основными выходными параметрами могут быть выход и зольность выпускаемых продуктов. В тоже время на указанные показатели влияет ряд промежуточных факторов, например, высота и разрыхленность постели в отсадочной машине.

Кроме того, существует ряд параметров, характеризующих техническое состояние технологического оборудования. Например, температура подшипников технологических механизмов; параметры централизованной жидкой смазки подшипников; состояние перегрузочных узлов и элементов поточно-транспортных систем; наличие материала на ленте конвейера; присутствие металлических предметов на ленте конвейера, уровни материала и пульпы в емкостях; длительность работы и время простоев технологических механизмов и т.д.

Особую трудность вызывает автоматический оперативный контроль технологических параметров, определяющих характеристику сырья и продуктов обогащения, таких как зольность, вещественный состав руды, степень раскрытия минеральных зерен, гранулометрический и фракционный состав материалов, степень окисленности поверхности зерен и пр. Данные показатели или контролируются с недостаточной точностью или не контролируются совсем.

Большое число физических и химических величин, определяющих режимы процессов переработки сырья, контролируется с достаточной точностью. К ним можно отнести плотность и ионный состав пульпы, объемные и массовые расходы технологических потоков, реагентов, топлива, воздуха; уровни продуктов в машинах и аппаратах, температура среды, давление и разряжение в аппаратах, влажность продуктов и т.д.

Таким образом, многообразие технологических параметров, их важность при управлении процессами обогащения требуют разработки надежно действующих систем контроля, где оперативное измерение физико-химических величин основано на самых различных принципах.

Нужно отметить, что надежность работы систем контроля параметров в основном определяет работоспособность систем автоматического управления процессами.

Системы автоматического контроля служат основным источником информации при управлении производством, в том числе в АСР и АСУТП.

Датчики и преобразователи

Основным элементом систем автоматического контроля, который определяет надежность и работоспособность всей системы, является датчик, непосредственно контактирующий с контролируемой средой.

Датчиком называется элемент автоматики, осуществляющий преобразование контролируемого параметра в сигнал, пригодный для ввода его в систему контроля или управления.

Типовая система автоматического контроля в общем случае включает первичный измерительный преобразователь (датчик), вторичный преобразователь, линию передачи информации (сигнала) и регистрирующий прибор (рис. 7.1). Зачастую система контроля имеет только чувствительный элемент, преобразователь, линию передачи информации и вторичный (регистрирующий) прибор.

Датчик, как правило, содержит чувствительный элемент, воспринимающий величину измеряемого параметра, а в некоторых случаях и преобразующий ее в сигнал, удобный для дистанционной передачи на регистрирующий прибор, а при необходимости – в систему регулирования.

Примером чувствительного элемента может быть мембрана дифференциального манометра, измеряющего разность давлений на объекте. Перемещение мембраны, вызванное усилием от разности давлений, преобразуется с помощью дополнительного элемента (преобразователь) в электрический сигнал, который легко передается на регистратор.

Другой пример датчика – термопара, где совмещены функции чувствительного элемента и преобразователя, так как на холодных концах термопары возникает электрический сигнал, пропорциональный измеряемой температуры.

Подробнее о датчиках конкретных параметров будет изложено ниже.

Преобразователи классифицируются на однородные и неоднородные. Первые имеют одинаковые по физической природе входную и выходную величину. Например, усилители, трансформаторы, выпрямители – преобразуют электрические величины в электрические с другими параметрами.

Среди неоднородных самую большую группу составляют преобразователи неэлектрических величин в электрические (термопары, терморезисторы, тензометрические датчики, пьезоэлементы и пр.).

По виду выходной величины данные преобразователи подразделяются на две группы: генераторные, имеющие на выходе активную электрическую величину – ЭДС и параметрические – с пассивной выходной величиной в виде R, L или С.

Преобразователи перемещения. Наибольшее распространение получили параметрические преобразователи механического перемещения. К ним относятся R (резисторные), L (индуктивные) и С (емкостные) преобразователи. Данные элементы изменяют пропорционально входному перемещению выходную величину: электрическое сопротивление R, индуктивность L и емкость С (рис. 7.2).

Индуктивный преобразователь может быть выполнен в виде катушки с отводом от средней точки и перемещающимся внутри плунжером (сердечником).

Рассматриваемые преобразователи обычно подключаются к системам контроля с помощью мостовых схем. В одно из плеч моста (рис. 7.3 а) подключается преобразователь перемещения. Тогда выходное напряжение (U вых), снимаемое с вершин моста А-В, будет изменяться при перемещении рабочего элемента преобразователя и может быть оценено выражением:

Напряжение питания моста (U пит) может быть постоянного (при Z i =R i) или переменного (при Z i =1/(Cω) или Z i =Lω) тока с частотой ω.

В мостовую схему с R элементами могут подключаться терморезисторы, тензо- и фоторезисторы, т.е. преобразователи выходной сигнал которых – изменение активного сопротивления R.

Широко применяемый индуктивный преобразователь обычно подключается к мостовой схеме переменного тока, образованной трансформатором (рис. 7.3 б). Выходное напряжение в этом случае выделяется на резисторе R, включенном в диагональ моста.

Особую группу составляют широко применяемые индукционные преобразователи - дифференциально-трансформаторные и ферро-динамические (рис. 7.4). Это – генераторные преобразователи.

Выходной сигнал (U вых) данных преобразователей формируется в виде напряжения переменного тока, что исключает необходимость применения мостовых схем и дополнительных преобразователей.

