Разработка блок-схем измерительных каналов и выбор ТС

Задание

на курсовую работу по дисциплине «Технические измерения и приборы»

ТЕМА: «Разработка измерительных каналов АСУ ТП»

Содержание работы:

1. Анализ объекта автоматизации и опасных факторов;
2. Выбор и обоснование методов измерения технологических параметров;
3. Разработка блок-схем измерительных каналов, выбор технических средств (в основу положить заданный перечень фирм), описание их технических характеристик и оформление опросных листов;
4. Описание способа, места установки (при необходимости схемы обвязки) и особенностей монтажа элементов измерительных каналов (чувствительных элементов, измерительных преобразователей, импульсных линий; вспомогательных устройств и т.д.);
5. Расчет максимальной длины линии связи между измерительным прибором и барьером искробезопасности;
6. Метрологический расчет измерительных каналов (с учетом систематических погрешностей и влияющих воздействий);
7. Графическая часть (формат А-4):
• чертеж закладных конструкций (отборных устройств) – 2 листа;
• спецификация оборудования, изделий и материалов.
8. Приложение, в котором необходимо привести копии документов, на основании которых выполнен выбор технических средств.

Примечания:

· рассмотреть измерительный канал до выхода барьера искробезопасности;

· исходные данные представлены в таблице;

Студент	Измеряемые параметры	Описание объекта измерения, расположенного во взрывоопасной зоне, перечень фирм
Лобанов Виталий Викторович	Уровень*, расход.	Объект – резервуар сырой нефти. Температура поступающей нефти t=25÷35 °C. Диаметр трубопровода d=200 мм, расход нефти в трубопроводе F=100 м3/ч, давление в трубопроводе P=0,4 МПа.   Рекомендуемые компании (фирмы, предприятия): Honeywell, Yokogawa
Руководитель курсовой работы Старший преподаватель кафедры АТП_____________М.А. Машков

· в таблице знаком ^* обозначен канал сигнализации.

Введение

Без грамотного построения измерительного канала невозможно построить систему автоматического регулирования и управления технологическим процессом (АСУТП). Данный курсовой проект дает возможность не только в теории, но на практике познать сущность проблемы проектирования измерительных каналов. А точнее разобраться во всем многообразии измерительных и регистрирующих устройств и подобрать наиболее выгодную их комплектацию, обеспечивающую необходимую точность, быстродействие, эргономичность при минимальных денежных затратах.

Основной задачей курсового проекта является разработка измерительных каналов АСУТП.

В данном курсовом проекте необходимо:

1) разработать каналы для измерения уровня и расхода в резервуаре сырой нефти, поскольку резервуары применяются в различных отраслях нефтепромышленности;

2) проанализировать объект автоматизации и изучить все особенности процесса происходящего в резервуаре, а также выявить опасные факторы, связанные с ним.

3) необходимо выбрать метод, учитывающий особенности процесса, измерения технологических параметров: уровень и расход;

4) необходимо разработать блок-схемы измерительных каналов;

5) описать способ и место установки измерительных каналов, и особенность монтажа;

6) рассчитать максимальную длину линии связи между прибором и барьером искробезопасности.

7) провести метрологический расчет измерительных каналов.

 

Анализ объекта автоматизации и опасных факторов

Объектом автоматизации является резервуар сырой нефти. Температура поступающей нефти t = 25÷35 °C. Диаметр трубопровода d = 200 мм, давление в трубопроводе P = 0,4 МПа, расход нефти в трубопроводе G = 100 м³/ч.

В данном курсовом проекте разрабатываются измерительные каналы АСУТП для резервуара сырой нефти.

Нефть — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.

Физические свойства

Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от -35[3] до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов).

1) средняя молекулярная масса 220—400 г/моль (редко 450—470);

2) плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см³ (нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой)

3) вязкость 1,98—265,90 мм²/с

Таким образом, можно выделить основные факторы, которые необходимо учесть при проектировании и выборе технических средств, которые будут применены в АСУТП:

· Взрывозащищенность.

· Обладание минимальным коррозийным действием на аппаратуру.