Дифференциальный принцип формирования выходного сигнала в трансформаторном преобразователе (рис. 6.4 а) основан использовании двух вторичных обмоток, включенных навстречу друг другу. Здесь выходной сигнал – векторная разница напряжений, возникающих во вторичных обмотках при подаче напряжения питания U пит, при этом выходное напряжение несет две информации: абсолютное значение напряжения – о величине перемещения плунжера, а фаза – направление его перемещения:

Ū вых = Ū 1 – Ū 2 = kХ вх,

где k – коэффициент пропорциональности;

Х вх – входной сигнал (перемещение плунжера).

Дифференциальный принцип формирования выходного сигнала увеличивает чувствительность преобразователя в два раза, так как при перемещении плунжера, например, вверх, растет напряжение в верхней обмотке (Ū 1) из-за роста коэффициента трансформации, на столько же снижается напряжение в нижней обмотке (Ū 2).

Дифференциально-трансформаторные преобразователи получили широкое распространение в системах контроля и регулирования благодаря своей надежности и простоты. Их размещают в первичных и вторичных приборах измерения давления, расхода, уровней и пр.

Более сложными является ферродинамические преобразователи (ПФ) угловых перемещений (рис. 7.4 б и 7.5).

Здесь в воздушном зазоре магнитопровода (1) помещен цилиндрический сердечник (2) с обмоткой в виде рамки. Сердечник установлен с помощью кернов и может поворачиваться на небольшой угол α вх в пределах ± 20 о. На обмотку возбуждения преобразователя (w 1) подается переменное напряжение 12 – 60 В, в результате чего возникает магнитный поток, пересекающий площадь рамки (5). В ее обмотке индуцируется ток, напряжение которого (Ū вых) при прочих равных условиях пропорционально углу поворота рамки (α вх), а фаза напряжения изменяется при повороте рамки в ту или иную сторону от нейтрального положения (параллельно магнитному потоку).

Статические характеристики преобразователей ПФ показаны на рис. 7.6.

Характеристику 1 имеет преобразователь без включенной обмотки смещения (W см). Если нулевое значение выходного сигнала нужно получить не в среднем, а в одном из крайних положений рамки, следует включить обмотку смещения последовательно с рамкой.

В этом случае выходной сигнал – сумма напряжений снимаемых с рамки и обмотки смещения, чему соответствует характеристика 2 или 2 " , если изменить подключение обмотки смещения на противофазное.

Важным свойством ферродинамического преобразователя является возможность изменения крутизны характеристики. Это достигается изменением величины воздушного зазора (δ) между неподвижным (3) и подвижным (4) плунжерами магнитопровода, ввинчивая или вывинчивая последний.

Рассмотренные свойства преобразователей ПФ используют при построении относительно сложных систем регулирования с выполнением простейших вычислительных операция.

Общепромышленные датчики физических величин.

Эффективность процессов обогащения во многом зависит от технологических режимов, которые в свою очередь определяются значениями параметров, влияющих на эти процессы. Многообразие обогатительных процессов обуславливает большое количество технологических параметров, требующих своего контроля. Для контроля некоторых физических величин достаточно иметь стандартный датчик с вторичным прибором (например, термопара - автоматический потенциометр), для других необходимы дополнительные устройства и преобразователи (плотномеры, расходомеры, золомеры и пр.).

Среди большого количества промышленных датчиков можно выделить датчики, широко применяемые в различных отраслях промышленности в качестве самостоятельных источников информации и как составные элементы более сложных датчиков.

В данном подразделе рассмотрим наиболее простые общепромышленные датчики физических величин.

Датчики температуры. Контроль тепловых режимов работы котлоагрегатов, сушильных установок, некоторых узлов трения машин позволяет получить важную информацию, необходимую для управления работой указанных объектов.

Манометрические термометры . Данное устройство включает в себя чувствительный элемент (термобаллон) и показывающий прибор, соединенных капиллярной трубкой и заполненных рабочим веществом. Принцип действия основан на изменении давления рабочего вещества в замкнутой системе термометра в зависимости от температуры.

В зависимости от агрегатного состояния рабочего вещества различают жидкостные (ртуть, ксилол, спирты), газовые (азот, гелий) и паровые (насыщенный пар низкокипящей жидкости) манометрические термометры.

Давление рабочего вещества фиксируется манометрическим элементом – трубчатой пружиной, раскручивающейся при повышении давления в замкнутой системе.

В зависимости от вида рабочего вещества термометра пределы измерения температуры составляют от – 50 о до +1300 о С. Приборы могут оснащаться сигнальными контактами, записывающим устройством.

Терморезисторы (термосопротивления). Принцип действия основан на свойстве металлов или полупроводников (термисторы ) изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Эта зависимость для терморезисторов имеет вид:

где R 0 – сопротивление проводника при Т 0 =293 0 К;

α Т – температурный коэффициент сопротивления

Чувствительные металлические элементы изготавливают в виде проволочных катушек или спиралей в основном из двух металлов – меди (для низких температур – до 180 о С) и платины (от -250 о до 1300 о С), помещенных в металлический защитный кожух.

Для регистрации контролируемой температуры терморезистор, как первичный датчик, подключается к автоматическому мосту переменного тока (вторичный прибор), данный вопрос будет рассмотрен ниже.

В динамическом отношении терморезисторы можно представить апериодическим звеном первого порядка с передаточной функцией W(p)=k/(Tp+1) , если же постоянная времени датчика (Т ) значительно меньше постоянной времени объекта регулирования (контроля), допустимо принимать данный элемент как пропорциональное звено.

Термопары. Для измерения температур в больших диапазонах и свыше 1000 о С обычно применяют термоэлектрические термометры (термопары).

Принцип действия термопар основан на эффекте возникновения ЭДС постоянного тока на свободных (холодных) концах двух разнородных спаянных проводников (горячий спай) при условии, что температура холодных концов отличается от температуры спая. Величина ЭДС пропорциональна разности этих температур, а величина и диапазон измеряемых температур зависит от материала электродов. Электроды с нанизанными на них фарфоровыми бусами помещаются в защитную арматуру.

Подключение термопар к регистрирующему прибору производится специальными термоэлектродными проводами. В качестве регистрирующего прибора может использоваться милливольтметр с определенной градуировкой или автоматический мост постоянного тока (потенциометр).

При расчете систем регулирования термопары могут представляться, как и терморезисторы, апериодическим звеном первого порядка или пропорциональным.

Промышленность выпускает различные типы термопар (табл. 7.1).

Таблица 7.1 Характеристика термопар

Датчики давления. Датчики давления (разряжения) и перепада давления получили самое широкое применение в горно-обогатительной отрасли, как общепромышленные датчики, так и в качестве составных элементов более сложных систем контроля таких параметров, как плотность пульп, расход сред, уровень жидких сред, вязкость суспензии и п.п.

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами или напоромерами , для измерения вакуумметрического давления (ниже атмосферного, разряжение) – вакуумметрами или тягомерами, для одновременного измерения избыточного и вакуумметрического давления - мановакуумметрами или тягонапорометрами.

Наибольшее распространение получили датчики пружинного типа (деформационные) с упругими чувствительными элементами в виде манометрической пружины (рис. 7.7 а), гибкой мембраны (рис. 7.7 б) и гибкого сильфона.

.

Для передачи показаний на регистрирующий прибор в манометрах может быть встроен преобразователь перемещения. На рисунке показаны индукционно-трансформаторные преобразователи (2), плунжеры которых связаны с чувствительными элементами (1 и 2).

Приборы для измерения разности двух давлений (перепада) называются дифференциальными манометрами или дифманометрами (рис. 7.8). Здесь давление воздействует на чувствительный элемент с двух сторон, эти приборы имеют два входных штуцера для подачи большего (+Р) и меньшего (-Р) давления.

Дифманометры можно разделить на две основные группы: жидкостные и пружинные. По виду чувствительного элемента среди пружинных наиболее распространены мембранные (рис. 7.8а), сильфонные (рис.7.8 б), среди жидкостных - колокольные (рис. 7.8 в).

Мембранный блок (рис. 7.8 а) обычно заполняется дистиллированной водой.

Колокольные дифманометры, у которых чувствительным элементом является колокол, частично погруженный вверх дном в трансформаторное масло, являются наиболее чувствительными. Они применяются для измерения небольших перепадов давления в пределах 0 – 400 Па, например, для контроля разряжения в топках сушильных и котельных установок

Рассмотренные дифманометры относятся к бесшкальным, регистрация контролируемого параметра осуществляется вторичными приборами, на которые поступает электрический сигнал от соответствующих преобразователей перемещения.

Датчики механических усилий. К этим датчикам относятся датчики, содержащие упругий элемент и преобразователь перемещения, тензометрические, пьезоэлектрические и ряд других (рис. 7.9).

Принцип работы данных датчиков ясен из рисунка. Отметим, что датчик с упругим элементом может работать с вторичным прибором – компенсатором переменного тока, тензометрический датчик – с мостом переменного тока, пьезометрический – с мостом постоянного тока. Подробнее этот вопрос будет изложен в последующих разделах.

Тензометрический датчик представляет собой подложку на которую наклеено несколько витков тонкого провода (специальный сплав), либо металлической фольги как показано на рис. 7.9б. Датчик наклеивается на чувствительный элемент, воспринимающий нагрузку F, с ориентацией длинной оси датчика по линии действия контролируемой силы. Этим элементом может быть любая конструкция, находящаяся под воздействием силы F и работающая в пределах упругой деформации. Этой же деформации подвергается и тензодатчик, при этом проводник датчика удлиняется либо сокращается по длинной оси его установки. Последнее приводит к изменению его омического сопротивления по известной из электротехники формуле R=ρl/S.

Добавим здесь, что рассмотренные датчики могут быть использованы при контроле производительности ленточных конвейеров (рис.7.10 а), измерении массы транспортных средств (автомобилей, железнодорожных вагонов, рис. 7.10 б), массы материала в бункерах и пр.

Оценка производительности конвейера основана на взвешивании определенного участка нагруженной материалом ленты при постоянной скорости ее движения. Вертикальное перемещение весовой платформы (2), установленной на упругих связях, вызванное массой материала на ленте, передается на плунжер индукционно-трансформаторного преобразователя (ИТП), который формирует информацию на вторичный прибор (U вых).

Для взвешивания железнодорожных вагонов, груженых автомобилей весовая платформа (4) опирается на тензометрические блоки (5), представляющие собой металлические опоры с наклеенными тензометрическими датчиками, которые испытывают упругую деформацию, зависящую от массы объекта взвешивания.

ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

И ВЕНТИЛЯЦИИ

Новосибирск 2008

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН)

Н.А. Попов

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ

ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

И ВЕНТИЛЯЦИИ

Учебное пособие

Новосибирск 2008

Н.А. Попов

Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции

Учебное пособие. – Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2008.