 

Выбор и обоснование методов измерения технологических параметров

Уровень

Для измерения уровня выбран метод непрерывной частотно-модулируемой волны (FMCW).Принцип действия такого уровнемера заключается в следующем. Микроволновый генератор датчика уровня формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону – линейный частотно-модулированный сигнал. Этот сигнал излучается в направлении продукта, отражается от него, и часть сигнала через определенное время, зависящее от скорости света и расстояния, возвращается обратно в антенну. Излученный и отраженный сигналы смешиваются в датчике уровня, и в результате образуется сигнал, частота которого равна разности частот принятого и излученного сигналов F и, соответственно, расстоянию от антенны до измеряемого продукта (рис.1). Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микропроцессорной системой датчика уровня и заключается в точном определении частоты результирующего сигнала и пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара.

Рисунок 1 – Принцип действия радарного уровнемера.

Преимущества использования метода непрерывной частотно-модулируемой волны:

· высокая помехоустойчивость;

· возможность получения информации с высокой точностью;

· возможность устранения помех, накладывающихся на измеряемый параметр, от любых других посторонних токов и напряжений;

Расход

Для измерения расхода выбран кориолисовый метод измерения расхода.

Типовой кориолисовый измеритель состоит из одной или двух вибрирующих трубок, обычно изготовленных из нержавеющей стали. Для повышения точности измерений нужно защитить трубки и места их креплений от механических и химических воздействий контролируемой среды.

Чаще всего трубки имеют U – образную форму, хотя в принципе они могут быть и другого вида. Для газообразных сред применяют более тонкие трубки, чем для жидкостей. Трубки начинают вибрировать от воздействий на них внешнего электромеханического устройства. Расход массы определяется по действию жидкости на вибрирующие трубки. При движении жидкости на нее действует вибрационное ускорение, все время меняющее свое направление. Так как потоки жидкости в двух ветвях трубки имеют противоположные направления, то и возникающие там силы Кориолиса также будут направлены в разные стороны. В результате этого под действием результирующей силы две части трубки смещаются друг относительно друга в соответствии с циклом вибраций.

Величина силы Кориолиса, индуцированная потоком, определяется выражением:

F=2mωϑ

где m – масса, ω- круговая частота вибраций, ϑ- вектор средней скорости измеряемой среды.

Следовательно, величина изгиба трубки прямо пропорциональна массовому расходу через трубку.

Рисунок 2 - Кориолисовская трубка при отсутствии в ней потока (А), изгиб трубки при протекании через нее потока (Б), сдвиг фазы колебаний, вызванный силами Кориолиса (В).

При отсутствии в трубке контролируемой среды ее вибрации на входе и выходе совпадают, то есть, между ними нет сдвига фаз. При появлении потока – трубка изгибается пропорционально величине массового расхода, поэтому между вибрациями ее входной и выходной ветвей появляется фазовый сдвиг.

Преимущества измерения кориолисовым расходомером:

· высокая точность измерений параметров;

· работают вне зависимости от направления потока;

· не требуются прямолинейные участки трубопровода до и после расходомера;

· надёжная работа при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давления рабочей среды (только если расходомер установлен на резиновые подставки-прокладки);

· длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей;

· измеряют расход сред с высокой вязкостью;

 

Разработка блок-схем измерительных каналов и выбор ТС

Процесс перемещения нефти является взрывоопасным. Поэтому необходимо выбрать датчики с взрывобезопасным исполнением, работающие при различных температурах окружающей среды и процесса, имеющие степень защиты не ниже IP67, а также обладающие высокой степенью надежности.

Поскольку давление в трубопроводе составляет p = 0,4 МПа, температура нефти

t=25÷35 °C, то необходимо выбрать датчики, способные работать в данных условиях.

Изучив каталоги продукции компаний «Honeywell» и «Yokogawa» для реализации измерительных каналов, выбраны следующие контрольно-измерительные приборы:

1. Бесконтактный радарный уровнемер SmartLine RM70 для измерения уровня компании «Honeywell».

2. Кориолисов массовый расходомер RotaMASS RCCX39/IR для измерения расхода компании «Yokogawa».