В учебном пособии рассмотрены принципы разработки схем автоматизации и существующие инженерные решения по автоматизации конкретных систем теплогазоснабжения и теплопотребления, котельных установок, вентиляционных систем и систем кондиционирования микроклимата.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 270109 направления «Строительство».

Рецензенты:

– В.И. Костин, д.т.н., профессор кафедры

теплогазоснабжения и вентиляции

НГАСУ (Сибстрин)

– Д.В. Зедгенизов, к.т.н., с.н.с. лаборатории

рудничной аэродинамики ИГД СО РАН

© Попов Н.А. 2008 г.

МЖ ВШ-1986 г. 304 с.
Рассматриваются физические основы управления производственными процессами, теоретические основы управления и регулирования, техника и средства автоматизации, схемы автоматизации различных систем Тгв, технико-экономические данные и перспективы автоматизации.
Оглавление книги Автоматика и автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляция.
Предисловие.
Введение.
Основы автоматизации производственных процессов.
Общие сведения.
Значение автоматического управления производственным процессами.
Условия, аспекты и ступени автоматизации.
Особенности автоматизации систем Тгв.
Основные понятия и определения.
Характеристика технологических процессов.
Основные определения.
Классификация подсистем автоматизации.
Основы теории управления и регулирования.
Физические основы управления и структура систем.
Понятие об управлении простыми процессами (объектами).
Сущность процесса управления.
Понятие об обратной связи.
Автоматический регулятор и структура автоматической системы регулирования.
Два способа управления.
Основные принципы управления.
Объект управления и его свойства.
Аккумулирующая способность объекта.
Саморегулирование. Влияние внутренней обратной связи.
Запаздывание.
Статические характеристики объекта.
Динамический режим объекта.
Математические модели простейших объектов.
Управляемость объектов.
Типовые методы исследования Аср и Асу.
Понятие о звене автоматической системы.
Основные типовые динамические звенья.
Операционный метод в автоматике.
Символическая запись уравнений динамики.
Структурные схемы. Соединение звеньев.
Передаточные функции типовых объектов.
Техника и средства автоматизации.
Измерение и контроль параметров технологических процессов.
Классификация измеряемых величин.
Принципы и методы измерения (контроля).
Точность и погрешности измерений.
Классификация измерительной аппаратуры и датчиков.
Характеристики датчиков.
Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации.
Средства измерения основных параметров в системах Тгв.
Датчики температуры.
Датчики влажности газов (воздуха).
Датчики давления (разрежения).
Датчики расхода.
Измерение количества теплоты.
Датчики уровня раздела двух сред.
Определение химического состава веществ.
Прочие измерения.
Основные схемы включения электрических датчиков неэлектрических величин.
Суммирующие устройства.
Методы передачи сигналов.
Усилительно-преобразовательные устройства.
Гидравлические усилители.
Пневматические усилители.
Электрические усилители. Реле.
Электронные усилители.
Многокаскадное усиление.
Исполнительные устройства.
Гидравлические и пневматические исполнительные устройства.
Электрические исполнительные устройства.
Задающие устройства.
Классификация регуляторов по характеру задающего воздействия.
Основные виды задающих устройств.
Аср и микроЭвм.
Регулирующие органы.
Характеристики распределительных органов.
Основные типы распределительных органов.
Регулирующие устройства.
Статические расчеты элементов регуляторов.
Автоматические регуляторы.
Классификация автоматических регуляторов.
Основные свойства регуляторов.
Регуляторы непрерывного и прерывистого действия.
Автоматические системы регулирования.
Статика регулирования.
Динамика регулирования.
Переходные процессы в Аср.
Устойчивость регулирования.
Критерии устойчивости.
Качество регулирования.
Основные законы (алгоритмы) регулирования.
Связанное регулирование.
Сравнительные характеристики и выбор регулятора.
Параметры настройки регуляторов.
Надежность Аср.
Автоматизация в системах теплогазоснабжения и вентиляции.
Проектирование схем автоматизации, монтаж и эксплуатация устройств автоматики.
Основы проектирования схем автоматизации.
Монтаж, наладка и эксплуатация средств автоматизации.
Автоматическое дистанционное управление электродвигателями.
Принципы релейно-контакторного управления.
Управление асинхронным электродвигателем с коротко-замкнутым ротором.
Управление электродвигателем с фазным ротором.
Реверсирование и управление резервными электродвигателями.
Аппаратура цепей дистанционного управления.
Автоматизации систем теплоснабжения.
Основные принципы автоматизации.
Автоматизация районных тепловых станций.
Автоматизация насосных установок.
Автоматизация подпитки тепловых сетей.
Автоматизация конденсатных и дренажных устройств.
Автоматическая защита тепловой сети от повышения давления.
Автоматизация групповых тепловых пунктов.
Автоматизация систем теплопотребления.
Автоматизация систем горячего водоснабжения.
Принципы управления тепловыми режимами зданий.
Автоматизация отпуска теплоты в местных тепловых пунктах.
Индивидуальное регулирование теплового режима отапливаемых помещений.
Регулирование давления в системах отопления.
Автоматизация котельных малой мощности.
Основные принципы автоматизации котельных.
Автоматизация парогенераторов.
Технологические защиты котлов.
Автоматизация водогрейных котлов.
Автоматизация котлов на газовом топливе.
Автоматизация топливосжигающих устройств микрокотлов.
Автоматизация систем водоподготовки.
Автоматизация топливоподготовительных устройств.
Автоматизация вентиляционных систем.
Автоматизация вытяжных вентиляционных систем.
Автоматизация систем аспирации и пневмотранспорта.
Автоматизация аэрационных устройств.
Методы регулирования температуры воздуха.
Автоматизация приточных вентиляционных систем.
Автоматизация воздушных завес.
Автоматизация воздушного отопления.
Автоматизация установок искусственного климата.
Термодинамические основы автоматизации Скв.
Принципы и способы регулирования влажности в Скв.
Автоматизация центральных Скв.
Автоматизация холодильных установок.
Автоматизация автономных кондиционеров.
Автоматизация систем газоснабжения газопотребления.
Автоматическое регулирование давления и расхода газа.
Автоматизация газоиспользующих установок.
Автоматическая защита подземных трубопроводов от электрохимической коррозии.
Автоматизация при работе с жидкими газами.
Телемеханика и диспетчеризация.
Основные понятия.
Построение схем телемеханики.
Телемеханика и диспетчеризация в системах Тгв.
Перспективы развития автоматики систем Тгв.
Технико-экономическая оценка автоматизации.
Новые направления автоматизации систем Тгв.
приложение.
Литература.
Предметный указатель.

Скачать файл

• 3.73 МБ
• добавлен 18.09.2009

Учеб. для вузов/А. А. Калмаков, Ю. Я. Кувшинов, С. С. Романова, С. А, Щелкунов; Под ред. В. Н. Богословского. - М.: Стройиздат, 1986 г. - 479 с: ил.

Изложены теоретические, инженерные и методические основы динамики систем теплогазоснабжения и кондиционирования микроклимата (ТГС и СКМ) как объектов автоматизации. Даны ос...

• 3.73 МБ
• добавлен 04.06.2011

Учеб. для вузов/А. А. Калмаков, Ю. Я- Кувшинов, С. С. Романова, С. А. Щелкунов; Под ред. В. Н. Богословского. - М.: Стройиздат, 1986. - 479 с.: ил.

Изложены теоретические, инженерные и методические основы динамики систем теплогазоснабжения и кондиционирования микроклимата (ТГС и СКМ) как объектов автоматизации. Даны осн...

• 1.99 МБ
• добавлен 14.02.2011

Учеб. пособие для вузов. - Л., Стройиздат, Ленингр. отделение, 1976. - 216 с.

В учебном пособии излагаются основные понятия из теории автоматического регулирования и намечается инженерный подход к выбору типов регуляторов, приводится описание элементов регуляторов, разбираются достоинства и недостатки применяемых схем а...

• 1.58 МБ
• добавлен 02.12.2008

Хабаровськ, 2005 г.
Альбом № 1 типовых проектных решений
«Автоматизация систем отопления и
горячего водоснабжения»

Альбом № 2 типовых проектных решений

Методические материалы для использования
в учебном процессе и в дипломном проектировании.

• 7.79 МБ
• добавлен 25.04.2009

Учебное пособие. К.: Аванпост-Прим, 2005. - 560 с.

Учебное пособие является изложением курса «Спецтехнология» для подготовки наладчиков приборов, аппаратуры и систем автоматического контроля, регулирования и управления в области вентиляции и кондиционирования воздуха.
В книге описаны основные положения теории автома...

• 1.22 МБ
• добавлен 13.12.2009

Методические материалы для использования. Без автора.
в учебном процессе и в дипломном проектировании для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» всех форм обучения.
Хабаровск 2004 г. Без автора.

Введение.
Система вентиляции с регулированием температуры приточного возду-ха.
Сист...

Н.А. Попов

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ

ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

И ВЕНТИЛЯЦИИ

Новосибирск 2007

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН)

Н.А. Попов
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ

ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

И ВЕНТИЛЯЦИИ
Учебное пособие

Новосибирск 2007

Н.А. Попов

Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции

Учебное пособие. – Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2007.
ISBN
В учебном пособии рассмотрены принципы разработки схем автоматизации и существующие инженерные решения по автоматизации конкретных систем теплогазоснабжения и теплопотребления, котельных установок, вентиляционных систем и систем кондиционирования микроклимата.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 270109 направления «Строительство».

Рецензенты:

– П.Т. Понамарев, к.т.н. доцент кафедры

электротехники и электротехнологий СГУПС

– Д.В. Зедгенизов, к.т.н., с.н.с. лаборатории руд- ничной аэродинамики ИГД СО РАН

© Попов Н.А. 2007 г.

ВВЕДЕНИЕ
Современные промышленные и общественные здания оборудуются сложными инженерными системами обеспечения микроклимата, хозяйс­твенных и производственных нужд. Надежная и безаварийная работа этих систем не может быть обеспечена без их автоматизации.

Задачи автоматизации решаются наиболее эффективно тогда, когда они прорабатываются в процессе разработки технологического процесса.

Создание эффективных систем автоматизации предопределяет необходимость глубокого изучения технологического процесса не только проектировщиками, но и специалистами монтажных, наладочных и эксплуатационных организаций.

В настоящее время уровень техники позволяет автоматизиро­вать практически любой технологический процесс. Целесообразность автоматизации решается путем нахождения наиболее рационального технического решения и определения экономической эффективности. При рациональном применении современных технических средств автоматики повышается производительность труда , снижается себестоимость продукции, повышается ее качество, улучшаются условия труда и повышается культура производства.

Автоматизация систем ТГиВ включает вопросы контроля и регу­лирования технологических параметров, управления электропривода­ми агрегатов, установок и исполнительных механизмов (ИМ), а также вопросы защиты систем и оборудования в аварийных режимах.

В учебном пособии рассмотрены основы проектирования автоматизации технологических процессов, схемы автоматизации и сущест­вующие инженерные решения по автоматизации систем ТГиВ с исполь­зованием материалов типовых проектов и отдельных разработок проектных организаций. Большое внимание уделено выбору современных технических средств автоматизации для конкретных систем.

Учебное пособие включает материалы по второй части курса ”Автоматизация и управление системами ТГиВ" и предназначено для студентов, обучающихся по специальности 270109 "Теплогазоснабжение и вентиляция". Оно может быть полезным преподавателям, аспирантам и инженерам, занимающимся вопросами работы, регулирования и автоматизации систем ТГиВ.

1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

AВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

1. 
   Стадии проектирования и состав проекта

В соответствии со СНИП 1.02.01-85 проектирование систем автоматизации технологических процессов выполняют в две стадии: проект и рабочая документация или в одну стадию: рабочий проект.

В проекте разрабатывается следующая основная документация: I) структурная схема управления и контроля (для сложных систем управления); 2) функциональные схемы автоматизации технологических процессов; 3) планы расположения щитов , пультов, средств вычислительной техники и т.д.; 4) заявочные ведомости приборов и средств автоматизации; 5) технические требования на разработку нестандартизированного оборудования; 6) пояснительная записка; 7) задание генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на разработки, связанные с автоматизацией объекта.

На стадии рабочей документации разрабатываются: 1) структурная схема управления и контроля; 2) функциональные схемы ав­томатизации технологических процессов; 3) принципиальные электрические, гидравлические и пневматические схемы контроля, автома­тического регулирования, управления, сигнализации и питания; I) общие виды щитов и пультов; 5) монтажные схемы щитов и пультов; 6) схемы внешних электрических и трубных проводок; 7) пояснительная записка; 8) заказные спецификации приборов и средств автоматизации, средств вычислительной техники, электроаппаратуры, щитов, пультов и т.д.

При двухстадийном проектировании структурные и функциональные схемы на стадии рабочей документации разрабатываются с учетом изменений технологической части или решений по автоматиза­ции, принятых при утверждении проекта. В случае отсутствия таких изменений , упомянутые чертежи включаются в состав рабочей документации без переработки.

В рабочей документации целесообразно давать расчеты регули­рующих дроссельных органов, а также расчеты по выбору регулято­ров и определения примерных значений их параметров настройки при различных технологических режимах работы оборудования.

В состав рабочего проекта при одностадийном проектировании входят: а) техническая документация, разрабатываемая в составе рабочей документации при двухстадийном проектировании; б) ло­кальная смета на оборудование и монтаж; в) задание генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на работы, связан­ные с автоматизацией объекта.
1.2. Исходные данные для проектирования
Исходные данные для проектирования содержатся в техническом задании на разработку системы автоматического управления техно­логическим процессом. Техническое задание составляется заказчи­ком с участием специализированной организации, которой поручает­ся разработка проекта.

Задание на проектирование системы автоматизации содержит технические требования, предъявляемые к ней заказчиком. Кроме того, к нему прикладывается комплект материалов, необходимых для проектирования.

Основными элементами задания являются перечень объектов ав­томатизации технологических агрегатов и установок, а также функции, выполняемые системой контроля и регулирования, обеспе­чивающей автоматизацию управления этими объектами. Задание со­держит ряд данных, определяющих общие требования и характеристи­ки системы, а также описывающих объекты управления: 1) основание для проектирования; 2) условия эксплуатации системы; 3) описание технологического процесса.

Основание для проектирования содержит ссылки на плановые документы, определяющие порядок проектирования автоматизирован­ного процесса, плановые сроки проектирования , стадийность проек­тирования, допустимый уровень затрат на создание системы управ­ления, технико-экономическое обоснование целесообразности проек­тирования автоматизации и оценку подготовленности объекта к ав­томатизации.

Описание условий эксплуатации проектируемой системы содержит условия протекания технологического процесса (например, класс взрыво- и пожароопасности помещений, наличие агрессивной, влажной, сырой, запыленной окружающей среды и т.д.), требования к степени централизации контроля и управления, к выбору режимов управления, к унификации аппаратуры автоматизации, условия ремонта и обслуживания парка приборов на предприятии.

Описание технологического процесса включает: а) технологические схемы процесса; б) чертежи производственных помещений с размещением технологического оборудования; в) чертежи технологического оборудования с указанием конструкторских узлов для установки датчиков контроля; г) схемы электроснабжения; д) схемы воздухоснабжения; е) данные для расчета систем контроля и регулирования; ж) данные для расчета технико-экономической эффективности систем автоматизации.

1.3. Назначение и содержание функциональной схемы
Функциональные схемы (схемы автоматизации) являются основным техническим документом , определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащения объекта управления приборами и средствами автоматизации.

Функциональные схемы автоматизации служат исходным материалом для разработки всех остальных документов проекта автоматиза­ции и устанавливают:

а) оптимальный объем автоматизации технологического процесса; б) технологические параметры, подлежащие автоматическому контролю, регулированию, сигнализации и блокировкам; в) основные технические средства автоматизации; г) размещение средств автоматизации - местных приборов, отборных устройств, аппаратуры на местных и центральных щитах и пультах, диспетчерских пунктах и т.д.; д) взаимосвязь между средствами автоматизации.

На функциональных схемах автоматизации коммуникации и трубопроводы жидкости и газа изображают условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.784-70, а детали трубопроводов, арматура, теплотехнические и санитарно-технические устройства и аппаратура - по ГОСТ 2.785-70.

Приборы, средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах показываются в соответствии с ГОСТ 21.404-85. В стандарте первичные и вторичные преобразователи, регуляторы, электроаппаратуру показывают кружками диаметром 10 мм, исполнительные устройства - кружками диаметром 5 мм. Кружок разделяется горизонтальной чертой при изображении устройств , устанавливаемых на щитах, пультах. В верхней его части условным кодом записывают измеряемую или регулируемую величину и функциональные признаки прибора (показание, регистрация, регулирование и т.п.), в нижней - номер позиции по схеме.

Наиболее применяемые в системах ТГВ обозначения измеряемых величин: D - плотность; Е - любая электрическая величина; F - pаcход; Н - ручное воздействие; К - время, программа; L - уро­вень; М - влажность; Р - давление (разрежение); Q - качество, coстав, концентрация среды; S - скорость, частота; Т - темпера­тура; W - масса.

Дополнительные буквы, уточняющие обозначения измеряемых величин: D - разность, перепад; F - соотношение; J - автоматичес­кое переключение, обегание; Q - интегрирование, суммирование по времени.

Функции, выполняемые прибором: а) отображение информации: А -cигнализация; I - показание; R – регистрация; б) формирование вы­годного сигнала: С - регулирование; S - включение, отключение, переключение, сигнализация (Н и L - соответственно верхний и нижний пределы параметров).

Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов: Е - чувствительный элемент (первичное преобразование); Т - дистанционная передача (промежуточное преобразование); К - станция управления. Род сигнала: Е - электрический; Р - пневматический; G - гидравлический.

В условном обозначении прибора должны отражаться те признаки, которые используются в схеме. Например, РD1 - прибор для из­мерения перепада давления, показывающий дифманометр, РIS - прибор для измерения давления (разрежения), показывающий с контактным устройством (электроконтактный манометр, вакуумметр), LCS -электрический контактный регулятор уровня, ТС - терморегулятор, ТЕ - датчик температуры, FQ1 - прибор для измерения расхода (диафрагма, сопло и др.)

Пример выполнения функциональной схемы (см. на рис. 1.1),
Рис. 1. 1. Пример выполнения функциональной схемы

автоматизации редукционно-охладительной установки

где технологическое оборудование изображено в верхней части чертежа, а ниже в прямоугольниках показаны приборы, устанавливаемые по месту и на щите оператора (автоматизации). На функциональной схеме все приборы и средства автоматизации имеют буквенное и цифровое обозначения.

Контуры технологического оборудования на функциональных схемах рекомендуется выполнять линиями толщиной 0,6-1,5 мм; трубопроводные коммуникации 0,6-1,5 мм; приборы и средства автоматизации 0,5-0,6 мм; линии связи 0,2-0,3 мм.

Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции

Раздел I. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Глава 1. Общие сведения

1. Значение автоматического управления производственными процессами
2. Условия, аспекты и ступени автоматизации
3. Особенности автоматизации систем ТГВ

Глава 2. Основные поиитии и определении

1. Характеристика технологических процессов
2. Основные определения
3. Классификация подсистем автоматизации

Раздел II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

Глава 3. Физические основы управления и структура систем.

1. Понятие об управлении простыми процессами (объектами)
2. Сущность процесса управления
3. Понятие об обратной связи
4. Автоматический регулятор и структура автоматической системы регулирования
5. Два способа управления

1. сновные принципы управления

Глава 4. Объект управлении и его свойства

1. Аккумулирующая способность объекта
2. Саморегулирование. Влияние внутренней обратной связи
3. Запаздывание
4. Статические характеристики объекта
5. Динамический режим объекта
6. Математические модели простейших объектов
7. Управляемость объектов

Глава 5. Типовые методы исследования АСР и АСУ

1. Понятие о звене автоматической системы
2. Основные типовые динамические звенья
3. Операционный метод в автоматике
4. Символическая запись уравнений динамики
5. Структурные схемы. Соединение звеньев
6. Передаточные функции типовых объектов

Раздел III. ТЕХНИКА И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

Глава 6. Измерение и контроль параметров технологических процессов

1. Классификация измеряемых величин
2. Принципы и методы измерения (контроля)
3. Точность и погрешности измерений
4. Классификация измерительной аппаратуры и датчиков
5. Характеристики датчиков
6. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации

Глава 7. Средства измерения основных параметров в системах ТГВ

1. Датчики температуры
2. Датчики влажности газов (воздуха)
3. Датчики давления (разрежения)
4. Датчики расхода
5. Измерение количества теплоты
6. Датчики уровня раздела двух сред
7. Определение химического состава веществ
8. Прочие измерения
9. Основные схемы включения электрических датчиков не­электрических величин
10. Суммирующие устройства
11. Методы передачи сигналов

Глава 8. Усилительно-преобразовательные устройства

1. Гидравлические усилители
2. Пневматические усилители
3. Электрические усилители. Реле
4. Электронные усилители
5. Многокаскадное усиление

Глава 9. Исполнительные устройства

1. Гидравлические и пневматические исполнительные устройства
2. Электрические исполнительные устройства

Глава 10. Задающие устройства

1. Классификация регуляторов по характеру задающего воздействия
2. Основные виды задающих устройств
3. АСР и микроЭВМ

Глава 11. Регулирующие органы

1. Характеристики распределительных органов
2. Основные типы распределительных органов
3. Регулирующие устройства
4. Статические расчеты элементов регуляторов

Глава 12. Автоматические регуляторы

1. Классификация автоматических регуляторов
2. Основные свойства регуляторов

Глава 13. Автоматические системы регулирования

1. Статика регулирования
2. Дивамика регулирования
3. Переходные процессы в АСР
4. Устойчивость регулирования
5. Критерии устойчивости
6. Качество регулирования
7. Основные законы (алгоритмы) регулирования
8. Связанное регулирование
9. Сравнительные характеристики и выбор регулятора
10. Параметры настройки регуляторов
11. Надежность АСР

Раздел IV. АВТОМАТИЗАЦИЯ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

Глава 14. Проектирование схем автоматизации, монтаж и эксплуатация устройств автоматики

1. Основы проектирования схем автоматизации
2. Монтаж, наладка и эксплуатация средств автоматизации

Глава 15. Автоматическое дистанционное управление электродвигателями

1. Принципы релейно-контакториого управления
2. Управление асинхронным электродвигателем с коротко-замкнутым ротором
3. Управление электродвигателем с фазным ротором
4. Реверсирование и управление резервными электродвигателями
5. Аппаратура цепей дистанционного управления

Глава 16. Автоматизации систем теплоснабжения

1. Основные принципы автоматизации
2. Автоматизация районных тепловых станций
3. Автоматизация насосных установок
4. Автоматизация подпитки тепловых сетей
5. Автоматизация конденсатных и дренажных устройств
6. Автоматическая защита тепловой сети от повышения давления
7. Автоматизация групповых тепловых пунктов

Глава 17. Автоматизация систем теплопотребления

1. Автоматизация систем горячего водоснабжения
2. Принципы управления тепловыми режимами зданий
3. Автоматизация отпуска теплоты в местных тепловых пунктах
4. Индивидуальное регулирование теплового режима отап­ливаемых помещений
5. Регулирование давления в системах отопления

Глава 18. Автоматизация котельных малой мощности

1. Основные принципы автоматизации котельных
2. Автоматизация парогенераторов
3. Технологические защиты котлов
4. Автоматизация водогрейных котлов
5. Автоматизация котлов на газовом топливе
6. Автоматизация топливосжигающих устройств микрокотлов
7. Автоматизация систем водоподготовки
8. Автоматизация топливоподготовительных устройств

Глава 19. Автоматизация вентиляционных систем

1. Автоматизация вытяжных вентиляционных систем
2. Автоматизация систем аспирации и пневмотранспорта
3. Автоматизация аэрационных устройств
4. Методы регулирования температуры воздуха
5. Автоматизация приточных вентиляционных систем
6. Автоматизация воздушных завес
7. Автоматизация воздушного отопления

Глава 20. Автоматизация установок искусственного климата

1. Термодинамические основы автоматизации СКВ
2. Принципы и способы регулирования влажности в СКВ
3. Автоматизация центральных СКВ
4. Автоматизация холодильных установок
5. Автоматизация автономных кондиционеров

Глава 21. Автоматизация систем газоснабжения и газопотребления

1. Автоматическое регулирование давления и расхода газа
2. Автоматизация газоиспользующих установок
3. Автоматическая защита подземных трубопроводов от электрохимической коррозии
4. Автоматизация при работе с жидкими газами

Глава 22. Телемеханика и диспетчеризация

1. Основные понятия
2. Построение схем телемеханики
3. Телемеханика и диспетчеризация в системах ТГВ

Глава 23. Перспективы развития автоматики систем ТГВ

1. Техиико-экономическая оценка автоматизации
2. Новые направления автоматизации систем ТГВ

Широкое внедрение автоматики и средств автоматизации в различные от­расли техники вызвало необходимость изучения дисциплины «Автоматизация производственных процессов» студента ми практически всех инженерно-техни ческих специальностей высшей школы.

В задачу изучения дисциплины входит ознакомление с современными принципа­ми и методами эффективного управления производственными процессами и уста­новками, а также автоматическими сред­ствами. Излагаются основы теории управ­ления и регулирования, принцип дейст­вия п устройство средств автоматизации, основные принципиальные решения схем. применяемые в системах теплогазоснаб-жения и вентиляции (ТГВ) для повыше­ния производительности труда и эконо­мии топливно-энергетических ресурсов.

Автоматизация производственного процесса является вершиной в техниче­ском оснащении данной отрасли. Поэтому наряду с обязательными специальными знаниями по объектам автоматизации требуется серьезная подготовка по фун­даментальным дисциплинам - специальным разделам математики, физики, теоретической механике, электротехнике и др. Особенностью автоматики являет­ся переход от традиционных стационар­ных режимов и расчетов к нестационар­ным, динамическим, свойственным области использования средств автоматизации.

В книге рассмотрены современные отечественные автоматические системы, а также некоторые новейшие зарубежные разработки.

При автоматизации используется большой объем графического материала в виде различных схем, поэтому залогом успешного овладения курсом является обязательное знание азбуки автоматики - стандартных условных обозначений. При рассмотрении схем автоматиза­ции автор ограничился лишь принципи­альными решениями, предоставив возможность читателю расширить свои познания, пользуясь справочной и нормативной литературой.

По материалам http://www.tgv.khstu.ru